“机械测试技术”实验教学改革尝试

徐倩 孟晓平 何霞

摘 要 针对目前“机械测试技术”实验教学中存在的一些问题，提出了对实验教学改革的措施。改革主要从增加实验时间、拓展实验类型、对实验设备进行自研自制、对实验考核方式进行改革等方面进行。实验教学改革的目的是使学生学习完“机械测试技术”课程之后能真正地完成实际的工程测试工作，同时提高学生对课程的兴趣，提升教学效果。

關键词 机械测试技术 实验教学 自研自制 实验考核

中图分类号：G424 文献标识码：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

机械测试技术是机械工程技术人员必须掌握的一门基础技术，一般的工科院系也把“机械测试技术”作为机械工程专业学生必修的一门专业基础课。由于该课程涉及的知识面较广，又与多门学科交叉融合，学生在学习该门课程时感觉有一定难度；同时，由于测试技术的发展很快，课程内容更新也比较快，所以教师的备课难度也比较大。

“机械测试技术”的教学目的，除了让学生掌握一定的基础理论知识之外，更重要的是要让学生能实际完成具体的测试工作。事实上，在我院机械测试技术的教学过程中，发现目前的实验教学中存在以下问题：

（1）学生无法做到“学以致用”。也就是说，在学习了测试技术的基础理论知识后，不少学生无法将所学的知识与实际的测试工作结合起来。出现这种现象的根本原因在于，机械测试技术是一门实践性很强的课程，美国等国家就把它归为实验类课程，但我国把它归为专业基础课。[1]因此目前我国对机械测试技术的教学基本上采取的是以课堂讲授为主，实验为辅的模式。学生实践程度不够，自然无法较好地，甚至完全无法胜任测试工作。

（2）学生对实验的参与度不高。在实验教学中，常常可以发现这样的现象。一组4～5名同学可能只有1～2名同学在认真做实验，其他同学就在旁边观望。造成这种现象的原因一是因为设备台套数不足，分组人数稍多。但是更深层次的原因是因为实验成绩在课程总成绩中占比太小，并且实验项目单一，考核方式有弊端，学生对实验没有太大的积极性。

针对这些现象，我们对机械测试技术的实验教学进行了以下尝试性的改革。

1 增加实验时间，拓展实验类型

要想让学生掌握机械测试这门技术，必须有较多的实验时间，因此我们增加了实验时间。这里所说的增加实验时间不是说通过修改培养计划和教学大纲来改变课程的实验学时数。以我院为例，“机械测试技术”总共40学时，其中34学时的课堂教学，6学时的实验教学。6学时的实验教学显然是不足以让学生真正掌握机械测试这门技术的。而修改培养计划和教学大纲牵涉面又较广，不好实施。因此，为了增加实验时间，我们采取了以下方式。

（1）开放实验室。实验室在工作时间内都对学生开放，只要学生提前预约，就可以在自己空余的时间到实验室进行实验。这就为学生完成后续的多种实验提供了物质保障。

（2）拓展实验类型。传统的实验主要是验证性实验，为了开拓学生的思维空间，培养创新性人才，应该更多地开设一些设计性和综合性的实验。因此，在教学大纲要求的6学时的实验之外，我们另外安排了开放实验、综合实验。

开放实验的题目可以由老师根据科研项目或实际的工程问题拟定，也可以由学生自己选取感兴趣的题目来进行。综合实验则主要针对我们是石油高校的特点，对一些石油机械进行综合测试，如钻井液振动筛、泥浆泵、井架等。通过对这些石油机械的测试，不仅可以让学生掌握机械测试技术，也可以让学生加深对石油机械的了解。

图1是实验教学改革前后实验开设的变化，从图中可以看出，实验教学改革后，实验的类型增加了，实验的学时数也增加了，但课堂实验学时保持不变（注：开放实验和项目实验学时数不是固定的，图中所列数据为平均数）。[2]

2 实验与理论进一步的融合

“机械测试技术”的基础理论中比较重要的一部分内容是信号处理与分析。这部分内容难度较大，学习起来也比较枯燥，甚至有些同学认为学习那些信号处理与分析的知识没什么实际用处。为了让同学更好地理解学习信号处理和信号分析的重要性，我们选出一些基础较好的同学利用LabVIEW编制信号处理、分析软件，学生编制出来的软件虽然并不成熟，但同学们利用自己编制的软件实现了振动信号的采集与分析，极大地提高了对机械测试技术的兴趣和学习的积极性。[3]同学们自己编制的软件实现数据采集和分析的界面图如图2、图3所示。

图2为双通道示波及幅值谱分析。其中1通道显示的是ICP加速度传感器测试的振动台的振动信号，2通道显示的是用敲击法测量简支梁固有频率时用ICP传感器拾取的梁的衰减振动信号。图3为对2通道信号的幅值谱分析的数据显示。从游标的X坐标可以读出信号的频率39.9888Hz，而我们这个简支梁的固有频率值本来是40Hz。由此可以看出，同学们所编制的软件能够正确地实现数据的采集、示波与分析。

3 外购设备与自研自制测试实验装置相结合

要想较好地完成机械测试技术的实验教学工作，离不开实验设备。实验设备的添置除了按照常规的招标购买之外，我们还根据我们的实际需求进行了自研自制。通过申报学校的自研自制设备项目，自研自制一批机械测试实验装置。自研自制设备项目的实施，一是可以研制出适合本校需求且具有本校特色的实验设备，二是相对来说可以用较少的费用增加设备的台套数，同时，也让学生有机会参与实验设备的研制工作，让学生更深刻地了解测试工作的全过程。近几年来，我们完成了以下两个自研自制设备项目：

（1）振动筛动态特性参数综合测试实验装置。振动筛特性参数综合测试实验装置主要是针对机械测试综合实验设计的。振动筛的设计了圆形振动筛、直线振动筛、平动椭圆振动筛三种类型。之所以选择振动筛作为我们的测试对象，一是因为我校为石油高校，振动筛是钻井液固相处理的重要设备，算是我们的特色产品；二是因为对振动筛的测试可以涵盖多种机械测试方法，如振动测试、噪声测试、应变测试等，可以说是一个综合性很强的测试。通过对振动筛的测试，可以让学生很好地综合运用机械测试技术所学到的知识。

该自研自制项目最终在由中国高等教育学会主办的第四届高等学校自制教学仪器设备评选活动中获得了三等奖。

（2）多功能梁固有频率测试实验教学系统。多功能梁固有频率测试实验教学系统实际上并不仅用于测试固有频率。在这个自研自制项目中，我们设计的实验台架主要为了满足本科教学的课程实验，同时，也能满足开放实验、创新实验的需要。该实验教学系统的实验台架如图4所示。

通过该实验台架，我们既能开展“传感器灵敏度的标定”、“固支梁、悬臂梁、简支梁的固有频率和阻尼比的测量”这类基础性的实验，同时也能开展“质量分布对梁的动态特性的影响”、“主动隔振、被动隔振”、“敲击法简支梁模态分析”等多个开放实验。

在该实验台架的设计中，我们增加了一些新的功能。比如为方便研究运动的质量对梁结构动态特性的影响，在梁上设计了移动滑块装置，另外为了进行隔振实验，采用了空气阻尼器。同时为了增加设备的防腐蚀性能和美观，对实验台架的底座、支座、梁都进行了相应的表面处理。

4 加大实验成绩比例，改革实验考核方式

目前对实验成绩的考核存在以下一些问题：（1）实验成绩占比太小。以前对学生的“机械测试技术”的成绩考核中，实验成绩仅占10%，这样的比例对于一门强调实践的课程来说有些偏低，这也造成学生对实验并不重视。（2）实验成绩考核方式较为单一。以前实验成绩包含两部分，实验时的表现占30%，实验报告占70%。由于实验报告的占比太大，使得有些并未认真做实验的同学，参考其他同学的实验数据，由于实验报告写得比较好，最后可能实验得分反而比认真做实验的同学得分高。这也会打击认真做实验的同学的积极性。

由此，我们对实验成绩的考核进行了改进。增加实验成绩的比例，由占“机械测试技术”总成绩的10%增加到20%。实验考核内容由两部分组成，A类是大綱要求的必做实验，B类是补充抽查实验，考核时由学生自己抽签决定做B类中的一个实验，学生当场完成抽中的实验。其中现场操作得分占比70%，操作后完成的实验报告占比30%。具体的实验项目如表1所示。A类三个实验都必须完成，占实验总成绩的70%，B类实验做一个，占实验总成绩的30%。

之所以增加B类实验的考核，是为了让学生能主动利用业余时间到实验室进行实验。虽然考核只选择B类实验中的一个，但由于是随机选择，所以，学生为了能取得较好的成绩，必须对四个B类实验都能熟练进行。B类实验项目的确定，每年可以根据具体情况进行调整。

5 总结

通过对“机械测试技术”实验教学的改革，有利于提高学生对“机械测试技术”这门课程的学习兴趣，更重要的是提高了学生对实验的重视程度和对实验的参与程度。通过实验教学的改革，有利于培养具有创新精神且具有实际操作能力的工程技术人才，而这也正是实现中华民族伟大复兴需要的。

参考文献

[1] 焦敬品，何存富.机电类专业《测量技术基础》课程教学模式研究[J].中国现代教育装备，2007（3）：13-14.

[2] 徐倩，孟晓萍，何霞.突出行业特色的《机械测试技术》课程建设——以西南石油大学为例[J].科技创新导报，2016（33）：116-118.

[3] 秦树人.智能控件化虚拟仪器系统——原理与实现[M].科学出版社，2004.9.