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

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1、 新版工程教育認(rèn)證背景下的《機(jī)械工程測試技術(shù)》課程改革匯編 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(shí)驗(yàn)”驅(qū)動(dòng)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(jià)等方面進(jìn)行了總結(jié)提煉。近3年教學(xué)效果表明，“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(dòng)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：2096-00

2、0X（202x）17-0129-03 Abstract： The article takes the teaching reform of the "Mechanical Engineering Testing Technology" course of Binzhou College as the main content， and takes the engineering education certification as the guide， and actively explores the innovation of teaching mode based on "c

3、ase + experiment"， from the training objectives， curriculum system， teaching methods， evaluation and evaluation. The teaching results in the past three years show that the course teaching mode reform is in the right direction， the students have outstanding performance in scientific and technological

4、 innovation activities， the consciousness of innovation has been continuously enhanced， and the quality of application-oriented talent training has been constantly improved. Keywords： "Mechanical Engineering Testing Technology"; Engineering education accreditation; curriculum reform 前言

5、 測試是人類認(rèn)識客觀世界的重要手段，是科學(xué)研究的基本方法，在工程技術(shù)領(lǐng)域中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、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、基本原理，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(dòng)、位移、力、溫度等物理量進(jìn)行檢測和處理，是機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)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(jì)制造及其自動(dòng)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)、控制工程基礎(chǔ)等，與后修的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)形成了完整的機(jī)電類專業(yè)課

6、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)生打下良好的基礎(chǔ)。 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)基礎(chǔ)，同時(shí)部分學(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(yàn)，這為課程的學(xué)習(xí)提供了良好的基礎(chǔ)。由于本課程應(yīng)用性強(qiáng)，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式，信號頻譜分析的理論部分要求較高、較難，傳感器部分種類多且雜，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)興趣不足、學(xué)習(xí)動(dòng)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202x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202x年6月

7、成為《華盛頓協(xié)議》正式成員。工程教育認(rèn)證是實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)”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)方法，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，既有利于學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識和基本技能，又較好的培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)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?yàn)閼?yīng)用背景，解決工程中常見動(dòng)態(tài)物理量的測試問

8、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)處理的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，能根據(jù)研究對象合理選用傳感器，具備構(gòu)建基本工程測試系統(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基礎(chǔ)[5]。具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： （一）知識目標(biāo) 1. 信號時(shí)域和頻域的描述方法，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(jì)算。 2. 測試裝置靜、動(dòng)態(tài)特性的評價(jià)方法和不失真測試條件，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(dòng)態(tài)特性及其測定方法。 3. 常用傳感器的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用以及傳感器的選

9、用原則。 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(jì)和選用。 5. 數(shù)字信號的一般處理步驟;相關(guān)分析及功率譜的基本原理、方法和應(yīng)用。 （二）能力目標(biāo) 1. 具備正確運(yùn)用測試方法、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(yùn)用所學(xué)知識構(gòu)建測試系統(tǒng)和分析、解決實(shí)際測試工程問題的能力。 （三）素質(zhì)目標(biāo) 1. 培養(yǎng)學(xué)生具有科學(xué)的思維方法、自主學(xué)習(xí)的意識和創(chuàng)新精神;具備工作嚴(yán)謹(jǐn)、誠實(shí)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

10、討論和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作，培養(yǎng)學(xué)生溝通和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。 二、課程體系構(gòu)建 本課程分為理論和實(shí)踐兩大部分，包括32學(xué)時(shí)的課堂講授和8學(xué)時(shí)的傳感器綜合實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)態(tài)特性，測試裝置對單位階躍信號的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)不失真測量的條件。第四

11、章傳感器原理與應(yīng)用主要包括電阻式、電容式、電感式、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，傳感器的選用原則。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)字信號處理的基本步驟，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(dòng)、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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集。 實(shí)踐課程共分為4個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為懸臂梁固有頻率的測量（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)），轉(zhuǎn)速和溫度的綜合測試與分析（綜合性實(shí)驗(yàn)），電子秤的設(shè)計(jì)（設(shè)

12、計(jì)性實(shí)驗(yàn)）。通過三個(gè)不同層次的實(shí)驗(yàn)要求，結(jié)合豐富的傳感器與基于Labview的測控系統(tǒng)，學(xué)生通過親自動(dòng)手操作基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(duì)協(xié)作能力，提高解決實(shí)際測試工程問題的能力。 三、基于“案例+實(shí)驗(yàn)”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(shí)驗(yàn)教學(xué)驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)操作為主要方法和手段，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)理念，共引入5個(gè)完整案例和4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)對所學(xué)知識進(jìn)行綜合運(yùn)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

13、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(dòng)信號頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據(jù)機(jī)床轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)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。該案例來源于教師服務(wù)地方項(xiàng)目——“基于Labview的果園智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)”研究課題，通過構(gòu)建果園數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)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)用的綜合體現(xiàn)。 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(shí)，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。

14、 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(gè)信號之間的滯后時(shí)間，計(jì)算出泄漏點(diǎn)距離中心點(diǎn)的位置，并引申出如何消除誤判，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(jì)。利用Labview自帶頻譜分析模塊，通過簡單的圖形化編程實(shí)現(xiàn)對于信號的頻譜分析并顯示。 （二）精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立以學(xué)生為主的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ? 學(xué)生根據(jù)傳感器綜合實(shí)驗(yàn)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(duì)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(dòng)性，利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。 實(shí)驗(yàn)1為懸臂梁固有頻率測量。通

15、過構(gòu)建懸臂梁結(jié)構(gòu)，在一端施加不同頻率的激勵(lì)，采用傳感器測量振動(dòng)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(shí)驗(yàn)2為電子秤的設(shè)計(jì)。將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)質(zhì)量與電量之間的線性關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4為基于Labview的轉(zhuǎn)速和溫度測量。利用YL202x傳感器綜合試驗(yàn)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(shí)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(jià)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，比如頻譜

16、分析的推導(dǎo)等;同時(shí)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，比如傳感器，宜采用多媒體為主的教學(xué)手段，配合圖片、視頻、動(dòng)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(shí)驗(yàn)對實(shí)際測試的振動(dòng)、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(shí)際應(yīng)用間的聯(lián)系。 完善課程考核與評價(jià)體系，增加實(shí)驗(yàn)考核比重。重點(diǎn)考查工程測試的基礎(chǔ)知識

17、、基本概念、基本原理和測試方法，以及利用所學(xué)知識構(gòu)建一個(gè)簡單的測試系統(tǒng)。期末成績占60%，實(shí)驗(yàn)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)過程中積極采取案例+實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜉^好的滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。 2. 課程改革從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考核

18、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(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，建立新的評價(jià)與考核體系，切實(shí)提升了課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)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(shí)踐能力，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目的。 3. 學(xué)生利用所學(xué)知識在科技創(chuàng)新活動(dòng)中能夠?qū)W以致用，積極參加機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jiǎng)項(xiàng)200余項(xiàng)，立項(xiàng)“國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目近30項(xiàng)，獲專利授權(quán)21項(xiàng)，孵化在校生創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目4項(xiàng)。 參考文獻(xiàn)： [1]邱榮華，肖淵，周阿維，等.

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