測試技術課程現代化教學方式的探索與實踐

李文禮++王晶晶　郭棟

摘 要 針對《測試技術》的課程特點及實際教學過程中出現的問題，提出了一種以科研與教學相融合的方法。利用現代化教學方式，利用具有實際工程應用背景的案例為學生演示實驗及虛擬儀器，將科研成果轉化為實驗教學資源。

關鍵詞 測試技術 多媒體 科研教學相融合

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A

1 課程的意義及內容

《測試技術》課程是機械類專業的一門重要的專業基礎課，實踐性很強，尤其是對于應用型本科教育，更應突出實踐操作能力的培養。隨著電子技術、傳感技術、新材料、新工藝的發展，《測試技術》所涉及的內容包括物理學、電子學、材料學等多種學科，知識面廣，難度大，內容枯燥。如何通過改革提高教學效果，使理論教學與工程實踐相結合，是任課老師的努力方向。

2目前教學中存在的問題

《測試技術》是獲取信息、分析和處理測量數據的關鍵技術與手段，是從事科學研究、產品質量檢驗與控制不可缺少的手段。課程內容涉及多個學科，知識面廣且理論性強，對實踐環節要求較高，教學難度較大。課程內容主要包括教學內容包括測試信號分析理論、傳感器原理和測試技術應用三大部分， 信號分析處理部分內容包含大量數學公式、 圖像，且涉及到大量的電路硬件部分，理解起來特別困難。傳感器部分包括電學、 光學、材料學等多個學科知識，物理概念多，沒有實物對象，學生理解效果不佳，不具備應用傳感器理論解決實例問題的能力。 測試技術應用部分沒有實驗課和相應的課堂虛擬仿真演示，內容空洞。

為了提高《測試技術》課的教學質量，國內學者根據所在高校的教學情況進行了大量的探索研究，提出了許多切實可行的方案，文成針對傳統“機械工程測試技術”課程教學割斷了理論和工程之間的聯系、教學效果難以提高的特點，提出以工程案例為核心的教學模式。探討了工程案例教學的特點和“機械工程測試技術”工程案例教學的實施方法。北京工業大學焦敬品等根據北京工業大學的教學情況，提出了自主選題的課程設計模式，并且利用計算機虛擬儀器技術開發了一系列綜合性、設計性實驗，取得了良好的教學效果；東北林業大學馮國紅等提出將科研實例融入課堂的教學方法，極大地激發了學生的學習興趣；石家莊鐵道學院馬懷祥等提出并實施“以案例教學和多元化的實踐貫穿始終的‘測試技術課程教學模式”和“精講—自學—研究”三結合的教學方法，為學生后續課程的學習以及將來從事工程和科研實踐奠定了良好的基礎。

3 教學方式改革思路

鑒于《測試技術》課程內容的多樣性，既有理論知識，又有實際測試，很難找到一種通用的課堂教學方法適用于測試技術教學。在授課過程中，即注重歸納和演繹、分析和綜合、抽象和具體等傳統的思維方法，又為學生灌輸系統方法、信息方法、控制方法等新的思維方式。

在教學手段上，利用多媒體視頻教學的方法，突破課堂資源的限制，可以使學生通過圖形動畫更好的理解測試技術的基礎理論。在教學內容上，把科研與教學相融合，將科研成果轉化為實驗教學資源。用具有工程背景的案例來開闊學生的學術眼界，激發學習興趣，有效地調動學生學習的積極性和創造性。課堂上用具有實際工程應用背景的案例和把NI便攜式數據采集器、傳感器和LABVIEW虛擬儀器軟件等設備用在課堂上，為學生演示實驗及虛擬儀器來激發學習興趣。把對學生獨立思考能力、動手能力和創新能力的培養，把工程實例引入到課堂教學中，而不僅僅是教給書本上的理論知識。

4工程應用案例分析

教學案例來源于教師科研項目——變速器耐久性試驗早期故障診斷系統，在齒輪箱的箱體上安裝振動加速度傳感器，通過振動加速度傳感器獲取振動加速度信號；在齒輪箱的輸入端安裝轉速脈沖傳感器，在數據采集器內將模擬信號轉換為數字信號并輸入計算機；計算機利用獲得的轉速脈沖信號對振動信號進行角域重采樣以獲得階次譜，同時獲得與轉速對應的特征階次切片譜和時域均方根值。采用階次分析方法克服了傳統頻率分析中變轉速運動“頻率模糊”的缺點，很好的解決了旋轉部件頻域特征信號提取的關鍵技術問題。系統能夠根據用戶劃分好的工況區間（轉速、轉矩、溫度、檔位）進行自學習，自動生成參考曲線作為標準，判斷試件是否發生故障，如圖1和圖2。

圖1：被測齒輪箱 圖2：早期故障診斷系統界面

根據項目涉及的測試理論和方法，提煉出與本課程相關的教學內容，該工程應用案例涉及到傳感器、采集的選擇和信號分析理論，可以安排在測試信號分析知識模塊所對應的章節中講解。以實際應用的傳感器和采集卡為案例，分析振動加速度傳感器和采集卡出廠參數表達的意義和課程教學中理論的關聯，實際應用的傳感器和采集卡為案例如下：

振動加速度傳感器：類型IEPE/ICP，量程€？00 g （g=9.8m/s2），頻率范圍1 -10，000Hz，共振頻率32 kHz；線性度€？%，電絕緣>10M ，重量10克；

NI PCI-4474：4個模擬量輸入通道，精度24位，測量范圍10V-10V，靈敏度0.01mV，動態范圍120dB，每通道最高采樣頻率102.4 kHz，IEPE/ICP供電，通道之間的干擾噪聲<-90dB，過壓保護€？2V，64位數字抗混淆濾波器，無相（下轉第71頁）（上接第68頁）位偏差。

依據該案例講授內容為基于旋轉機械頻譜分析理論的變速器故障診斷方法，變速器的輸入轉速工況所對應的頻率范圍，以此為依據可選擇包含該頻率帶寬的振動加速度傳感器，同時根據香農采樣定律選擇數據采集卡，本案例涉及IEPE/ICP標準供電的特點、采樣頻率、傳感器性能參數、采集卡基本性能參數、轉速方波脈沖計數方法等，利用目前行業的典型設備可以讓學生密切結合工程實際應用來學習本課程內容。

5 小結

利用多媒體視頻教學的方法和科研與教學相融的方法，使學生對課程產生興趣，提高學生工程實踐能力和創新能力，達到學生積極主動地去學習的效果。

參考文獻

[1] 龍慧，胡松喜.《機械工程測試技術基礎》本科課程教學方法探討[J].裝備制造技術，2016，（5）：255-257.

[2] 文成，周傳德.工程案例法在“機械工程測試技術”課程教學中的應用[J].重慶科技學院學報社會科學版，2012，21：188-190.

[3] 焦敬品，劉增華，何存富.測量技術基礎課程實踐教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2009，（3）：64-65.

[4] 馮國紅，朱玉杰.實例教學在測試技術教學中的應用[J].森林工程，2009，25（5）：92-94.

[5] 馬懷祥，劉進志，李申山，等.《測試技術》教學改革及其教學網站建設探析[J].石家莊鐵道學院學報，社會科學版.2009，3（1）：96-100.

[6] 劉海寧，門秀花，邵海燕，等.現代測試技術在機械類本科測試技術教學中的滲透[J].科技視界，2016，23：112-114.