時間：2022-11-21 01:27:40
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前言
測試是人類認識客觀世界的重要手段，是科學研究的基本方法，在工程技術領域中，科學實驗、產品開發、生產監督、質量控制等都離不開測試技術，它主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法[1]。機械工程測試技術介紹了測試技術的系統組成、基本原理，以及對測試信號數據的分析方法，能夠對機械工程測試中應用較多的振動、位移、力、溫度等物理量進行檢測和處理，是機電一體化技術的基礎和橋梁[2]。以濱州學院為例，機械工程測試技術是一門面向機械設計制造及其自動化專業機械電子方向的必修課程，先修課程包括大學物理、電工電子學、控制工程基礎等，與后修的機電一體化系統設計形成了完整的機電類專業課程體系[3]。通過課程改革，進一步整合相關教學資源和教學內容，增強測控類應用培養，豐富機械專業的應用型課程體系，為將來從事控制類的機械專業學生打下良好的基礎。本課程安排在本科教學的第五學期，學生具有一定的專業基礎，同時部分學生參與了科技創新大賽，有使用傳感器進行參數檢測的經驗，這為課程的學習提供了良好的基礎。由于本課程應用性強，按照傳統的教學方式，信號頻譜分析的理論部分要求較高、較難，傳感器部分種類多且雜，導致學生學習時興趣不足、學習動力不夠，教學效果無法滿足應用型人才培養的需要。自2005年以來，我國開始構建工程教育認證體系，逐步開展專業認證工作，于2016年6月成為《華盛頓協議》正式成員。工程教育認證是實現工程教育與工業界對接，提升工程人才培養質量的有效途徑，因此探索工程教育認證視閾下的課程改革，對于更新教學理念、提高人才培養質量、推進地方高校專業認證具有重要的現實意義[4]。因此，濱州學院緊緊圍繞培養高素質應用型人才的目標，在工程教育認證的背景下，進行了機械工程測試技術“案例+實驗”導向的教學方法改革，改變了傳統教學中灌輸式教學方法，啟發和引導學生主動學習，既有利于學生掌握基礎理論知識和基本技能，又較好的培養了學生的工程實踐能力。
一、課程培養目標
機械工程測試技術是以機械工程領域為應用背景，解決工程中常見動態物理量的測試問題。通過本課程的學習，培養學生掌握信號采集、傳輸、變換及數據處理的基本原理和實驗方法，能根據研究對象合理選用傳感器，具備構建基本工程測試系統和進行常見參量檢測的能力，為進一步學習、研究和處理測控工程問題打下基礎[5]。具體體現在以下三個方面：（一）知識目標1.信號時域和頻域的描述方法，建立起信號頻譜分析的概念；利用傅立葉變換對周期信號和非周期信號進行頻譜分析計算。2.測試裝置靜、動態特性的評價方法和不失真測試條件，并能用于測試裝置的分析和選擇；掌握一階、二階線性系統動態特性及其測定方法。3.常用傳感器的原理、特點、應用以及傳感器的選用原則。4.信號調理電路（電橋、調制與解調、濾波、放大）的工作原理和性能，并能較合理的設計和選用。5.數字信號的一般處理步驟；相關分析及功率譜的基本原理、方法和應用。（二）能力目標1.具備正確運用測試方法、合理選用測試儀器、科學分析與處理數據的能力。2.培養運用所學知識構建測試系統和分析、解決實際測試工程問題的能力。（三）素質目標1.培養學生具有科學的思維方法、自主學習的意識和創新精神；具備工作嚴謹、誠實守信、敢于承擔責任的職業道德與操守。2.通過參與案例分組討論和實驗項目操作，培養學生溝通和團隊協作精神。
二、課程體系構建
本課程分為理論和實踐兩大部分，包括32學時的課堂講授和8學時的傳感器綜合實驗操作。課程體系整體框架如圖1所示。理論教學共8章內容，包括緒論、信號及其描述、測試裝置的靜態和動態特性、常見傳感器的原理與應用、信號調理與記錄、信號處理初步、測試技術在工程中的應用以及虛擬儀器技術。其中，第二章信號及其描述主要包括信號的分類與描述，周期信號與離散頻譜，瞬變非周期信號與連續頻譜，隨機信號。第三章測量裝置的特性主要包括靜態特性，一階、二階動態特性，測試裝置對單位階躍信號的響應，實現不失真測量的條件。第四章傳感器原理與應用主要包括電阻式、電容式、電感式、磁電式、壓電式、熱電式與光電式傳感器，其他傳感器及智能傳感器，傳感器的選用原則。第五章信號調理與記錄主要包括電橋、調制與解調、濾波、信號放大、測試信號的顯示與記錄。第六章信號處理初步主要包括數字信號處理的基本步驟，相關分析及其應用，功率譜分析及其應用。第七章工程應用中應變、振動、轉速、溫度等常見工業參數的測量系統的構建，理論與實驗緊密聯系，并結合第八章虛擬儀器技術開展基于Labview實現計算機數據采集。實踐課程共分為4個實驗，實驗項目為懸臂梁固有頻率的測量（驗證性實驗），轉速和溫度的綜合測試與分析（綜合性實驗），電子秤的設計（設計性實驗）。通過三個不同層次的實驗要求，結合豐富的傳感器與基于Labview的測控系統，學生通過親自動手操作基本上掌握工程測試的系統構建和處理方法。培養學生的團隊協作能力，提高解決實際測試工程問題的能力。
三、基于“案例+實驗”教學的課程模式改革
機械工程測試技術關注新技術、新知識的導入，以案例+實驗教學驅動激發學生學習的積極性，培養操作技能和創新意識[6]。本課程以多媒體演示、案例教學和實驗操作為主要方法和手段，堅持理論聯系實際的教學理念，共引入5個完整案例和4個實驗項目設計對所學知識進行綜合運用。
（一）探索案例教學模式，培養學生的工程意識和能力
案例1為壓縮機齒輪箱故障診斷。通過齒輪箱振動信號頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據機床轉速和傳動鏈，找出故障齒輪。案例2為傳感器在農業物聯網中的應用。該案例來源于教師服務地方項目———“基于Labview的果園智能系統設計”研究課題，通過構建果園數據采集系統，實現了空氣和土壤的溫濕度、光照、pH值、風速風向、CO2濃度等參數的檢測和數據傳輸，是傳感器應用的綜合體現。案例3為濾波在鋼管無損探傷中的應用。利用電渦流傳感器對鋼管進行裂紋檢測時，由于外界干擾信號中含有低頻噪聲，通過低通濾波器處理后得到有用信號，分析高頻成分得到裂紋的程度和位置。案例4為互相關在管道泄漏檢測中應用。根據互相關的性質，提取出兩個信號之間的滯后時間，計算出泄漏點距離中心點的位置，并引申出如何消除誤判，增加系統檢測的可靠度。案例5為基于Labview的頻譜分析儀設計。利用Labview自帶頻譜分析模塊，通過簡單的圖形化編程實現對于信號的頻譜分析并顯示。
（二）精心設計實驗項目，建立以學生為主的應用型實驗模式
學生根據傳感器綜合實驗臺提供的30幾種傳感器以及數據采集系統，構建硬軟件系統，團隊協作完成相關物理量的采集和分析，充分發揮學生主觀能動性，利于培養學生的實踐動手能力。實驗1為懸臂梁固有頻率測量。通過構建懸臂梁結構，在一端施加不同頻率的激勵，采用傳感器測量振動信號，分析該二階系統的頻譜特性，得到懸臂梁的固有頻率。實驗2為電子秤的設計。將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片構成的電橋電路轉化為電量輸出，從而實現質量與電量之間的線性關系。實驗3和實驗4為基于Labview的轉速和溫度測量。利用YL2000傳感器綜合試驗臺，構建轉速和溫度采集平臺，利用數據采集卡和PC機實現數字信號的采集和分析。
（三）豐富授課方式和手段，改革課程考核和評價方法
根據課程內容協調采取多種教學方式和手段。理論性較強的內容，宜采用板書為主的教學手段，比如頻譜分析的推導等；同時采用Labview作為機械工程測試信號分析與處理工具，構建虛擬測試系統和信號分析虛擬環境，學生可以在課堂上直觀的觀察信號的構成、信號的頻譜分析和數據采集過程，從而理解傅立葉變換的意義。此外，利用虛擬信號分析系統進行仿真演示，如頻譜分析、濾波、相關分析等，加深對理論知識的理解。應用性較強的內容，比如傳感器，宜采用多媒體為主的教學手段，配合圖片、視頻、動畫演示等手段輔助教學。教學中結合工程案例，用演示實驗對實際測試的振動、溫度等信號進行采集和分析，讓學生建立信號分析與實際應用間的聯系。完善課程考核與評價體系，增加實驗考核比重。重點考查工程測試的基礎知識、基本概念、基本原理和測試方法，以及利用所學知識構建一個簡單的測試系統。期末成績占60%，實驗成績占20%，過程考核占20%（課堂表現和考勤）。
1.1界面的設計工作在信號分析
界面主要是通過GUI圖形用戶界面菜單的編輯器來設計的。根據信號分析的結構劃分，系統的主頁面由多個子窗體的模塊共同組成，分別為：系統簡介、信號分析、推出系統等。只要單機主頁面上面的模塊鍵就可以打開相應的子窗體。并且所有功能的模塊都是MATLAB系統應用程序，在每個子窗體模塊中還有多個典型信號，其中有方波信號、脈沖波信號等。典型信號的分析還包括實頻譜、虛頻譜、相位譜等，相關的分析還有正弦、余弦、方波、脈沖波等信號的自相關與互相關的分析；加窗處理涵蓋鋸齒波、三角波、方波等信號的窗處理，窗函數還有漢寧窗、哈明窗、矩形窗等。除此之外，在典型的信號分析中，想要保證圖形的精確性，還要進行加窗與選取采樣點工作。這樣每一個模塊的顯示的內容就會用菜單的形式很好的體現出來。
1.2通過舉例進行分析
在實際教學過程中，信號測試分析及處理就可以直接應用先前所設計完成的信號分析應用軟件，并且在輔助教學工具在實際應用過程中，只需要進行菜單電機就可以完成，就以就對分析正弦信號的譜舉例說明。給出正弦波的信號為y=8sin（10π）t，并根據數據來求出信號的實頻譜、相位譜、虛頻譜等求出。然后點擊MATLAB信號分析應用軟件，就會出現測試信號分析主頁面圖；再次點擊頁面中的正弦信號分析就可以進入正弦信號的分析主頁面圖。在選擇相應的參數時，要注意頻率在6Hz左右，取300個采樣點，漢寧窗的寬度為300，點擊繪圖就可以得出正弦波信號y=5sin（10π）t的結果。求出結果為：相頻譜、實頻譜顯示為0，虛頻譜為±3.5，雙邊幅值譜為3.5，功率譜為13.5等等。根據上述的舉例分析可了解到，設計的信號分析應用軟件具有簡便性，并且界面顯示很好，比較適合上課測驗、演示等。當然，對于測試技術試驗及工程領域此技術仍然可以很好的使用。
2合理搭配與實際應用
將MATLAB及測試信號的分析應用軟件應用在教學中可以取得很好的教學效果。對于教師而言，在上課中可以在講解同時還進行演示，對于一些比較抽象的問題就可以用仿真圖形來進行仿真演示，這樣會使分析結果非常清楚，減少了教師板書的書寫及作圖步驟所用的時間，在很大程度上提升了教學效率，教學質量也隨之提升。然而對于學生來講，軟件的應用可以幫助學生們進行深刻記憶與理解，可以作為學生預習的材料，幫助學生們解決困難習題等。此軟件的應用充分的表現出MAT-LAB的靈活性，還可以對學生們起到規范作用，學生們在教師的幫助下，可以自己設計一些工具箱，無形中提升了學生們的學習積極性。雖然MATLAB及測試信號的分析應用軟件具有很多優勢，但是在測試教學中也有其自身的特色，在進行公式推算中，相比應用板書會取得更好的效果。因為板書可以將內容保留一段時間，方便學生們進行比較分析。軟件的應用主要偏于結果，所以在以后的機械工程測試技術教學中，要將軟件應用與其他教學方法進行科學合理的搭配使用，這樣才能充分發揮出其自身優勢。
3總結
[關鍵詞]機械工程；測試技術；案例式教學；課程改革
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0079-02
引言
機械工程測試技術是一門面向應用、具有很強實踐性的課程，是機械類專業本科生的主要技術課程。該課程涉及機械、傳感、電工電子、控制技術、物理、工程數學等多種知識[1][2]，具有多學科交叉的特性，涉及范圍廣，知識面多，理論知識抽象難以理解，實踐教學又由于實驗條件的限制難以接近工程實際。[3][4]隨著課程體制的改革與深化，增大課程知識點，壓縮學時數成為趨勢。如何在有限的課時范圍內讓學生掌握機械工程測試技術課程中更多的知識點，案例式教學是一種比較好的解決方案。
一、案例式教學的開展
案例式教學是指教師根據教學要求，設計相應的教學案例，組織學生針對案例內容，運用所學知識進行思考、分析和討論，從而提升學生分析問題、解決問題的能力。[5]案例式教學自古就有[6][7]，早在春秋戰國的時候，諸子百家在與弟子傳道過程中就經常使用民間故事闡述義理。古希臘著名思想家、哲學家蘇格拉底和柏拉圖師生間也時常利用一個又一個故事通過對話的方式來說事明理。目前，全球興起的案例教學法起源于19世紀七八十年代哈佛法學院蘭戴爾院長的倡導。[8]案例教學是將案例融入教學過程中，以案例為基礎，通過教師與學生的互動，達到教學的目的。
案例式教學在實施過程中，大致可分成課前案例的收集與選擇、課中案例的講解與探究和課后案例的分析與評價三個階段。
（一）課前案例的收集與選擇
案例式教學的核心在于教學的案例選擇。案例選擇合適，教學過程中學生的積極性就很高，教學效果就會事半功倍；案例選擇不當，教學任務就無法有效完成，學生學習的積極性也會大打折扣。當前機械工程測試技術課程中的教學案例多而雜，在目前教學課時量大幅壓縮的背景下，課堂上案例太多，學生應接不暇，積極性不高；教材中的教學案例包含的知識點比較單一，大部分案例僅牽涉教學中的一個知識點，無法與前后的知識點形成聯系，教學過程容易割裂整個知識鏈；教材中一些教學案例基于理論，脫離工程實際，脫離工程實際的案例會讓學生眼高手低，一旦遇到實際問題，他們難以有效地及時解決。機械工程測試技術課程中的案例應基于現有的教學課時量，結合學?，F有實驗實踐環境，結合工程實際和科研項目，在有限的案例里盡量多地反映更加全面的知識點。
（二）課中案例的講解與探究
案例式教學對教師的要求很高，它不僅要求教師對教學案例有全面深入的理解，還要求教師在課堂中把控學生的情緒和積極性。教師在對教學案例講解的過程中，應注重理論知識的系統化，結合教材，考慮知識體系的前后連貫，理清案例的分析思路，引導學生參與到案例過程中，讓學生能自主地進行探究。針對具體的教學案例，應從理論到應用，讓學生掌握相應的理論知識。在機械工程測試技術課程別要注意信號處理的相關概念及理論，應用過程中需考慮現場傳感器的選擇和安裝、現場的噪聲等干擾消除，后續測信號處理電路的搭建。整個案例的講解與分析能讓學生有種身臨其境的狀態，可以調動學生的參與積極性，激發學生的興趣。作為教師，必須及時把控學生的學習進度，不能糾結于某個小問題，也不能讓學生在課堂中天馬行空，脫離教學核心內容。
（三）課后案例的分析c評價
案例式教學課后還需對教學案例以及教學過程中的學生表現進行全面剖析。教師應利用找各類學生談話、問卷調查、課后思考題等方式掌握教學案例的適用度，弄清理好的案例應如何更進一步地深入與拓展，課堂上無法進行的案例是由什么原因引起的，是案例吸引度不夠還是超出了學生可理解的范圍。從質與量兩個方面，從教師與學生兩個角度去分析案例選擇及開展的可行性及適用度，通過對教學案例的不斷分析、反思與總結，建構起科學充足的教學案例資源，不斷完善案例式教學方法。
二、案例式教學實例
機械工程測試技術課程教學案例不能太多太雜，應基于現有的教學課時量，結合現有的學校實驗實踐環境，結合工程實際，同時還可以結合科研項目，在有限的案例里盡量多地反映更加全面的知識點。機械工程測試技術課程的內容主要包含信號處理和傳感器兩大部分。信號處理偏于理論，傳感器側重于實踐，在案例的選擇與分析中應考慮信號處理和傳感器兩個方面的內容，理論與實踐相結合。
（一）案例一：機器人工作過程的分析與實現
課程教學的有效開展，離不開學校的實驗室資源。只有因地制宜，充分利用實驗室資源，才能使課程的效用達到最佳。筆者結合本學院現有的實驗室條件，選用機器人作為教學案例。目前，學院已建立了工業機器人實驗室、機器人工作室。在工業機器人實驗室中，可以利用焊接、搬運工業機器人，讓學生掌握工業機器人的工作原理，特別是工業機器人的關節位姿、速度加速度、工件位置的檢測及后續的信號處理與控制。在機器人工作室中，利用“創意之星”機器人套件，學生可以搭建各類創意機器人，可以學會紅外線傳感器、灰度傳感器、霍爾傳感器、圖像、聲音等各類傳感器的實際應用，并利用機器人擂臺賽等賽事，擯棄書本的枯燥，體驗創新的樂趣，這樣既掌握了知識又鍛煉了能力。
在該案例的教學中，應先基于教材，讓學生了解一些特定傳感器如霍爾傳感器、紅外傳感器的工作原理與工程應用，了解位置、速度、力等參數的測試方法，讓學生掌握電橋、調制等基本的信號處理方法。基于現有的實驗室條件，可以利用焊接、搬運工業機器人，讓學生掌握工業機器人的工作原理，通過編程讓學生了解工業機器人的運作方式；可以利用“創意之星”等機器人套件，讓學生搭建各類富有創造力的機器人，體驗創新的樂趣，并利用各類機器人賽事，如機器人創意賽、機器人擂臺賽、大學生機器人賽等，在比賽中學習成長。
（二）案例二：零件加工表面質量的在線測試
科學研究是對未知領域的探究。在條件許可的情況下，可以在課程教學中將科研項目作為部分教學案例，讓學生了解一些科研知識，掌握一些科研方法，這能為其進一步深造及探知未來打下基礎。如某國家重大科技專項中的子課題，就要求對零件加工表面質量進行在線測試，這也是需要解決的工廠實際問題。隨著機械加工自動化程度的提高，很多零件由抽檢改為必檢，這對零件加工表面的在線測量提出了越來越高的要求。
針對這個案例，筆者提出一系列問題給學生思考及討論：測試的方案應如何設定？應選擇什么類型的傳感器進行測試？傳感器測試的原理是什么？使用該類傳感器時應注意什么？測試的后續電路怎么接？如何排除測試干擾？利用這些問題一步一步引導學生進行科研項目的開展及實際工程問題的具體解決。該案例側重項目開展，目的是讓學生接觸工程實際，接近科技前沿，將教材內容延伸，讓學生結合最新技術，創新性地開展項目研究。
三、結束語
在機械制造業信息化和創新型人才培養中，機械工程測試技術課程起著極為重要的作用。隨著課程教學的改革，教學課時量的壓縮成為一種趨勢。案例式教學是在課時量壓縮的前提下依然可以保證教學內容和教學效果的一種有效的教學方法。經過近十年的機械工程測試技術課程教學實踐和近兩年的案例式課程改革，通過各種案例的積累和優化，筆者充分感覺到課堂氣氛活躍了，學生的學習興趣提高了。學生普遍反映，通過機械工程測試技術課程的案例式教學，他們不僅掌握了課本知識，而且工程應用能力和科研分析能力也得到了鍛煉。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 石磊.案例教學法在《機械工程測試技術》的應用[J].機電技術，2011（5）：147-148.
[2] 徐琳，李伯全.“C械工程測試技術”課程教學改革的研究與現狀[J].中國電力教育，2014（29）：49-50.
[3] 郝鴻雁，劉葉華.工程案例導入在機械工程測試技術教學中的應用[J].大學教育，2014（3）：102-103.
[4] 張鳳生，王海峰，孫忠義，等.機械工程測試技術課程教學改革與實踐[J].教學研究，2012（1）：92-94.
[5] 文成，周傳德.機械工程測試技術“案例和實驗并舉”教學模式探索[J].中國現代教育裝備，2013（1）：61-63.
[6] 劉建新，盧厚清.案例教學法的起源、特點與應用研究[J]. 南京工程學院學報（社會科學版），2011（1）：60-64.
[關鍵詞] 機械工程測試技術；教學改革；實驗教學；虛擬儀器
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634(2012)01-0092-03
0 引言
機械工程測試技術是機械類專業的專業基礎課。其特點一是多學科交叉，涉及工程數學、物理、機械、電子技術和計算機等多學科；二是理論與實踐緊密結合，既涵蓋信號與測試系統分析等理論知識，又包含傳感器和常見機械量測量等工程應用。長期以來本課程的教學存在“內容比較分散，雜亂，且滯后于新技術的發展”、“總學時不斷壓縮，但新內容越來越多”、“實驗教學環節薄弱”和“教學模式單一”等不足。為此，筆者在總結多年教學經驗和借鑒其他院校教學改革經驗[1,2]的基礎上，對課程進行大力改革，取得良好成果。
1 課程內容體系的完善與新知識的補充
為幫助學生建立完整的課程體系概念，理清學習思路，筆者以測試系統的構成框圖為主框架，以信號流程為主線，構建課程的內容體系，見圖1。將課程內容劃分為7部分：（1）概述部分：通過詳解圖1，使學生了解本課程的內容梗概以及與其他課程的聯系；通過大量實例，展現“測試技術的意義和發展”，激起學生對本課程的興趣；（2）信號分析與處理：重點介紹傅里葉分析、數字信號處理和隨機信號分析，核心內容是“時域與頻域間的相互變換”；（3）測試系統特性分析：包括測試系統的靜態特性、動態特性、動態響應、負載效應、動態特性的試驗測定和實現不失真測量的方法；（4）傳感器：介紹工程測試中常用的傳感器，重點了解各種傳感器的工作原理及其特點；（5）信號調理：包括橋電路、放大電路、濾波器、調制/解調、A/D轉換器等內容；（6）常見機械工程量（位移、振動、應變、力、扭矩、溫度、流量）的測量：結合工程案例，講解測量傳感器的選擇和具體測試系統的實現；（7）測試系統的最新發展――虛擬儀器。其中（2）和（3）兩部分理論性強，比較抽象、難懂，筆者將這兩部分內容貫穿到以信號流程為主線的整個教學過程中，講授內容分合相濟，變分散為集中，變模糊為清晰，有助于學習、掌握。
測試技術屬信息科學的范疇，是當今最活躍的前沿學科之一。為使學生了解本學科的最新發展，對本課程及時補充新知識。例如，傳感器部分增加電荷耦合器件（CCD）和光纖傳感器的內容；新增了虛擬儀器部分。
2 教學方法改革
針對高校教學改革注重“加強基礎，拓寬口徑，加強實踐和創新能力培養，提高綜合素質”的特點，以及教學學時減少、教學要求提高的實際情況，通過改革教學方法來提高教學效率和質量。
1）對傳統的教師滿堂灌的教學方式進行改革，采用啟發式教學。啟發式教學不僅是教學方法，更是一種教學思想，是教學原則和教學觀。所謂啟發式教學是教師在教學過程中，根據教學目的、內容、學生的知識水平和知識規律，運用各種教學手段調動學生的主觀能動性，引導學生開動腦筋、積極思維、主動實踐，以達到掌握知識和技能，增強能力的目的。
首先，調動學生學習積極性的前提是要激發起學生對學習本課程的強烈興趣。為此，不僅要在課程開始時講好學習本課程的意義，而且在講解每一部分內容之前都讓學生明確學習這部分內容的目標以及在工程實際中的作用。例如，在第一堂課的教學中，結合教學內容中的“測試技術的意義和發展”，列舉了大量學生有感性認識的實例。如微波爐、空調、冰箱等家用電器如何對溫度、濕度等物理量進行檢測和控制，用到了哪些類型的傳感器；又如電腦中光電鼠標應用了光電位移傳感器、麥克風應用了電容傳聲器等；數碼照相機、手機、攝像頭等應用了CCD傳感器等等。這些實例可大大激發起學生的學習興趣，認識到本課程的重要性和實用價值，為后續學習作好思想準備。
其次，教師的授課過程是以“問題”為起點，引導學生進行創造性解決問題的過程。教師要注意問題的提出方式，引導學生帶著解決問題的愿望，主動地參與教學過程，隨著授課內容的進展而解決心存的疑問。例如，在講授CCD傳感器時，不是采用平鋪直敘的方法介紹CCD工作原理、性能，而是先提出問題“你是否了解手機的彩信功能是如何實現的？”、“數碼相機如何成像？”等，由此引出CCD傳感器。這樣，在接下來的CCD原理、性能及應用講解中，學生們表現出強烈的興趣和主動性。
2）以多媒體CAI課件為課堂教學手段，應用文字、圖形、圖像、聲音、動畫等多種媒體素材在時間和空間上進行集成，使抽象的理論形象化，枯燥的知識生動化。學生在直觀、形象、生動的感性材料刺激下，激發學習興趣，思維潛能得到充分的發揮。教師的教學也會因多媒體的使用而變得更加生動活潑，教學空間得到拓寬，教學過程得到優化，教學效率高、效果好。例如，時域與頻域間的相互變換是信號分析的核心內容。學生們已習慣時域內的信號描述，而對頻域內的信號描述與分析則感到抽象、難懂。為此，筆者借鑒物理學中棱鏡分光的例子，將傅里葉變換看作“數學的棱鏡”。在課件中，通過棱鏡分光的彩色圖像直觀地示意出棱鏡將光分成不同顏色成分，每種成分的顏色由波長（或頻率）決定；通過繪制“時間－頻率－幅值”的三維圖形，直觀地展示傅里葉變換作為“數學的棱鏡”，將信號基于頻率分成不同成分的過程。這樣的對比講解加深了學生對信號時域與頻域分析及其相互關系的認識。再如，以往傳感器部分的教學因缺乏實物對象，感到枯燥無味。如今多媒體教學，通過精彩的實物照片和生動的動畫演示，使學生對光柵傳感器、磁柵傳感器、感應同步器、霍爾傳感器、電渦流傳感器等較復雜傳感器的工作原理與工程應用，有更深刻的理解和掌握。
3）采用以工程案例和實驗為主線的教學模式，用具有工程背景的案例開闊學生的學術眼界、激發學習興趣、培養理論與實踐結合的意識[3,4]。例如，以筆者完成的科研課題“微小尺寸激光衍射測量系統”為工程案例，講解線陣CCD的工作原理及其應用系統的設計過程。以測定深埋地下的輸液管道裂損位置的工程案例講解相關函數及其應用，使得比較抽象、難懂的相關函數概念易于理解和掌握。再如，通過對電子汽車衡（地磅）工作原理和設計過程的具體分析，不僅使學生加深對電阻應變式傳感器、橋電路、A/D轉換器和微處理器等的理解，而且有助于掌握測試系統設計的基本過程，培養綜合運用知識的能力。
3 實驗教學的改革
實驗在本課程教學中占重要地位。例如，信號分析與測試系統分析內容理論性強、抽象難懂，需由實驗直觀演示驗證；傳感器原理及其工程應用只有通過直觀的實驗和親手操作才能深刻理解和掌握。但長期以來實驗教學一直是薄弱環節。一是實驗條件的改善滯后于招生規模的擴大；二是傳統的實驗教學中一般只要求學生按實驗指導書的步驟操作，有些學生不認真思考就按部就班完成實驗，根本沒有弄清楚該實驗來龍去脈，知其然而不知其所以然。三是實驗類型單一，只是一些驗證性實驗，缺少綜合性和設計性實驗，不利于激發學生的學習興趣和積極性，更談不上創新能力的培養。為此，對實驗教學采取了兩項改革措施。
1）將虛擬儀器引入實驗教學，在資金投入不大的條件下，有效改善實驗條件。按傳統的實驗手段，要配齊本課程實驗教學所需的硬件設備，需大量的資金投入，這對于普通院校是不現實的。虛擬儀器是以計算機為核心，配上相應的硬件模塊（數據采集卡、各種傳感器、信號調理電路、A/D轉換器、D/A轉換器等）和專用軟件構成的新型儀器。它具有極強的通用性和靈活性，且成本低，可實現各種測試儀器的通用功能，為本課程的實驗教學提供了有效手段[5]。筆者利用虛擬儀器開發平臺LabVIEW，基于NI ELVIS教學套件、各種傳感器、小型伺服電機和X-Y工作臺等硬件基礎，設計開發虛擬實驗項目，加強實驗教學。實驗項目分演示性實驗、驗證性實驗、設計性實驗三類。（1）演示性實驗：課程組教師開發了教學用演示功能界面，將抽象的理論內容直觀地展現在動態的演示操作中。例如，信號的頻譜分析、信號產生與處理、窗函數比較實驗等。（2）驗證性實驗：學生根據實驗指導書的要求，在教師指導下，按既定的方法和實驗裝置，完成具體的實驗過程。例如，直流電機轉速測控實驗、熱敏電阻測溫實驗、CCD圖像采集實驗等。通過實驗加深對理論知識的理解，并獲得一定的操作技能訓練。（3）設計性實驗：由教師擬訂題目，學生根據所學內容，確定實驗方案，查閱相關資料，擬定或選擇實驗方法和步驟，選用儀器設備，獨立操作完成實驗，并寫出實驗報告。目前有 “位移檢測”和“電子秤設計”兩個實驗題目，可選傳感器包括電阻應變片、差動變壓器、渦流傳感器、霍爾傳感器、電容傳感器、光纖位移傳感器等。通過實驗使學生獲得實驗全過程的訓練，由被動實驗狀態轉變為主動狀態，激發學生學習的主動性，培養綜合能力。
2）結合課程組教師的科研課題，在課堂教學和實驗課之外，組織成立研究型學習小組，對該課程感興趣的學生均可參加。小組的學生在課題組教師指導和研究生的幫助下，積極參與研究項目中的一些工作。由于科研課題多與工程應用緊密結合，解決生產實際問題，任務本身具有挑戰性，學生在參與科研的過程中，可切身體會到理論與實踐結合的價值，激發起他們內在學習動機，積極探索應用自己所學知識解決問題。研究型學習小組活動的開展，對學生了解科學研究的過程和方法，培養實踐能力和創新意識起到了積極作用。
4 結束語
課程改革實踐使人們認識到：第一，高等學校教育的主體是學生，教學改革必須以學生為中心，通過改革教學方法和注重對學生能力的培養，在有限的學時內，向學生傳授更多、更新的知識；同時提高學生的學習興趣，增強實踐能力和創新意識。第二，對于工科類的課程改革突出其實踐性是最重要的，加強實驗教學環節是關鍵。虛擬儀器的發展為實驗教學改革提供了強有力的工具，其在實驗教學中的巨大潛力有待進一步開發。第三，科技在不斷進步，社會在不斷變革和發展，為培養適應社會需求的高質量人才，必須堅持教學改革。這是一個長期的過程，需要不斷探索、實踐和創新。
參考文獻
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[3]歐儉平,馬愛純,蔣紹堅.工程案例教學法在熱能與動力工程專業課教學改革中的實踐[J].高教論壇,2006,(5):131-132+135.
隨著機電產品一體化和生產過程自動化程度的不斷提高，機械工程的測試系統越來越復雜。它已成為整個機械設備研制、開發、應用和教學過程中不可或缺的組成部分。機械工程測試系統的基本任務是從測試對象獲取反映其變化規律的動態信息，一個功能完善的機械工程測試系統由傳感器、信號轉換裝置、信號分析處理裝置和顯示與記錄等功能模塊組成，無疑，討論和設計機械工程測試系統及其構成要素，是十分有意義的。本文主要分析了虛擬儀器技術在機械工程測試中的應用狀況，望大家參考。
一、機械工程測試系統基本狀況分析
測試是測量與試驗的簡稱，測試中最基本的是測量。測量是利用各種裝置對可觀測量（或稱被測參數）進行定性和定量的過程。測試的基本任務是獲取信息。測試是發展和檢驗自然科學理論的實踐基礎。在工程技術領域，由于實際研究對象的復雜性，很多問題難以進行完善的理論分析、推導和計算，所以必須通過試驗來獲得研究對象的狀態，變化和特征等，這正是通過測試來實現的。測試技術正是研究有關測試方法、測試手段和測試理論的科學，它應用于不同的領域并在各個自然科學研究領域起著重要作用。特別是現在機械工程測試技術引起了大型工業企業和高等院校極大的重視。
測試系統的第一個環節是信號的傳感，即是將被測量的量或被觀察的量通過一個被測量傳感器或敏感元本文由收集整理件轉換成一個電的、液壓的、氣動的或其他形式的物理量，被測的或被觀察的量與被轉換的輸出量之間根據可利用的物理定律應該具有一種明確的關系。傳感器就是用來完成這種轉換的裝置。
第二個環節為信號的轉換和調理。被測物理量經傳感環節被轉換為電阻、電容、電感或者電壓、電流、電荷等電參量的變化，由于在測試過程中不可避免地遭受各種內、外干擾因素的影響，且為了用被測信號驅動顯示、記錄和控制等儀器或進一步將信號輸入計算機進行數據處理。因此經傳感后的信號尚需進過調理、放大、濾波、運算分析等一系列加工處理，以抑制干擾噪聲、提高信噪比，便于進一步傳輸和后續環節中的處理。
第三個環節是是對這些信號進行分析處理以及顯示記錄，包括信號的時域分析、頻域分析、相關分析等。原始波形顯示、處理后波形顯示等。從而還可以分析出機械運轉的工況等。 機械工程測試系統有測量、監控、試驗分析機械設備運行過程中的參數功能，但前序步驟必經信號的采集、分析才能得出。所以，本系統對于機械的后續分析作用意義重大。
二、虛擬儀器技術在機械工程測試系統中的應用現狀
科學技術的日益發展，對現在的機械工程測試系統影響很大，特別是相對于傳統的測試系統來講。以前要用特定的儀器對信號進行分析，但是利用虛擬儀器組建的機械工程測試系統卻不用專用的儀器，而是利用計算機作為連接虛擬儀器軟硬件的平臺，信號源通過調理后數據采集卡就可以獲取數據進行分析處理?，F代計算機技術對機械工程測試技術和儀器的發展產生了革命性的影響。
測試系統的發展經歷了模擬測試儀器、計算機測試系統（智能儀器）及虛擬儀器三個階段。現代機械工程測試技術以計算機為中心，計算機的發展必然促進測試技術和儀器的發展。在此背景下，虛擬儀器的產生也就水到渠成。
在虛擬儀器中，軟件是虛擬儀器系統的關鍵，目前國內外這種軟件主要有美國dsp公司的dadisp軟件，以實驗后數據處理分析和表示見長美國ni公司的系列虛擬儀器開發平臺（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美國quatech公司的daslab軟件包和惠普公司的vee軟件平臺都是可以搭建虛擬測試系統的軟件平臺，以圖形化編程和界面靈活見長。華中理工大學的v198虛擬儀器系統和哈爾濱工業大學的儀器王以虛擬的單個儀器或儀器庫見長。其中，美國ni公司的labview軟件功能最為完善，labview軟件以簡單、直觀的圖形化編程方式、強大的圖形顯示和數據處理能力見長，運行速度快、開發周期短、界面靈活是其又一大優勢，最能體現虛擬儀器的風格，所以基于labview的虛擬儀器應用相當廣泛。
由于pc的功能變得越來越強大，速度快，價格低，在標準pc上連接一個或多個儀
器模塊構成測試儀器成為一種趨勢。這種儀器即為虛擬儀器。虛擬儀器的軟件開發平臺labview中，“所見即所得”的可視化技術是應用于測試領域的雛形。虛擬儀器注重測試人員在進行工作中的感覺。用仿真的面板給人以真實儀器的感覺，用豐富的曲線圖像向測試人員傳遞信息，是虛擬現實技術在機械工程測試領域中的廣泛應用趨勢。
幾個測試站點連成一個大的測試網絡，互通數據和信息，聯合分析測試結果，實現
數據和信息共享的網絡化測試是機械工程測試系統的一個發展趨勢。虛擬儀器技術是現代機械工程測試系統的發展趨勢，在豐富的虛擬儀器軟硬件產品支持下，尤其是在被譽為“科學家和工程師的語言”labview的支持下，組建一個機械工程測試系統正變得越來越容易。在技術發展日新月異的今天，為了讓測試系統就有開放性、兼容性和不斷更新的可能，利用虛擬儀器的概念組建測試系統不失為一種好的選擇。
在機械工程測試系統中，應用虛擬儀器編的越來越普遍，因為很多傳統的硬件設備在虛擬儀器中都可以用軟件代替，從而降低了大量的設備浪費，降低了成本，并且還可以直觀化的顯示其結果，將多種的傳統儀器合并到一套虛擬儀器測試系統中，有利于編程，也有利于增強測試系統的準確度。
［關鍵詞］工程案例測試技術教學改革
［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）06-0102-02
機械工程測試技術是高等學校機械類各專業的一門專業基礎課。通過本課程的學習，培養學生能合理地選用測試裝置并初步掌握靜、動態測量和常用工程試驗所需的基本知識和技能。該課程的主要內容包括：信號的分析與處理、常用傳感器的原理及特點、簡單的測試系統和常見物理量的測量方法等。
機械工程測試技術內容涉及機械、電子、物理、計算機和自動控制等多學科，具有多學科交叉的特點。課程在講授過程中知識點比較分散，理論推導復雜。同時該課程還具有很強的實踐性，學生只有受到應有的實驗能力的訓練，獲得關于測試的比較完整的概念，才能初步具有處理實際測試工作的能力。加以隨著現代生產和工程科學研究的發展，新原理和新技術在測試技術中的應用，使得課程的內容進一步的增加，在有限的學時內如何讓學生較好地掌握該門課程，是我們任課教師所面臨的一個問題。
基于該課程的特點，為適應我校涉海類應用型工程技術人才教學要求，提高教學質量，充分調動學生的學習積極性、培養學生的工程實踐能力，筆者通過將工程案例導入到教學過程中的方法，取得了良好的教學效果。
一、傳統教學過程中存在的不足
（一）培養模式偏離
長期以來，高等院校一直沿用的研究性人才的培養模式，注重于概念、理論以及數學推導過程的學習，教學方式多采用“滿堂灌”，這樣培養出來的學生視野多被局限于書本內，對于工程實際運用所知甚少，造成理論和實踐的脫節。也就是說，學生從教學中掌握了“某種系統或方法可以用”的問題，而對于“如何用”，“應用效果如何”等問題則不是很清楚。尤其對于實踐性很強的機械工程測試技術等課程，表現更為突出。學生在學習過程中覺得枯燥無味，缺乏積極性，學習效果不是很好。
（二）實驗實踐環節弱
在學習過程中，雖然設置了一定課時的實驗，但實驗多以驗證性實驗為主，主要驗證具體的傳感器的一些性能，加以校內實驗室很難提供大型實驗系統或設備，使得學生在做實驗過程中，缺乏系統性和創造性，很難掌握完整的測試系統的整體思路和對動態數據的實時測量方法，而這恰恰是工程實際應用中最重要的。
二、工程案例導入
所謂工程案例導入，就是將真實工程案例引入教學過程形成的教學內容。盡可能地將工程現場實際情況借助各種手段搬到課堂上來，通過對測試現場的介紹，總結、梳理、擴展，使學生掌握所學知識。
（一）工程案例的選擇
工程案例來源于工程實踐，這對于長期工作在高校的教師來說，一般不容易獲得。主要有以下幾種方式：為地方企業服務科技服務過程中、與地方企業共同研究科研課題過程中、指導學生實習過程中均能獲得。這就要求任課教師首先自己走出去，當好工程實踐和學生教學的橋梁紐帶。
在獲得大量的工程案例素材后，就要根據實際教學需求選擇案例。這項工作非常重要，關系到案例導入在教學中應用的效果。筆者一般在選擇工程案例時，主要考慮的因素包括：工程案例與學生所學基本理論的結合程度；工程案例是否可以進行拓展，更多地將所學理論包容進去；是否有助于調動學生的積極性，提高他們解決實際工程問題的能力等因素。
（二）工程案例的具體導入過程
下面以船舶軸功率的動態測量為例，介紹如何將工程案例導入“機械工程測試技術”的實際教學中。
首先提出問題： 船舶軸功率測量的工程意義？如何測量？測量原理？測量系統中選用那類傳感器？測量效果與精度？能否滿足實際工程需要？在教師的引導下，學生帶著這些問題逐步尋求解決的辦法，極大地提高了學生的積極性和創造性。
在明確了船舶軸功率測量的工程背景后，根據船舶軸功率測量原理，船舶軸系軸功率測量是通過間接測量軸系的輸出扭矩和轉速得到軸系的功率降，即分別測量扭矩和轉速，再求得功率。測量系統組成圖1所示：
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圖1電阻應變式軸功率遙測系統
從測量系統圖中我們可以看到，一個工程案例基本涵蓋了課程的大部分內容。傳感器的選擇：采用四個電阻應變片組成惠斯通電橋，將軸上產生的扭矩形變轉化成應變片阻值的變化。轉標傳感器借助軸上固定的永久磁鐵將轉速轉換成電脈沖信號；信號的變換與傳輸：電阻應變片的阻值變化以電信號的形式傳遞給發射機，發射機將電信號轉化成無線電的形式，通過特定頻率的無線電波發射出去，接受機收到該信號進行相應的轉化并以數字信號的形式傳送到數據采集器中。會同轉速的脈沖信號共同傳輸到便攜電腦中；虛擬儀器的應用；顯示記錄裝置等。這樣就使得教材中所有的知識點進行了有機的串聯，變得立體化，讓學生真切地認識到學有所用，學以致用。
然后我們可以通過測試現場的一些圖片、視頻、測量實際數據的展示總結該測量系統的特點。將知識進行有效的擴展，例如：還可以采用什么類型的傳感器對軸轉矩和轉速進行測量？信號是否可以用有線形式傳輸？測試系統是否能滿足其它工程現場的實際工況？這樣可以使學生很好地建立起分析實際工程問題的思路和提高解決實際工程問題的能力。
三、 結語
結合我校培養涉海類工程技術人才的實際需要，將工程案例導入到教學過程中，很大程度上提高了學生的學習興趣，激發了他們的求知欲。結合工程案例，通過提出問題、分析問題、解決問題的思路，培養了學生解決實際工程問題的能力。
同時，在將工程案例導入到教學過程中，作為教師，筆者也從工程案例的選擇、導入、講解過程中學到了很多工程現場的知識，提高了教學能力。
當然，在工程案例的導入過程中，也會存在一些問題：不可能將全部教學內容融入幾個工程案例中，可能會留下一些知識死角；在有限的課時內，提高了解決工程問題能力的同時是否會弱化了基本理論和原理的把握等。這就需要我們靈活把握，積累經驗，多和學生交流溝通，讓他們真正地掌握好該門課程。
［參考文獻］
［1］熊詩波,黃長藝. 機械工程測試技術基礎（第3版）［M］. 北京：機械工業出版社, 2006.
關鍵詞:機械工程測試技術理論教學改革與創新
中圖分類號:TG80 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0147-02
1 引言
《機械工程測試技術》課程是機械工程相關專業的一門專業技術基礎課,該課程集成了數學、電工電子學、信息科學、計算機技術等多學科原理和技術,并且被廣泛應用于各個學科,具有涉及知識面廣、綜合性強、理論知識抽象、實踐性要求高、學時少等特點[1]。尤其是對于電工電子學及信息學知識相對薄弱的機械專業本科生,首次接觸信號變換與調理、系統特性及數字信號處理等抽象概念時,學生普遍反映該課程存在理論內容不易理解,學習難度大等問題。然而,隨著科學技術的迅猛發展和機械系統自動化程度的不斷提高,測試技術在機械領域中的應用日益廣泛,例如新產品開發、生產過程控制、設備狀態監測及產品性能試驗等工作均以測試技術為基礎。因此,《機械工程測試技術》課程在機械工程相關專業課程中具有越來越重要的地位。
基于上述原因,為了使機械專業本科生能夠更好地理解和掌握機械工程測試技術的相關理論,貫徹教育部關于高等學校本科教學質量與教學改革工程文件的精神和適應學校培養創新型工程應用人才的需求。改革和創新《機械工程測試技術》課程的教學方式,提高課程的教學質量已迫在眉睫。
2 傳統理論教學及其改革與創新
2.1 傳統理論教學方式
機械工程測試技術課程的傳統理論教學方式是以教師為中心,理論知識的傳遞以灌輸式講授為主,并設計有少量的驗證性實驗。整個教學過程中教師發揮著主導作用,而學生只能被動地吸收知識,從而難以充分調動學生的學習積極性和主動性,也不利于培養學生創造性思維和創新能力。另外,由于該課程涉及較多的其他學科專業基礎知識,學生在課堂學習過程中很難快速全面地把自身儲備的知識與新學知識做到融會貫通和綜合應用,從而使學生在課程學習過程中產生茫然的學習狀態(特別是在課程的學習初期),極大地打擊了學生的學習興趣和積極主動性,甚至有些學生產生厭學心理[2],這將使整個課程的教與學過程變得非常艱難,以致于課程的教學質量嚴重下滑。
2.2 理論教學的改革與創新
教學改革與創新遵循的基本原則:保證教學內容的基礎性、前沿性和實踐性前提下,充分發揮學生的主觀能動性和創造性,積極培養學生學習課程的興趣和積極性,努力培養學生的創新型思維方式及工程應用能力。
2.2.1 理論教學內容的優化與更新
《機械工程測試技術》課程主要內容包括:信號及其描述、測試裝置的基本特性、常用傳感器及其原理、信號的調理與記錄、信號處理初步、典型非電量參數的測量及計算機測試系統等。
通過對課程主要內容的細致分析和研究,并根據測試系統組成模塊將上述章節內容重新排序,采用以“信號流”為教學主線,按照信號在測試系統中的傳輸順序將整個課程內容貫穿起來,從而使學生建立完整的測試系統概念。重新優化調整后的教學內容:首先講信號的時域描述和分類,然后講常用傳感器及其原理,進一步講信號的調理與信號的數字化處理,再講信號的頻域描述及分析方法,接下來講整個計算機測試系統。而后采用Matlab/Simulink仿真實例展示信號在測試系統中傳輸時的失真,從而引出測試裝置的基本特性內容:最后講解機械領域中典型非電量信號的測量。優化調整后的教學內容不僅兼顧由淺及深的教學思路,使學生在學習課程初期理解起來相對容易,從而對課程的學習興趣和積極性大幅提高:而且整個教學內容是先局部后整體,逐步深入測試技術精髓,符合工程技術知識學習的規律,使學生學習起來思路清晰,且能夠促進學生較好地理解和掌握測試系統各組成部分的原理和特點。
另外,在教學過程中,將自己的科研項目和研究成果中與測試技術相關的新技術、新方法及新實例融合到課堂的教學內容,同時注重介紹機械工程測試技術發展的新方向和前沿知識,以此來保證教學內容的實時性和前沿性,豐富學生的知識面,開拓學生的眼界[3]。
2.2.2 理論教學方法的改革
課程教學方法的改革是建立在教學思想和教學模式轉變的基礎上[4]。隨著機械工程測試技術的發展,課程知識的快速膨脹,以“教師”為主體的傳統教學思想和教學模式已經不能完全適應課程的理論教學任務。而以“教師”為主導和以“學生”為主體的新型教學思想和教學模式充分發揮了教師的引導作用和學生的主觀能動性,因此,新的理論教學方法更加適應課程快速發展的步伐。
在新的理論教學方法指導下,課程的理論教學過程采用啟發式講授、工程案例剖析與課堂討論相結合的方法。在教學過程中,注重以身邊的生活實例和工程實例設疑式地啟發學生,使學生在教師的引導下對實例中所涉及的測試技術基本原理和技術展開積極課堂討論,讓學生成為教學過程的主體,以此調動學生的學習積極性和激發學生自主思考、分析和解決問題的能力,逐步培養其理論聯系實際能力和創造性思維能力。
此外,為了使學生能夠把該課程的新知識與課程涉及到的其他專業基礎知識做到融會貫通和綜合應用。在每節課理論內容講授完畢后,教師為學生指點出下節課將會涉及到的其他課程專業基礎知識,以便學生課后可以及時溫習和回顧,從而使學生下節課的理論學習變得清楚明確,并且使學生真切感受到學以致用帶來的成就感,以進一步提高學習的積極性,逐漸培養學生自覺地對教學內容涉及的理論及實踐問題加以追蹤的嚴謹務實學習態度。
2.2.3 理論教學手段的創新
在理論教學手段方面,采用多元化教學手段,將多媒體教學 、黑板教學、仿真演示及實物教學等多種手段有機結合起來。
課程充分利用多媒體教學能夠很好地把概念、圖形、動畫、視頻及聲音等信息載體有機結合的特點[5],將一些傳統黑板教學手段難以表達的教學內容和無法觀察的現象采用圖文并茂、靈活多樣的多媒體方式生動形象地展示給學生,使沒有工程實際經驗的學生能夠從認知的角度建立機械工程測試的相關概念,力求教學過程與教學效果達到最優化。
對于理論強的教學內容(例如信號變換和信號處理相關章節)則采用黑板式教學手段,通過對公式和定理的詳細推導,加深學生對公式定理的理解。
對于應用性強的教學內容(如傳感器原理、信號調理等內容)則采用多媒體教學、黑板教學及實物教學相結合的手段進行講授,提高學生對教學內容的工程應用能力。
對于抽象性強的教學內容(如測試裝置的基本特性)宜采用Matlab/Simulink仿真演示的教學手段,幫助學生直觀地理解抽象的概念,并鼓勵和指導學生自己動手搭建仿真程序,培養學生的求知探索欲和動手能力。
2.2.4 理論考評體系的改革
在理論考核方面,傳統的課程考核模式主要是一次性定時閉卷考試。這種考核模式具有諸多弊端,一是學生臨時突擊,放松平時學習:二是難以考查學生的知識綜合運用能力和創新性思維。課程借鑒國內外一流大學的考評體系[6]。新理論考評體系采用“平時作業20%+課堂討論表現20%+自主考試10%+期末考試50%”,改變了傳統一次考試定結論的弊端,重在培養學生的學習主動性、知識綜合應用能力和創新探索意識。平時作業以大作業為主,重點培養學生的探索意識和知識綜合運用能力:課堂討論以工程實例為對象,通過考評學生參與分析討論的積極性和主動性,以提高學生的學習主動性,培養其應用知識分析解決問題的能力:所謂“自主考試”,即采用教師提供開放式工程題目或學生自選與課程內容相關的工程題目進行課程專業知識綜合應用的一種考核方式,這種考評方式可以充分發揮學生的創新型思維和工程應用能力:同時,為了考評學生對理論知識的掌握程度,在期末采用閉卷考試方式,以此確保學生對基礎理論和方法的掌握。
3 結語
通過對機械工程測試技術課程理論教學改革與創新的探討,使我們充分認識到只有對課程進行教學改革與創新才能達到提高課程教學質量和培養創新型工程應用人才的目標。同時,教學改革工作是一個與時俱進的過程,我們在以后的教學工作中將不斷優化和完善機械工程測試技術的理論教學過程,從而進一步提高課程的教學質量。
參考文獻
[1] 熊詩波,黃長藝.機械工程測試技術基礎(第3版)[M].北京:機械工業出版社, 2011.
關鍵詞：課程內學分制;機械工程測試技術基礎;教學模式
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）03-0040-02
“機械工程測試技術基礎”課程內容抽象，理論抽象復雜，需要與工程實踐緊密結合。隨著傳感技術、電子技術、信號處理等技術的飛速發展，測試技術新知識、新產品井噴式呈現，使本課程教學難度加大。因此，通過教學改革，探索本門課程教學模式和教學方法，對于提高課程教學效果、培養學生的綜合素質具有十分重要的意義[1]。
已經廣泛實施的學分制對學生的學習起到了積極的促進作用，但它也存在需要繼續完善之處。課程學分制實質上是把整個大學區間，以每門課程為單位劃分成了若干個相對的小區間。每一個小的區間即每門課程，所占的時間通常是一個學期，然而在長達半年時間――一個學期中，卻沒有更細的區間劃分，使得學生喪失了對目標短期進度的評價。課程內學分制的實施能夠有效地解決這個問題。
一、課程內學分制的設計
實施課程內學分制，首先應該對本課程的知識點進行認真的分析、歸納，在此基礎上，劃分出該課程相應的小課題，給出各個小課題所占的分值、考核辦法，為了促進課程內學分制的順利實施，學生在日常教學活動中的有關表現、學術行為也應該有對應的分值、考核辦法。
（一）課程內知識點小課題的凝練
結合以前的教學實踐及其他院校相關專業的教學經驗[2-3]，對《機械工程測試技術基礎》（熊詩波、黃長藝主編）相應章節的知識點認真分析、歸納，以信號流程為主線，根據人們對事物認識的規律（認識需要由感性認識上升到理性認識;對事物本質和規律的正確認識，是為了更好地指導實踐）構建本課程的教學體系，可細分為三個小課題：信號的初識、信號的獲取、信號的應用。如圖1所示。
以小課題2說明本課題的教學內容及教學目的。小課題2――信號的獲取包括測試裝置的基本特性與常用的傳感器兩部分的內容。通過本課題的教學要達到的目的：理解系統傳遞函數、頻響函數以及一、二階系統的靜、動態的特性及特性參數的測試方法，掌握實現不失真測試的條件，并能正確運用于測試裝置的分析和選擇。了解常用傳感器基本構成、工作原理、使用條件，能夠針對工程問題正確地選用合適的傳感器。
（二）小課題的分值劃分及實施細則
通過對各小課題知識學生理解接受的難易程度、與生產實際聯系的密切程度研究，將本課程中各小課題的分值劃分，如表1所示。為了促進課程內學分制的順利實施，學生在日常教學活動中的有關表現、學術行為也應該有對應的分值、考核辦法。相關內容也在表1中表示出來。
積分辦法應該在第一次上課時宣布，說明每個子項目的內容。
表1 課程內學分制各部分分值
平時隨時公布學生的積分進度，例如：每次實驗課的得分，可在學生完成后當場給他們打分，說明沒得滿分的原因。每次課后作業也給出相應的等級，教師應該把每一次大作業看作是一次與學生交流的機會，必須認真評改，根據作業完成的質量，在作業后面給出相應的分值。每次課后作業應該及時返回學生手中，達到周期性地顯示學生的學習態度、學習效果的目的，是一種對學生鞭策與督導的有效方式。
對應于每個小課題后面，給出數個測試題目。隨堂測試，根據答題質量，給出相應的分值，試卷、成績盡可能下次上課時發給學生，有問題及時反饋。每次測試完畢，學生都有一種期待，迫切想了解自己的答題結果，且對自己最近做出的反應記憶猶新，便于回顧試卷知識點，有利于提高教學效果。因此，平時每進行一次測試，教師最好在當天擠出時間閱完試卷，盡可能在第一時間了解學生的得失，同時也讓學生及時知道自己的測試情況，以便在講評前留有充分的時間探究，修正自己的問題。學生可以及時明白自己的學習效果，以達到激勵學生認真學習、提高學習興趣的目的。如此建立的進度意識，使得學生隨時明確最終通過本課程自己的努力是否足夠。重點培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，進一步發展思維能力。
鼓勵學生多種渠道補充積分。學生個體由于興趣、個人經歷的不同，所掌握的知識基礎也不同。教學中往往發現有些學生對本課程知識的掌握已經達到了較高程度，這些學生往往把時間花在其他方面，如果以固定方式積分，反而會導致他們的成績不理想?；A知識較好的學生，允許他們以更高標準的實驗目標、小制作或參與教師的科研項目等方式，作為成果獲得相應積分。
二、課程內學分制的實施過程
以鄭州大學國際教育學院2012級本科學生為對象，在“機械工程測試技術基礎”教學過程中實施課程內學分制的教學實踐。
在日常教學活動中，逐步使學生掌握對測試與檢測技術理論和實際的分析與研究方法。循序漸進地培養學生思考、綜合、分析、解決生產實際問題的能力，充分調動了學生學習的積極性與創造性，并且提高了創新思維與創新能力的培養。在講解過程中，應該利用CAI、虛擬儀器等輔助手段生動直觀地講解。應該緊跟現代工程測試技術井噴式發展步伐，把測試信號最先進的技術、產品融入教學實踐中，使學生在綜合運用書本所學知識的基礎上，激發潛能，拓寬思路，去發現、分析與解決問題。
在每個小課題的講解過程中，盡量以生活、生產實際中的例子帶著問題探索性地講解，與學生分享解決問題的分析、思考過程;幫助學生理解深奧、枯燥的書本理論。以小課題2的教學活動為例闡述如下。
小課題2中測試裝置的基本特性部分理論緊密聯系實際，在講述上，注重基本原理、數學分析，物理概念以及實際應用之間的融會貫通，力求理論性、應用性、新穎性與易學性并舉。可多舉一些事例幫助學生理解與記憶，例如：以常用的溫度計在測試體溫時需要等待一段時間，說明：溫度計為一階系統，體溫的輸入相當于一階躍信號，一階系統對階躍信號的響應需要經過一定時間（t=3τy（t）=0.95%;t=4τ，y（t）=0.982%）才能達到穩態值。
二階系統舉例，以學生熟悉、向往、使用的小轎車減震器為例，它可以簡化為由彈簧―質量―阻尼組成的二階系統，以MATLAB軟件演示參數固有頻率ωn與阻尼ξ比取不同的數值時，該系統對階躍信號在時域、頻域的響應曲線，說明二階系統的特性;系統參數測試可結合科研項目的具體實施過程說明。
小課題2中常用的傳感器部分緊密聯系實際，重在應用，對每一種傳感器分別介紹其典型的實際應用例子，結合工程實際注重對比不同類型傳感器的優缺點和使用條件。例如：一個項目中需要對快速小車位置實施檢測。小車速度35m/s，車身長度0.6m，對比分析傳統的機械行程開關、電磁式位置開關、光電開關的結構、反應時間等特點，指出傳統的機械行程開關是接觸式測量，頭部滾輪很可能瞬時撞飛，常用的電磁式位置開關響應頻率小于100Hz，開合時間為數十微秒，響應時間較長;光電式位置開關響應頻率300Hz以上，開合時間為微秒級，捕捉到小車通過這個信號是能夠實現的，后接PLC的高速計數器功能，能夠實現對其他電氣原件的控制。注重新型傳感器的工作原理和使用條件的講授，注意新知識、新技術、新工藝、新方法的介紹，激發學生的欲望，培養學生的創新能力，使學生在學習時始終能感受到課程的先進性和工程實用性。
三、課程內學分制的實施效果
在日常教學的每個環節都按照對應的分值積分，發現學生學習熱情較高，上課聽講一絲不茍，布置課后作業6次，每個學生都能夠認真完成，偶爾忘記交作業了，下一次會給教師說明并補交。三個小課題中每一個講完后，用25―30分鐘的時間進行測試，學生對待每個小課題的測試態度端正，達到了預期效果。
學生的評價為：課堂講解生動、有吸引力，課堂氣氛活躍;授課中結合了大量的工程案例，能夠學以致用;考核及評價方式能激勵學生主動學習與鉆研;注重創新意識和獨立思考能力的培養。
課程內學分制的教學方法，對任課教師的講課水平、科研素質提出了更高的要求，課后作業、小課題測試題的批改、打分、講解，增加了任課教師的勞動量，但教學效果好了，學生對教師的評價更積極了。
四、結語
本課程內學分制實施的前提是以信號流程為主線，根據人們對事物認識的規律，構建本課程的教學體系，細分為三個小課題：信號的初識、信號的獲取、信號的應用。同時需要規定相應小課題的分值及實施細則。
在每個小課題的講解過程中，盡量以生活、生產實際中的例子帶著問題探索性地講解，與學生分享解決問題的分析、思考過程;幫助學生理解深奧、枯燥的書本理論。
在實施的過程中，每個日常教學環節都按照對應的分值積分，注重學生在整個課程學習階段的學術表現和綜合素質的正確評定，按照課程內學分制給出的學習成績更加真實地體現了學生在本課程學習過程中的學術表現。
參考文獻：
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北理工大學學報：社會科學版，2010，（5）.
[2]張建立，李峰.基于實用的機械工程測試技術基礎教學
法探究[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2014，（2）.
關鍵詞：機械工程測試技術；項目教學法；應用
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0178-02
一、引言
“機械工程測試技術”是一門專業基礎課，這門課要求學生能夠合理地選用測試裝置從機械設備中提取所需的特征信息，掌握振動測試所需的專業知識和技能。本課程具有很強的實踐性，在教學過程中既要重視理論知識的教學又要緊密地聯系實際，這有助于學生牢固地熟練掌握測試技術的方法，為以后的實際應用做好前期的鋪墊。隨著機械自動化技術的不斷發展和應用型人才的需求量不斷增大，項目教學法越來越受到重視。本文探討了項目教學法在“機械工程測試技術”中的應用。
二、課程的特點以及存在的問題
1.機械工程測試技術的特點。機械工程測試技術包含測試和試驗兩方面的含義，測試是人類認識客觀世界的手段，是科學研究的基本方法；試驗是機械工程基礎研究、創新設計、控制系統設計的重要環節[1]。測試技術的課程內容主要包括測試信號的描述、信號的分析與處理、測試系統的靜態和動態特性、機械常用的傳感器、信號的調理等內容；要求學生掌握信號在時域與頻域的描述方法，建立明確的頻域概念；掌握信號頻譜分析、相關分析的基本原理和方法，了解數字信號處理的基本概念。
2.課程教學中存在的問題。在測試技術教學過程中，通過調查發現很多學生反映測試技術的理論教學內容枯燥，學生學完測試技術對傳感器不認識，對信號的時域描述和頻域描述只知道通過數學計算，不知道如何借助計算機進行時域分析和頻域分析，遇到旋轉機械的振動問題，不能將所學的理論和實際結合起來[2]。這與傳統的教學方法與模式有一定的關系。傳統的教學模式以老師教授理論知識為主，師生互動較少。雖然根據教學大綱安排了少量的測試技術的驗證性試驗課，還是缺乏和實際應用相關的探索性試驗[3]。
以上問題表明，傳統的機械工程測試技術教學方法與手段已經不能滿足現代機械工程專業的培養要求，主要體現在以下三個方面：（1）隨著計算機技術、傳感器技術、數據存儲技術、虛擬儀器技術的不斷發展，課程的內容與重點和實際的工程應用的差距逐漸變大；（2）教學學時的壓縮，教學的內容的增加；（3）教學老師缺乏實際的項目經驗，只能側重理論知識的教學，不能將理論知識和實際的工程實際很好地結合起來，導致學生解決實際振動測試問題能力較差。
三、基于項目的測試技術教學課程教學
1.項目教學的特點。項目教學法是進行機械工程測試教學過程中，實施一個和機械相關的工程測試項目，其目的在于將理論知識和實踐教學有機地結合起來，提升學生分析和解決實際問題的能力[4]。與傳統的教學法相比，不同之處體現在以下三個方面：（1）由原來的“以教師為中心”教學變成“師生共同學習”；（2）由原來的單純理論學習變成理論與實踐相結合；（3）由原來的驗證性學習方式變為探索和驗證性相結合的學習方式。在項目教學法中，學生不再是單純的被動學習，而是主動地去學習探索，將所學的理論知識去解決實際問題。通常一個實際的工程項目要分成若干個子項目，在項目教學過程中，學生能夠實際地接觸到傳感器、采集板卡、工控機等硬件，學生能根據要求研制實際的測試系統。
2.項目教學的選題。根據學校的實際情況，選擇“汽輪機的在線監測振動測試和故障診斷系統研制”為研究課題。汽輪機是典型的旋轉機械，“汽輪機的在線監測振動測試系統研制”綜合應用機械工程測試技術實現對設備的運行狀態進行在線振動監測。
3.項目教學的實施。汽輪機的在線監測振動測試和故障診斷系統的研制包含兩部分：硬件設計和軟件設計。常見的故障類型包括轉子質量不平衡、轉子不對中、動靜碰磨、油膜渦動。頻譜圖不一樣，無論什么故障，都會引起汽輪機的振動。振動信號中包含很多有用的信息，對振動信號采集。對采集的信號進行時域分析、頻域分析、功率譜分析、時頻分析。
硬件系統的設計，硬件系統包含傳感器系統、動態數據采集板卡系統、嵌入式工控機系統，如圖1所示。傳感器是整個系統的重要部件，選用的是電渦流傳感器和加速度傳感器。電渦流傳感器選用的是本特利公式生產的3300XL系列傳感器，它可以采集轉軸的軸向和徑向振動、轉速、相位等信號。加速度傳感器主要采集的是基座振動、軸承振動、齒輪軸軸向振動等信號，汽輪機所處的環境較為惡劣，這就要加速度傳感器具有便于安裝和工作穩定性等特點。選用了NI公司的高靈敏度陶瓷剪切加速度傳感器，它具有抗干擾、體積小、噪聲小、性價比高、抗粉塵、抗高溫等優點。數據采集板卡選用的是NI PXIe-4300和NI PXIe-4492系列板卡。NI PXIe-4300板卡對電渦流傳感器采集的信號進行處理，具有8路同步模擬輸入通道，具有低通濾波的功能。NI PXIe-4492是一款適用于多通道振動監測的高精度采集板卡。
汽輪機的在線監測振動測試和故障診斷系統的研制包含兩部分：硬件設計和軟件設計。汽輪常見的故障類型包括轉子質量不平衡、轉子不對中、動靜碰磨、油膜渦動。每一種類型故障的故障機理和時域圖。頻譜圖不一樣，無論什么故障，都會引起汽輪機的振動。振動信號中包含很多有用的信息，對振動信號采集。對采集的信號進行時域分析、頻域分析、功率譜分析、時頻分析。
硬件系統包含傳感器系統、動態數據采集板卡系統、嵌入式工控機系統。傳感器是整個系統的重要部件，選用的是電渦流傳感器和加速度傳感器。電渦流傳感器選用的是本特利公式生產的3300XL系列傳感器，可以采集轉軸的軸向和徑向振動、轉速、相位等信號。加速度傳感器主要采集的是基座振動、軸承振動、齒輪軸軸向振動等信號，汽輪機所處的環境較為惡劣，這就要加速度傳感器具有便于安裝和工作穩定性等特點。選用了NI公司的高靈敏度陶瓷剪切加速度傳感器，它具有抗干擾、體積小、噪聲小、性價比高、抗粉塵、抗高溫等優點。數據采集板卡選用的是NI PXIe-4300和NI PXIe-4492系列板卡。NI PXIe-4300板卡對電渦流傳感器采集的信號進行處理，具有8路同步模擬輸入通道，具有低通濾波的功能。NI PXIe-4492是一款適用于多通道振動監測的高精度采集板卡，具有8路同步通道，能夠完成單一系統的噪聲、振動測試信號的采集。工控機系統是振動監測與故障診斷系統硬件和軟件的載體，對汽輪機進行振動監測，產生數據很多，這就要求工控機具有較高的穩定性。在實際應用中，要考慮防塵防水、耐高溫、耐振動沖擊等不良環境。選用的工控機是NI PXIe-1082機箱，它具有8槽的高寬帶背板，質量輕，體積小，能較好地滿足測試系統的要求。
系統的軟件基于Labview完成，它是圖形化的編程語言，具有很多振動信號分析工具包。數據的采集端與分析端軟件均采用模塊化的編程，主要包括數據采集模塊、實時顯示模塊、數據分析模塊。信號分析模塊包含頻譜分析、時頻分析、Bode圖、幅值譜、功率譜。學生可以將測試技術學到的相關理論知識與實際的信號分析結合起來，提升分析問題的能力。如圖2所示。
四、項目教學的整體評價
在為期一學期的項目教學中，通過實際的傳感器的安裝到硬件平臺的搭建，在整個過程中學生主動學習和交流，促進學生學習主觀能動性，培養學生以工程項目為核心的思維和工作方式，提高學生動手能力。學生通過完成擬工程項目來探索學習教學實踐表明，該模式能較好地激發學生的學習興趣，為實現培養工程應用型大學生的目標打下了堅實的基礎，取得了較好的教學效果。
參考文獻：
[1]趙玉清，張悅，楊琳琳.以項目案例為主線的測試技術教學模式[J].教學研究，2013，5（3）：95-98.
[2]李敏通，翟長遠，史穎剛.項目教學法在“機械工程測試技術”教學中的應用[J].高教學刊，2015，24（3）：39-41.
