测试技术课程现代化教学方式的探索与实践

李文礼++王晶晶　郭栋

摘 要 针对《测试技术》的课程特点及实际教学过程中出现的问题，提出了一种以科研与教学相融合的方法。利用现代化教学方式，利用具有实际工程应用背景的案例为学生演示实验及虚拟仪器，将科研成果转化为实验教学资源。

关键词 测试技术 多媒体 科研教学相融合

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

1 课程的意义及内容

《测试技术》课程是机械类专业的一门重要的专业基础课，实践性很强，尤其是对于应用型本科教育，更应突出实践操作能力的培养。随着电子技术、传感技术、新材料、新工艺的发展，《测试技术》所涉及的内容包括物理学、电子学、材料学等多种学科，知识面广，难度大，内容枯燥。如何通过改革提高教学效果，使理论教学与工程实践相结合，是任课老师的努力方向。

2目前教学中存在的问题

《测试技术》是获取信息、分析和处理测量数据的关键技术与手段，是从事科学研究、产品质量检验与控制不可缺少的手段。課程内容涉及多个学科，知识面广且理论性强，对实践环节要求较高，教学难度较大。课程内容主要包括教学内容包括测试信号分析理论、传感器原理和测试技术应用三大部分， 信号分析处理部分内容包含大量数学公式、 图像，且涉及到大量的电路硬件部分，理解起来特别困难。传感器部分包括电学、 光学、材料学等多个学科知识，物理概念多，没有实物对象，学生理解效果不佳，不具备应用传感器理论解决实例问题的能力。 测试技术应用部分没有实验课和相应的课堂虚拟仿真演示，内容空洞。

为了提高《测试技术》课的教学质量，国内学者根据所在高校的教学情况进行了大量的探索研究，提出了许多切实可行的方案，文成针对传统“机械工程测试技术”课程教学割断了理论和工程之间的联系、教学效果难以提高的特点，提出以工程案例为核心的教学模式。探讨了工程案例教学的特点和“机械工程测试技术”工程案例教学的实施方法。北京工业大学焦敬品等根据北京工业大学的教学情况，提出了自主选题的课程设计模式，并且利用计算机虚拟仪器技术开发了一系列综合性、设计性实验，取得了良好的教学效果；东北林业大学冯国红等提出将科研实例融入课堂的教学方法，极大地激发了学生的学习兴趣；石家庄铁道学院马怀祥等提出并实施“以案例教学和多元化的实践贯穿始终的‘测试技术课程教学模式”和“精讲—自学—研究”三结合的教学方法，为学生后续课程的学习以及将来从事工程和科研实践奠定了良好的基础。

3 教学方式改革思路

鉴于《测试技术》课程内容的多样性，既有理论知识，又有实际测试，很难找到一种通用的课堂教学方法适用于测试技术教学。在授课过程中，即注重归纳和演绎、分析和综合、抽象和具体等传统的思维方法，又为学生灌输系统方法、信息方法、控制方法等新的思维方式。

在教学手段上，利用多媒体视频教学的方法，突破课堂资源的限制，可以使学生通过图形动画更好的理解测试技术的基础理论。在教学内容上，把科研与教学相融合，将科研成果转化为实验教学资源。用具有工程背景的案例来开阔学生的学术眼界，激发学习兴趣，有效地调动学生学习的积极性和创造性。课堂上用具有实际工程应用背景的案例和把NI便携式数据采集器、传感器和LABVIEW虚拟仪器软件等设备用在课堂上，为学生演示实验及虚拟仪器来激发学习兴趣。把对学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养，把工程实例引入到课堂教学中，而不仅仅是教给书本上的理论知识。

4工程应用案例分析

教学案例来源于教师科研项目——变速器耐久性试验早期故障诊断系统，在齿轮箱的箱体上安装振动加速度传感器，通过振动加速度传感器获取振动加速度信号；在齿轮箱的输入端安装转速脉冲传感器，在数据采集器内将模拟信号转换为数字信号并输入计算机；计算机利用获得的转速脉冲信号对振动信号进行角域重采样以获得阶次谱，同时获得与转速对应的特征阶次切片谱和时域均方根值。采用阶次分析方法克服了传统频率分析中变转速运动“频率模糊”的缺点，很好的解决了旋转部件频域特征信号提取的关键技术问题。系统能够根据用户划分好的工况区间（转速、转矩、温度、档位）进行自学习，自动生成参考曲线作为标准，判断试件是否发生故障，如图1和图2。

图1：被测齿轮箱 图2：早期故障诊断系统界面

根据项目涉及的测试理论和方法，提炼出与本课程相关的教学内容，该工程应用案例涉及到传感器、采集的选择和信号分析理论，可以安排在测试信号分析知识模块所对应的章节中讲解。以实际应用的传感器和采集卡为案例，分析振动加速度传感器和采集卡出厂参数表达的意义和课程教学中理论的关联，实际应用的传感器和采集卡为案例如下：

振动加速度传感器：类型IEPE/ICP，量程€？00 g （g=9.8m/s2），频率范围1 -10，000Hz，共振频率32 kHz；线性度€？%，电绝缘>10M ，重量10克；

NI PCI-4474：4个模拟量输入通道，精度24位，测量范围10V-10V，灵敏度0.01mV，动态范围120dB，每通道最高采样频率102.4 kHz，IEPE/ICP供电，通道之间的干扰噪声<-90dB，过压保护€？2V，64位数字抗混淆滤波器，无相（下转第71页）（上接第68页）位偏差。

依据该案例讲授内容为基于旋转机械频谱分析理论的变速器故障诊断方法，变速器的输入转速工况所对应的频率范围，以此为依据可选择包含该频率带宽的振动加速度传感器，同时根据香农采样定律选择数据采集卡，本案例涉及IEPE/ICP标准供电的特点、采样频率、传感器性能参数、采集卡基本性能参数、转速方波脉冲计数方法等，利用目前行业的典型设备可以让学生密切结合工程实际应用来学习本课程内容。

5 小结

利用多媒体视频教学的方法和科研与教学相融的方法，使学生对课程产生兴趣，提高学生工程实践能力和创新能力，达到学生积极主动地去学习的效果。

参考文献

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[6] 刘海宁，门秀花，邵海燕，等.现代测试技术在机械类本科测试技术教学中的渗透[J].科技视界，2016，23：112-114.