机械工程测试技术课程教学改革与实践

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1、机械工程测试技术课程教学改革与实践机械工程测试技术课程教学改革与实践　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.L.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

2、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

3、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

4、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

5、。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.L.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

6、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

7、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