基于项目的机械工程测试技术课程教学改革

王昕+陈传海+孙慧超+王晓晖+徐利霞

摘 要 文章针对机械工程测试技术学时少，内容多，难理解，教学效果差的实际情况，采用工程项目与实验项目结合引导教学过程，可激发学生学习兴趣，提高学习自主性，改善教学效果，增强学生对知识的理解和综合运用。

关键词 机械工程测试技术 工程项目 实验项目 教学方法

中图分类号：G424 文献标识码：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

机械工程测试技术是机械类专业本科生教学中的主干课程，近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机技术的突破性进展，本课程的特点是涉及知识面广、实践性强，知识更新快，所涉及知识将被广泛地应用于学生未来科学研究、工程实践中。

在最新修订的课程教学大纲中，总学时为40学时，其中包含6学时实验，教学内容包括：信号及其描述、测试装置的基本特性、常用的传感器工作原理的选用、信号调理、信号处理初步、计算机测试系统及虚拟仪器等知识，可见课程知识体系庞杂、理论抽象的特点。课程又是以工程数学、电子、物理、计算机等学科的原理和知识为基础，更加造成没有任何工程背景的本科生在学习过程中感觉课程枯燥难懂，产生为何而学、学有何用的疑问，极大地影响了自主学习的积极性。

1 结合项目的教学改革

结合课程团队教师均从事科研项目研究，实验室具有的实验设备等客观条件，通过对其它兄弟院校相同课程进行充分调研，在课程的理论教学中展开了着重引入结合科研及实验案例的教学方法改革，使学生从实际案例中看到测试、传感技术的应用，提高学习兴趣，做到有的放矢，同时又能用课上知识解释、解决工程中的实际问题，实现融会贯通，提高教学质量，改善理论教学效果。

1.1 结合工程项目的案例举例

在机械制造中，切削力监测是常见问题，切削力的变化可以反映刀具磨损、加工中的振动等问题均可以由切削力的变化体现。在有关钻削力监测的科研项目中搭建了如图1所示测试系统，该测力系统与课程中介绍的测试系统框图（如图2所示）完全对应，钻削过程中的切削力作为被测信号，通过工作台上的测量传感器进行测量，测力传感器有多种类型，常用为应变、压电式传感器，根据被测信号性质（静态、动态）、量值大小、精度要求，选择合适传感器，对应选择合适的测量电路，在经过滤波、A/D转换等环节，送给计算机分析、记录。由此可见，一个典型的工程案例中包含了课程主要内容的各个环节，通过案例可以有针对性地让学生了解测试系统的组成，各环节的作用，系统特性的影响、传感器的选择、传感器的测量电路、信号处理相关问题及信号分析方法及目的。使得在教学中每个章节的重要知识点都可以在此案例中找到对应的应用。以一个具体案例引出教学过程各章节知识的主要作用和重点，在通过其它具体的例子强调各知识点，课堂教学表明，可以调高学生学习兴趣。

1.钻床主轴;2.钻头;3.工件;4.工件夹具;5.压电测力仪;6.机床工作台

1.2 结合实验项目的案例举例

课程实验室有转子振动试验台，如图3所示，配备有多种传感器，如电涡流传感器、磁电式转速传感器、压电式加速度计。针对学生难以理解的相关分析问题，设计实验项目。在某一转速下，采用磁电传感器配合齿数为15的测速齿轮对转子轴转速进行测量，再分别利用测速传感器压电和加速度传感器获取速度信号和加速度信号。利用DRVI虚拟仪器软件，对信号进行自相关和互相关分析，见图4。

转子具有偏心量，转子振动试验台可视为一个线性系统，通过对比图4（a）、图4（b）中转速曲线、速度曲线和加速度曲线，可以看出它们的周期相同，即信号的频率相同，便于学生明确线性系统特性中“频率保持特性”，自相关和互相关分析的结果则充分而具体的说明周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，相同频率的周期信号互相关分析结果仍是同频率周期信号。这样配合理论理论教学，学生对相关分析的理解变得容易了。同时利用该实验设备可以针对工程中多种物理量进行测量，进行频谱分析，完成传感器标定。

（a）转速为1922.5转/分时加速度及其自相关曲线

（b）转速为1880.6转/分钟时加速度、速度及互相关函数曲线

2 结语

针对机械工程专业“机械工程测试技术”课程教学目前学时少，内容多，难理解，效果差的实际情况，课程组采取相应的改革措施提高学生的学习积极性。教学中以科研项目和实验项目为平台，借助真实工程案例的直观性，针对教学重点和难点，描述相关知识点在科研生产中的应用，同时发挥实验室设备及虚拟仪器的灵活性、针对工程实际问题引导学生设计并完成测试系统搭建，让设计、分析、结果所见即所得，提高学生兴趣，从而加快知识的掌握速度。该方法在实际教学运行中取得了一定的教学成效，表现为学生学习积极性、实际动手能力与知识综合运用能力增强。

参考文献

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[4] 熊诗波，黄长艺.机械工程测试技术基础.机械工业出版社，2006.endprint