突出行业特色的《机械测试技术》课程建设

徐倩　张明洪

摘 要：针对石油高校的特点及目前《机械测试技术》教学中存在的一些问题，从课堂教学方式、教材建设、实验建设等方面提出了对《机械测试技术》课程建设的方案，目的是既使《机械测试技术》教学具有鲜明的石油特色，同时也使学生能对机械测试技术产生浓厚的兴趣，提高教学效果。

关键词：石油特色 机械测试技术 教学效果

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（c）-0116-04

Abstract： This paper puts forward the plan of the course construction of “mechanical testing technology” from the aspects of classroom teaching method， teaching material construction and experiment construction aimed at the characteristics of the petroleum university and some problems in the teaching of “mechanical testing technology”.The purpose of the course construction is to make the teaching of “mechanical testing technology” in our school has a distinctive petroleum characteristic， at the same time， the students can have strong interest in the mechanical testing technology， and the teaching effect can be improved.

Key Words： Petroleum characteristic； Mechanical testing technology； Teaching effect

《机械测试技术》是机电工程学院的重要专业技术基础课，其涉及的知识面较广，与力学、物理学、材料学、数学、信号处理、控制工程以及计算机技术等有着紧密的联系。并且，随着传感器技术、计算机技术、信息处理技术等的迅速发展，机械测试技术也在不断发展，课程内容也时常更新。《机械测试技术》是一门理论性和实践性都极强的课程。作为一所石油高校，如何让学生通过机械测试技术课程的学习，既能满足对通用机械的测试要求，同时又能对油田机械设备开展正确的测试工作，这是笔者的工作重点。因此，石油机械测试技术课程既应具有通用机械测试技术的共性，更应具有石油机械测试技术的个性。

由于《机械测试技术》课程的特点，使得在以往的教学中往往存在这样的一些问题：一方面学生在学习过程中觉得难度较大，缺乏学习的积极性和主动性；另一方面学完后又不知在实际工作中怎样应用这些知识。如何改变这种局面，使得学生能对机械测试技术课程产生兴趣，并真正能将所学的知识运用到实际工作去，是笔者一直在思考的问题。

“知行合一，学以致用”，是课程建设的主要目的。根据多年的教学、科研经验，笔者提出了以下一些思路，并开始进行尝试，希望能使《机械测试技术》具有鲜明的石油特色，同时也能适应通用机械测试的要求。

1 课程建设的思路

1.1 课堂教学方式的多重组合

改变以往的较为单一的教学模式，针对不同章节的特点采用不同的课堂教学方式。表1中列举出了针对《机械测试技术》的几个重点章节采用的教学方式。

1.1.1 介入自组织式教学环节

关于教育，法国教育学家卢梭曾经说过：“问题不在于教他各种学问，而在于培养他爱好学习的兴趣，而且在这种兴趣充分增长起来的时候，教他以研究学问的方法”。而以往的课堂教学多以教师讲授为主，教师将浓缩、总结好的知识直接灌输到学生脑子里，这样看上去信息量大，效率似乎很高，但由于与学生互动很少，学生的学习积极性也就不太高，往往只是被动地接受，自然也谈不上什么对这门课程学习的浓厚兴趣。

印度教育科学家苏伽特·米特拉认为，“教育是一种自组织行为”，在课堂教学中介入自组织式教学环节将提高学习效率。

再者，对于高等工科院校机类专业学生的《机械测试技术》课程来说，其主要目的之一就是要求学生在学完此门课程之后，应能在实际工作中针对机械对象機械参量测试的具体要求，能够恰当合理地选择和正确无误地使用为完成测试任务而设置的整个测试系统，含传感器、中间转换放大器、数据采集显示记录、信号分析处理等。也就是说要选得准、用得好。机类专业学生的《机械测试技术》课程与理科类和电子学科类《机械测试技术》课程的最大不同侧重点就在于前者是“用”（应用）测试系统，而后者是“搞”（研制）测试系统。

为此，选择“传感器”这一章，首先告诉学生本章的学习目的和要求，并结合适当的具体对象给出相应的测试要求， 其余的就交给学生自己去完成了。这需要学生在课后去查阅相关资料，通过自主学习来达到学习的目的和要求。学习的效果则通过课堂内的讨论题目来检验。这样的方式虽然看上去需要学生花费更多的时间来学习同样的知识，但这却能让学生在学习过程中增加主动性，在这样的主动学习中更容易培养学生对机械测试技术的兴趣，同时也能锻炼学生查阅科技文献和资料的能力。之所以选择“传感器”这一章，是因为传感器技术发展迅速、种类繁多，学生的自主发挥的空间更大，也更容易通过查阅资料主动掌握一些最新的有关传感器的知识。毕竟，教材的更新不可能太快。

1.1.2 传统黑板板书结合课堂多媒体与课前自媒体

随着计算机在教学中的普及，如今的课堂教学大多采用PPT的形式。这种方式能提供给学生更丰富的知识、更形象的感受，但对于《机械测试技术》这门课程而言，单纯采用PPT教学效果是不够理想的。主要是因为“信号分析基础”一章中涉及到较多的积分变换、复变函数等数学知识，而其中的一些知识是学生以前没有学过的，因此如果仅仅采用PPT教学，由于节奏相对较快，容易造成学生理解困难，出现畏难情绪，直接影响到学生对课程的兴趣。而如果在这章中采用传统黑板板书与PPT相结合，将一些公式推导通过黑板板书讲解，这样就降低了学生接受新知识的难度，有助于学生的理解[1]。

由于大多数学生对测试工作缺乏基本的认识，为了加强学生对测试工作的认识，可以利用自媒体，如微信视频，在课前先让学生通过微信视频观看一些现场的实际测试的视频，这将有助于学生对机械测试工作有一个较全面的认识。同时，利用微信这个平台，在课前让学生了解到下一周的学习内容、重点、难点，并提出一些思考题，这样可以让学生在课前就对将要学习的内容有所了解，并带着问题去听讲，这样学生的主动性增强了，学习效果将会更好。

1.2 体现行业特色的教材建设

目前，机械测试方面的教材众多，每种教材都有各自的特色，但大多数是通用的机械测试。作为专业性极强的石油院校，笔者希望该校的机械测试技术能够具有比较鲜明的石油特色，因此特编著一本《石油机械测试技术》作为教材（即将出版）。在这本教材中，除了机械测试的基础知识外，更多地是将测试技术与石油行业中的一些常见设备联系起来。例如，在“振动测试”这一章，打破了传统教材中纯理论介绍的惯例，以振动筛为中心，通过对振动筛的较为完整的振动测试过程来讲述振动测试的基本原理、振动测试系统、测试过程以及注意事项；而在“应变测试”这一章，则围绕着井架，通过对井架的静态、动态应变测试来讲述应变测试的基本原理、过程及注意事项等。之所以采用这样的编写方式，目的是为了让学生不仅掌握机械测试技术的基础理论知识，而是能真正应用这些知识在今后的具体工作中，去解决石油机械设备的实际测试问题。这样，既可以增加学生的学习积极性、课程的生动性，又可以在以后的工作中，当面对一个具体的测试对象时，就知道从何入手去进行和展开测试工作。

1.3 从验证实验到创新试验的尝试

机械测试技术是一门实践性极强的课程，必须通过大量的动手操作才有利于学生掌握这门技术。因此，在完成6个学时的课堂实验外，采用多种实验方式，尽量增加学生的动手机会。同时，机械测试的实验也不能仅仅是按部就班的验证性实验，还应该有能帮助学生突破思维定势、开拓思维空间的创新性试验。

图1列出了课程建设前后实验开设的变化，从图中可以看出，课程建设后，不仅实验的类型增加了，实验的学时数也增加了，但课堂实验学时保持不变，实验学时数的增加主要是课外实验。（注：开放实验和项目实验学时数不是固定的，图中所列数据为平均数）

1.3.1 提供开放实验题目

针对一些对测试技术特别感兴趣的学生，每年提供几个有关测试技术的开放实验题目供学生选择，这些实验需要学生利用课余时间来完成。这些题目大多与教师的科研项目有关，也可由学生根据自己感兴趣的内容自行确定，这样学生就可以更好地利用课堂所学的知识去解决一些实际问题，这也能激发学生对机械测试技术的更大兴趣。例如，学生已经进行过的一些开放实验项目有：跳远踏板的动态响应分析、网球拍的动态响应分析、弓箭的动态响应分析、振动筛应力应变测试。

1.3.2 自研自制测试实验装置

结合石油高校的特色，自研自制一批适合该校机械测试实验的测试系统。其中，“振动筛综合测试实验装置”获得了由中国高等教育学会主办的第三届高等学校自制教学仪器设备评选及优秀作品展示活动“最具实用价值作品”二等奖。利用这些自研自制的测试实验装置，更方便学生对一些典型的石油机械设备开展测试工作。

1.3.3 编写相应的实验教材

为了与新编著的教材《石油机械测试技术》配合使用，同时也更好地便于学生开展实验工作，理解实验原理，掌握实验步骤，特编写《石油机械测试技术实验教材》（即将出版）。在这本实验教材中，对钻井振动筛、钻机井架、抽油机井架、钻井泵等石油装备的测试目的、测试要求、测试项目、测试过程、测试信号分析处理等都有详细的描述。

1.3.4 开设创新性综合实验

该综合实验是在学完《机械测试技术》之后，综合运用所学知识对具体对象进行的实测。测试对象主要有振动筛、井架、钻井泵等一些重要的石油机械设备。对于这样的综合实验，教师只提出测试的目的，也就是测试任务，学生根据自己的测试任务设计出具体的测试方案、选择合适的测试系统和测试方法、确立合理的测点、拾取正确的信号，并能对拾取到的信号进行处理和分析，得出较为合理的结论。之所以说这是创新性综合实验，是因为，这样的实验没有一个定式，學生可以充分发挥自己的想象空间，自行确定多种测试方案，而方案正确与否，也将由学生通过实验来验证。通过这样的综合实验，学生基本上能对一个机械测试的全过程有较为深刻的理解，使学生在今后的工作中能较快地适应现场的测试工作，完成测试任务。

更进一步，对于学习积极性更高的同学，还可以提出更全面、更深入的要求。以钻井振动筛为例，要求学生考虑并实施如何通过机械测试取得相应的、必需的静、动态特性参数如频率、振幅、抛掷指数、相位、应力、应变等，去说明并阐述其与钻井振动筛工作中的动态性能如对泥浆处理量的大小，固液分离效果好坏的关系。其间，任课老师参与由同学自己主持的课外讨论课，并通过师生一起交流讨论得出最后的正确结论。

1.3.5 建设虚拟实验室

建设虚拟实验室的目的之一是为了弥补实验设备的不足。机械测试技术必须通过大量的实验来巩固基础知识，掌握基本测试技能，而由于经费的限制，无法购置太多的实验设施，开设出太多的实验项目，而虚拟实验室的建立则可以解决这个矛盾。通过建立丰富的测试对象库、信号源库、传感器库、中间转换放大装置库、信号处理与分析软件，使得学生可以在网络上自由选择测试对象、组建相应的测试系统、完成相应的测试任务。这也是对实体实验的补充和延伸。

在虚拟实验室的虚拟测试系统中，设计一个开放的接口以供学生自主编写开发信号采集、处理和分析程序，以完成相应的测试任务。在这个过程中，除了让学生了解目前比较流行的美国NI公司的LabVIEW图形编程开发系统外，更侧重于立足于我国自主研制开发的VMIDS“框架协议”开发系统（“Frame Agreement System”）。两类系统模式各异，但却各有所长。利用我国的VMIDS“框架协议”开发系统更方便于用户自主实现多种形式和功能测试仪器的开发。[2]

2 课程建设的深入

由于《机械测试技术》这门课程与工程实际结合紧密，为了能进一步提升学生的能力，可以协调各部门关系，在本院、本校，乃至各石油高校之间开展以石油机械设备整机或部件为对象的机械测试技能竞技比赛，结合科研和教学，以解决实际问题为目的，通过学校的科研课题或生产厂家的具体生产问题，实行产学研相结合、老师与学生相结合，共同完成测试任务。既通过实践锻炼提高了学生的知识技能，又解决了科研和生产中的具体问题，极大地弥补和完善了课堂教学的局限性。

3 课程建设的初步效果

通过对《机械测试技术》课程建设的逐步推进，效果已初见端倪。主要体现在以下两个方面。

（1）自组织式教学使课堂教学中学生的主动参与性大大提高了。大部分同学能积极参与到课堂讨论中，课堂气氛也更活跃。从被动接收到主动参与，这使课堂教学的效果有了质的飞跃。学生对测试技术基础理论知识的掌握更加牢固。

（2）通过多种形式的实验以及实测，使学生对机械测试这门技术的掌握不再停留在纸上，大多数同学基本能根据实际的测试任务设计出基本合理的测试系统并完成测试任务，同时对测试信号进行简单的处理分析。学生对这门课程的兴趣也大大增强。

由于还有部分措施刚开始实行，这些措施的具体效果如何，还需要通过时间和实践的检验。

4 结语

总之，以上课程建设的措施都是围绕着增加学生对《机械测试技术》的学习主动性和自觉学习的积极性，加强实际操作能力，解决“知行合一，学以致用”的问题，建设有石油特色的《机械测试技术》课程来进行的。这些措施的实施将使《机械测试技术》的教学与实践的效果得到大幅提升，也更能适应社会的需求。

参考文献

[1] 吴世雄，王成勇.“机械工程测试技术”教学改革的探索[J].廣东工业大学学报：社会科学版，2007（6）：108-109.

[2] 秦树人.智能控件化虚拟仪器系统—— 原理与实现[M].科学出版社，2004：10-14.