王欣威，慕 麗，付曉云

（沈陽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

隨著現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展，測控系統(tǒng)的內(nèi)涵較之以前發(fā)生了很大變化，其自身結(jié)構(gòu)已從單純機(jī)械結(jié)構(gòu)或機(jī)電結(jié)合的結(jié)構(gòu)發(fā)展成為集傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)代光學(xué)、精密機(jī)械等多種高新技術(shù)于一身的系統(tǒng)[1]。在機(jī)械工程領(lǐng)域，現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)、檢測與控制技術(shù)緊密結(jié)合。這種密切的關(guān)系促使工業(yè)生產(chǎn)由機(jī)械工程領(lǐng)域邁入以機(jī)電一體化為特征的發(fā)展新階段，從而需求大量具備機(jī)電一體化基礎(chǔ)理論，強(qiáng)調(diào)機(jī)械動(dòng)手能力與機(jī)電控制能力相結(jié)合的新型機(jī)械專業(yè)人才。為適應(yīng)這種需求，檢測與控制類課程在機(jī)械專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)中的地位逐步提高，檢測與控制課程教學(xué)探討逐漸被重視[2]。因此，必須重構(gòu)機(jī)械專業(yè)檢測與控制類課程的教學(xué)體系，對(duì)課程教學(xué)模式進(jìn)行改革。

1 檢測與控制類課程教學(xué)中存在的問題

檢測與控制類課程是機(jī)械專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程。目前，測控類課程存在著教學(xué)任務(wù)重，學(xué)時(shí)相對(duì)短缺，課程間存在很多知識(shí)點(diǎn)的重疊部分，課程之間聯(lián)系不夠緊密等問題。為使學(xué)生能更好地學(xué)習(xí)機(jī)械測控知識(shí)和技能，適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)“傳感器與檢測技術(shù)”方面的人才需要，對(duì)課程內(nèi)容體系建設(shè)與改革已勢在必行。

2 機(jī)械專業(yè)檢測與控制類課程教學(xué)改革思路

《機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》和《機(jī)械工程控制技術(shù)基礎(chǔ)》是“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”專業(yè)和許多專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)相應(yīng)專業(yè)的本科生培養(yǎng)起到了重要作用。課程內(nèi)容較抽象、理論知識(shí)繁多、實(shí)踐環(huán)節(jié)要求高，教學(xué)難度較大。傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)中，檢測與控制系列課程自成體系，內(nèi)容脫節(jié)，造成學(xué)生即使熟識(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)也無法清楚其控制運(yùn)作流程。課程改革面向機(jī)械大類專業(yè)進(jìn)行測控系列課程體系建設(shè)和課程內(nèi)容整合，開展教學(xué)改革和測控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。首先，從現(xiàn)階段傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)模式入手，突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，改變知識(shí)結(jié)構(gòu)上“機(jī)強(qiáng)電弱”的嚴(yán)峻局面，解決知識(shí)更新與課時(shí)減少的矛盾，避免機(jī)械、檢測和控制等知識(shí)的簡單組合、拼湊。通過整合和優(yōu)化課程內(nèi)容，解決應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心問題[2]。其次，增加綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，探討教學(xué)中機(jī)電的合理結(jié)合。

2.1 完善并優(yōu)化測控類課程的教學(xué)體系

機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)要求學(xué)生熟練掌握、運(yùn)用測控知識(shí)，能夠使用、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)。而大部分高等院校機(jī)械專業(yè)的測試技術(shù)課程設(shè)置不夠完整。因此，急需完善測試技術(shù)課程體系。通過完善并優(yōu)化測控系列課程的教學(xué)體系，形成完整的“基礎(chǔ)知識(shí)—工作原理—系統(tǒng)設(shè)計(jì)—性能評(píng)價(jià)”的測控課程教學(xué)體系。

目前，許多高校都針對(duì)測試類課程理論知識(shí)抽象、實(shí)踐環(huán)節(jié)要求高的特點(diǎn)，進(jìn)行了教學(xué)改革和課程建設(shè)，如將工程案例、虛擬實(shí)驗(yàn)引入課堂，或通過開設(shè)特色實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)作用等[3，4]。大部分教學(xué)改革都僅僅針對(duì)《機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》一門課程，少有高校針對(duì)機(jī)械工程檢測與控制技術(shù)系列課程進(jìn)行整體規(guī)劃，導(dǎo)致測控技術(shù)知識(shí)鏈不完整?？紤]到測試技術(shù)應(yīng)包括全部基本理論、工作機(jī)制、性能評(píng)價(jià)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，因此，根據(jù)創(chuàng)新、綜合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)及測控技術(shù)發(fā)展趨勢，對(duì)課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，增加了測試系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)課程，在原有《機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》、《機(jī)械工程控制技術(shù)基礎(chǔ)》、《現(xiàn)代傳感器》課程基礎(chǔ)上，增加了《檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)》兩門課程，形成了“機(jī)械工程測控技術(shù)”課程教學(xué)體系。同時(shí)，對(duì)群內(nèi)現(xiàn)有課程重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容做明確界定，使課程之間銜接緊密、無重復(fù)。經(jīng)過優(yōu)化的課程體系層次清晰，形成了完整的“基礎(chǔ)知識(shí)—工作原理—系統(tǒng)設(shè)計(jì)—性能評(píng)價(jià)”教學(xué)過程。

本系列課程通過整合、協(xié)調(diào)和改革，很好地消除了與各自相關(guān)課程存在的部分內(nèi)容重復(fù)現(xiàn)象，增加了新技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)介紹，使課程內(nèi)容從整體上得到很大優(yōu)化。課程之間、課程與前修課程之間基本上實(shí)現(xiàn)“無縫銜接”。通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)測控系統(tǒng)知識(shí)，使學(xué)生初步具備能夠綜合應(yīng)用科學(xué)、工程知識(shí)分析和解決問題的能力。

2.2 課程教學(xué)內(nèi)容的整體優(yōu)化

依據(jù)“機(jī)為基礎(chǔ)、電為機(jī)用、機(jī)電合一”的教學(xué)理念，從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課外學(xué)習(xí)三方面入手，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)、豐富教學(xué)內(nèi)容，完成課程體系教學(xué)內(nèi)容的整體優(yōu)化。

測控系列課程中，課程在人才培養(yǎng)中的作用及課程特點(diǎn)都不盡相同，如控制工程基礎(chǔ)和信號(hào)分析與處理課程，著重從理論上闡述不同系統(tǒng)的一般問題，較少地涉及有關(guān)器件和具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)；而傳感技術(shù)課程則著重于實(shí)踐應(yīng)用，技術(shù)更新較快。因此，首先需要對(duì)群內(nèi)課程重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容做明確界定，優(yōu)化課程體系，以保證課程在教學(xué)內(nèi)容無重復(fù)和疏漏。引入現(xiàn)代化的分析設(shè)計(jì)工具，充實(shí)學(xué)科前沿的新理論和新技術(shù)，使教學(xué)內(nèi)容得到進(jìn)一步優(yōu)化。其次，根據(jù)測控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，增加了Matlab控制工具包和Simulink仿真工具包的應(yīng)用，使學(xué)生初步具備運(yùn)用測控系列軟件的基本能力。將基于Simulink的系統(tǒng)仿真分析軟件和基于LabVIEW的信號(hào)分析與處理軟件包引入教學(xué)，減輕繁瑣的計(jì)算、復(fù)雜圖表的繪制對(duì)教學(xué)時(shí)數(shù)的占用，解決了有關(guān)信號(hào)頻譜分析及系統(tǒng)分析等枯燥難懂的問題。另外，為解決增加內(nèi)容于課時(shí)之間的矛盾，制作大量LabVIEW和Matlab控制工具包等演示PPT，利用相應(yīng)軟件編寫了大量系統(tǒng)特性分析與信號(hào)分析的虛擬演示軟件。資料內(nèi)容通俗易懂，既有課程相關(guān)知識(shí)的拓展、易于學(xué)生自學(xué)，又有工程實(shí)際案例，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)、應(yīng)用的興趣。

3 建設(shè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)拓展與深化實(shí)踐教學(xué)

為了增加機(jī)、電、測控課程的綜合應(yīng)用實(shí)踐環(huán)節(jié)，更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神，建立了測控技術(shù)綜合實(shí)踐平臺(tái)，設(shè)計(jì)了綜合綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)。以鍛煉大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、培養(yǎng)應(yīng)用型人才為指導(dǎo)思想，在教學(xué)實(shí)踐中采用與工業(yè)應(yīng)用技術(shù)相通的平臺(tái)，增加了機(jī)械結(jié)構(gòu)、電工電子、測量與控制等課程的綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，使教學(xué)內(nèi)容更加合理化和系統(tǒng)化，突出課程的實(shí)用性。真正實(shí)現(xiàn)“由實(shí)踐驗(yàn)證理論，由實(shí)踐認(rèn)識(shí)理論”、“工程教育回歸工程”的教學(xué)理念。

基于nextboard通用工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為使學(xué)生快速熟悉、使用nextboard平臺(tái)，開發(fā)了油門控制系統(tǒng)和洗衣機(jī)狀態(tài)仿真系統(tǒng)等綜合實(shí)踐項(xiàng)目；基于nextmech機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐模塊開發(fā)了課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，開發(fā)了機(jī)械結(jié)構(gòu)建模與仿真、結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析的基本方法和過程、典型傳感器使用原理和方法、可編程控制器的控制原理及使用等PPT演示及視頻，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析、傳感器檢測與可編程序控制的綜合應(yīng)用訓(xùn)練。課程體系設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐、原理與工程、基礎(chǔ)性與先進(jìn)性的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生測控技術(shù)基本概念、基本原理、基本方法的同時(shí)，突出機(jī)械測試系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐的訓(xùn)練。

4 預(yù)期的教學(xué)效果

改革、優(yōu)化后的測控課程體系，包含了《機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》、《機(jī)械工程控制技術(shù)基礎(chǔ)》、《現(xiàn)代傳感器》、《檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)》課程，面向機(jī)械專業(yè)本科學(xué)生，適用于機(jī)械工程大專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)，直接受益學(xué)生約500～600人。改革前的測控課程各門課程相互獨(dú)立，學(xué)生學(xué)到的知識(shí)無法融匯貫通，學(xué)生缺乏對(duì)知識(shí)的應(yīng)用、實(shí)踐訓(xùn)練。通過對(duì)機(jī)械類測控技術(shù)課程進(jìn)行完善和優(yōu)化，有效使用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，充分利用資源，將機(jī)械工程的特點(diǎn)和檢測與控制的課程整合為一個(gè)現(xiàn)代機(jī)械工程測控系統(tǒng)的教學(xué)體系，使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)能夠掌握機(jī)電一體化的基本理論及先進(jìn)技術(shù)。通過實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，使學(xué)生將書本的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)真正融入自己的知識(shí)鏈。解決了理論知識(shí)枯燥、內(nèi)容銜接不夠緊密，實(shí)踐內(nèi)容陳舊、與前沿知識(shí)、工程實(shí)際聯(lián)系不夠緊密的問題。同時(shí)，教學(xué)改革成果可輻射，汽車專業(yè)本科生、機(jī)械工程專業(yè)研究生。

5 結(jié)束語

總之，完整的“機(jī)械工程測控技術(shù)”課程體系，能夠系統(tǒng)、循序漸進(jìn)地講授測試系統(tǒng)的基本理論、工作機(jī)制、性能評(píng)價(jià)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等主要內(nèi)容，注重激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。建立了從基礎(chǔ)課程到畢業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)測控系統(tǒng)知識(shí)，學(xué)生不僅具備比較深厚的科學(xué)、工程知識(shí)和能力，還具有創(chuàng)新精神，具備能夠綜合應(yīng)用科學(xué)、工程知識(shí)分析和解決問題的能力。