徐倩 孟曉平 何霞

摘 要 針對目前“機械測試技術(shù)”實驗教學(xué)中存在的一些問題，提出了對實驗教學(xué)改革的措施。改革主要從增加實驗時間、拓展實驗類型、對實驗設(shè)備進(jìn)行自研自制、對實驗考核方式進(jìn)行改革等方面進(jìn)行。實驗教學(xué)改革的目的是使學(xué)生學(xué)習(xí)完“機械測試技術(shù)”課程之后能真正地完成實際的工程測試工作，同時提高學(xué)生對課程的興趣，提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 機械測試技術(shù) 實驗教學(xué) 自研自制 實驗考核

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.052

Abstract Aiming at some problems existing in the experiment teaching of "Mechanical Testing Technology"， this paper puts forward some measures to reform the experiment teaching. The reform mainly includes increasing experimental time， expanding experimental types， self-research and self-control of experimental equipment， and reform of experimental assessment methods. The aim of experimental teaching reform is to enable students to truly complete the actual engineering testing work after learning the "Mechanical Testing Technology" course， and at the same time to enhance students' interest in the course and enhance the teaching effect.

Keywords Mechanical Testing Technology； experimental teaching； self-research and self-control； experimental examination

0 引言

機械測試技術(shù)是機械工程技術(shù)人員必須掌握的一門基礎(chǔ)技術(shù)，一般的工科院系也把“機械測試技術(shù)”作為機械工程專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。由于該課程涉及的知識面較廣，又與多門學(xué)科交叉融合，學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程時感覺有一定難度；同時，由于測試技術(shù)的發(fā)展很快，課程內(nèi)容更新也比較快，所以教師的備課難度也比較大。

“機械測試技術(shù)”的教學(xué)目的，除了讓學(xué)生掌握一定的基礎(chǔ)理論知識之外，更重要的是要讓學(xué)生能實際完成具體的測試工作。事實上，在我院機械測試技術(shù)的教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)目前的實驗教學(xué)中存在以下問題：

（1）學(xué)生無法做到“學(xué)以致用”。也就是說，在學(xué)習(xí)了測試技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識后，不少學(xué)生無法將所學(xué)的知識與實際的測試工作結(jié)合起來。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因在于，機械測試技術(shù)是一門實踐性很強的課程，美國等國家就把它歸為實驗類課程，但我國把它歸為專業(yè)基礎(chǔ)課。[1]因此目前我國對機械測試技術(shù)的教學(xué)基本上采取的是以課堂講授為主，實驗為輔的模式。學(xué)生實踐程度不夠，自然無法較好地，甚至完全無法勝任測試工作。

（2）學(xué)生對實驗的參與度不高。在實驗教學(xué)中，常?？梢园l(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象。一組4～5名同學(xué)可能只有1～2名同學(xué)在認(rèn)真做實驗，其他同學(xué)就在旁邊觀望。造成這種現(xiàn)象的原因一是因為設(shè)備臺套數(shù)不足，分組人數(shù)稍多。但是更深層次的原因是因為實驗成績在課程總成績中占比太小，并且實驗項目單一，考核方式有弊端，學(xué)生對實驗沒有太大的積極性。

針對這些現(xiàn)象，我們對機械測試技術(shù)的實驗教學(xué)進(jìn)行了以下嘗試性的改革。

1 增加實驗時間，拓展實驗類型

要想讓學(xué)生掌握機械測試這門技術(shù)，必須有較多的實驗時間，因此我們增加了實驗時間。這里所說的增加實驗時間不是說通過修改培養(yǎng)計劃和教學(xué)大綱來改變課程的實驗學(xué)時數(shù)。以我院為例，“機械測試技術(shù)”總共40學(xué)時，其中34學(xué)時的課堂教學(xué)，6學(xué)時的實驗教學(xué)。6學(xué)時的實驗教學(xué)顯然是不足以讓學(xué)生真正掌握機械測試這門技術(shù)的。而修改培養(yǎng)計劃和教學(xué)大綱牽涉面又較廣，不好實施。因此，為了增加實驗時間，我們采取了以下方式。

（1）開放實驗室。實驗室在工作時間內(nèi)都對學(xué)生開放，只要學(xué)生提前預(yù)約，就可以在自己空余的時間到實驗室進(jìn)行實驗。這就為學(xué)生完成后續(xù)的多種實驗提供了物質(zhì)保障。

（2）拓展實驗類型。傳統(tǒng)的實驗主要是驗證性實驗，為了開拓學(xué)生的思維空間，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，應(yīng)該更多地開設(shè)一些設(shè)計性和綜合性的實驗。因此，在教學(xué)大綱要求的6學(xué)時的實驗之外，我們另外安排了開放實驗、綜合實驗。

開放實驗的題目可以由老師根據(jù)科研項目或?qū)嶋H的工程問題擬定，也可以由學(xué)生自己選取感興趣的題目來進(jìn)行。綜合實驗則主要針對我們是石油高校的特點，對一些石油機械進(jìn)行綜合測試，如鉆井液振動篩、泥漿泵、井架等。通過對這些石油機械的測試，不僅可以讓學(xué)生掌握機械測試技術(shù)，也可以讓學(xué)生加深對石油機械的了解。

圖1是實驗教學(xué)改革前后實驗開設(shè)的變化，從圖中可以看出，實驗教學(xué)改革后，實驗的類型增加了，實驗的學(xué)時數(shù)也增加了，但課堂實驗學(xué)時保持不變（注：開放實驗和項目實驗學(xué)時數(shù)不是固定的，圖中所列數(shù)據(jù)為平均數(shù)）。[2]

2 實驗與理論進(jìn)一步的融合

“機械測試技術(shù)”的基礎(chǔ)理論中比較重要的一部分內(nèi)容是信號處理與分析。這部分內(nèi)容難度較大，學(xué)習(xí)起來也比較枯燥，甚至有些同學(xué)認(rèn)為學(xué)習(xí)那些信號處理與分析的知識沒什么實際用處。為了讓同學(xué)更好地理解學(xué)習(xí)信號處理和信號分析的重要性，我們選出一些基礎(chǔ)較好的同學(xué)利用LabVIEW編制信號處理、分析軟件，學(xué)生編制出來的軟件雖然并不成熟，但同學(xué)們利用自己編制的軟件實現(xiàn)了振動信號的采集與分析，極大地提高了對機械測試技術(shù)的興趣和學(xué)習(xí)的積極性。[3]同學(xué)們自己編制的軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析的界面圖如圖2、圖3所示。

圖2為雙通道示波及幅值譜分析。其中1通道顯示的是ICP加速度傳感器測試的振動臺的振動信號，2通道顯示的是用敲擊法測量簡支梁固有頻率時用ICP傳感器拾取的梁的衰減振動信號。圖3為對2通道信號的幅值譜分析的數(shù)據(jù)顯示。從游標(biāo)的X坐標(biāo)可以讀出信號的頻率39.9888Hz，而我們這個簡支梁的固有頻率值本來是40Hz。由此可以看出，同學(xué)們所編制的軟件能夠正確地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、示波與分析。

3 外購設(shè)備與自研自制測試實驗裝置相結(jié)合

要想較好地完成機械測試技術(shù)的實驗教學(xué)工作，離不開實驗設(shè)備。實驗設(shè)備的添置除了按照常規(guī)的招標(biāo)購買之外，我們還根據(jù)我們的實際需求進(jìn)行了自研自制。通過申報學(xué)校的自研自制設(shè)備項目，自研自制一批機械測試實驗裝置。自研自制設(shè)備項目的實施，一是可以研制出適合本校需求且具有本校特色的實驗設(shè)備，二是相對來說可以用較少的費用增加設(shè)備的臺套數(shù)，同時，也讓學(xué)生有機會參與實驗設(shè)備的研制工作，讓學(xué)生更深刻地了解測試工作的全過程。近幾年來，我們完成了以下兩個自研自制設(shè)備項目：

（1）振動篩動態(tài)特性參數(shù)綜合測試實驗裝置。振動篩特性參數(shù)綜合測試實驗裝置主要是針對機械測試綜合實驗設(shè)計的。振動篩的設(shè)計了圓形振動篩、直線振動篩、平動橢圓振動篩三種類型。之所以選擇振動篩作為我們的測試對象，一是因為我校為石油高校，振動篩是鉆井液固相處理的重要設(shè)備，算是我們的特色產(chǎn)品；二是因為對振動篩的測試可以涵蓋多種機械測試方法，如振動測試、噪聲測試、應(yīng)變測試等，可以說是一個綜合性很強的測試。通過對振動篩的測試，可以讓學(xué)生很好地綜合運用機械測試技術(shù)所學(xué)到的知識。

該自研自制項目最終在由中國高等教育學(xué)會主辦的第四屆高等學(xué)校自制教學(xué)儀器設(shè)備評選活動中獲得了三等獎。

（2）多功能梁固有頻率測試實驗教學(xué)系統(tǒng)。多功能梁固有頻率測試實驗教學(xué)系統(tǒng)實際上并不僅用于測試固有頻率。在這個自研自制項目中，我們設(shè)計的實驗臺架主要為了滿足本科教學(xué)的課程實驗，同時，也能滿足開放實驗、創(chuàng)新實驗的需要。該實驗教學(xué)系統(tǒng)的實驗臺架如圖4所示。

通過該實驗臺架，我們既能開展“傳感器靈敏度的標(biāo)定”、“固支梁、懸臂梁、簡支梁的固有頻率和阻尼比的測量”這類基礎(chǔ)性的實驗，同時也能開展“質(zhì)量分布對梁的動態(tài)特性的影響”、“主動隔振、被動隔振”、“敲擊法簡支梁模態(tài)分析”等多個開放實驗。

在該實驗臺架的設(shè)計中，我們增加了一些新的功能。比如為方便研究運動的質(zhì)量對梁結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的影響，在梁上設(shè)計了移動滑塊裝置，另外為了進(jìn)行隔振實驗，采用了空氣阻尼器。同時為了增加設(shè)備的防腐蝕性能和美觀，對實驗臺架的底座、支座、梁都進(jìn)行了相應(yīng)的表面處理。

4 加大實驗成績比例，改革實驗考核方式

目前對實驗成績的考核存在以下一些問題：（1）實驗成績占比太小。以前對學(xué)生的“機械測試技術(shù)”的成績考核中，實驗成績僅占10%，這樣的比例對于一門強調(diào)實踐的課程來說有些偏低，這也造成學(xué)生對實驗并不重視。（2）實驗成績考核方式較為單一。以前實驗成績包含兩部分，實驗時的表現(xiàn)占30%，實驗報告占70%。由于實驗報告的占比太大，使得有些并未認(rèn)真做實驗的同學(xué)，參考其他同學(xué)的實驗數(shù)據(jù)，由于實驗報告寫得比較好，最后可能實驗得分反而比認(rèn)真做實驗的同學(xué)得分高。這也會打擊認(rèn)真做實驗的同學(xué)的積極性。

由此，我們對實驗成績的考核進(jìn)行了改進(jìn)。增加實驗成績的比例，由占“機械測試技術(shù)”總成績的10%增加到20%。實驗考核內(nèi)容由兩部分組成，A類是大綱要求的必做實驗，B類是補充抽查實驗，考核時由學(xué)生自己抽簽決定做B類中的一個實驗，學(xué)生當(dāng)場完成抽中的實驗。其中現(xiàn)場操作得分占比70%，操作后完成的實驗報告占比30%。具體的實驗項目如表1所示。A類三個實驗都必須完成，占實驗總成績的70%，B類實驗做一個，占實驗總成績的30%。

之所以增加B類實驗的考核，是為了讓學(xué)生能主動利用業(yè)余時間到實驗室進(jìn)行實驗。雖然考核只選擇B類實驗中的一個，但由于是隨機選擇，所以，學(xué)生為了能取得較好的成績，必須對四個B類實驗都能熟練進(jìn)行。B類實驗項目的確定，每年可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

5 總結(jié)

通過對“機械測試技術(shù)”實驗教學(xué)的改革，有利于提高學(xué)生對“機械測試技術(shù)”這門課程的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是提高了學(xué)生對實驗的重視程度和對實驗的參與程度。通過實驗教學(xué)的改革，有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神且具有實際操作能力的工程技術(shù)人才，而這也正是實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興需要的。

參考文獻(xiàn)

[1] 焦敬品，何存富.機電類專業(yè)《測量技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)模式研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007（3）：13-14.

[2] 徐倩，孟曉萍，何霞.突出行業(yè)特色的《機械測試技術(shù)》課程建設(shè)——以西南石油大學(xué)為例[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2016（33）：116-118.

[3] 秦樹人.智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)——原理與實現(xiàn)[M].科學(xué)出版社，2004.9.