基于項(xiàng)目的機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)改革

王昕+陳傳海+孫慧超+王曉暉+徐利霞

摘 要 文章針對(duì)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，難理解，教學(xué)效果差的實(shí)際情況，采用工程項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合引導(dǎo)教學(xué)過(guò)程，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)自主性，改善教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和綜合運(yùn)用。

關(guān)鍵詞 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) 工程項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.11.039

Project-based Mechanical Engineering and Testing

Technology Course Teaching Reform

WANG Xin， CHEN Chuanhai， SUN Huichao， WANG Xiaohui， XU Lixia

（School of Mechanical Science and Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130025）

Abstract The course characteristics of Mechanical - Engineering Testing Technology are as follows， less credit hour， more contents， hard to learn， poor teaching efficiency . By the combined application of the engineering project and the experiment project during the teaching process， the learning interest and the autonomy of the students can be stimulated and improved. It is very valid for enhancing students' understanding and comprehensive use of the knowledge.

Key words Mechanical engineering measure and test technology; engineering project; experiment project; teaching methods

0 引言

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)是機(jī)械類專業(yè)本科生教學(xué)中的主干課程，近年來(lái)，隨著傳感技術(shù)、電子技術(shù)、信號(hào)處理與計(jì)算機(jī)技術(shù)的突破性進(jìn)展，本課程的特點(diǎn)是涉及知識(shí)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，知識(shí)更新快，所涉及知識(shí)將被廣泛地應(yīng)用于學(xué)生未來(lái)科學(xué)研究、工程實(shí)踐中。

在最新修訂的課程教學(xué)大綱中，總學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，其中包含6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容包括：信號(hào)及其描述、測(cè)試裝置的基本特性、常用的傳感器工作原理的選用、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)處理初步、計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)及虛擬儀器等知識(shí)，可見課程知識(shí)體系龐雜、理論抽象的特點(diǎn)。課程又是以工程數(shù)學(xué)、電子、物理、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的原理和知識(shí)為基礎(chǔ)，更加造成沒(méi)有任何工程背景的本科生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)課程枯燥難懂，產(chǎn)生為何而學(xué)、學(xué)有何用的疑問(wèn)，極大地影響了自主學(xué)習(xí)的積極性。

1 結(jié)合項(xiàng)目的教學(xué)改革

結(jié)合課程團(tuán)隊(duì)教師均從事科研項(xiàng)目研究，實(shí)驗(yàn)室具有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備等客觀條件，通過(guò)對(duì)其它兄弟院校相同課程進(jìn)行充分調(diào)研，在課程的理論教學(xué)中展開了著重引入結(jié)合科研及實(shí)驗(yàn)案例的教學(xué)方法改革，使學(xué)生從實(shí)際案例中看到測(cè)試、傳感技術(shù)的應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)興趣，做到有的放矢，同時(shí)又能用課上知識(shí)解釋、解決工程中的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)融會(huì)貫通，提高教學(xué)質(zhì)量，改善理論教學(xué)效果。

1.1 結(jié)合工程項(xiàng)目的案例舉例

在機(jī)械制造中，切削力監(jiān)測(cè)是常見問(wèn)題，切削力的變化可以反映刀具磨損、加工中的振動(dòng)等問(wèn)題均可以由切削力的變化體現(xiàn)。在有關(guān)鉆削力監(jiān)測(cè)的科研項(xiàng)目中搭建了如圖1所示測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)力系統(tǒng)與課程中介紹的測(cè)試系統(tǒng)框圖（如圖2所示）完全對(duì)應(yīng)，鉆削過(guò)程中的切削力作為被測(cè)信號(hào)，通過(guò)工作臺(tái)上的測(cè)量傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)力傳感器有多種類型，常用為應(yīng)變、壓電式傳感器，根據(jù)被測(cè)信號(hào)性質(zhì)（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）、量值大小、精度要求，選擇合適傳感器，對(duì)應(yīng)選擇合適的測(cè)量電路，在經(jīng)過(guò)濾波、A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，送給計(jì)算機(jī)分析、記錄。由此可見，一個(gè)典型的工程案例中包含了課程主要內(nèi)容的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)案例可以有針對(duì)性地讓學(xué)生了解測(cè)試系統(tǒng)的組成，各環(huán)節(jié)的作用，系統(tǒng)特性的影響、傳感器的選擇、傳感器的測(cè)量電路、信號(hào)處理相關(guān)問(wèn)題及信號(hào)分析方法及目的。使得在教學(xué)中每個(gè)章節(jié)的重要知識(shí)點(diǎn)都可以在此案例中找到對(duì)應(yīng)的應(yīng)用。以一個(gè)具體案例引出教學(xué)過(guò)程各章節(jié)知識(shí)的主要作用和重點(diǎn)，在通過(guò)其它具體的例子強(qiáng)調(diào)各知識(shí)點(diǎn)，課堂教學(xué)表明，可以調(diào)高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

1.鉆床主軸;2.鉆頭;3.工件;4.工件夾具;5.壓電測(cè)力儀;6.機(jī)床工作臺(tái)

1.2 結(jié)合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的案例舉例

課程實(shí)驗(yàn)室有轉(zhuǎn)子振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，如圖3所示，配備有多種傳感器，如電渦流傳感器、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、壓電式加速度計(jì)。針對(duì)學(xué)生難以理解的相關(guān)分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在某一轉(zhuǎn)速下，采用磁電傳感器配合齒數(shù)為15的測(cè)速齒輪對(duì)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，再分別利用測(cè)速傳感器壓電和加速度傳感器獲取速度信號(hào)和加速度信號(hào)。利用DRVI虛擬儀器軟件，對(duì)信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)和互相關(guān)分析，見圖4。

轉(zhuǎn)子具有偏心量，轉(zhuǎn)子振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)可視為一個(gè)線性系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比圖4（a）、圖4（b）中轉(zhuǎn)速曲線、速度曲線和加速度曲線，可以看出它們的周期相同，即信號(hào)的頻率相同，便于學(xué)生明確線性系統(tǒng)特性中“頻率保持特性”，自相關(guān)和互相關(guān)分析的結(jié)果則充分而具體的說(shuō)明周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)仍然是同頻率的周期信號(hào)，相同頻率的周期信號(hào)互相關(guān)分析結(jié)果仍是同頻率周期信號(hào)。這樣配合理論理論教學(xué)，學(xué)生對(duì)相關(guān)分析的理解變得容易了。同時(shí)利用該實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以針對(duì)工程中多種物理量進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行頻譜分析，完成傳感器標(biāo)定。

（a）轉(zhuǎn)速為1922.5轉(zhuǎn)/分時(shí)加速度及其自相關(guān)曲線

（b）轉(zhuǎn)速為1880.6轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)加速度、速度及互相關(guān)函數(shù)曲線

2 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)機(jī)械工程專業(yè)“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)目前學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，難理解，效果差的實(shí)際情況，課程組采取相應(yīng)的改革措施提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教學(xué)中以科研項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為平臺(tái)，借助真實(shí)工程案例的直觀性，針對(duì)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，描述相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在科研生產(chǎn)中的應(yīng)用，同時(shí)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及虛擬儀器的靈活性、針對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并完成測(cè)試系統(tǒng)搭建，讓設(shè)計(jì)、分析、結(jié)果所見即所得，提高學(xué)生興趣，從而加快知識(shí)的掌握速度。該方法在實(shí)際教學(xué)運(yùn)行中取得了一定的教學(xué)成效，表現(xiàn)為學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、實(shí)際動(dòng)手能力與知識(shí)綜合運(yùn)用能力增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

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