时间：2022-11-21 01:27:40
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前言
测试是人类认识客观世界的重要手段，是科学研究的基本方法，在工程技术领域中，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等都离不开测试技术，它主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法[1]。机械工程测试技术介绍了测试技术的系统组成、基本原理，以及对测试信号数据的分析方法，能够对机械工程测试中应用较多的振动、位移、力、温度等物理量进行检测和处理，是机电一体化技术的基础和桥梁[2]。以滨州学院为例，机械工程测试技术是一门面向机械设计制造及其自动化专业机械电子方向的必修课程，先修课程包括大学物理、电工电子学、控制工程基础等，与后修的机电一体化系统设计形成了完整的机电类专业课程体系[3]。通过课程改革，进一步整合相关教学资源和教学内容，增强测控类应用培养，丰富机械专业的应用型课程体系，为将来从事控制类的机械专业学生打下良好的基础。本课程安排在本科教学的第五学期，学生具有一定的专业基础，同时部分学生参与了科技创新大赛，有使用传感器进行参数检测的经验，这为课程的学习提供了良好的基础。由于本课程应用性强，按照传统的教学方式，信号频谱分析的理论部分要求较高、较难，传感器部分种类多且杂，导致学生学习时兴趣不足、学习动力不够，教学效果无法满足应用型人才培养的需要。自2005年以来，我国开始构建工程教育认证体系，逐步开展专业认证工作，于2016年6月成为《华盛顿协议》正式成员。工程教育认证是实现工程教育与工业界对接，提升工程人才培养质量的有效途径，因此探索工程教育认证视阈下的课程改革，对于更新教学理念、提高人才培养质量、推进地方高校专业认证具有重要的现实意义[4]。因此，滨州学院紧紧围绕培养高素质应用型人才的目标，在工程教育认证的背景下，进行了机械工程测试技术“案例+实验”导向的教学方法改革，改变了传统教学中灌输式教学方法，启发和引导学生主动学习，既有利于学生掌握基础理论知识和基本技能，又较好的培养了学生的工程实践能力。
一、课程培养目标
机械工程测试技术是以机械工程领域为应用背景，解决工程中常见动态物理量的测试问题。通过本课程的学习，培养学生掌握信号采集、传输、变换及数据处理的基本原理和实验方法，能根据研究对象合理选用传感器，具备构建基本工程测试系统和进行常见参量检测的能力，为进一步学习、研究和处理测控工程问题打下基础[5]。具体体现在以下三个方面：（一）知识目标1.信号时域和频域的描述方法，建立起信号频谱分析的概念；利用傅立叶变换对周期信号和非周期信号进行频谱分析计算。2.测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试条件，并能用于测试装置的分析和选择；掌握一阶、二阶线性系统动态特性及其测定方法。3.常用传感器的原理、特点、应用以及传感器的选用原则。4.信号调理电路（电桥、调制与解调、滤波、放大）的工作原理和性能，并能较合理的设计和选用。5.数字信号的一般处理步骤；相关分析及功率谱的基本原理、方法和应用。（二）能力目标1.具备正确运用测试方法、合理选用测试仪器、科学分析与处理数据的能力。2.培养运用所学知识构建测试系统和分析、解决实际测试工程问题的能力。（三）素质目标1.培养学生具有科学的思维方法、自主学习的意识和创新精神；具备工作严谨、诚实守信、敢于承担责任的职业道德与操守。2.通过参与案例分组讨论和实验项目操作，培养学生沟通和团队协作精神。
二、课程体系构建
本课程分为理论和实践两大部分，包括32学时的课堂讲授和8学时的传感器综合实验操作。课程体系整体框架如图1所示。理论教学共8章内容，包括绪论、信号及其描述、测试装置的静态和动态特性、常见传感器的原理与应用、信号调理与记录、信号处理初步、测试技术在工程中的应用以及虚拟仪器技术。其中，第二章信号及其描述主要包括信号的分类与描述，周期信号与离散频谱，瞬变非周期信号与连续频谱，随机信号。第三章测量装置的特性主要包括静态特性，一阶、二阶动态特性，测试装置对单位阶跃信号的响应，实现不失真测量的条件。第四章传感器原理与应用主要包括电阻式、电容式、电感式、磁电式、压电式、热电式与光电式传感器，其他传感器及智能传感器，传感器的选用原则。第五章信号调理与记录主要包括电桥、调制与解调、滤波、信号放大、测试信号的显示与记录。第六章信号处理初步主要包括数字信号处理的基本步骤，相关分析及其应用，功率谱分析及其应用。第七章工程应用中应变、振动、转速、温度等常见工业参数的测量系统的构建，理论与实验紧密联系，并结合第八章虚拟仪器技术开展基于Labview实现计算机数据采集。实践课程共分为4个实验，实验项目为悬臂梁固有频率的测量（验证性实验），转速和温度的综合测试与分析（综合性实验），电子秤的设计（设计性实验）。通过三个不同层次的实验要求，结合丰富的传感器与基于Labview的测控系统，学生通过亲自动手操作基本上掌握工程测试的系统构建和处理方法。培养学生的团队协作能力，提高解决实际测试工程问题的能力。
三、基于“案例+实验”教学的课程模式改革
机械工程测试技术关注新技术、新知识的导入，以案例+实验教学驱动激发学生学习的积极性，培养操作技能和创新意识[6]。本课程以多媒体演示、案例教学和实验操作为主要方法和手段，坚持理论联系实际的教学理念，共引入5个完整案例和4个实验项目设计对所学知识进行综合运用。
（一）探索案例教学模式，培养学生的工程意识和能力
案例1为压缩机齿轮箱故障诊断。通过齿轮箱振动信号频谱分析，确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。案例2为传感器在农业物联网中的应用。该案例来源于教师服务地方项目———“基于Labview的果园智能系统设计”研究课题，通过构建果园数据采集系统，实现了空气和土壤的温湿度、光照、pH值、风速风向、CO2浓度等参数的检测和数据传输，是传感器应用的综合体现。案例3为滤波在钢管无损探伤中的应用。利用电涡流传感器对钢管进行裂纹检测时，由于外界干扰信号中含有低频噪声，通过低通滤波器处理后得到有用信号，分析高频成分得到裂纹的程度和位置。案例4为互相关在管道泄漏检测中应用。根据互相关的性质，提取出两个信号之间的滞后时间，计算出泄漏点距离中心点的位置，并引申出如何消除误判，增加系统检测的可靠度。案例5为基于Labview的频谱分析仪设计。利用Labview自带频谱分析模块，通过简单的图形化编程实现对于信号的频谱分析并显示。
（二）精心设计实验项目，建立以学生为主的应用型实验模式
学生根据传感器综合实验台提供的30几种传感器以及数据采集系统，构建硬软件系统，团队协作完成相关物理量的采集和分析，充分发挥学生主观能动性，利于培养学生的实践动手能力。实验1为悬臂梁固有频率测量。通过构建悬臂梁结构，在一端施加不同频率的激励，采用传感器测量振动信号，分析该二阶系统的频谱特性，得到悬臂梁的固有频率。实验2为电子秤的设计。将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片构成的电桥电路转化为电量输出，从而实现质量与电量之间的线性关系。实验3和实验4为基于Labview的转速和温度测量。利用YL2000传感器综合试验台，构建转速和温度采集平台，利用数据采集卡和PC机实现数字信号的采集和分析。
（三）丰富授课方式和手段，改革课程考核和评价方法
根据课程内容协调采取多种教学方式和手段。理论性较强的内容，宜采用板书为主的教学手段，比如频谱分析的推导等；同时采用Labview作为机械工程测试信号分析与处理工具，构建虚拟测试系统和信号分析虚拟环境，学生可以在课堂上直观的观察信号的构成、信号的频谱分析和数据采集过程，从而理解傅立叶变换的意义。此外，利用虚拟信号分析系统进行仿真演示，如频谱分析、滤波、相关分析等，加深对理论知识的理解。应用性较强的内容，比如传感器，宜采用多媒体为主的教学手段，配合图片、视频、动画演示等手段辅助教学。教学中结合工程案例，用演示实验对实际测试的振动、温度等信号进行采集和分析，让学生建立信号分析与实际应用间的联系。完善课程考核与评价体系，增加实验考核比重。重点考查工程测试的基础知识、基本概念、基本原理和测试方法，以及利用所学知识构建一个简单的测试系统。期末成绩占60%，实验成绩占20%，过程考核占20%（课堂表现和考勤）。
1.1界面的设计工作在信号分析
界面主要是通过GUI图形用户界面菜单的编辑器来设计的。根据信号分析的结构划分，系统的主页面由多个子窗体的模块共同组成，分别为：系统简介、信号分析、推出系统等。只要单机主页面上面的模块键就可以打开相应的子窗体。并且所有功能的模块都是MATLAB系统应用程序，在每个子窗体模块中还有多个典型信号，其中有方波信号、脉冲波信号等。典型信号的分析还包括实频谱、虚频谱、相位谱等，相关的分析还有正弦、余弦、方波、脉冲波等信号的自相关与互相关的分析；加窗处理涵盖锯齿波、三角波、方波等信号的窗处理，窗函数还有汉宁窗、哈明窗、矩形窗等。除此之外，在典型的信号分析中，想要保证图形的精确性，还要进行加窗与选取采样点工作。这样每一个模块的显示的内容就会用菜单的形式很好的体现出来。
1.2通过举例进行分析
在实际教学过程中，信号测试分析及处理就可以直接应用先前所设计完成的信号分析应用软件，并且在辅助教学工具在实际应用过程中，只需要进行菜单电机就可以完成，就以就对分析正弦信号的谱举例说明。给出正弦波的信号为y=8sin（10π）t，并根据数据来求出信号的实频谱、相位谱、虚频谱等求出。然后点击MATLAB信号分析应用软件，就会出现测试信号分析主页面图；再次点击页面中的正弦信号分析就可以进入正弦信号的分析主页面图。在选择相应的参数时，要注意频率在6Hz左右，取300个采样点，汉宁窗的宽度为300，点击绘图就可以得出正弦波信号y=5sin（10π）t的结果。求出结果为：相频谱、实频谱显示为0，虚频谱为±3.5，双边幅值谱为3.5，功率谱为13.5等等。根据上述的举例分析可了解到，设计的信号分析应用软件具有简便性，并且界面显示很好，比较适合上课测验、演示等。当然，对于测试技术试验及工程领域此技术仍然可以很好的使用。
2合理搭配与实际应用
将MATLAB及测试信号的分析应用软件应用在教学中可以取得很好的教学效果。对于教师而言，在上课中可以在讲解同时还进行演示，对于一些比较抽象的问题就可以用仿真图形来进行仿真演示，这样会使分析结果非常清楚，减少了教师板书的书写及作图步骤所用的时间，在很大程度上提升了教学效率，教学质量也随之提升。然而对于学生来讲，软件的应用可以帮助学生们进行深刻记忆与理解，可以作为学生预习的材料，帮助学生们解决困难习题等。此软件的应用充分的表现出MAT-LAB的灵活性，还可以对学生们起到规范作用，学生们在教师的帮助下，可以自己设计一些工具箱，无形中提升了学生们的学习积极性。虽然MATLAB及测试信号的分析应用软件具有很多优势，但是在测试教学中也有其自身的特色，在进行公式推算中，相比应用板书会取得更好的效果。因为板书可以将内容保留一段时间，方便学生们进行比较分析。软件的应用主要偏于结果，所以在以后的机械工程测试技术教学中，要将软件应用与其他教学方法进行科学合理的搭配使用，这样才能充分发挥出其自身优势。
3总结
[关键词]机械工程；测试技术；案例式教学；课程改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）04-0079-02
引言
机械工程测试技术是一门面向应用、具有很强实践性的课程，是机械类专业本科生的主要技术课程。该课程涉及机械、传感、电工电子、控制技术、物理、工程数学等多种知识[1][2]，具有多学科交叉的特性，涉及范围广，知识面多，理论知识抽象难以理解，实践教学又由于实验条件的限制难以接近工程实际。[3][4]随着课程体制的改革与深化，增大课程知识点，压缩学时数成为趋势。如何在有限的课时范围内让学生掌握机械工程测试技术课程中更多的知识点，案例式教学是一种比较好的解决方案。
一、案例式教学的开展
案例式教学是指教师根据教学要求，设计相应的教学案例，组织学生针对案例内容，运用所学知识进行思考、分析和讨论，从而提升学生分析问题、解决问题的能力。[5]案例式教学自古就有[6][7]，早在春秋战国的时候，诸子百家在与弟子传道过程中就经常使用民间故事阐述义理。古希腊著名思想家、哲学家苏格拉底和柏拉图师生间也时常利用一个又一个故事通过对话的方式来说事明理。目前，全球兴起的案例教学法起源于19世纪七八十年代哈佛法学院兰戴尔院长的倡导。[8]案例教学是将案例融入教学过程中，以案例为基础，通过教师与学生的互动，达到教学的目的。
案例式教学在实施过程中，大致可分成课前案例的收集与选择、课中案例的讲解与探究和课后案例的分析与评价三个阶段。
（一）课前案例的收集与选择
案例式教学的核心在于教学的案例选择。案例选择合适，教学过程中学生的积极性就很高，教学效果就会事半功倍；案例选择不当，教学任务就无法有效完成，学生学习的积极性也会大打折扣。当前机械工程测试技术课程中的教学案例多而杂，在目前教学课时量大幅压缩的背景下，课堂上案例太多，学生应接不暇，积极性不高；教材中的教学案例包含的知识点比较单一，大部分案例仅牵涉教学中的一个知识点，无法与前后的知识点形成联系，教学过程容易割裂整个知识链；教材中一些教学案例基于理论，脱离工程实际，脱离工程实际的案例会让学生眼高手低，一旦遇到实际问题，他们难以有效地及时解决。机械工程测试技术课程中的案例应基于现有的教学课时量，结合学校现有实验实践环境，结合工程实际和科研项目，在有限的案例里尽量多地反映更加全面的知识点。
（二）课中案例的讲解与探究
案例式教学对教师的要求很高，它不仅要求教师对教学案例有全面深入的理解，还要求教师在课堂中把控学生的情绪和积极性。教师在对教学案例讲解的过程中，应注重理论知识的系统化，结合教材，考虑知识体系的前后连贯，理清案例的分析思路，引导学生参与到案例过程中，让学生能自主地进行探究。针对具体的教学案例，应从理论到应用，让学生掌握相应的理论知识。在机械工程测试技术课程别要注意信号处理的相关概念及理论，应用过程中需考虑现场传感器的选择和安装、现场的噪声等干扰消除，后续测信号处理电路的搭建。整个案例的讲解与分析能让学生有种身临其境的状态，可以调动学生的参与积极性，激发学生的兴趣。作为教师，必须及时把控学生的学习进度，不能纠结于某个小问题，也不能让学生在课堂中天马行空，脱离教学核心内容。
（三）课后案例的分析c评价
案例式教学课后还需对教学案例以及教学过程中的学生表现进行全面剖析。教师应利用找各类学生谈话、问卷调查、课后思考题等方式掌握教学案例的适用度，弄清理好的案例应如何更进一步地深入与拓展，课堂上无法进行的案例是由什么原因引起的，是案例吸引度不够还是超出了学生可理解的范围。从质与量两个方面，从教师与学生两个角度去分析案例选择及开展的可行性及适用度，通过对教学案例的不断分析、反思与总结，建构起科学充足的教学案例资源，不断完善案例式教学方法。
二、案例式教学实例
机械工程测试技术课程教学案例不能太多太杂，应基于现有的教学课时量，结合现有的学校实验实践环境，结合工程实际，同时还可以结合科研项目，在有限的案例里尽量多地反映更加全面的知识点。机械工程测试技术课程的内容主要包含信号处理和传感器两大部分。信号处理偏于理论，传感器侧重于实践，在案例的选择与分析中应考虑信号处理和传感器两个方面的内容，理论与实践相结合。
（一）案例一：机器人工作过程的分析与实现
课程教学的有效开展，离不开学校的实验室资源。只有因地制宜，充分利用实验室资源，才能使课程的效用达到最佳。笔者结合本学院现有的实验室条件，选用机器人作为教学案例。目前，学院已建立了工业机器人实验室、机器人工作室。在工业机器人实验室中，可以利用焊接、搬运工业机器人，让学生掌握工业机器人的工作原理，特别是工业机器人的关节位姿、速度加速度、工件位置的检测及后续的信号处理与控制。在机器人工作室中，利用“创意之星”机器人套件，学生可以搭建各类创意机器人，可以学会红外线传感器、灰度传感器、霍尔传感器、图像、声音等各类传感器的实际应用，并利用机器人擂台赛等赛事，摈弃书本的枯燥，体验创新的乐趣，这样既掌握了知识又锻炼了能力。
在该案例的教学中，应先基于教材，让学生了解一些特定传感器如霍尔传感器、红外传感器的工作原理与工程应用，了解位置、速度、力等参数的测试方法，让学生掌握电桥、调制等基本的信号处理方法。基于现有的实验室条件，可以利用焊接、搬运工业机器人，让学生掌握工业机器人的工作原理，通过编程让学生了解工业机器人的运作方式；可以利用“创意之星”等机器人套件，让学生搭建各类富有创造力的机器人，体验创新的乐趣，并利用各类机器人赛事，如机器人创意赛、机器人擂台赛、大学生机器人赛等，在比赛中学习成长。
（二）案例二：零件加工表面质量的在线测试
科学研究是对未知领域的探究。在条件许可的情况下，可以在课程教学中将科研项目作为部分教学案例，让学生了解一些科研知识，掌握一些科研方法，这能为其进一步深造及探知未来打下基础。如某国家重大科技专项中的子课题，就要求对零件加工表面质量进行在线测试，这也是需要解决的工厂实际问题。随着机械加工自动化程度的提高，很多零件由抽检改为必检，这对零件加工表面的在线测量提出了越来越高的要求。
针对这个案例，笔者提出一系列问题给学生思考及讨论：测试的方案应如何设定？应选择什么类型的传感器进行测试？传感器测试的原理是什么？使用该类传感器时应注意什么？测试的后续电路怎么接？如何排除测试干扰？利用这些问题一步一步引导学生进行科研项目的开展及实际工程问题的具体解决。该案例侧重项目开展，目的是让学生接触工程实际，接近科技前沿，将教材内容延伸，让学生结合最新技术，创新性地开展项目研究。
三、结束语
在机械制造业信息化和创新型人才培养中，机械工程测试技术课程起着极为重要的作用。随着课程教学的改革，教学课时量的压缩成为一种趋势。案例式教学是在课时量压缩的前提下依然可以保证教学内容和教学效果的一种有效的教学方法。经过近十年的机械工程测试技术课程教学实践和近两年的案例式课程改革，通过各种案例的积累和优化，笔者充分感觉到课堂气氛活跃了，学生的学习兴趣提高了。学生普遍反映，通过机械工程测试技术课程的案例式教学，他们不仅掌握了课本知识，而且工程应用能力和科研分析能力也得到了锻炼。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 石磊.案例教学法在《机械工程测试技术》的应用[J].机电技术，2011（5）：147-148.
[2] 徐琳，李伯全.“C械工程测试技术”课程教学改革的研究与现状[J].中国电力教育，2014（29）：49-50.
[3] 郝鸿雁，刘叶华.工程案例导入在机械工程测试技术教学中的应用[J].大学教育，2014（3）：102-103.
[4] 张凤生，王海峰，孙忠义，等.机械工程测试技术课程教学改革与实践[J].教学研究，2012（1）：92-94.
[5] 文成，周传德.机械工程测试技术“案例和实验并举”教学模式探索[J].中国现代教育装备，2013（1）：61-63.
[6] 刘建新，卢厚清.案例教学法的起源、特点与应用研究[J]. 南京工程学院学报（社会科学版），2011（1）：60-64.
[关键词] 机械工程测试技术；教学改革；实验教学；虚拟仪器
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2012)01-0092-03
0 引言
机械工程测试技术是机械类专业的专业基础课。其特点一是多学科交叉，涉及工程数学、物理、机械、电子技术和计算机等多学科；二是理论与实践紧密结合，既涵盖信号与测试系统分析等理论知识，又包含传感器和常见机械量测量等工程应用。长期以来本课程的教学存在“内容比较分散，杂乱，且滞后于新技术的发展”、“总学时不断压缩，但新内容越来越多”、“实验教学环节薄弱”和“教学模式单一”等不足。为此，笔者在总结多年教学经验和借鉴其他院校教学改革经验[1,2]的基础上，对课程进行大力改革，取得良好成果。
1 课程内容体系的完善与新知识的补充
为帮助学生建立完整的课程体系概念，理清学习思路，笔者以测试系统的构成框图为主框架，以信号流程为主线，构建课程的内容体系，见图1。将课程内容划分为7部分：（1）概述部分：通过详解图1，使学生了解本课程的内容梗概以及与其他课程的联系；通过大量实例，展现“测试技术的意义和发展”，激起学生对本课程的兴趣；（2）信号分析与处理：重点介绍傅里叶分析、数字信号处理和随机信号分析，核心内容是“时域与频域间的相互变换”；（3）测试系统特性分析：包括测试系统的静态特性、动态特性、动态响应、负载效应、动态特性的试验测定和实现不失真测量的方法；（4）传感器：介绍工程测试中常用的传感器，重点了解各种传感器的工作原理及其特点；（5）信号调理：包括桥电路、放大电路、滤波器、调制/解调、A/D转换器等内容；（6）常见机械工程量（位移、振动、应变、力、扭矩、温度、流量）的测量：结合工程案例，讲解测量传感器的选择和具体测试系统的实现；（7）测试系统的最新发展――虚拟仪器。其中（2）和（3）两部分理论性强，比较抽象、难懂，笔者将这两部分内容贯穿到以信号流程为主线的整个教学过程中，讲授内容分合相济，变分散为集中，变模糊为清晰，有助于学习、掌握。
测试技术属信息科学的范畴，是当今最活跃的前沿学科之一。为使学生了解本学科的最新发展，对本课程及时补充新知识。例如，传感器部分增加电荷耦合器件（CCD）和光纤传感器的内容；新增了虚拟仪器部分。
2 教学方法改革
针对高校教学改革注重“加强基础，拓宽口径，加强实践和创新能力培养，提高综合素质”的特点，以及教学学时减少、教学要求提高的实际情况，通过改革教学方法来提高教学效率和质量。
1）对传统的教师满堂灌的教学方式进行改革，采用启发式教学。启发式教学不仅是教学方法，更是一种教学思想，是教学原则和教学观。所谓启发式教学是教师在教学过程中，根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段调动学生的主观能动性，引导学生开动脑筋、积极思维、主动实践，以达到掌握知识和技能，增强能力的目的。
首先，调动学生学习积极性的前提是要激发起学生对学习本课程的强烈兴趣。为此，不仅要在课程开始时讲好学习本课程的意义，而且在讲解每一部分内容之前都让学生明确学习这部分内容的目标以及在工程实际中的作用。例如，在第一堂课的教学中，结合教学内容中的“测试技术的意义和发展”，列举了大量学生有感性认识的实例。如微波炉、空调、冰箱等家用电器如何对温度、湿度等物理量进行检测和控制，用到了哪些类型的传感器；又如电脑中光电鼠标应用了光电位移传感器、麦克风应用了电容传声器等；数码照相机、手机、摄像头等应用了CCD传感器等等。这些实例可大大激发起学生的学习兴趣，认识到本课程的重要性和实用价值，为后续学习作好思想准备。
其次，教师的授课过程是以“问题”为起点，引导学生进行创造性解决问题的过程。教师要注意问题的提出方式，引导学生带着解决问题的愿望，主动地参与教学过程，随着授课内容的进展而解决心存的疑问。例如，在讲授CCD传感器时，不是采用平铺直叙的方法介绍CCD工作原理、性能，而是先提出问题“你是否了解手机的彩信功能是如何实现的？”、“数码相机如何成像？”等，由此引出CCD传感器。这样，在接下来的CCD原理、性能及应用讲解中，学生们表现出强烈的兴趣和主动性。
2）以多媒体CAI课件为课堂教学手段，应用文字、图形、图像、声音、动画等多种媒体素材在时间和空间上进行集成，使抽象的理论形象化，枯燥的知识生动化。学生在直观、形象、生动的感性材料刺激下，激发学习兴趣，思维潜能得到充分的发挥。教师的教学也会因多媒体的使用而变得更加生动活泼，教学空间得到拓宽，教学过程得到优化，教学效率高、效果好。例如，时域与频域间的相互变换是信号分析的核心内容。学生们已习惯时域内的信号描述，而对频域内的信号描述与分析则感到抽象、难懂。为此，笔者借鉴物理学中棱镜分光的例子，将傅里叶变换看作“数学的棱镜”。在课件中，通过棱镜分光的彩色图像直观地示意出棱镜将光分成不同颜色成分，每种成分的颜色由波长（或频率）决定；通过绘制“时间－频率－幅值”的三维图形，直观地展示傅里叶变换作为“数学的棱镜”，将信号基于频率分成不同成分的过程。这样的对比讲解加深了学生对信号时域与频域分析及其相互关系的认识。再如，以往传感器部分的教学因缺乏实物对象，感到枯燥无味。如今多媒体教学，通过精彩的实物照片和生动的动画演示，使学生对光栅传感器、磁栅传感器、感应同步器、霍尔传感器、电涡流传感器等较复杂传感器的工作原理与工程应用，有更深刻的理解和掌握。
3）采用以工程案例和实验为主线的教学模式，用具有工程背景的案例开阔学生的学术眼界、激发学习兴趣、培养理论与实践结合的意识[3,4]。例如，以笔者完成的科研课题“微小尺寸激光衍射测量系统”为工程案例，讲解线阵CCD的工作原理及其应用系统的设计过程。以测定深埋地下的输液管道裂损位置的工程案例讲解相关函数及其应用，使得比较抽象、难懂的相关函数概念易于理解和掌握。再如，通过对电子汽车衡（地磅）工作原理和设计过程的具体分析，不仅使学生加深对电阻应变式传感器、桥电路、A/D转换器和微处理器等的理解，而且有助于掌握测试系统设计的基本过程，培养综合运用知识的能力。
3 实验教学的改革
实验在本课程教学中占重要地位。例如，信号分析与测试系统分析内容理论性强、抽象难懂，需由实验直观演示验证；传感器原理及其工程应用只有通过直观的实验和亲手操作才能深刻理解和掌握。但长期以来实验教学一直是薄弱环节。一是实验条件的改善滞后于招生规模的扩大；二是传统的实验教学中一般只要求学生按实验指导书的步骤操作，有些学生不认真思考就按部就班完成实验，根本没有弄清楚该实验来龙去脉，知其然而不知其所以然。三是实验类型单一，只是一些验证性实验，缺少综合性和设计性实验，不利于激发学生的学习兴趣和积极性，更谈不上创新能力的培养。为此，对实验教学采取了两项改革措施。
1）将虚拟仪器引入实验教学，在资金投入不大的条件下，有效改善实验条件。按传统的实验手段，要配齐本课程实验教学所需的硬件设备，需大量的资金投入，这对于普通院校是不现实的。虚拟仪器是以计算机为核心，配上相应的硬件模块（数据采集卡、各种传感器、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等）和专用软件构成的新型仪器。它具有极强的通用性和灵活性，且成本低，可实现各种测试仪器的通用功能，为本课程的实验教学提供了有效手段[5]。笔者利用虚拟仪器开发平台LabVIEW，基于NI ELVIS教学套件、各种传感器、小型伺服电机和X-Y工作台等硬件基础，设计开发虚拟实验项目，加强实验教学。实验项目分演示性实验、验证性实验、设计性实验三类。（1）演示性实验：课程组教师开发了教学用演示功能界面，将抽象的理论内容直观地展现在动态的演示操作中。例如，信号的频谱分析、信号产生与处理、窗函数比较实验等。（2）验证性实验：学生根据实验指导书的要求，在教师指导下，按既定的方法和实验装置，完成具体的实验过程。例如，直流电机转速测控实验、热敏电阻测温实验、CCD图像采集实验等。通过实验加深对理论知识的理解，并获得一定的操作技能训练。（3）设计性实验：由教师拟订题目，学生根据所学内容，确定实验方案，查阅相关资料，拟定或选择实验方法和步骤，选用仪器设备，独立操作完成实验，并写出实验报告。目前有 “位移检测”和“电子秤设计”两个实验题目，可选传感器包括电阻应变片、差动变压器、涡流传感器、霍尔传感器、电容传感器、光纤位移传感器等。通过实验使学生获得实验全过程的训练，由被动实验状态转变为主动状态，激发学生学习的主动性，培养综合能力。
2）结合课程组教师的科研课题，在课堂教学和实验课之外，组织成立研究型学习小组，对该课程感兴趣的学生均可参加。小组的学生在课题组教师指导和研究生的帮助下，积极参与研究项目中的一些工作。由于科研课题多与工程应用紧密结合，解决生产实际问题，任务本身具有挑战性，学生在参与科研的过程中，可切身体会到理论与实践结合的价值，激发起他们内在学习动机，积极探索应用自己所学知识解决问题。研究型学习小组活动的开展，对学生了解科学研究的过程和方法，培养实践能力和创新意识起到了积极作用。
4 结束语
课程改革实践使人们认识到：第一，高等学校教育的主体是学生，教学改革必须以学生为中心，通过改革教学方法和注重对学生能力的培养，在有限的学时内，向学生传授更多、更新的知识；同时提高学生的学习兴趣，增强实践能力和创新意识。第二，对于工科类的课程改革突出其实践性是最重要的，加强实验教学环节是关键。虚拟仪器的发展为实验教学改革提供了强有力的工具，其在实验教学中的巨大潜力有待进一步开发。第三，科技在不断进步，社会在不断变革和发展，为培养适应社会需求的高质量人才，必须坚持教学改革。这是一个长期的过程，需要不断探索、实践和创新。
参考文献
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[3]欧俭平,马爱纯,蒋绍坚.工程案例教学法在热能与动力工程专业课教学改革中的实践[J].高教论坛,2006,(5):131-132+135.
随着机电产品一体化和生产过程自动化程度的不断提高，机械工程的测试系统越来越复杂。它已成为整个机械设备研制、开发、应用和教学过程中不可或缺的组成部分。机械工程测试系统的基本任务是从测试对象获取反映其变化规律的动态信息，一个功能完善的机械工程测试系统由传感器、信号转换装置、信号分析处理装置和显示与记录等功能模块组成，无疑，讨论和设计机械工程测试系统及其构成要素，是十分有意义的。本文主要分析了虚拟仪器技术在机械工程测试中的应用状况，望大家参考。
一、机械工程测试系统基本状况分析
测试是测量与试验的简称，测试中最基本的是测量。测量是利用各种装置对可观测量（或称被测参数）进行定性和定量的过程。测试的基本任务是获取信息。测试是发展和检验自然科学理论的实践基础。在工程技术领域，由于实际研究对象的复杂性，很多问题难以进行完善的理论分析、推导和计算，所以必须通过试验来获得研究对象的状态，变化和特征等，这正是通过测试来实现的。测试技术正是研究有关测试方法、测试手段和测试理论的科学，它应用于不同的领域并在各个自然科学研究领域起着重要作用。特别是现在机械工程测试技术引起了大型工业企业和高等院校极大的重视。
测试系统的第一个环节是信号的传感，即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元本文由收集整理件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量，被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。
第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响，且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理，以抑制干扰噪声、提高信噪比，便于进一步传输和后续环节中的处理。
第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录，包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。 机械工程测试系统有测量、监控、试验分析机械设备运行过程中的参数功能，但前序步骤必经信号的采集、分析才能得出。所以，本系统对于机械的后续分析作用意义重大。
二、虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状
科学技术的日益发展，对现在的机械工程测试系统影响很大，特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析，但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器，而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台，信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。
测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统（智能仪器）及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心，计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下，虚拟仪器的产生也就水到渠成。
在虚拟仪器中，软件是虚拟仪器系统的关键，目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件，以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台，以图形化编程和界面灵活见长。华中理工大学的v198虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中，美国ni公司的labview软件功能最为完善，labview软件以简单、直观的图形化编程方式、强大的图形显示和数据处理能力见长，运行速度快、开发周期短、界面灵活是其又一大优势，最能体现虚拟仪器的风格，所以基于labview的虚拟仪器应用相当广泛。
由于pc的功能变得越来越强大，速度快，价格低，在标准pc上连接一个或多个仪
器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。虚拟仪器的软件开发平台labview中，“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉，用丰富的曲线图像向测试人员传递信息，是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。
几个测试站点连成一个大的测试网络，互通数据和信息，联合分析测试结果，实现
数据和信息共享的网络化测试是机械工程测试系统的一个发展趋势。虚拟仪器技术是现代机械工程测试系统的发展趋势，在丰富的虚拟仪器软硬件产品支持下，尤其是在被誉为“科学家和工程师的语言”labview的支持下，组建一个机械工程测试系统正变得越来越容易。在技术发展日新月异的今天，为了让测试系统就有开放性、兼容性和不断更新的可能，利用虚拟仪器的概念组建测试系统不失为一种好的选择。
在机械工程测试系统中，应用虚拟仪器编的越来越普遍，因为很多传统的硬件设备在虚拟仪器中都可以用软件代替，从而降低了大量的设备浪费，降低了成本，并且还可以直观化的显示其结果，将多种的传统仪器合并到一套虚拟仪器测试系统中，有利于编程，也有利于增强测试系统的准确度。
［关键词］工程案例测试技术教学改革
［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）06-0102-02
机械工程测试技术是高等学校机械类各专业的一门专业基础课。通过本课程的学习，培养学生能合理地选用测试装置并初步掌握静、动态测量和常用工程试验所需的基本知识和技能。该课程的主要内容包括：信号的分析与处理、常用传感器的原理及特点、简单的测试系统和常见物理量的测量方法等。
机械工程测试技术内容涉及机械、电子、物理、计算机和自动控制等多学科，具有多学科交叉的特点。课程在讲授过程中知识点比较分散，理论推导复杂。同时该课程还具有很强的实践性，学生只有受到应有的实验能力的训练，获得关于测试的比较完整的概念，才能初步具有处理实际测试工作的能力。加以随着现代生产和工程科学研究的发展，新原理和新技术在测试技术中的应用，使得课程的内容进一步的增加，在有限的学时内如何让学生较好地掌握该门课程，是我们任课教师所面临的一个问题。
基于该课程的特点，为适应我校涉海类应用型工程技术人才教学要求，提高教学质量，充分调动学生的学习积极性、培养学生的工程实践能力，笔者通过将工程案例导入到教学过程中的方法，取得了良好的教学效果。
一、传统教学过程中存在的不足
（一）培养模式偏离
长期以来，高等院校一直沿用的研究性人才的培养模式，注重于概念、理论以及数学推导过程的学习，教学方式多采用“满堂灌”，这样培养出来的学生视野多被局限于书本内，对于工程实际运用所知甚少，造成理论和实践的脱节。也就是说，学生从教学中掌握了“某种系统或方法可以用”的问题，而对于“如何用”，“应用效果如何”等问题则不是很清楚。尤其对于实践性很强的机械工程测试技术等课程，表现更为突出。学生在学习过程中觉得枯燥无味，缺乏积极性，学习效果不是很好。
（二）实验实践环节弱
在学习过程中，虽然设置了一定课时的实验，但实验多以验证性实验为主，主要验证具体的传感器的一些性能，加以校内实验室很难提供大型实验系统或设备，使得学生在做实验过程中，缺乏系统性和创造性，很难掌握完整的测试系统的整体思路和对动态数据的实时测量方法，而这恰恰是工程实际应用中最重要的。
二、工程案例导入
所谓工程案例导入，就是将真实工程案例引入教学过程形成的教学内容。尽可能地将工程现场实际情况借助各种手段搬到课堂上来，通过对测试现场的介绍，总结、梳理、扩展，使学生掌握所学知识。
（一）工程案例的选择
工程案例来源于工程实践，这对于长期工作在高校的教师来说，一般不容易获得。主要有以下几种方式：为地方企业服务科技服务过程中、与地方企业共同研究科研课题过程中、指导学生实习过程中均能获得。这就要求任课教师首先自己走出去，当好工程实践和学生教学的桥梁纽带。
在获得大量的工程案例素材后，就要根据实际教学需求选择案例。这项工作非常重要，关系到案例导入在教学中应用的效果。笔者一般在选择工程案例时，主要考虑的因素包括：工程案例与学生所学基本理论的结合程度；工程案例是否可以进行拓展，更多地将所学理论包容进去；是否有助于调动学生的积极性，提高他们解决实际工程问题的能力等因素。
（二）工程案例的具体导入过程
下面以船舶轴功率的动态测量为例，介绍如何将工程案例导入“机械工程测试技术”的实际教学中。
首先提出问题： 船舶轴功率测量的工程意义？如何测量？测量原理？测量系统中选用那类传感器？测量效果与精度？能否满足实际工程需要？在教师的引导下，学生带着这些问题逐步寻求解决的办法，极大地提高了学生的积极性和创造性。
在明确了船舶轴功率测量的工程背景后，根据船舶轴功率测量原理，船舶轴系轴功率测量是通过间接测量轴系的输出扭矩和转速得到轴系的功率降，即分别测量扭矩和转速，再求得功率。测量系统组成图1所示：
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图1电阻应变式轴功率遥测系统
从测量系统图中我们可以看到，一个工程案例基本涵盖了课程的大部分内容。传感器的选择：采用四个电阻应变片组成惠斯通电桥，将轴上产生的扭矩形变转化成应变片阻值的变化。转标传感器借助轴上固定的永久磁铁将转速转换成电脉冲信号；信号的变换与传输：电阻应变片的阻值变化以电信号的形式传递给发射机，发射机将电信号转化成无线电的形式，通过特定频率的无线电波发射出去，接受机收到该信号进行相应的转化并以数字信号的形式传送到数据采集器中。会同转速的脉冲信号共同传输到便携电脑中；虚拟仪器的应用；显示记录装置等。这样就使得教材中所有的知识点进行了有机的串联，变得立体化，让学生真切地认识到学有所用，学以致用。
然后我们可以通过测试现场的一些图片、视频、测量实际数据的展示总结该测量系统的特点。将知识进行有效的扩展，例如：还可以采用什么类型的传感器对轴转矩和转速进行测量？信号是否可以用有线形式传输？测试系统是否能满足其它工程现场的实际工况？这样可以使学生很好地建立起分析实际工程问题的思路和提高解决实际工程问题的能力。
三、 结语
结合我校培养涉海类工程技术人才的实际需要，将工程案例导入到教学过程中，很大程度上提高了学生的学习兴趣，激发了他们的求知欲。结合工程案例，通过提出问题、分析问题、解决问题的思路，培养了学生解决实际工程问题的能力。
同时，在将工程案例导入到教学过程中，作为教师，笔者也从工程案例的选择、导入、讲解过程中学到了很多工程现场的知识，提高了教学能力。
当然，在工程案例的导入过程中，也会存在一些问题：不可能将全部教学内容融入几个工程案例中，可能会留下一些知识死角；在有限的课时内，提高了解决工程问题能力的同时是否会弱化了基本理论和原理的把握等。这就需要我们灵活把握，积累经验，多和学生交流沟通，让他们真正地掌握好该门课程。
［参考文献］
［1］熊诗波,黄长艺. 机械工程测试技术基础（第3版）［M］. 北京：机械工业出版社, 2006.
关键词:机械工程测试技术理论教学改革与创新
中图分类号:TG80 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(b)-0147-02
1 引言
《机械工程测试技术》课程是机械工程相关专业的一门专业技术基础课,该课程集成了数学、电工电子学、信息科学、计算机技术等多学科原理和技术,并且被广泛应用于各个学科,具有涉及知识面广、综合性强、理论知识抽象、实践性要求高、学时少等特点[1]。尤其是对于电工电子学及信息学知识相对薄弱的机械专业本科生,首次接触信号变换与调理、系统特性及数字信号处理等抽象概念时,学生普遍反映该课程存在理论内容不易理解,学习难度大等问题。然而,随着科学技术的迅猛发展和机械系统自动化程度的不断提高,测试技术在机械领域中的应用日益广泛,例如新产品开发、生产过程控制、设备状态监测及产品性能试验等工作均以测试技术为基础。因此,《机械工程测试技术》课程在机械工程相关专业课程中具有越来越重要的地位。
基于上述原因,为了使机械专业本科生能够更好地理解和掌握机械工程测试技术的相关理论,贯彻教育部关于高等学校本科教学质量与教学改革工程文件的精神和适应学校培养创新型工程应用人才的需求。改革和创新《机械工程测试技术》课程的教学方式,提高课程的教学质量已迫在眉睫。
2 传统理论教学及其改革与创新
2.1 传统理论教学方式
机械工程测试技术课程的传统理论教学方式是以教师为中心,理论知识的传递以灌输式讲授为主,并设计有少量的验证性实验。整个教学过程中教师发挥着主导作用,而学生只能被动地吸收知识,从而难以充分调动学生的学习积极性和主动性,也不利于培养学生创造性思维和创新能力。另外,由于该课程涉及较多的其他学科专业基础知识,学生在课堂学习过程中很难快速全面地把自身储备的知识与新学知识做到融会贯通和综合应用,从而使学生在课程学习过程中产生茫然的学习状态(特别是在课程的学习初期),极大地打击了学生的学习兴趣和积极主动性,甚至有些学生产生厌学心理[2],这将使整个课程的教与学过程变得非常艰难,以致于课程的教学质量严重下滑。
2.2 理论教学的改革与创新
教学改革与创新遵循的基本原则:保证教学内容的基础性、前沿性和实践性前提下,充分发挥学生的主观能动性和创造性,积极培养学生学习课程的兴趣和积极性,努力培养学生的创新型思维方式及工程应用能力。
2.2.1 理论教学内容的优化与更新
《机械工程测试技术》课程主要内容包括:信号及其描述、测试装置的基本特性、常用传感器及其原理、信号的调理与记录、信号处理初步、典型非电量参数的测量及计算机测试系统等。
通过对课程主要内容的细致分析和研究,并根据测试系统组成模块将上述章节内容重新排序,采用以“信号流”为教学主线,按照信号在测试系统中的传输顺序将整个课程内容贯穿起来,从而使学生建立完整的测试系统概念。重新优化调整后的教学内容:首先讲信号的时域描述和分类,然后讲常用传感器及其原理,进一步讲信号的调理与信号的数字化处理,再讲信号的频域描述及分析方法,接下来讲整个计算机测试系统。而后采用Matlab/Simulink仿真实例展示信号在测试系统中传输时的失真,从而引出测试装置的基本特性内容:最后讲解机械领域中典型非电量信号的测量。优化调整后的教学内容不仅兼顾由浅及深的教学思路,使学生在学习课程初期理解起来相对容易,从而对课程的学习兴趣和积极性大幅提高:而且整个教学内容是先局部后整体,逐步深入测试技术精髓,符合工程技术知识学习的规律,使学生学习起来思路清晰,且能够促进学生较好地理解和掌握测试系统各组成部分的原理和特点。
另外,在教学过程中,将自己的科研项目和研究成果中与测试技术相关的新技术、新方法及新实例融合到课堂的教学内容,同时注重介绍机械工程测试技术发展的新方向和前沿知识,以此来保证教学内容的实时性和前沿性,丰富学生的知识面,开拓学生的眼界[3]。
2.2.2 理论教学方法的改革
课程教学方法的改革是建立在教学思想和教学模式转变的基础上[4]。随着机械工程测试技术的发展,课程知识的快速膨胀,以“教师”为主体的传统教学思想和教学模式已经不能完全适应课程的理论教学任务。而以“教师”为主导和以“学生”为主体的新型教学思想和教学模式充分发挥了教师的引导作用和学生的主观能动性,因此,新的理论教学方法更加适应课程快速发展的步伐。
在新的理论教学方法指导下,课程的理论教学过程采用启发式讲授、工程案例剖析与课堂讨论相结合的方法。在教学过程中,注重以身边的生活实例和工程实例设疑式地启发学生,使学生在教师的引导下对实例中所涉及的测试技术基本原理和技术展开积极课堂讨论,让学生成为教学过程的主体,以此调动学生的学习积极性和激发学生自主思考、分析和解决问题的能力,逐步培养其理论联系实际能力和创造性思维能力。
此外,为了使学生能够把该课程的新知识与课程涉及到的其他专业基础知识做到融会贯通和综合应用。在每节课理论内容讲授完毕后,教师为学生指点出下节课将会涉及到的其他课程专业基础知识,以便学生课后可以及时温习和回顾,从而使学生下节课的理论学习变得清楚明确,并且使学生真切感受到学以致用带来的成就感,以进一步提高学习的积极性,逐渐培养学生自觉地对教学内容涉及的理论及实践问题加以追踪的严谨务实学习态度。
2.2.3 理论教学手段的创新
在理论教学手段方面,采用多元化教学手段,将多媒体教学 、黑板教学、仿真演示及实物教学等多种手段有机结合起来。
课程充分利用多媒体教学能够很好地把概念、图形、动画、视频及声音等信息载体有机结合的特点[5],将一些传统黑板教学手段难以表达的教学内容和无法观察的现象采用图文并茂、灵活多样的多媒体方式生动形象地展示给学生,使没有工程实际经验的学生能够从认知的角度建立机械工程测试的相关概念,力求教学过程与教学效果达到最优化。
对于理论强的教学内容(例如信号变换和信号处理相关章节)则采用黑板式教学手段,通过对公式和定理的详细推导,加深学生对公式定理的理解。
对于应用性强的教学内容(如传感器原理、信号调理等内容)则采用多媒体教学、黑板教学及实物教学相结合的手段进行讲授,提高学生对教学内容的工程应用能力。
对于抽象性强的教学内容(如测试装置的基本特性)宜采用Matlab/Simulink仿真演示的教学手段,帮助学生直观地理解抽象的概念,并鼓励和指导学生自己动手搭建仿真程序,培养学生的求知探索欲和动手能力。
2.2.4 理论考评体系的改革
在理论考核方面,传统的课程考核模式主要是一次性定时闭卷考试。这种考核模式具有诸多弊端,一是学生临时突击,放松平时学习:二是难以考查学生的知识综合运用能力和创新性思维。课程借鉴国内外一流大学的考评体系[6]。新理论考评体系采用“平时作业20%+课堂讨论表现20%+自主考试10%+期末考试50%”,改变了传统一次考试定结论的弊端,重在培养学生的学习主动性、知识综合应用能力和创新探索意识。平时作业以大作业为主,重点培养学生的探索意识和知识综合运用能力:课堂讨论以工程实例为对象,通过考评学生参与分析讨论的积极性和主动性,以提高学生的学习主动性,培养其应用知识分析解决问题的能力:所谓“自主考试”,即采用教师提供开放式工程题目或学生自选与课程内容相关的工程题目进行课程专业知识综合应用的一种考核方式,这种考评方式可以充分发挥学生的创新型思维和工程应用能力:同时,为了考评学生对理论知识的掌握程度,在期末采用闭卷考试方式,以此确保学生对基础理论和方法的掌握。
3 结语
通过对机械工程测试技术课程理论教学改革与创新的探讨,使我们充分认识到只有对课程进行教学改革与创新才能达到提高课程教学质量和培养创新型工程应用人才的目标。同时,教学改革工作是一个与时俱进的过程,我们在以后的教学工作中将不断优化和完善机械工程测试技术的理论教学过程,从而进一步提高课程的教学质量。
参考文献
[1] 熊诗波,黄长艺.机械工程测试技术基础(第3版)[M].北京:机械工业出版社, 2011.
关键词：课程内学分制;机械工程测试技术基础;教学模式
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）03-0040-02
“机械工程测试技术基础”课程内容抽象，理论抽象复杂，需要与工程实践紧密结合。随着传感技术、电子技术、信号处理等技术的飞速发展，测试技术新知识、新产品井喷式呈现，使本课程教学难度加大。因此，通过教学改革，探索本门课程教学模式和教学方法，对于提高课程教学效果、培养学生的综合素质具有十分重要的意义[1]。
已经广泛实施的学分制对学生的学习起到了积极的促进作用，但它也存在需要继续完善之处。课程学分制实质上是把整个大学区间，以每门课程为单位划分成了若干个相对的小区间。每一个小的区间即每门课程，所占的时间通常是一个学期，然而在长达半年时间――一个学期中，却没有更细的区间划分，使得学生丧失了对目标短期进度的评价。课程内学分制的实施能够有效地解决这个问题。
一、课程内学分制的设计
实施课程内学分制，首先应该对本课程的知识点进行认真的分析、归纳，在此基础上，划分出该课程相应的小课题，给出各个小课题所占的分值、考核办法，为了促进课程内学分制的顺利实施，学生在日常教学活动中的有关表现、学术行为也应该有对应的分值、考核办法。
（一）课程内知识点小课题的凝练
结合以前的教学实践及其他院校相关专业的教学经验[2-3]，对《机械工程测试技术基础》（熊诗波、黄长艺主编）相应章节的知识点认真分析、归纳，以信号流程为主线，根据人们对事物认识的规律（认识需要由感性认识上升到理性认识;对事物本质和规律的正确认识，是为了更好地指导实践）构建本课程的教学体系，可细分为三个小课题：信号的初识、信号的获取、信号的应用。如图1所示。
以小课题2说明本课题的教学内容及教学目的。小课题2――信号的获取包括测试装置的基本特性与常用的传感器两部分的内容。通过本课题的教学要达到的目的：理解系统传递函数、频响函数以及一、二阶系统的静、动态的特性及特性参数的测试方法，掌握实现不失真测试的条件，并能正确运用于测试装置的分析和选择。了解常用传感器基本构成、工作原理、使用条件，能够针对工程问题正确地选用合适的传感器。
（二）小课题的分值划分及实施细则
通过对各小课题知识学生理解接受的难易程度、与生产实际联系的密切程度研究，将本课程中各小课题的分值划分，如表1所示。为了促进课程内学分制的顺利实施，学生在日常教学活动中的有关表现、学术行为也应该有对应的分值、考核办法。相关内容也在表1中表示出来。
积分办法应该在第一次上课时宣布，说明每个子项目的内容。
表1 课程内学分制各部分分值
平时随时公布学生的积分进度，例如：每次实验课的得分，可在学生完成后当场给他们打分，说明没得满分的原因。每次课后作业也给出相应的等级，教师应该把每一次大作业看作是一次与学生交流的机会，必须认真评改，根据作业完成的质量，在作业后面给出相应的分值。每次课后作业应该及时返回学生手中，达到周期性地显示学生的学习态度、学习效果的目的，是一种对学生鞭策与督导的有效方式。
对应于每个小课题后面，给出数个测试题目。随堂测试，根据答题质量，给出相应的分值，试卷、成绩尽可能下次上课时发给学生，有问题及时反馈。每次测试完毕，学生都有一种期待，迫切想了解自己的答题结果，且对自己最近做出的反应记忆犹新，便于回顾试卷知识点，有利于提高教学效果。因此，平时每进行一次测试，教师最好在当天挤出时间阅完试卷，尽可能在第一时间了解学生的得失，同时也让学生及时知道自己的测试情况，以便在讲评前留有充分的时间探究，修正自己的问题。学生可以及时明白自己的学习效果，以达到激励学生认真学习、提高学习兴趣的目的。如此建立的进度意识，使得学生随时明确最终通过本课程自己的努力是否足够。重点培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，进一步发展思维能力。
鼓励学生多种渠道补充积分。学生个体由于兴趣、个人经历的不同，所掌握的知识基础也不同。教学中往往发现有些学生对本课程知识的掌握已经达到了较高程度，这些学生往往把时间花在其他方面，如果以固定方式积分，反而会导致他们的成绩不理想。基础知识较好的学生，允许他们以更高标准的实验目标、小制作或参与教师的科研项目等方式，作为成果获得相应积分。
二、课程内学分制的实施过程
以郑州大学国际教育学院2012级本科学生为对象，在“机械工程测试技术基础”教学过程中实施课程内学分制的教学实践。
在日常教学活动中，逐步使学生掌握对测试与检测技术理论和实际的分析与研究方法。循序渐进地培养学生思考、综合、分析、解决生产实际问题的能力，充分调动了学生学习的积极性与创造性，并且提高了创新思维与创新能力的培养。在讲解过程中，应该利用CAI、虚拟仪器等辅助手段生动直观地讲解。应该紧跟现代工程测试技术井喷式发展步伐，把测试信号最先进的技术、产品融入教学实践中，使学生在综合运用书本所学知识的基础上，激发潜能，拓宽思路，去发现、分析与解决问题。
在每个小课题的讲解过程中，尽量以生活、生产实际中的例子带着问题探索性地讲解，与学生分享解决问题的分析、思考过程;帮助学生理解深奥、枯燥的书本理论。以小课题2的教学活动为例阐述如下。
小课题2中测试装置的基本特性部分理论紧密联系实际，在讲述上，注重基本原理、数学分析，物理概念以及实际应用之间的融会贯通，力求理论性、应用性、新颖性与易学性并举。可多举一些事例帮助学生理解与记忆，例如：以常用的温度计在测试体温时需要等待一段时间，说明：温度计为一阶系统，体温的输入相当于一阶跃信号，一阶系统对阶跃信号的响应需要经过一定时间（t=3τy（t）=0.95%;t=4τ，y（t）=0.982%）才能达到稳态值。
二阶系统举例，以学生熟悉、向往、使用的小轿车减震器为例，它可以简化为由弹簧―质量―阻尼组成的二阶系统，以MATLAB软件演示参数固有频率ωn与阻尼ξ比取不同的数值时，该系统对阶跃信号在时域、频域的响应曲线，说明二阶系统的特性;系统参数测试可结合科研项目的具体实施过程说明。
小课题2中常用的传感器部分紧密联系实际，重在应用，对每一种传感器分别介绍其典型的实际应用例子，结合工程实际注重对比不同类型传感器的优缺点和使用条件。例如：一个项目中需要对快速小车位置实施检测。小车速度35m/s，车身长度0.6m，对比分析传统的机械行程开关、电磁式位置开关、光电开关的结构、反应时间等特点，指出传统的机械行程开关是接触式测量，头部滚轮很可能瞬时撞飞，常用的电磁式位置开关响应频率小于100Hz，开合时间为数十微秒，响应时间较长;光电式位置开关响应频率300Hz以上，开合时间为微秒级，捕捉到小车通过这个信号是能够实现的，后接PLC的高速计数器功能，能够实现对其他电气原件的控制。注重新型传感器的工作原理和使用条件的讲授，注意新知识、新技术、新工艺、新方法的介绍，激发学生的欲望，培养学生的创新能力，使学生在学习时始终能感受到课程的先进性和工程实用性。
三、课程内学分制的实施效果
在日常教学的每个环节都按照对应的分值积分，发现学生学习热情较高，上课听讲一丝不苟，布置课后作业6次，每个学生都能够认真完成，偶尔忘记交作业了，下一次会给教师说明并补交。三个小课题中每一个讲完后，用25―30分钟的时间进行测试，学生对待每个小课题的测试态度端正，达到了预期效果。
学生的评价为：课堂讲解生动、有吸引力，课堂气氛活跃;授课中结合了大量的工程案例，能够学以致用;考核及评价方式能激励学生主动学习与钻研;注重创新意识和独立思考能力的培养。
课程内学分制的教学方法，对任课教师的讲课水平、科研素质提出了更高的要求，课后作业、小课题测试题的批改、打分、讲解，增加了任课教师的劳动量，但教学效果好了，学生对教师的评价更积极了。
四、结语
本课程内学分制实施的前提是以信号流程为主线，根据人们对事物认识的规律，构建本课程的教学体系，细分为三个小课题：信号的初识、信号的获取、信号的应用。同时需要规定相应小课题的分值及实施细则。
在每个小课题的讲解过程中，尽量以生活、生产实际中的例子带着问题探索性地讲解，与学生分享解决问题的分析、思考过程;帮助学生理解深奥、枯燥的书本理论。
在实施的过程中，每个日常教学环节都按照对应的分值积分，注重学生在整个课程学习阶段的学术表现和综合素质的正确评定，按照课程内学分制给出的学习成绩更加真实地体现了学生在本课程学习过程中的学术表现。
参考文献：
[1]王丰.“机械工程测试技术”精品课程建设与实践[J].河
北理工大学学报：社会科学版，2010，（5）.
[2]张建立，李峰.基于实用的机械工程测试技术基础教学
法探究[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2014，（2）.
关键词：机械工程测试技术；项目教学法；应用
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）18-0178-02
一、引言
“机械工程测试技术”是一门专业基础课，这门课要求学生能够合理地选用测试装置从机械设备中提取所需的特征信息，掌握振动测试所需的专业知识和技能。本课程具有很强的实践性，在教学过程中既要重视理论知识的教学又要紧密地联系实际，这有助于学生牢固地熟练掌握测试技术的方法，为以后的实际应用做好前期的铺垫。随着机械自动化技术的不断发展和应用型人才的需求量不断增大，项目教学法越来越受到重视。本文探讨了项目教学法在“机械工程测试技术”中的应用。
二、课程的特点以及存在的问题
1.机械工程测试技术的特点。机械工程测试技术包含测试和试验两方面的含义，测试是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法；试验是机械工程基础研究、创新设计、控制系统设计的重要环节[1]。测试技术的课程内容主要包括测试信号的描述、信号的分析与处理、测试系统的静态和动态特性、机械常用的传感器、信号的调理等内容；要求学生掌握信号在时域与频域的描述方法，建立明确的频域概念；掌握信号频谱分析、相关分析的基本原理和方法，了解数字信号处理的基本概念。
2.课程教学中存在的问题。在测试技术教学过程中，通过调查发现很多学生反映测试技术的理论教学内容枯燥，学生学完测试技术对传感器不认识，对信号的时域描述和频域描述只知道通过数学计算，不知道如何借助计算机进行时域分析和频域分析，遇到旋转机械的振动问题，不能将所学的理论和实际结合起来[2]。这与传统的教学方法与模式有一定的关系。传统的教学模式以老师教授理论知识为主，师生互动较少。虽然根据教学大纲安排了少量的测试技术的验证性试验课，还是缺乏和实际应用相关的探索性试验[3]。
以上问题表明，传统的机械工程测试技术教学方法与手段已经不能满足现代机械工程专业的培养要求，主要体现在以下三个方面：（1）随着计算机技术、传感器技术、数据存储技术、虚拟仪器技术的不断发展，课程的内容与重点和实际的工程应用的差距逐渐变大；（2）教学学时的压缩，教学的内容的增加；（3）教学老师缺乏实际的项目经验，只能侧重理论知识的教学，不能将理论知识和实际的工程实际很好地结合起来，导致学生解决实际振动测试问题能力较差。
三、基于项目的测试技术教学课程教学
1.项目教学的特点。项目教学法是进行机械工程测试教学过程中，实施一个和机械相关的工程测试项目，其目的在于将理论知识和实践教学有机地结合起来，提升学生分析和解决实际问题的能力[4]。与传统的教学法相比，不同之处体现在以下三个方面：（1）由原来的“以教师为中心”教学变成“师生共同学习”；（2）由原来的单纯理论学习变成理论与实践相结合；（3）由原来的验证性学习方式变为探索和验证性相结合的学习方式。在项目教学法中，学生不再是单纯的被动学习，而是主动地去学习探索，将所学的理论知识去解决实际问题。通常一个实际的工程项目要分成若干个子项目，在项目教学过程中，学生能够实际地接触到传感器、采集板卡、工控机等硬件，学生能根据要求研制实际的测试系统。
2.项目教学的选题。根据学校的实际情况，选择“汽轮机的在线监测振动测试和故障诊断系统研制”为研究课题。汽轮机是典型的旋转机械，“汽轮机的在线监测振动测试系统研制”综合应用机械工程测试技术实现对设备的运行状态进行在线振动监测。
3.项目教学的实施。汽轮机的在线监测振动测试和故障诊断系统的研制包含两部分：硬件设计和软件设计。常见的故障类型包括转子质量不平衡、转子不对中、动静碰磨、油膜涡动。频谱图不一样，无论什么故障，都会引起汽轮机的振动。振动信号中包含很多有用的信息，对振动信号采集。对采集的信号进行时域分析、频域分析、功率谱分析、时频分析。
硬件系统的设计，硬件系统包含传感器系统、动态数据采集板卡系统、嵌入式工控机系统，如图1所示。传感器是整个系统的重要部件，选用的是电涡流传感器和加速度传感器。电涡流传感器选用的是本特利公式生产的3300XL系列传感器，它可以采集转轴的轴向和径向振动、转速、相位等信号。加速度传感器主要采集的是基座振动、轴承振动、齿轮轴轴向振动等信号，汽轮机所处的环境较为恶劣，这就要加速度传感器具有便于安装和工作稳定性等特点。选用了NI公司的高灵敏度陶瓷剪切加速度传感器，它具有抗干扰、体积小、噪声小、性价比高、抗粉尘、抗高温等优点。数据采集板卡选用的是NI PXIe-4300和NI PXIe-4492系列板卡。NI PXIe-4300板卡对电涡流传感器采集的信号进行处理，具有8路同步模拟输入通道，具有低通滤波的功能。NI PXIe-4492是一款适用于多通道振动监测的高精度采集板卡。
汽轮机的在线监测振动测试和故障诊断系统的研制包含两部分：硬件设计和软件设计。汽轮常见的故障类型包括转子质量不平衡、转子不对中、动静碰磨、油膜涡动。每一种类型故障的故障机理和时域图。频谱图不一样，无论什么故障，都会引起汽轮机的振动。振动信号中包含很多有用的信息，对振动信号采集。对采集的信号进行时域分析、频域分析、功率谱分析、时频分析。
硬件系统包含传感器系统、动态数据采集板卡系统、嵌入式工控机系统。传感器是整个系统的重要部件，选用的是电涡流传感器和加速度传感器。电涡流传感器选用的是本特利公式生产的3300XL系列传感器，可以采集转轴的轴向和径向振动、转速、相位等信号。加速度传感器主要采集的是基座振动、轴承振动、齿轮轴轴向振动等信号，汽轮机所处的环境较为恶劣，这就要加速度传感器具有便于安装和工作稳定性等特点。选用了NI公司的高灵敏度陶瓷剪切加速度传感器，它具有抗干扰、体积小、噪声小、性价比高、抗粉尘、抗高温等优点。数据采集板卡选用的是NI PXIe-4300和NI PXIe-4492系列板卡。NI PXIe-4300板卡对电涡流传感器采集的信号进行处理，具有8路同步模拟输入通道，具有低通滤波的功能。NI PXIe-4492是一款适用于多通道振动监测的高精度采集板卡，具有8路同步通道，能够完成单一系统的噪声、振动测试信号的采集。工控机系统是振动监测与故障诊断系统硬件和软件的载体，对汽轮机进行振动监测，产生数据很多，这就要求工控机具有较高的稳定性。在实际应用中，要考虑防尘防水、耐高温、耐振动冲击等不良环境。选用的工控机是NI PXIe-1082机箱，它具有8槽的高宽带背板，质量轻，体积小，能较好地满足测试系统的要求。
系统的软件基于Labview完成，它是图形化的编程语言，具有很多振动信号分析工具包。数据的采集端与分析端软件均采用模块化的编程，主要包括数据采集模块、实时显示模块、数据分析模块。信号分析模块包含频谱分析、时频分析、Bode图、幅值谱、功率谱。学生可以将测试技术学到的相关理论知识与实际的信号分析结合起来，提升分析问题的能力。如图2所示。
四、项目教学的整体评价
在为期一学期的项目教学中，通过实际的传感器的安装到硬件平台的搭建，在整个过程中学生主动学习和交流，促进学生学习主观能动性，培养学生以工程项目为核心的思维和工作方式，提高学生动手能力。学生通过完成拟工程项目来探索学习教学实践表明，该模式能较好地激发学生的学习兴趣，为实现培养工程应用型大学生的目标打下了坚实的基础，取得了较好的教学效果。
参考文献：
[1]赵玉清，张悦，杨琳琳.以项目案例为主线的测试技术教学模式[J].教学研究，2013，5（3）：95-98.
[2]李敏通，翟长远，史颖刚.项目教学法在“机械工程测试技术”教学中的应用[J].高教学刊，2015，24（3）：39-41.
