工程教育認證背景下的《機械工程測試技術》課程改革

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1、工程教育認證背景下的?機械工程測試技術?課程改革 摘要：文章以濱州學院“機械工程測試技術〞課程教學改革為主體內容，以工程教育認證為導向，積極探索基于“案例+實驗〞驅動的教學模式創(chuàng)新，從培養(yǎng)目標、課程體系、教學方法、考核評價等方面進行了總結提煉。近3年教學效果說明，“機械工程測試技術〞課程的教學改革方向正確，學生在科技創(chuàng)新活動等方面表現突出，創(chuàng)新意識不斷增強，應用型人才培養(yǎng)的質量得到不斷提高。 關鍵詞：機械工程測試技術;工程教育認證;課程改革 中圖分類號：G642文獻標志碼：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 測試是人類認識客觀世界的重要手段，是科學研究的根本方法，在工程技術領域中，科學實驗、產品開發(fā)、生產監(jiān)督、質量控制等都離不開測試技術，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】。機械工程測試技術介紹了測試技術的系統(tǒng)組成、根本原理，以及對測試信號數據的分析方法，能夠對機械工程測試中應用較多的振動、位移、力、溫度等物理量進行檢

5、測和處理，是機電一體化技術的根底和橋梁【2】。 以濱州學院為例，機械工程測試技術是一門面向機械設計制造及其自動化專業(yè)機械電子方向的必修課程，先修課程包括大學物理、電工電子學、控制工程根底等，與后修的機電一體化系統(tǒng)設計形成了完整的機電類專業(yè)課程體系【3】。通過課程改革，進一步整合相關教學資源和教學內容，增強測控類應用培養(yǎng)，豐富機械專業(yè)的應用型課程體系，為將來從事控制類的機械專業(yè)學生打下良好的根底。 本課程安排在本科教學的第五學期，學生具有一定的專業(yè)根底，同時局部學生參與了科技創(chuàng)新大賽，有使用傳感器進行參數檢測的經驗，這為課程的學習提供了良好的根底。由于本課程應用性強，按照傳統(tǒng)的教學方式，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，導致學生學習時興趣缺乏、學習動力不夠，教學效果無法滿足應用型人才培養(yǎng)的需要。 自2021年以來，我國開始構建工程教育認證體系，逐步開展專業(yè)認證工作，于2021年6月成為?華盛頓協(xié)議?正式成員。工程教育認證是實現工程教育與工業(yè)界對接，提升工程人才培養(yǎng)質量的有效途徑，因此探索工程教育認證視閾下的課程改革，對于更新教學理念、提高人才培養(yǎng)質量、推進地方高校專業(yè)認證具有重要的現實意義【4】。因此，濱州學院緊緊圍繞培養(yǎng)高素質應用型人才的目標，在工程教育認證的背景下，進行了機械工程測試技術“案例+實驗〞導向的教學方法改革，改變了傳統(tǒng)教學中灌輸式教學方

7、法，啟發(fā)和引導學生主動學習，既有利于學生掌握根底理論知識和根本技能，又較好的培養(yǎng)了學生的工程實踐能力。 一、課程培養(yǎng)目標 機械工程測試技術是以機械工程領域為應用背景，解決工程中常見動態(tài)物理量的測試問題。通過本課程的學習，培養(yǎng)學生掌握信號采集、傳輸、變換及數據處理的根本原理和實驗方法，能根據研究對象合理選用傳感器，具備構建根本工程測試系統(tǒng)和進行常見參量檢測的能力，為進一步學習、研究和處理測控工程問題打下根底【5】。具體表達在以下三個方面： 〔一〕知識目標 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、應用以及傳感器的選用原那么。 4.信號調理電路〔電橋、調制與解調、濾波、放大〕的工作原理和性能，并能較合理的設計和選用。 5.數字信號的一般處理步驟;相關分析及功率譜的根本原理、方法和應用。 〔二〕能力目標 方法、合理選用測試儀器、科學分析與處理數據的能力。 2.培養(yǎng)運用所學知識構建測試系統(tǒng)和分析、解決實際測試工程問題的能力。 〔三〕素質目標 方法、自主學習的意識和創(chuàng)新精神;具備工作嚴謹、老實守信、敢于承擔責任的職業(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)學生溝通和團隊協(xié)作精神。 二、課程體系構建 本課程分為理論和實踐兩大局部，包括32學時的課堂講授和8學時的傳感器綜合實驗操作。課程體系整體框架如圖1所示。理論教學共8章內容，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用、信號調理與記錄、信號處理初步、測試技術在工程中的應用以及虛擬儀器技術。 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，實現不失真測量的條件。第四章傳感器原理與應用主要包括電阻式、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。第五章信號調理與記錄主要包括電橋、調制與解調、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字信號處理的根本步驟，相關分析及其應用，功率譜分析及其應用。第七章工程應用中應變、振動、轉速、溫度等常見工業(yè)參數的測量系統(tǒng)的構建，理論與實驗緊密聯(lián)系，并結合第八章虛擬儀器技術開展基于Labview實現計算機數據采集。 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〕，轉速和溫度的綜合測試與分析〔綜合性實驗〕，電子秤的設計〔設計性實驗〕。通過三個不同層次的實驗要求，結合豐富的傳感

11、器與基于Labview的測控系統(tǒng)，學生通過親自動手操作根本上掌握工程測試的系統(tǒng)構建和處理方法。培養(yǎng)學生的團隊協(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〞教學的課程模式改革 機械工程測試技術關注新技術、新知識的導入，以案例+實驗教學驅動激發(fā)學生學習的積極性，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)系實際的教學理念，共引入5個完整案例和4個實驗工程設計對所學知識進行綜合運用，具體內容見表1。 〔一〕探索案例教學模式，培養(yǎng)學生的工程意識和能力 案例1為壓縮機齒輪箱故障診斷。通過齒輪箱振動信號頻譜分析，確定最大頻率分

12、量，然后根據機床轉速和傳動鏈，找出故障齒輪。 案例2為傳感器在農業(yè)物聯(lián)網中的應用。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)設計〞研究課題，通過構建果園數據采集系統(tǒng)，實現了空氣和土壤的溫濕度、光照、pH值、風速風向、CO2濃度等參數的檢測和數據傳輸，是傳感器應用的綜合表達。 案例3為濾波在鋼管無損探傷中的應用。利用電渦流傳感器對鋼管進行裂紋檢測時，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為互相關在管道泄漏檢測中應用。根據互相關的性質，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的頻譜分析儀設計。利用Labview自帶頻譜分析模塊，通過簡單的圖形化編程實現對于信號的頻譜分析并顯示。 〔二〕精心設計實驗工程，建立以學生為主的應用型實驗模式 學生根據傳感器綜合實驗臺提供的30幾種傳感器以及數據采集系統(tǒng)，構建硬軟件系統(tǒng)，團隊協(xié)作完成相關物理量的采集和分析，充分發(fā)揮學生主觀能動性，利于培養(yǎng)學生的實踐動手能力。 實驗1為懸臂梁固有頻率測量。通過構建懸臂梁結構，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為電子秤的設計。將物品重量通過懸臂梁轉

14、化結構變形再通過應變片構成的電橋電路轉化為電量輸出，從而實現質量與電量之間的線性關系。 實驗3和實驗4為基于Labview的轉速和溫度測量。利用YL2000傳感器綜合試驗臺，構建轉速和溫度采集平臺，利用數據采集卡和PC機實現數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 根據課程內容協(xié)調采取多種教學方式和手段。理論性較強的內容，宜采用板書為主的教學手段，比方頻譜分析的推導等;同時采用Labview作為機械工程測試信號分析與處理工具，構建虛擬測試系統(tǒng)和信號分析虛擬環(huán)境，學生可以在課堂上直觀的觀察信號的構成、信號的頻譜分析和數據采集過程，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)進行仿真演示，如頻譜分析、濾波、相關分析等，加深對理論知識的理解。 應用性較強的內容，比方傳感器，宜采用多媒體為主的教學手段，配合圖片、視頻、動畫演示等手段輔助教學。教學中結合工程案例，用演示實驗對實際測試的振動、溫度等信號進行采集和分析，讓學生建立信號分析與實際應用間的聯(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，以及利用所學知識構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%〔課堂表現和考勤〕。 四、結束語 通過課程組教師們的共同努力，在機械工程測試技術教學過程中積極采

16、取案例+實驗法組織教學，突出了鍛煉學生綜合應用的能力，取得了良好的教學效果。做到了： 1.分析了“機械工程測試技術課程〞在機械專業(yè)課程體系中的性質和定位，開展了學生學情分析，明確了課程目標，制定了機械工程測試技術知識體系和主要內容，理論和實驗能夠較好的滿足應用型人才培養(yǎng)的需要。 方法、教學內容、實驗教學和考核體系等方面開展了有益探討。通過合理設置和組織教學內容，改革教學模式和方法，科學引入工程案例，精心設計實驗教學內容，建立新的評價與考核體系，切實提升了課程教學質量，培養(yǎng)學生運用測試理論與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，到達培養(yǎng)高素質應用型人才的目的。 3.學生利

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