丁本杰， 張明華， 陳劍斌， 杜建科

（寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院，浙江寧波 315211）

0 引 言

教學(xué)和科研相結(jié)合的理論最早由德國的著名教育家、思想家威廉·馮·洪堡提出，1809年他創(chuàng)辦柏林大學(xué)，辦學(xué)理念就是在國家保證教學(xué)自由的前提下與科學(xué)研究相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教的自由與學(xué)的自由，他認(rèn)為只有通過“塑造”才能達(dá)到“教養(yǎng)”，從此教學(xué)和科研成為高等學(xué)校的兩項(xiàng)基本職能，并且教學(xué)是科研的基礎(chǔ)，而科研是教學(xué)的發(fā)展與提升，兩者相輔相成，緊密聯(lián)系，共同為培養(yǎng)人才服務(wù)［1］。洪堡還認(rèn)為教師不是為了學(xué)生而存在，教師和學(xué)生共處于大學(xué)，是因?yàn)樗麄兌紴榱丝茖W(xué)和學(xué)術(shù)，因此在大學(xué)中教師不僅是知識(shí)的傳播者和維護(hù)者，還應(yīng)是文化與科學(xué)技術(shù)知識(shí)的創(chuàng)造者和更新者［2］。1987～1990年間，美國高等教育界研究的著名學(xué)者伯頓·克拉克與5個(gè)國家的高等教育專家就科研、教學(xué)、學(xué)習(xí)相結(jié)合的理想在各國實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行了合作研究，他們發(fā)現(xiàn)如果科研活動(dòng)要和教授的教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)有效聯(lián)系起來，需要具備堅(jiān)強(qiáng)的組織，在大學(xué)內(nèi)部的系、實(shí)驗(yàn)室和科研小組的操作層次，甚至更加需要堅(jiān)強(qiáng)的組織［3］。教授和學(xué)生應(yīng)該聯(lián)手共同探索新的知識(shí)，在高等教育創(chuàng)新體系中，科研、教學(xué)和學(xué)習(xí)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。然而，目前大多數(shù)高校的教師考核體系不利于科研與教學(xué)相互促進(jìn)，使得科研與教學(xué)并未齊頭并進(jìn)［4］。如何將科研優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為教學(xué)成果，同時(shí)在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)一定的科研價(jià)值成為一個(gè)非常有價(jià)值的研究課題［5-8］。

振動(dòng)與噪聲控制作為一門專業(yè)選修課程，課程中專業(yè)知識(shí)的概念多，結(jié)論抽象，學(xué)生理解困難，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果并不理想。在很多高校中，該課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課很少開設(shè)，即便開設(shè)實(shí)驗(yàn)課也只是限于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，例如頻率、振幅的測(cè)試及位移、速度、加速度的測(cè)試等［9］，通過這些實(shí)驗(yàn)雖然可以理解書本的基本概念，但未使學(xué)生了解相關(guān)專業(yè)的科學(xué)前沿。本著科研與教學(xué)相結(jié)合的理念，為使教學(xué)內(nèi)容緊跟科技發(fā)展，將振動(dòng)與噪聲控制這門課作為改革對(duì)象，以理論基礎(chǔ)課為依據(jù)，重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程。提出將磁電耦合振動(dòng)研究的科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)想，基于該成果引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一款直流磁場(chǎng)傳感器，在多種模態(tài)下利用諧振頻率變化測(cè)試磁場(chǎng)強(qiáng)度大小?？紤]學(xué)生自身需求及個(gè)性發(fā)展，在自主選擇基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室對(duì)該課題感興趣的同學(xué)開展科研實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)成果的總結(jié)與思考，發(fā)現(xiàn)教學(xué)與科研互長(zhǎng)的重要價(jià)值。

1 研究型實(shí)驗(yàn)的確定

隨著現(xiàn)代機(jī)械逐漸向高速度、輕量化、低能耗及高性能的方向發(fā)展，機(jī)械和結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)與噪聲問題也日益突出，因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造過程中，機(jī)械和結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性分析更加重要，而對(duì)機(jī)械器件進(jìn)行振動(dòng)模態(tài)分析成為檢測(cè)是否存在缺陷的重要環(huán)節(jié)。振動(dòng)與噪聲控制是針對(duì)工科類專業(yè)開設(shè)的一門選修課程。本課程共37學(xué)時(shí)，包括實(shí)驗(yàn)課程10學(xué)時(shí)，主要講授內(nèi)容是線性振動(dòng)和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。模態(tài)分析的基礎(chǔ)是線性振動(dòng)的經(jīng)典內(nèi)容，而模態(tài)分析主要講授頻響函數(shù)與模態(tài)參數(shù)的關(guān)系，包括固有頻率、固有振型、阻尼比，這也為后續(xù)的模態(tài)測(cè)試打下理論基礎(chǔ)。但是對(duì)實(shí)驗(yàn)無感性認(rèn)識(shí)的學(xué)生而言，理論課程對(duì)他們較為枯燥，從學(xué)習(xí)效果來看也不夠理想。如果將模態(tài)測(cè)試這部分內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生理解基礎(chǔ)概念的同時(shí)接觸先進(jìn)的科研設(shè)備并產(chǎn)出較好的科研成果，對(duì)于學(xué)生及學(xué)科發(fā)展將顯得事半功倍。

由壓電材料和壓磁材料制備的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)具有非常顯著的磁電耦合效應(yīng)［10-13］，因而被廣泛用于傳感器、磁電控制裝置、微波器件和其他電子產(chǎn)品［14］。通過之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沿長(zhǎng)度方向磁化的Terfenol-D和沿厚度方向極化的PMN-PT單晶組成的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，在交變磁場(chǎng)激勵(lì)下具有較大的磁電耦合系數(shù)，達(dá)到3.6 V／（cm·Oe），磁場(chǎng)敏感度達(dá)10μT。此類研究是在外界交變磁場(chǎng)作用下，磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)主要發(fā)生長(zhǎng)度方向的伸縮振動(dòng)，通過壓磁相的振動(dòng)應(yīng)變導(dǎo)致壓電相由于正壓電效應(yīng)而在上下表面厚度場(chǎng)的電極產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)信號(hào)。當(dāng)試件的固有頻率與交變磁場(chǎng)的頻率相重合時(shí)，試件會(huì)發(fā)生諧振，此時(shí)壓電相具有最大輸出。同時(shí)偏置磁場(chǎng)的大小也會(huì)對(duì)磁電耦合性能產(chǎn)生影響，發(fā)現(xiàn)磁電耦合系數(shù)并非隨著偏置磁場(chǎng)增大而一直增大，最優(yōu)外界磁場(chǎng)使磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)具有最大能量的輸出。利用這種原理制成的傳感器主要是通過測(cè)量壓電相輸出的電壓信號(hào)來探測(cè)磁場(chǎng)大小，它很大程度上受制于鎖相放大器靈敏度的限制，并且傳感器性能會(huì)受到諧振頻率范圍的影響［15］。再者，厚度場(chǎng)方向上的電極不利于制備，對(duì)諧振頻率產(chǎn)生負(fù)面影響，尤其在外界磁場(chǎng)越高時(shí)，磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)的厚度越小，此時(shí)要求復(fù)合結(jié)構(gòu)的厚度與電極的厚度相差越小，對(duì)于加工工藝產(chǎn)生極大的挑戰(zhàn)。

壓電相橫向場(chǎng)激勵(lì)模式可以根據(jù)電極位置實(shí)現(xiàn)多種振動(dòng)模態(tài)［16］，并且正負(fù)激勵(lì)電極位于壓電材料的同一側(cè)，這樣可以使所有電極及引線置于傳感器后端，消除壓電材料電極層對(duì)磁場(chǎng)探測(cè)信號(hào)的干擾與衰減。因此，將此部分科研子課題作為教學(xué)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)橫向場(chǎng)激勵(lì)下的利用諧振頻率變化的磁場(chǎng)傳感器，讓學(xué)生真正進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室了解先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和科研興趣，提高綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑫r(shí)通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示科研的應(yīng)用價(jià)值。

2 實(shí)驗(yàn)的基本要求

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

制備一種橫向場(chǎng)激勵(lì)下的利用諧振頻率變化的磁場(chǎng)傳感器，了解多普勒激光測(cè)振儀模態(tài)測(cè)試的方法。

2.2 磁場(chǎng)測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)步驟

利用信號(hào)發(fā)生器對(duì)壓電相提供穩(wěn)壓正弦激勵(lì)的掃頻信號(hào)，由于逆壓電效應(yīng)，壓電相產(chǎn)生機(jī)械變形。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，其所使用的測(cè)試系統(tǒng)包括正弦信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)幅度放大模塊、激光測(cè)振儀、NI采集卡，正弦信號(hào)發(fā)生器分別與信號(hào)幅度放大模塊、NI采集卡電連接，信號(hào)幅度放大模塊和激光測(cè)振儀分別與磁場(chǎng)傳感器電連接，激光測(cè)振儀與NI采集卡電連接，與直流穩(wěn)壓電源連接的電磁鐵可以產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)。利用磁場(chǎng)傳感器的諧振頻率來測(cè)試直流磁場(chǎng)強(qiáng)度的原理為：正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦電信號(hào)通過信號(hào)幅度放大模塊對(duì)磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)生激勵(lì)，磁場(chǎng)傳感器中的壓電材料層受到正弦電信號(hào)的激勵(lì)，由于逆壓電效應(yīng)而產(chǎn)生振動(dòng)，從而帶動(dòng)壓磁材料層振動(dòng)，當(dāng)磁場(chǎng)傳感器的固有頻率和正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率相同時(shí)，磁場(chǎng)傳感器就會(huì)產(chǎn)生諧振，此時(shí)的頻率為諧振頻率；當(dāng)磁場(chǎng)傳感器位于直流磁場(chǎng)中時(shí)，壓磁材料層受到磁場(chǎng)的影響，發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短，磁場(chǎng)傳感器的諧振頻率會(huì)發(fā)生改變，從而通過諧振頻率的改變來測(cè)試直流磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。

圖1 磁場(chǎng)傳感器測(cè)試裝置圖

新型磁場(chǎng)傳感器檢測(cè)直流磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法包括以下步驟：

（1）調(diào)整磁場(chǎng)傳感器上的正電極與負(fù)電極之間的間距，并通過設(shè)置正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，使正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻，掃頻的頻率范圍為使磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)。

（2）在步驟（1）所確定的掃頻頻率范圍內(nèi)，正弦信號(hào)發(fā)生器將正弦電信號(hào)通過信號(hào)幅度放大模塊對(duì)磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)生激勵(lì)，同時(shí)，正弦信號(hào)發(fā)生器將該正弦電信號(hào)作為參考信號(hào)傳輸給NI采集卡，通過NI采集卡發(fā)送給激光測(cè)振儀自帶的軟件。

（3）將處于一階彎曲振動(dòng)模態(tài)下的磁場(chǎng)傳感器置于已知磁場(chǎng)強(qiáng)度的直流磁場(chǎng)中，并通過激光測(cè)振儀測(cè)得磁場(chǎng)傳感器在步驟（1）所確定的掃頻頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)位移和振動(dòng)頻率，此為采集信號(hào)，同時(shí)將該采集信號(hào)以電信號(hào)的形式經(jīng)過NI采集卡發(fā)送給激光測(cè)振儀自帶的軟件，軟件對(duì)接收到的參考信號(hào)和采集信號(hào)作處理后得到對(duì)應(yīng)的頻響函數(shù)，從而得到磁場(chǎng)傳感器在該直流磁場(chǎng)中的諧振頻率。

1.2.5 體外抗黑素瘤細(xì)胞試驗(yàn)。試驗(yàn)分為無細(xì)胞對(duì)照組(只加不含細(xì)胞的培養(yǎng)液)、正常對(duì)照組和用藥組(空白納米乳組、黨參總皂苷水溶液組、黨參總皂苷納米乳組)。96孔板中每孔接種200 μL B16黑素瘤細(xì)胞懸液，37 ℃ 5%CO2培養(yǎng)，當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)融合到70%～80%時(shí)，棄去原培養(yǎng)液，用藥組加入含藥培養(yǎng)液，正常對(duì)照組加入不含藥培養(yǎng)液。培養(yǎng)48 h后，每孔加入MTT溶液20 μL，繼續(xù)培養(yǎng)4 h后，棄培養(yǎng)液，每孔加入150 μL DMSO，避光振蕩10 min，酶標(biāo)儀490 nm處測(cè)定A，計(jì)算細(xì)胞增殖抑制率。

（4）將處于一階彎曲振動(dòng)模態(tài)下的磁場(chǎng)傳感器依次置于不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的直流磁場(chǎng)中，重復(fù)步驟（3），逐一通過NI采集卡和激光測(cè)振儀測(cè)得相應(yīng)的磁場(chǎng)傳感器的諧振頻率，然后通過Origin軟件得到一階彎曲振動(dòng)模態(tài)下的磁場(chǎng)傳感器的諧振頻率與直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系圖，并記下該關(guān)系圖上諧振頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系的一段所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的范圍。

（5）調(diào)整磁場(chǎng)傳感器上的正電極與負(fù)電極之間的間距，并通過設(shè)置正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，使正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻，掃頻的頻率范圍為使磁場(chǎng)傳感器處于二階彎曲振動(dòng)。

（6）在步驟（5）所確定的掃頻頻率范圍內(nèi)，重復(fù)步驟（2）～（4）的操作，得到二階彎曲振動(dòng)模態(tài)下的磁場(chǎng)傳感器的諧振頻率與直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系圖，并記下該關(guān)系圖上諧振頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系的一段所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的范圍。

（7）調(diào)整磁場(chǎng)傳感器上的正電極與負(fù)電極之間的間距，并通過設(shè)置正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，使正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻，掃頻的頻率范圍為使磁場(chǎng)傳感器處于厚度剪切振動(dòng)。

（8）在步驟（7）所確定的掃頻頻率范圍內(nèi)，重復(fù)步驟（2）～（4）的操作，得到厚度剪切振動(dòng)模態(tài)下的磁場(chǎng)傳感器的諧振頻率與直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系圖，并記下該關(guān)系圖上諧振頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系的一段所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的范圍。

（9）根據(jù)所要測(cè)試的直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度所在的范圍，再對(duì)應(yīng)上述步驟（4）、（6）、（8）所得到的關(guān)系圖，選擇磁場(chǎng)強(qiáng)度所在的范圍內(nèi)諧振頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)模態(tài)，然后將磁場(chǎng)傳感器調(diào)控至該振動(dòng)模態(tài)，并將正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)至相應(yīng)的頻率范圍，正弦信號(hào)發(fā)生器對(duì)磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)生激勵(lì)，同時(shí)，正弦信號(hào)發(fā)生器將電信號(hào)作為實(shí)測(cè)參考信號(hào)經(jīng)NI采集卡發(fā)送給激光測(cè)振儀自帶的軟件，然后將磁場(chǎng)傳感器放置于所要測(cè)試的直流磁場(chǎng)中，通過激光測(cè)振儀測(cè)得磁場(chǎng)傳感器在上述頻率范圍內(nèi)的實(shí)測(cè)振動(dòng)位移和實(shí)測(cè)振動(dòng)頻率，此為實(shí)測(cè)采集信號(hào)，并將該實(shí)測(cè)采集信號(hào)以電信號(hào)的形式經(jīng)NI采集卡發(fā)送給激光測(cè)振儀自帶的軟件，軟件對(duì)接收到的實(shí)測(cè)參考信號(hào)和實(shí)測(cè)采集信號(hào)作處理后得到對(duì)應(yīng)的頻響函數(shù)，從而得到磁場(chǎng)傳感器在所要測(cè)試的直流磁場(chǎng)中的實(shí)測(cè)諧振頻率，最后根據(jù)該振動(dòng)模態(tài)下的諧振頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系圖，通過Matlab軟件分析得到準(zhǔn)確的所測(cè)直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)定

實(shí)驗(yàn)中采用壓電材料層的材料可以為具有逆壓電效應(yīng)的壓電陶瓷、石英、鉭酸鎵鑭、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛、鉭酸鋰、鈮酸鋰或者鋯鈦酸鉛，壓磁材料層的材料為稀土類鐵磁材料。學(xué)生可以選用不同壓電材料制作磁電耦合試件，用于研究壓電材料對(duì)磁電耦合性能的影響。某次實(shí)驗(yàn)壓電相材料選為PZT（壓電陶瓷），壓磁相材料為Terfenol-D，尺寸（長(zhǎng)×寬×厚）均為12 mm×6 mm×1 mm，用電鍍法在壓電相同一側(cè)制備正負(fù)銀電極兩個(gè)，利用黏結(jié)法制備磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖2所示，圖中箭頭方向分別表示壓電相和壓磁相的極化方向和磁化方向。調(diào)整磁場(chǎng)傳感器上的正電極與負(fù)電極之間的間距，并通過設(shè)置正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，使正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻，利用Comsol有限元模擬軟件確定相應(yīng)模態(tài)的頻率范圍，掃頻的頻率范圍為使磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)、二階彎曲振動(dòng)等多種模態(tài)。

圖2 磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)試件

圖3 不同振動(dòng)模態(tài)頻率與磁場(chǎng)關(guān)系（1 Oe＝79.577 47 A／m）

2.4 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

通過將團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金和省自然科學(xué)基金的一部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提升學(xué)生自主創(chuàng)新水平以及解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)前期，教師會(huì)提醒學(xué)生需要注意的關(guān)鍵步驟，盡量避免人為誤差影響的措施，例如在測(cè)試試件某點(diǎn)的諧振頻率振動(dòng)位移時(shí)，應(yīng)將需要研究的所有偏置磁場(chǎng)一次測(cè)試完畢，防止由于周圍環(huán)境異常振動(dòng)造成實(shí)驗(yàn)誤差。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到很多問題，需要他們獨(dú)立解決，實(shí)驗(yàn)后學(xué)生需要將問題抽象、提煉、整理、總結(jié)出實(shí)驗(yàn)大綱，教師在這個(gè)過程中不是幫助學(xué)生解決一兩個(gè)具體問題，而是啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，逐漸使學(xué)生養(yǎng)成提出、分析、解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)學(xué)生需要提交一份綜合性的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、誤差分析、實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性分析以及同類實(shí)驗(yàn)需要注意的建議，以此作為學(xué)生培養(yǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及科研向教學(xué)轉(zhuǎn)換的成效。

3 教學(xué)與科研相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)

教學(xué)和科研是高等教育的兩大核心職能，處理好教學(xué)和科研的關(guān)系是高等學(xué)校發(fā)展和人才培養(yǎng)目標(biāo)的戰(zhàn)略性任務(wù)。教學(xué)和科研作為“流”與“源”的關(guān)系應(yīng)相輔相成，相互促進(jìn)。

3.1 科研對(duì)課程教學(xué)的促進(jìn)作用

(1)豐富和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于大部分開設(shè)振動(dòng)模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)課的高校仍然采用傳統(tǒng)陳舊的試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，分別是正則振型試驗(yàn)法（NMT）和頻響函數(shù)法（FRF），這兩種試驗(yàn)方法有一定的弊端，測(cè)試儀器龐大，費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，成本高。多普勒激光測(cè)振儀集成了多普勒測(cè)振技術(shù)和視覺多點(diǎn)測(cè)振技術(shù)于一身，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的非接觸測(cè)量。通過這種教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的知識(shí)傳授，一方面使學(xué)生了解了不同學(xué)科領(lǐng)域測(cè)量振動(dòng)的方法，拓寬眼界，培養(yǎng)復(fù)合型人才。另一方面有利于拓寬教師的知識(shí)視野和能力，促進(jìn)老師精通多學(xué)科的內(nèi)容，使得老師傳授給學(xué)生的知識(shí)、思維方式不只局限在本學(xué)科內(nèi)。

(2)有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。實(shí)際測(cè)量中，多普勒激光測(cè)振儀發(fā)射的激光聚焦于磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)表面，物體振動(dòng)引起激光的多普勒響應(yīng)，反射回來的反射光頻率發(fā)生變化，被光學(xué)頭接收到，只有當(dāng)足夠能量的反射光存在時(shí)才會(huì)準(zhǔn)確檢測(cè)到物體真實(shí)的振動(dòng)，因此，對(duì)激光耐心細(xì)致的對(duì)焦可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。通過親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，得到多種模態(tài)振動(dòng)的振型，實(shí)現(xiàn)抽象的理論到形象的結(jié)果的轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)生對(duì)科研探索的興趣，體會(huì)到科學(xué)的神奇魅力。

(3)充分發(fā)揮大型儀器設(shè)備的開放共享。大型儀器是高校的重要資源財(cái)富，如何提高大型儀器設(shè)備共享對(duì)于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)、人才培養(yǎng)、服務(wù)地方等尤其重要。開展教學(xué)和科研相結(jié)合有利于將科研實(shí)驗(yàn)室的大型儀器用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而提高設(shè)備的利用率、政府財(cái)政資金的使用效益和科研與教學(xué)成果的轉(zhuǎn)化率。

3.2 課程教學(xué)對(duì)科研的促進(jìn)作用

(1)壯大實(shí)驗(yàn)室科研隊(duì)伍。在大部分高校及科研院所中，研究生是科研成果產(chǎn)出的主力軍。而對(duì)于一些專業(yè)，由于專業(yè)背景的特殊性，研究生的數(shù)量有限，從而限制了本專業(yè)的發(fā)展。在教學(xué)過程中讓本科生承擔(dān)必要的科研工作可以有效地壯大科研隊(duì)伍，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的同時(shí)充分發(fā)揮本科生的作用。在磁電耦合振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，研究生擔(dān)任組長(zhǎng)，本科生承擔(dān)了試件制備、設(shè)備校準(zhǔn)、軟件調(diào)試、磁場(chǎng)定位、數(shù)據(jù)處理等工作。在制備試件時(shí)，由于本科生經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致連接導(dǎo)線的焊錫過量，從而使相應(yīng)模態(tài)下的諧振頻率產(chǎn)生偏差，經(jīng)過糾正重新制備的磁場(chǎng)傳感器對(duì)磁場(chǎng)具有較好的線性度和靈敏度。

(2)有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和動(dòng)手能力。在本科階段讓學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室，對(duì)培養(yǎng)他們動(dòng)手能力、科學(xué)思維、論文寫作、獨(dú)立創(chuàng)新有較大的幫助。本科教學(xué)中涉及相關(guān)專業(yè)的科學(xué)研究，有助于學(xué)生為研究生階段的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)本科階段中被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)為研究生階段主動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)。

(3)研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于啟迪思考，發(fā)現(xiàn)新問題。本次兩組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明兩組結(jié)果在不同模態(tài)下的諧振頻率均有較大差異，經(jīng)過排查各種影響因素，發(fā)現(xiàn)一組同學(xué)將試件直接放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，改變了磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的邊界條件，這也啟發(fā)可進(jìn)一步深入探究邊界條件對(duì)磁電傳感器性能的影響。

4 結(jié) 語

20世紀(jì)80年代，錢偉長(zhǎng)［17］先生曾提出，“你不上課，就不是老師；你不搞科研就不是好老師。每年雖然講同一門課，但應(yīng)該不斷變化，使一門課跟上科學(xué)發(fā)展的步伐?！敝挥袑⒖蒲泻徒虒W(xué)相結(jié)合，才能使學(xué)生了解本課程的前沿知識(shí)，拓寬眼界，培養(yǎng)復(fù)合型人才。當(dāng)學(xué)生自主探索一個(gè)問題時(shí)，不僅能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，而且也能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，可以有效提升本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。因此，將教學(xué)和科研合理結(jié)合能有效促進(jìn)兩者的共同發(fā)展。