工程教育認(rèn)證背景下的《機(jī)械工程測試技術(shù)》課程改革

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1、工程教育認(rèn)證背景下的?機(jī)械工程測試技術(shù)?課程改革 摘要：文章以濱州學(xué)院“機(jī)械工程測試技術(shù)〞課程教學(xué)改革為主體內(nèi)容，以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，積極探索基于“案例+實驗〞驅(qū)動的教學(xué)模式創(chuàng)新，從培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)方法、考核評價等方面進(jìn)行了總結(jié)提煉。近3年教學(xué)效果說明，“機(jī)械工程測試技術(shù)〞課程的教學(xué)改革方向正確，學(xué)生在科技創(chuàng)新活動等方面表現(xiàn)突出，創(chuàng)新意識不斷增強(qiáng)，應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量得到不斷提高。 關(guān)鍵詞：機(jī)械工程測試技術(shù);工程教育認(rèn)證;課程改革 中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：2096-000X〔2021〕17-0129-03 Abstract：Thearticletak

2、estheteachingreformofthe"MechanicalEngineeringTestingTechnology"courseofBinzhouCollegeasthemaincontent，andtakestheengineeringeducationcertificationastheguide，andactivelyexplorestheinnovationofteachingmodebasedon"case+experiment"，fromthetrainingobjectives，curriculumsystem，teachingmethods，evaluationan

3、devaluation.Theteachingresultsinthepastthreeyearsshowthatthecourseteachingmodereformisintherightdirection，thestudentshaveoutstandingperformanceinscientificandtechnologicalinnovationactivities，theconsciousnessofinnovationhasbeencontinuouslyenhanced，andthequalityofapplication-orientedtalenttraininghas

4、beenconstantlyimproved. Keywords："MechanicalEngineeringTestingTechnology";Engineeringeducationaccreditation;curriculumreform 前言 測試是人類認(rèn)識客觀世界的重要手段，是科學(xué)研究的根本方法，在工程技術(shù)領(lǐng)域中，科學(xué)實驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等都離不開測試技術(shù)，它主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法【1】。機(jī)械工程測試技術(shù)介紹了測試技術(shù)的系統(tǒng)組成、根本原理，以及對測試信號數(shù)據(jù)的分析方法，能夠?qū)C(jī)械工程測試中應(yīng)用較多的振動、位移、力、溫度等物理量進(jìn)行檢

5、測和處理，是機(jī)電一體化技術(shù)的根底和橋梁【2】。 以濱州學(xué)院為例，機(jī)械工程測試技術(shù)是一門面向機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)機(jī)械電子方向的必修課程，先修課程包括大學(xué)物理、電工電子學(xué)、控制工程根底等，與后修的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計形成了完整的機(jī)電類專業(yè)課程體系【3】。通過課程改革，進(jìn)一步整合相關(guān)教學(xué)資源和教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)測控類應(yīng)用培養(yǎng)，豐富機(jī)械專業(yè)的應(yīng)用型課程體系，為將來從事控制類的機(jī)械專業(yè)學(xué)生打下良好的根底。 本課程安排在本科教學(xué)的第五學(xué)期，學(xué)生具有一定的專業(yè)根底，同時局部學(xué)生參與了科技創(chuàng)新大賽，有使用傳感器進(jìn)行參數(shù)檢測的經(jīng)驗，這為課程的學(xué)習(xí)提供了良好的根底。由于本課程應(yīng)用性強(qiáng)，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式，信號

6、頻譜分析的理論局部要求較高、較難，傳感器局部種類多且雜，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時興趣缺乏、學(xué)習(xí)動力不夠，教學(xué)效果無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。 自2021年以來，我國開始構(gòu)建工程教育認(rèn)證體系，逐步開展專業(yè)認(rèn)證工作，于2021年6月成為?華盛頓協(xié)議?正式成員。工程教育認(rèn)證是實現(xiàn)工程教育與工業(yè)界對接，提升工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑，因此探索工程教育認(rèn)證視閾下的課程改革，對于更新教學(xué)理念、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、推進(jìn)地方高校專業(yè)認(rèn)證具有重要的現(xiàn)實意義【4】。因此，濱州學(xué)院緊緊圍繞培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，在工程教育認(rèn)證的背景下，進(jìn)行了機(jī)械工程測試技術(shù)“案例+實驗〞導(dǎo)向的教學(xué)方法改革，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中灌輸式教學(xué)方

7、法，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，既有利于學(xué)生掌握根底理論知識和根本技能，又較好的培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力。 一、課程培養(yǎng)目標(biāo) 機(jī)械工程測試技術(shù)是以機(jī)械工程領(lǐng)域為應(yīng)用背景，解決工程中常見動態(tài)物理量的測試問題。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握信號采集、傳輸、變換及數(shù)據(jù)處理的根本原理和實驗方法，能根據(jù)研究對象合理選用傳感器，具備構(gòu)建根本工程測試系統(tǒng)和進(jìn)行常見參量檢測的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和處理測控工程問題打下根底【5】。具體表達(dá)在以下三個方面： 〔一〕知識目標(biāo) 方法，建立起信號頻譜分析的概念;利用傅立葉變換對周期信號和非周期信號進(jìn)行頻譜分析計算。 2.測試裝置靜、動態(tài)特性的評價方法和不失真測

8、試條件，并能用于測試裝置的分析和選擇;掌握一階、二階線性系統(tǒng)動態(tài)特性及其測定方法。 3.常用傳感器的原理、特點、應(yīng)用以及傳感器的選用原那么。 4.信號調(diào)理電路〔電橋、調(diào)制與解調(diào)、濾波、放大〕的工作原理和性能，并能較合理的設(shè)計和選用。 5.數(shù)字信號的一般處理步驟;相關(guān)分析及功率譜的根本原理、方法和應(yīng)用。 〔二〕能力目標(biāo) 方法、合理選用測試儀器、科學(xué)分析與處理數(shù)據(jù)的能力。 2.培養(yǎng)運用所學(xué)知識構(gòu)建測試系統(tǒng)和分析、解決實際測試工程問題的能力。 〔三〕素質(zhì)目標(biāo) 方法、自主學(xué)習(xí)的意識和創(chuàng)新精神;具備工作嚴(yán)謹(jǐn)、老實守信、敢于承擔(dān)責(zé)任的職業(yè)道德與操守。 2.通過參與案例分組討論和實驗工程操

9、作，培養(yǎng)學(xué)生溝通和團(tuán)隊協(xié)作精神。 二、課程體系構(gòu)建 本課程分為理論和實踐兩大局部，包括32學(xué)時的課堂講授和8學(xué)時的傳感器綜合實驗操作。課程體系整體框架如圖1所示。理論教學(xué)共8章內(nèi)容，包括緒論、信號及其描述、測試裝置的靜態(tài)和動態(tài)特性、常見傳感器的原理與應(yīng)用、信號調(diào)理與記錄、信號處理初步、測試技術(shù)在工程中的應(yīng)用以及虛擬儀器技術(shù)。 其中，第二章信號及其描述主要包括信號的分類與描述，周期信號與離散頻譜，瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜，隨機(jī)信號。第三章測量裝置的特性主要包括靜態(tài)特性，一階、二階動態(tài)特性，測試裝置對單位階躍信號的響應(yīng)，實現(xiàn)不失真測量的條件。第四章傳感器原理與應(yīng)用主要包括電阻式、電容式、電感

10、式、磁電式、壓電式、熱電式與光電式傳感器，其他傳感器及智能傳感器，傳感器的選用原那么。第五章信號調(diào)理與記錄主要包括電橋、調(diào)制與解調(diào)、濾波、信號放大、測試信號的顯示與記錄。第六章信號處理初步主要包括數(shù)字信號處理的根本步驟，相關(guān)分析及其應(yīng)用，功率譜分析及其應(yīng)用。第七章工程應(yīng)用中應(yīng)變、振動、轉(zhuǎn)速、溫度等常見工業(yè)參數(shù)的測量系統(tǒng)的構(gòu)建，理論與實驗緊密聯(lián)系，并結(jié)合第八章虛擬儀器技術(shù)開展基于Labview實現(xiàn)計算機(jī)數(shù)據(jù)采集。 實踐課程共分為4個實驗，實驗工程為懸臂梁固有頻率的測量〔驗證性實驗〕，轉(zhuǎn)速和溫度的綜合測試與分析〔綜合性實驗〕，電子秤的設(shè)計〔設(shè)計性實驗〕。通過三個不同層次的實驗要求，結(jié)合豐富的傳感

11、器與基于Labview的測控系統(tǒng)，學(xué)生通過親自動手操作根本上掌握工程測試的系統(tǒng)構(gòu)建和處理方法。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，提高解決實際測試工程問題的能力。 三、基于“案例+實驗〞教學(xué)的課程模式改革 機(jī)械工程測試技術(shù)關(guān)注新技術(shù)、新知識的導(dǎo)入，以案例+實驗教學(xué)驅(qū)動激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)操作技能和創(chuàng)新意識【6】。本課程以多媒體演示、案例教學(xué)和實驗操作為主要方法和手段，堅持理論聯(lián)系實際的教學(xué)理念，共引入5個完整案例和4個實驗工程設(shè)計對所學(xué)知識進(jìn)行綜合運用，具體內(nèi)容見表1。 〔一〕探索案例教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和能力 案例1為壓縮機(jī)齒輪箱故障診斷。通過齒輪箱振動信號頻譜分析，確定最大頻率分

12、量，然后根據(jù)機(jī)床轉(zhuǎn)速和傳動鏈，找出故障齒輪。 案例2為傳感器在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。該案例來源于教師效勞地方工程——“基于Labview的果園智能系統(tǒng)設(shè)計〞研究課題，通過構(gòu)建果園數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了空氣和土壤的溫濕度、光照、pH值、風(fēng)速風(fēng)向、CO2濃度等參數(shù)的檢測和數(shù)據(jù)傳輸，是傳感器應(yīng)用的綜合表達(dá)。 案例3為濾波在鋼管無損探傷中的應(yīng)用。利用電渦流傳感器對鋼管進(jìn)行裂紋檢測時，由于外界干擾信號中含有低頻噪聲，通過低通濾波器處理后得到有用信號，分析高頻成分得到裂紋的程度和位置。 案例4為互相關(guān)在管道泄漏檢測中應(yīng)用。根據(jù)互相關(guān)的性質(zhì)，提取出兩個信號之間的滯后時間，計算出泄漏點距離中心點的位置，并引

13、申出如何消除誤判，增加系統(tǒng)檢測的可靠度。 案例5為基于Labview的頻譜分析儀設(shè)計。利用Labview自帶頻譜分析模塊，通過簡單的圖形化編程實現(xiàn)對于信號的頻譜分析并顯示。 〔二〕精心設(shè)計實驗工程，建立以學(xué)生為主的應(yīng)用型實驗?zāi)Ｊ? 學(xué)生根據(jù)傳感器綜合實驗臺提供的30幾種傳感器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，構(gòu)建硬軟件系統(tǒng)，團(tuán)隊協(xié)作完成相關(guān)物理量的采集和分析，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。 實驗1為懸臂梁固有頻率測量。通過構(gòu)建懸臂梁結(jié)構(gòu)，在一端施加不同頻率的鼓勵，采用傳感器測量振動信號，分析該二階系統(tǒng)的頻譜特性，得到懸臂梁的固有頻率。 實驗2為電子秤的設(shè)計。將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)

14、化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片構(gòu)成的電橋電路轉(zhuǎn)化為電量輸出，從而實現(xiàn)質(zhì)量與電量之間的線性關(guān)系。 實驗3和實驗4為基于Labview的轉(zhuǎn)速和溫度測量。利用YL2000傳感器綜合試驗臺，構(gòu)建轉(zhuǎn)速和溫度采集平臺，利用數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)實現(xiàn)數(shù)字信號的采集和分析。 〔三〕豐富授課方式和手段，改革課程考核和評價方法 根據(jù)課程內(nèi)容協(xié)調(diào)采取多種教學(xué)方式和手段。理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，宜采用板書為主的教學(xué)手段，比方頻譜分析的推導(dǎo)等;同時采用Labview作為機(jī)械工程測試信號分析與處理工具，構(gòu)建虛擬測試系統(tǒng)和信號分析虛擬環(huán)境，學(xué)生可以在課堂上直觀的觀察信號的構(gòu)成、信號的頻譜分析和數(shù)據(jù)采集過程，從而理解傅立葉變換的意義。此

15、外，利用虛擬信號分析系統(tǒng)進(jìn)行仿真演示，如頻譜分析、濾波、相關(guān)分析等，加深對理論知識的理解。 應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容，比方傳感器，宜采用多媒體為主的教學(xué)手段，配合圖片、視頻、動畫演示等手段輔助教學(xué)。教學(xué)中結(jié)合工程案例，用演示實驗對實際測試的振動、溫度等信號進(jìn)行采集和分析，讓學(xué)生建立信號分析與實際應(yīng)用間的聯(lián)系。 完善課程考核與評價體系，增加實驗考核比重。重點考查工程測試的根底知識、根本概念、根本原理和測試方法，以及利用所學(xué)知識構(gòu)建一個簡單的測試系統(tǒng)。期末成績占60%，實驗成績占20%，過程考核占20%〔課堂表現(xiàn)和考勤〕。 四、結(jié)束語 通過課程組教師們的共同努力，在機(jī)械工程測試技術(shù)教學(xué)過程中積極采

16、取案例+實驗法組織教學(xué)，突出了鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用的能力，取得了良好的教學(xué)效果。做到了： 1.分析了“機(jī)械工程測試技術(shù)課程〞在機(jī)械專業(yè)課程體系中的性質(zhì)和定位，開展了學(xué)生學(xué)情分析，明確了課程目標(biāo)，制定了機(jī)械工程測試技術(shù)知識體系和主要內(nèi)容，理論和實驗?zāi)軌蜉^好的滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。 方法、教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)和考核體系等方面開展了有益探討。通過合理設(shè)置和組織教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式和方法，科學(xué)引入工程案例，精心設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容，建立新的評價與考核體系，切實提升了課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生運用測試?yán)碚撆c技能來分析與解決問題的能力，并且培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實踐能力，到達(dá)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目的。 3.學(xué)生利

17、用所學(xué)知識在科技創(chuàng)新活動中能夠?qū)W以致用，積極參加機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計大賽、3D大賽、機(jī)器人競賽等賽事，近3年共獲得國家級及省級以上獎項200余項，立項“國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練方案〞工程近30項，獲專利授權(quán)21項，孵化在校生創(chuàng)業(yè)工程4項。 參考文獻(xiàn)： 工程測試技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計實踐教學(xué)方法[J].高教學(xué)刊，2021〔2〕：35-37. 【2】滕云楠，謝里陽.機(jī)械測試的課堂教學(xué)探索與實踐[J].機(jī)械設(shè)計，2021，35〔S2〕：147-148. 【3】李宏偉，孫魯青.機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程體系構(gòu)建——以濱州學(xué)院為例[J].高教學(xué)刊，2021〔8〕：132-134. 工程測試技術(shù)綜合實驗改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2021〔2〕：112-113. 【5】湯小嬌.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“機(jī)械工程測試技術(shù)〞課程改革[J].唐山學(xué)院學(xué)報，2021，31〔3〕：97-99. 工程測試技術(shù)課程的案例式教學(xué)實踐[J].大學(xué)教育，2021〔4〕：79-80.