机械工程测试技术范文

导语：如何才能写好一篇机械工程测试技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：机械工程测试技术；工程教育认证；课程改革

前言

测试是人类认识客观世界的重要手段，是科学研究的基本方法，在工程技术领域中，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等都离不开测试技术，它主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法[1]。机械工程测试技术介绍了测试技术的系统组成、基本原理，以及对测试信号数据的分析方法，能够对机械工程测试中应用较多的振动、位移、力、温度等物理量进行检测和处理，是机电一体化技术的基础和桥梁[2]。以滨州学院为例，机械工程测试技术是一门面向机械设计制造及其自动化专业机械电子方向的必修课程，先修课程包括大学物理、电工电子学、控制工程基础等，与后修的机电一体化系统设计形成了完整的机电类专业课程体系[3]。通过课程改革，进一步整合相关教学资源和教学内容，增强测控类应用培养，丰富机械专业的应用型课程体系，为将来从事控制类的机械专业学生打下良好的基础。本课程安排在本科教学的第五学期，学生具有一定的专业基础，同时部分学生参与了科技创新大赛，有使用传感器进行参数检测的经验，这为课程的学习提供了良好的基础。由于本课程应用性强，按照传统的教学方式，信号频谱分析的理论部分要求较高、较难，传感器部分种类多且杂，导致学生学习时兴趣不足、学习动力不够，教学效果无法满足应用型人才培养的需要。自2005年以来，我国开始构建工程教育认证体系，逐步开展专业认证工作，于2016年6月成为《华盛顿协议》正式成员。工程教育认证是实现工程教育与工业界对接，提升工程人才培养质量的有效途径，因此探索工程教育认证视阈下的课程改革，对于更新教学理念、提高人才培养质量、推进地方高校专业认证具有重要的现实意义[4]。因此，滨州学院紧紧围绕培养高素质应用型人才的目标，在工程教育认证的背景下，进行了机械工程测试技术“案例+实验”导向的教学方法改革，改变了传统教学中灌输式教学方法，启发和引导学生主动学习，既有利于学生掌握基础理论知识和基本技能，又较好的培养了学生的工程实践能力。

一、课程培养目标

机械工程测试技术是以机械工程领域为应用背景，解决工程中常见动态物理量的测试问题。通过本课程的学习，培养学生掌握信号采集、传输、变换及数据处理的基本原理和实验方法，能根据研究对象合理选用传感器，具备构建基本工程测试系统和进行常见参量检测的能力，为进一步学习、研究和处理测控工程问题打下基础[5]。具体体现在以下三个方面：（一）知识目标1.信号时域和频域的描述方法，建立起信号频谱分析的概念；利用傅立叶变换对周期信号和非周期信号进行频谱分析计算。2.测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试条件，并能用于测试装置的分析和选择；掌握一阶、二阶线性系统动态特性及其测定方法。3.常用传感器的原理、特点、应用以及传感器的选用原则。4.信号调理电路（电桥、调制与解调、滤波、放大）的工作原理和性能，并能较合理的设计和选用。5.数字信号的一般处理步骤；相关分析及功率谱的基本原理、方法和应用。（二）能力目标1.具备正确运用测试方法、合理选用测试仪器、科学分析与处理数据的能力。2.培养运用所学知识构建测试系统和分析、解决实际测试工程问题的能力。（三）素质目标1.培养学生具有科学的思维方法、自主学习的意识和创新精神；具备工作严谨、诚实守信、敢于承担责任的职业道德与操守。2.通过参与案例分组讨论和实验项目操作，培养学生沟通和团队协作精神。

二、课程体系构建

本课程分为理论和实践两大部分，包括32学时的课堂讲授和8学时的传感器综合实验操作。课程体系整体框架如图1所示。理论教学共8章内容，包括绪论、信号及其描述、测试装置的静态和动态特性、常见传感器的原理与应用、信号调理与记录、信号处理初步、测试技术在工程中的应用以及虚拟仪器技术。其中，第二章信号及其描述主要包括信号的分类与描述，周期信号与离散频谱，瞬变非周期信号与连续频谱，随机信号。第三章测量装置的特性主要包括静态特性，一阶、二阶动态特性，测试装置对单位阶跃信号的响应，实现不失真测量的条件。第四章传感器原理与应用主要包括电阻式、电容式、电感式、磁电式、压电式、热电式与光电式传感器，其他传感器及智能传感器，传感器的选用原则。第五章信号调理与记录主要包括电桥、调制与解调、滤波、信号放大、测试信号的显示与记录。第六章信号处理初步主要包括数字信号处理的基本步骤，相关分析及其应用，功率谱分析及其应用。第七章工程应用中应变、振动、转速、温度等常见工业参数的测量系统的构建，理论与实验紧密联系，并结合第八章虚拟仪器技术开展基于Labview实现计算机数据采集。实践课程共分为4个实验，实验项目为悬臂梁固有频率的测量（验证性实验），转速和温度的综合测试与分析（综合性实验），电子秤的设计（设计性实验）。通过三个不同层次的实验要求，结合丰富的传感器与基于Labview的测控系统，学生通过亲自动手操作基本上掌握工程测试的系统构建和处理方法。培养学生的团队协作能力，提高解决实际测试工程问题的能力。

三、基于“案例+实验”教学的课程模式改革

机械工程测试技术关注新技术、新知识的导入，以案例+实验教学驱动激发学生学习的积极性，培养操作技能和创新意识[6]。本课程以多媒体演示、案例教学和实验操作为主要方法和手段，坚持理论联系实际的教学理念，共引入5个完整案例和4个实验项目设计对所学知识进行综合运用。

（一）探索案例教学模式，培养学生的工程意识和能力

案例1为压缩机齿轮箱故障诊断。通过齿轮箱振动信号频谱分析，确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。案例2为传感器在农业物联网中的应用。该案例来源于教师服务地方项目———“基于Labview的果园智能系统设计”研究课题，通过构建果园数据采集系统，实现了空气和土壤的温湿度、光照、pH值、风速风向、CO2浓度等参数的检测和数据传输，是传感器应用的综合体现。案例3为滤波在钢管无损探伤中的应用。利用电涡流传感器对钢管进行裂纹检测时，由于外界干扰信号中含有低频噪声，通过低通滤波器处理后得到有用信号，分析高频成分得到裂纹的程度和位置。案例4为互相关在管道泄漏检测中应用。根据互相关的性质，提取出两个信号之间的滞后时间，计算出泄漏点距离中心点的位置，并引申出如何消除误判，增加系统检测的可靠度。案例5为基于Labview的频谱分析仪设计。利用Labview自带频谱分析模块，通过简单的图形化编程实现对于信号的频谱分析并显示。

（二）精心设计实验项目，建立以学生为主的应用型实验模式

学生根据传感器综合实验台提供的30几种传感器以及数据采集系统，构建硬软件系统，团队协作完成相关物理量的采集和分析，充分发挥学生主观能动性，利于培养学生的实践动手能力。实验1为悬臂梁固有频率测量。通过构建悬臂梁结构，在一端施加不同频率的激励，采用传感器测量振动信号，分析该二阶系统的频谱特性，得到悬臂梁的固有频率。实验2为电子秤的设计。将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片构成的电桥电路转化为电量输出，从而实现质量与电量之间的线性关系。实验3和实验4为基于Labview的转速和温度测量。利用YL2000传感器综合试验台，构建转速和温度采集平台，利用数据采集卡和PC机实现数字信号的采集和分析。

（三）丰富授课方式和手段，改革课程考核和评价方法

根据课程内容协调采取多种教学方式和手段。理论性较强的内容，宜采用板书为主的教学手段，比如频谱分析的推导等；同时采用Labview作为机械工程测试信号分析与处理工具，构建虚拟测试系统和信号分析虚拟环境，学生可以在课堂上直观的观察信号的构成、信号的频谱分析和数据采集过程，从而理解傅立叶变换的意义。此外，利用虚拟信号分析系统进行仿真演示，如频谱分析、滤波、相关分析等，加深对理论知识的理解。应用性较强的内容，比如传感器，宜采用多媒体为主的教学手段，配合图片、视频、动画演示等手段辅助教学。教学中结合工程案例，用演示实验对实际测试的振动、温度等信号进行采集和分析，让学生建立信号分析与实际应用间的联系。完善课程考核与评价体系，增加实验考核比重。重点考查工程测试的基础知识、基本概念、基本原理和测试方法，以及利用所学知识构建一个简单的测试系统。期末成绩占60%，实验成绩占20%，过程考核占20%（课堂表现和考勤）。

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[关键词] 机械工程测试技术；教学改革；实验教学；虚拟仪器

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2012)01-0092-03

0 引言

机械工程测试技术是机械类专业的专业基础课。其特点一是多学科交叉，涉及工程数学、物理、机械、电子技术和计算机等多学科；二是理论与实践紧密结合，既涵盖信号与测试系统分析等理论知识，又包含传感器和常见机械量测量等工程应用。长期以来本课程的教学存在“内容比较分散，杂乱，且滞后于新技术的发展”、“总学时不断压缩，但新内容越来越多”、“实验教学环节薄弱”和“教学模式单一”等不足。为此，笔者在总结多年教学经验和借鉴其他院校教学改革经验[1,2]的基础上，对课程进行大力改革，取得良好成果。

1 课程内容体系的完善与新知识的补充

为帮助学生建立完整的课程体系概念，理清学习思路，笔者以测试系统的构成框图为主框架，以信号流程为主线，构建课程的内容体系，见图1。将课程内容划分为7部分：（1）概述部分：通过详解图1，使学生了解本课程的内容梗概以及与其他课程的联系；通过大量实例，展现“测试技术的意义和发展”，激起学生对本课程的兴趣；（2）信号分析与处理：重点介绍傅里叶分析、数字信号处理和随机信号分析，核心内容是“时域与频域间的相互变换”；（3）测试系统特性分析：包括测试系统的静态特性、动态特性、动态响应、负载效应、动态特性的试验测定和实现不失真测量的方法；（4）传感器：介绍工程测试中常用的传感器，重点了解各种传感器的工作原理及其特点；（5）信号调理：包括桥电路、放大电路、滤波器、调制/解调、A/D转换器等内容；（6）常见机械工程量（位移、振动、应变、力、扭矩、温度、流量）的测量：结合工程案例，讲解测量传感器的选择和具体测试系统的实现；（7）测试系统的最新发展――虚拟仪器。其中（2）和（3）两部分理论性强，比较抽象、难懂，笔者将这两部分内容贯穿到以信号流程为主线的整个教学过程中，讲授内容分合相济，变分散为集中，变模糊为清晰，有助于学习、掌握。

测试技术属信息科学的范畴，是当今最活跃的前沿学科之一。为使学生了解本学科的最新发展，对本课程及时补充新知识。例如，传感器部分增加电荷耦合器件（CCD）和光纤传感器的内容；新增了虚拟仪器部分。

2 教学方法改革

针对高校教学改革注重“加强基础，拓宽口径，加强实践和创新能力培养，提高综合素质”的特点，以及教学学时减少、教学要求提高的实际情况，通过改革教学方法来提高教学效率和质量。

1）对传统的教师满堂灌的教学方式进行改革，采用启发式教学。启发式教学不仅是教学方法，更是一种教学思想，是教学原则和教学观。所谓启发式教学是教师在教学过程中，根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段调动学生的主观能动性，引导学生开动脑筋、积极思维、主动实践，以达到掌握知识和技能，增强能力的目的。

首先，调动学生学习积极性的前提是要激发起学生对学习本课程的强烈兴趣。为此，不仅要在课程开始时讲好学习本课程的意义，而且在讲解每一部分内容之前都让学生明确学习这部分内容的目标以及在工程实际中的作用。例如，在第一堂课的教学中，结合教学内容中的“测试技术的意义和发展”，列举了大量学生有感性认识的实例。如微波炉、空调、冰箱等家用电器如何对温度、湿度等物理量进行检测和控制，用到了哪些类型的传感器；又如电脑中光电鼠标应用了光电位移传感器、麦克风应用了电容传声器等；数码照相机、手机、摄像头等应用了CCD传感器等等。这些实例可大大激发起学生的学习兴趣，认识到本课程的重要性和实用价值，为后续学习作好思想准备。

其次，教师的授课过程是以“问题”为起点，引导学生进行创造性解决问题的过程。教师要注意问题的提出方式，引导学生带着解决问题的愿望，主动地参与教学过程，随着授课内容的进展而解决心存的疑问。例如，在讲授CCD传感器时，不是采用平铺直叙的方法介绍CCD工作原理、性能，而是先提出问题“你是否了解手机的彩信功能是如何实现的？”、“数码相机如何成像？”等，由此引出CCD传感器。这样，在接下来的CCD原理、性能及应用讲解中，学生们表现出强烈的兴趣和主动性。

2）以多媒体CAI课件为课堂教学手段，应用文字、图形、图像、声音、动画等多种媒体素材在时间和空间上进行集成，使抽象的理论形象化，枯燥的知识生动化。学生在直观、形象、生动的感性材料刺激下，激发学习兴趣，思维潜能得到充分的发挥。教师的教学也会因多媒体的使用而变得更加生动活泼，教学空间得到拓宽，教学过程得到优化，教学效率高、效果好。例如，时域与频域间的相互变换是信号分析的核心内容。学生们已习惯时域内的信号描述，而对频域内的信号描述与分析则感到抽象、难懂。为此，笔者借鉴物理学中棱镜分光的例子，将傅里叶变换看作“数学的棱镜”。在课件中，通过棱镜分光的彩色图像直观地示意出棱镜将光分成不同颜色成分，每种成分的颜色由波长（或频率）决定；通过绘制“时间－频率－幅值”的三维图形，直观地展示傅里叶变换作为“数学的棱镜”，将信号基于频率分成不同成分的过程。这样的对比讲解加深了学生对信号时域与频域分析及其相互关系的认识。再如，以往传感器部分的教学因缺乏实物对象，感到枯燥无味。如今多媒体教学，通过精彩的实物照片和生动的动画演示，使学生对光栅传感器、磁栅传感器、感应同步器、霍尔传感器、电涡流传感器等较复杂传感器的工作原理与工程应用，有更深刻的理解和掌握。

3）采用以工程案例和实验为主线的教学模式，用具有工程背景的案例开阔学生的学术眼界、激发学习兴趣、培养理论与实践结合的意识[3,4]。例如，以笔者完成的科研课题“微小尺寸激光衍射测量系统”为工程案例，讲解线阵CCD的工作原理及其应用系统的设计过程。以测定深埋地下的输液管道裂损位置的工程案例讲解相关函数及其应用，使得比较抽象、难懂的相关函数概念易于理解和掌握。再如，通过对电子汽车衡（地磅）工作原理和设计过程的具体分析，不仅使学生加深对电阻应变式传感器、桥电路、A/D转换器和微处理器等的理解，而且有助于掌握测试系统设计的基本过程，培养综合运用知识的能力。

3 实验教学的改革

实验在本课程教学中占重要地位。例如，信号分析与测试系统分析内容理论性强、抽象难懂，需由实验直观演示验证；传感器原理及其工程应用只有通过直观的实验和亲手操作才能深刻理解和掌握。但长期以来实验教学一直是薄弱环节。一是实验条件的改善滞后于招生规模的扩大；二是传统的实验教学中一般只要求学生按实验指导书的步骤操作，有些学生不认真思考就按部就班完成实验，根本没有弄清楚该实验来龙去脉，知其然而不知其所以然。三是实验类型单一，只是一些验证性实验，缺少综合性和设计性实验，不利于激发学生的学习兴趣和积极性，更谈不上创新能力的培养。为此，对实验教学采取了两项改革措施。

1）将虚拟仪器引入实验教学，在资金投入不大的条件下，有效改善实验条件。按传统的实验手段，要配齐本课程实验教学所需的硬件设备，需大量的资金投入，这对于普通院校是不现实的。虚拟仪器是以计算机为核心，配上相应的硬件模块（数据采集卡、各种传感器、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等）和专用软件构成的新型仪器。它具有极强的通用性和灵活性，且成本低，可实现各种测试仪器的通用功能，为本课程的实验教学提供了有效手段[5]。笔者利用虚拟仪器开发平台LabVIEW，基于NI ELVIS教学套件、各种传感器、小型伺服电机和X-Y工作台等硬件基础，设计开发虚拟实验项目，加强实验教学。实验项目分演示性实验、验证性实验、设计性实验三类。（1）演示性实验：课程组教师开发了教学用演示功能界面，将抽象的理论内容直观地展现在动态的演示操作中。例如，信号的频谱分析、信号产生与处理、窗函数比较实验等。（2）验证性实验：学生根据实验指导书的要求，在教师指导下，按既定的方法和实验装置，完成具体的实验过程。例如，直流电机转速测控实验、热敏电阻测温实验、CCD图像采集实验等。通过实验加深对理论知识的理解，并获得一定的操作技能训练。（3）设计性实验：由教师拟订题目，学生根据所学内容，确定实验方案，查阅相关资料，拟定或选择实验方法和步骤，选用仪器设备，独立操作完成实验，并写出实验报告。目前有 “位移检测”和“电子秤设计”两个实验题目，可选传感器包括电阻应变片、差动变压器、涡流传感器、霍尔传感器、电容传感器、光纤位移传感器等。通过实验使学生获得实验全过程的训练，由被动实验状态转变为主动状态，激发学生学习的主动性，培养综合能力。

2）结合课程组教师的科研课题，在课堂教学和实验课之外，组织成立研究型学习小组，对该课程感兴趣的学生均可参加。小组的学生在课题组教师指导和研究生的帮助下，积极参与研究项目中的一些工作。由于科研课题多与工程应用紧密结合，解决生产实际问题，任务本身具有挑战性，学生在参与科研的过程中，可切身体会到理论与实践结合的价值，激发起他们内在学习动机，积极探索应用自己所学知识解决问题。研究型学习小组活动的开展，对学生了解科学研究的过程和方法，培养实践能力和创新意识起到了积极作用。

4 结束语

课程改革实践使人们认识到：第一，高等学校教育的主体是学生，教学改革必须以学生为中心，通过改革教学方法和注重对学生能力的培养，在有限的学时内，向学生传授更多、更新的知识；同时提高学生的学习兴趣，增强实践能力和创新意识。第二，对于工科类的课程改革突出其实践性是最重要的，加强实验教学环节是关键。虚拟仪器的发展为实验教学改革提供了强有力的工具，其在实验教学中的巨大潜力有待进一步开发。第三，科技在不断进步，社会在不断变革和发展，为培养适应社会需求的高质量人才，必须坚持教学改革。这是一个长期的过程，需要不断探索、实践和创新。

参考文献

[1]吴世雄,王成勇.“机械工程测试技术”教学改革的探索[J].广东工业大学学报(社会科学版),2007,7(S1):108-109.

[2]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.

[3]欧俭平,马爱纯,蒋绍坚.工程案例教学法在热能与动力工程专业课教学改革中的实践[J].高教论坛,2006,(5):131-132+135.

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关键词:机械工程测试技术理论教学改革与创新 

中图分类号:TG80 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(b)-0147-02 

 

1 引言 

《机械工程测试技术》课程是机械工程相关专业的一门专业技术基础课,该课程集成了数学、电工电子学、信息科学、计算机技术等多学科原理和技术,并且被广泛应用于各个学科,具有涉及知识面广、综合性强、理论知识抽象、实践性要求高、学时少等特点[1]。尤其是对于电工电子学及信息学知识相对薄弱的机械专业本科生,首次接触信号变换与调理、系统特性及数字信号处理等抽象概念时,学生普遍反映该课程存在理论内容不易理解,学习难度大等问题。然而,随着科学技术的迅猛发展和机械系统自动化程度的不断提高,测试技术在机械领域中的应用日益广泛,例如新产品开发、生产过程控制、设备状态监测及产品性能试验等工作均以测试技术为基础。因此,《机械工程测试技术》课程在机械工程相关专业课程中具有越来越重要的地位。 

基于上述原因,为了使机械专业本科生能够更好地理解和掌握机械工程测试技术的相关理论,贯彻教育部关于高等学校本科教学质量与教学改革工程文件的精神和适应学校培养创新型工程应用人才的需求。改革和创新《机械工程测试技术》课程的教学方式,提高课程的教学质量已迫在眉睫。 

 

2 传统理论教学及其改革与创新 

2.1 传统理论教学方式 

机械工程测试技术课程的传统理论教学方式是以教师为中心,理论知识的传递以灌输式讲授为主,并设计有少量的验证性实验。整个教学过程中教师发挥着主导作用,而学生只能被动地吸收知识,从而难以充分调动学生的学习积极性和主动性,也不利于培养学生创造性思维和创新能力。另外,由于该课程涉及较多的其他学科专业基础知识,学生在课堂学习过程中很难快速全面地把自身储备的知识与新学知识做到融会贯通和综合应用,从而使学生在课程学习过程中产生茫然的学习状态(特别是在课程的学习初期),极大地打击了学生的学习兴趣和积极主动性,甚至有些学生产生厌学心理[2],这将使整个课程的教与学过程变得非常艰难,以致于课程的教学质量严重下滑。 

2.2 理论教学的改革与创新 

教学改革与创新遵循的基本原则:保证教学内容的基础性、前沿性和实践性前提下,充分发挥学生的主观能动性和创造性,积极培养学生学习课程的兴趣和积极性,努力培养学生的创新型思维方式及工程应用能力。 

2.2.1 理论教学内容的优化与更新 

《机械工程测试技术》课程主要内容包括:信号及其描述、测试装置的基本特性、常用传感器及其原理、信号的调理与记录、信号处理初步、典型非电量参数的测量及计算机测试系统等。 

通过对课程主要内容的细致分析和研究,并根据测试系统组成模块将上述章节内容重新排序,采用以“信号流”为教学主线,按照信号在测试系统中的传输顺序将整个课程内容贯穿起来,从而使学生建立完整的测试系统概念。重新优化调整后的教学内容:首先讲信号的时域描述和分类,然后讲常用传感器及其原理,进一步讲信号的调理与信号的数字化处理,再讲信号的频域描述及分析方法,接下来讲整个计算机测试系统。而后采用Matlab/Simulink仿真实例展示信号在测试系统中传输时的失真,从而引出测试装置的基本特性内容:最后讲解机械领域中典型非电量信号的测量。优化调整后的教学内容不仅兼顾由浅及深的教学思路,使学生在学习课程初期理解起来相对容易,从而对课程的学习兴趣和积极性大幅提高:而且整个教学内容是先局部后整体,逐步深入测试技术精髓,符合工程技术知识学习的规律,使学生学习起来思路清晰,且能够促进学生较好地理解和掌握测试系统各组成部分的原理和特点。 

另外,在教学过程中,将自己的科研项目和研究成果中与测试技术相关的新技术、新方法及新实例融合到课堂的教学内容,同时注重介绍机械工程测试技术发展的新方向和前沿知识,以此来保证教学内容的实时性和前沿性,丰富学生的知识面,开拓学生的眼界[3]。 

2.2.2 理论教学方法的改革 

课程教学方法的改革是建立在教学思想和教学模式转变的基础上[4]。随着机械工程测试技术的发展,课程知识的快速膨胀,以“教师”为主体的传统教学思想和教学模式已经不能完全适应课程的理论教学任务。而以“教师”为主导和以“学生”为主体的新型教学思想和教学模式充分发挥了教师的引导作用和学生的主观能动性,因此,新的理论教学方法更加适应课程快速发展的步伐。 

在新的理论教学方法指导下,课程的理论教学过程采用启发式讲授、工程案例剖析与课堂讨论相结合的方法。在教学过程中,注重以身边的生活实例和工程实例设疑式地启发学生,使学生在教师的引导下对实例中所涉及的测试技术基本原理和技术展开积极课堂讨论,让学生成为教学过程的主体,以此调动学生的学习积极性和激发学生自主思考、分析和解决问题的能力,逐步培养其理论联系实际能力和创造性思维能力。 

此外,为了使学生能够把该课程的新知识与课程涉及到的其他专业基础知识做到融会贯通和综合应用。在每节课理论内容讲授完毕后,教师为学生指点出下节课将会涉及到的其他课程专业基础知识,以便学生课后可以及时温习和回顾,从而使学生下节课的理论学习变得清楚明确,并且使学生真切感受到学以致用带来的成就感,以进一步提高学习的积极性,逐渐培养学生自觉地对教学内容涉及的理论及实践问题加以追踪的严谨务实学习态度。 

2.2.3 理论教学手段的创新 

在理论教学手段方面,采用多元化教学手段,将多媒体教学 、黑板教学、仿真演示及实物教学等多种手段有机结合起来。 

课程充分利用多媒体教学能够很好地把概念、图形、动画、视频及声音等信息载体有机结合的特点[5],将一些传统黑板教学手段难以表达的教学内容和无法观察的现象采用图文并茂、灵活多样的多媒体方式生动形象地展示给学生,使没有工程实际经验的学生能够从认知的角度建立机械工程测试的相关概念,力求教学过程与教学效果达到最优化。 

对于理论强的教学内容(例如信号变换和信号处理相关章节)则采用黑板式教学手段,通过对公式和定理的详细推导,加深学生对公式定理的理解。 

对于应用性强的教学内容(如传感器原理、信号调理等内容)则采用多媒体教学、黑板教学及实物教学相结合的手段进行讲授,提高学生对教学内容的工程应用能力。 

对于抽象性强的教学内容(如测试装置的基本特性)宜采用Matlab/Simulink仿真演示的教学手段,帮助学生直观地理解抽象的概念,并鼓励和指导学生自己动手搭建仿真程序,培养学生的求知探索欲和动手能力。 

2.2.4 理论考评体系的改革 

在理论考核方面,传统的课程考核模式主要是一次性定时闭卷考试。这种考核模式具有诸多弊端,一是学生临时突击,放松平时学习:二是难以考查学生的知识综合运用能力和创新性思维。课程借鉴国内外一流大学的考评体系[6]。新理论考评体系采用“平时作业20%+课堂讨论表现20%+自主考试10%+期末考试50%”,改变了传统一次考试定结论的弊端,重在培养学生的学习主动性、知识综合应用能力和创新探索意识。平时作业以大作业为主,重点培养学生的探索意识和知识综合运用能力:课堂讨论以工程实例为对象,通过考评学生参与分析讨论的积极性和主动性,以提高学生的学习主动性,培养其应用知识分析解决问题的能力:所谓“自主考试”,即采用教师提供开放式工程题目或学生自选与课程内容相关的工程题目进行课程专业知识综合应用的一种考核方式,这种考评方式可以充分发挥学生的创新型思维和工程应用能力:同时,为了考评学生对理论知识的掌握程度,在期末采用闭卷考试方式,以此确保学生对基础理论和方法的掌握。 

 

3 结语 

通过对机械工程测试技术课程理论教学改革与创新的探讨,使我们充分认识到只有对课程进行教学改革与创新才能达到提高课程教学质量和培养创新型工程应用人才的目标。同时,教学改革工作是一个与时俱进的过程,我们在以后的教学工作中将不断优化和完善机械工程测试技术的理论教学过程,从而进一步提高课程的教学质量。 

 

参考文献 

[1] 熊诗波,黄长艺.机械工程测试技术基础(第3版)[M].北京:机械工业出版社, 2011. 

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[关键词]卓越工程师计划 流体机械测试技术 教学内容和方法 教学实验 改革措施

[中图分类号] TH311 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）07-0108-03

0引言

2010年教育部实施的“卓越工程师教育培养计划”是面向工业界、面向世界、面向未来的工程教育改革，该计划突出了工科人才的工程实践能力与创新能力的培养。[1] [2] [3] [4]兰州理工大学流体机械及工程专业是我国最早的水力机械专业，始建于1954年的哈尔滨工业大学，1965年该专业整建制（包括水泵、水轮机实验室）迁至兰州理工大学（原甘肃工业大学），原有水轮机、水泵、液压3个专业化方向，现在已发展为流体机械、流体传动、流体测控、水利水电和新能源5个方向。2007-2012年分别获评教育部“国家级特色专业”、“‘卓越工程师计划’实施专业”和“专业综合改革试点专业”3项教学质量工程，与沈阳鼓风机集团股份有限公司共建实践教学基地获评国家级工程实践教育中心，1998-2014年连续4轮获省级重点学科，拥有省级精品课程4门、省级实验教学示范中心1个、省级工程技术中心5个。该专业从起始阶段起就是典型的产品设计专业，涉及耗能占全国各行各业25%的泵产品与发电占全国总发电量22%的水轮机产品，虽然专业面向归口行业较单一，专业对应行业产品却广泛应用到全国各行各业，具有“小专业、大市场、专业地位特殊”的特点。

“流体机械测试技术”是卓越工程师培养的一门重要的专业基础课程，是一门既有一定理论又有很强应用性的课。卓越工程师培养采用 “3+1”模式，即学生在学校完成累计3年时间的学习任务，在企业完成累计1年时间的学习和实践任务，其培养计划的课程体系已发生了很大变化。如何将卓越工程师教育培养融入教学环节，尤其是实践教学环节，需适时地在该课程教学过程中进行改革和探索。

一、课程教学环节存在难点

结合“流体机械测试技术”课程教学内容、卓越班的培养目标及要求[5] [6]，目前该课程教学环节存在以下几个难点：

（1）“流体机械测试技术”课程的知识框架及课时数如图1所示。基础部分各章内容相互独立，而应用部分是以水泵与水轮机为被测对象，涵盖了基础部分各章知识点，是理论与实践的具体结合。教学难点在于在保持理论框架完整的基础上，为了突出工程应用的要求，如何将基础部分与应用部分有机结合。

（2）该课程突出泵与水轮机这一专业对象，具有很强的针对性和实践性，其教学难点是如何将以解决实际测试问题为目标的教学理念贯穿于课堂教学、实验教学和企业教学过程中。

（3）该课程涉及水泵的性能实验、汽蚀性能实验、串联性能实验、并联性能实验、振动与噪声测量和水轮机能量实验，这些实验项目虽属单独设课的“流体机械实验”课程的教学内容，但也是本课程教学工作的落脚点，易发生脱离实践教理论、学理论的现象。

二、把握课程教学的核心，突出工程应用要求[7] [8] [9] [10] [11]

“流体机械测试技术”理论学时数为32课时，在课堂中追求大而全的教学目标显然是不现实的。为了贯彻以解决实际测试问题为目标的教学理念，围绕泵与水轮机的能量性能实验和空蚀性能实验，提出该课程核心教学内容是压力、流量、转速、转矩及功率5大参数的测量原理及方法。压力测量教学重点是弹性式压力计和压力传感器的工作原理及使用技巧。流量测量教学重点是涡轮流量计、电磁流量计和时差法超声波流量计的工作原理及其流量方程式描述的物理意义、3种流量计结构区别及其前后直管段长度的安装要求。关于转速、转矩及功率测量一章，教学重点是光电式转速传感器、磁电式转速传感器、磁电相位差式转速转矩传感器、电阻应变式转矩传感器的工作原理及使用方法。

在教学过程中，教师应在讲清楚各类仪表基本工作原理的基础上，注重基础部分与应用部分的有机结合，充分发挥自身在长期的科研和教学中积累的测试经验，通过一些测试实例，强化学生对各章知识点的综合应用能力，让学生体会到所学知识的具体应用对象，有利于学生掌握理论知识，也为后续的实验教学与就业打下了扎实的基础理论功底。例如以实测水泵扬程为例，让学生学会根据水泵实验台精度要求和被测泵扬程，选择泵进出口压力传感器的量程及精度;应用流体静力学基础理论，解决测点液体压力、压力计读数和测点至压力计中心的垂直高度之间的关系问题。例如以实测水泵输入功率为例，对电测法测量水泵输入功率，让学生掌握其实质是测三相异步电动机输入功率，现场观摩功率表接线方法，掌握功率表常数与电动机输入功率的计算方法，并能根据电动机特性曲线计算泵输入功率;对扭矩法测量水泵输入功率，它是在水泵与电动机之间安装转速转矩传感器来测量泵输入功率，并配有一台扭矩仪显示泵的转速、扭矩和功率。通过测试现场教学，使学生学会转速转矩传感器“清零”方法，加深理解转速、扭矩和功率之间的关系，并能根据水泵配套电动机功率及转速选择转速转矩传感器。在理论教学过程中，引入大量工程测试实例，解决了基础部分与应用部分有机结合的问题。这样，既能保证学生掌握完备的流体机械测试理论体系，满足学生进一步深造的需求，又能使学生有机会接触到更多的应用实例，更利于学生理论联系实际，学以致用，形成了以提高学生动手能力、培养学生工程意识为主线的教学特色，而这一特色与卓越工程师的培养目标相一致。

三、采用问题式教学法，引导学生转变角色

“流体机械测试技术”课程涉及较多的其他学科专业基础知识，在教学过程中，仅侧重课本内容讲授，学生在课堂学习过程中很难快速全面地把自身储备的知识与新学知识做到融会贯通和综合应用，从而使学生在课程学习过程中产生茫然的学习状态，有些学生甚至产生厌学心理，这将使整个课程的教与学过程变得非常艰难，以至于课程的教学质量严重下滑。因此提出“提出问题――解决问题的理论基础――测试技术知识的运用――解决问题”的教学模式，其实质是将理论教学与工程实践相结合，让学生体会到所学知识的具体应用对象。对每一节课，在正式授课前，教师应利用多媒体展示本节的教学重点、思考题与计算题。因学生带着问题学习，在教学过程中，教师更应注重以身边的生活实例和工程案例设疑式地启发学生，有目的地引导学生对思考题与计算题中所涉及的测试技术基本原理和技术展开积极讨论，让学生成为教学过程的主体。问题式教学法能使学生对教学内容产生强烈的求知欲和浓厚的学习兴趣，调动学生的学习积极性和培养学生自主思考、分析和解决问题的能力，逐步培养其理论联系实际的能力和创造性思维能力，其工程意识和创新能力势必会有所提高。

四、实验教学改革

实验课是验证理论、应用理论和锻炼学生动手能力的重要环节。[12] [13] [14]随着该课程理论教学的不断改革与进步，实验教学的内容、学时和时间安排也应进行相应的改革，其主要改革措施有：（1）单独开设24学时的“流体机械专业实验”课程，理论课和实验课分别设置，实验教学不再附属于理论课教学，克服了实验课教学学时偏少、理论课和实验课相互挤占学时的现象。（2）在已开设的水泵性能实验、水泵汽蚀性能实验、水泵振动测量、噪声测量、水轮能量实验的基础上，利用自主研发的自循环多功能离心泵教学实验台，增开泵的串联性能实验和并联性能实验。（3）增加实验学时数。调整后实验学时数见表2。（4）任课教师与实验教师联合制订实验计划及每组学生数，一般每组学生数不超过6人，要求学生在规定时间段内完成相应的实验项目，便于上级部门监督检查实验教学质量及进程。（5）为了强化理论教学和实验教学的效果，学校要求任课教师承担一定工作量的实验教学任务。

表2 流体机械专业实验项目及学时数

■

“流体机械专业实验”课程开设的实验项目属多参数测量的综合性实验，涵盖了“流体机械测试技术”课程所有章节知识点，因此实验教学采用以练为主、讲练结合的方法，通过实验前预习、实验现场讲解和实际测试工作等教学环节，使每个学生在切实感受到每个测试环节的同时，对测试过程有一个系统的认识，并且掌握测试装置的工作原理、各参数测量原理及技巧，培养学生团队协作能力和组织测试工作的能力。实验项目测试完毕后，在实验课内要求学生应用EXCEL软件计算数据、绘图、数据拟合并得出经验公式。这种教学方法解决了学生不认真学习实验指导书和实验报告相互抄袭的问题。通过上述严格训练，使学生在掌握本学科基本的实验技术和方法的同时，又学会了EXCEL软件的使用，更有利于掌握理论知识，激发学生的学习兴趣，发挥学生主体性，变“要我学”为“我要学”，有效地培养了学生的工程意识、组织测试工作能力和创新能力，为学生就业打下了坚实的基础。

五、结束语

“流体机械测试技术”是卓越工程师培养的一门重要的专业基础课程，该课程与实验仪器仪表、企业实验台精密结合，其教学更应注重基础理论和实践相结合。让科研和工程实际经验丰富的教师承担该课程的教学任务，是提高其教学效果的关键因素之一。文中结合本校流体机械及工程专业的教学特点和培养特色，从教学的内容和方法、实验教学方面介绍了该课程改革的一些措施，以促进课堂教学效果的提高和学生实践应用能力的培养，推进卓越工程师教育培养计划在具体教学环节中的实施。卓越工程师教育培养目标明确，其专业课程在企业和学校学习时间安排、教学内容和方法上仍需进一步研究与优化。

[ 注 释 ]

[1] 教育部高等教育司.最新高校卓越工程师教育培养计划实施探索与国家创新工程技术人才培养方案指导全书[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011（4）：47-55.

[3] 张晓报.我国“985工程”大学“卓越工程师教育培养计划”的实践与反思――基于课程的考察[J].高等教育管理，2013（6）：24-30.

[4] 王宝玺.关于实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等教育管理，2012（1）：16-18.

[5] 康灿，杨敏官.测试技术课程改革与卓越工程师能力培养[J].中国现代教育装备，2012（1）：47-49.

[6] 张欣悦.测试技术课程改革与实践[J].长春工程学院学报（社会科学版），2012（1）：126-127.

[7] 李军.面向“卓越工程师”培养目标的“材料成形原理”课程改革[J].安阳工学院学报，2013（2）：107-108.

[8] 胡晓花.面向卓越工程师培养的传热学课程改革[J].德州学院学报，2013（4）：8-11.

[9] 张志刚，石晓辉，富丽娟.机械工程测试技术课程理论教学的改革与创新[J].科技创新导报，2011（23）：147-148.

[10] 陈光胜，李郝林.面向卓越工程师培养的“机械控制工程基础”课程改革思路[J].教育教学论坛，2004（16）：40-41.

[11] 王本亮，唐维新，唐楚峰，肖飚.《动力机械测试技术》课程改革的思考与实践[J].湖南农机，2013（11）：241-242.

[12] 谢莹，李力群，许崇利，杨梅.面向卓越工程师培养的微生物学实验教学改革探索与实践[J].吉林化工学院学报，2014（4）：48-51.

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机械工程专业主要课程

主要课程：主干学科：力学、机械工程主要课程：工程力学、机械设计基础、工程热力学、现代控制理论、材料加工工艺与设备、测试技术、计算机系列课程、经营与管理、电工与电子技术基础理论课程。

主要实践性教学环节：包括军训、金工、电工、电子实习、认识实习、生产实习、社会实践、课程设计、毕业设计(论文)等，一般应安排40周以上。

主干学科：力学、机械工程。

机械工程专业就业方向

国家有关部门、科研院所、高等院校、企业、高新技术公司应用CAD及分析软件从事各种机电产品及机电自动控制系统及设备的研究、设计、制造，如：进行工业机器人、微机电系统、智能装置等高新技术产品与系统的设计、制造、开发、试验与研究工作。

从事行业：

毕业后主要在机械、仪器仪表、新能源等行业工作，大致如下：

1、机械/设备/重工;

2、仪器仪表/工业自动化;

3、新能源;

4、电子技术/半导体/集成电路;

5、汽车及零配件;

6、其他行业;

7、计算机软件;

8、原材料和加工。

从事岗位：

毕业后主要从事机械工程师、高级机械工程师、结构工程师等工作，大致如下：

1、机械工程师;

2、高级机械工程师;

3、结构工程师;

4、自动化机械工程师;

5、电气工程师;

6、机械设计工程师;

7、助理机械工程师;

8、模具工程师。

机械工程专业培养目标

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一、机械工程基础课程特点及内容

机械工程基础是普及机械和机械工程的基本知识、基本概念和基本内容的课程。对文科类、管理类、计算机类、艺术设计类等专业具有开拓学生的视野、增加知识面、拓宽专业、提高学生的工程能力的作用;其任务是培养学生认识机械和机械工程的能力,是工科类非机械类专业具有工程特色,适应高新科学技术社会发展的需要。机械工程基础的内容选择是根据机械工程的基本内容确定的。主要讲授机械发展与人类社会进步的关系及机械工程发展的趋势,介绍工程力学、工程材料、工程制图的基本知识,简述机械的组成原理与工作原理、常用机械零件强度、刚度的概念、机械产品的制造技术、液压传动和气动技术的概念、现代设计方法等等内容。学生通过对各部分内容的学习,了解机械及其产品从设计、制造到使用过程中需要哪些知识及其在机械产品中的地位和作用。

二、机械工程基础实验内容分析

机械工程基础实验按照实验课教学体系分为设计与制造工艺、检测与分析、材料与性能三个部分。机械工程基础实验是一门独立的实验课程,所有实验都在机械基础课实验教学示范中心进行。本实验课与工程力学、工程制图、机械原理、机械设计、工程材料及成型技术基础、互换性与技术测量基础等课程的理论教学相衔接。

1. 实验理论

(1)韧、脆性材料在受拉、受压和扭转时力学性能测试的原理和方法;电测法基本原理,单向、平面应力状态的静态应变测量与应力计算的原理和方法;冲击动荷系数测定的原理和方法;现代光弹测量的基本概念。(2)组合体模型的测量和组合体视图及剖视图的绘制方法和尺寸标注方法,机械零件功能和结构分析方法以及机械零件测绘方法和步骤,部件功能和结构分析方法以及部件测绘方法和步骤。(3)机构运动简图测绘与结构分析,机械运动分析方法,渐开线齿轮范成加工原理,刚性转子的动平衡原理,机械动力学,典型机械零件状态测试,滑动轴承性能测试与分析的原理和方法,减速器结构分析方法和步骤,各种典型机构及典型机械的综合分析方法。(4)金相显微分析的原理和方法;试样制备方法,Fe-C状态图、C-曲线;表面强化原理和方法;焊接接头显微组织分析的原理和方法;力学性能(布氏硬度、洛氏硬度、显微硬度、摩擦性能)测试的原理和方法。(5)机械加工完成后零件的尺寸误差、形位误差、表面粗糙度、螺纹几何参数误差的基本原理和方法;零件互换性所进行的必要的精密技术测量的原理和方法;测量数据的处理技术的原理和方法。

2. 实验教学

着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证;如何组织实验、处理数据和分析实验现象;介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。

3. 对学生能力培养的要求

(1)培养学生运用实验原理和方法进行科学实验的能力,即如何从实验目的出发,根据什么原理,选择何种实验方案,配套哪些仪器设备,确定实验程序从而获得准确的数据并得出正确的结论。(2)通过实验熟悉常用仪器、设备的基本原理、结构、性能;学会调试仪器和排除故障。同时,要培养学生分析问题和解决问题的能力,使学生的实验技能进一步得到训练和提高。(3)通过本课程的学习,加深对相关理论课程教学内容的理解,加固理论知识。(4)通过实验过程以及完成实验报告,培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和一丝不苟的工作作风。

三、实验项目的设置

1. 机构运动参数测定与分析实验

基本教学要求:初步了解电测机构运动参数的基本原理,利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理、实测、仿真比较优化设计,分析机构参数对机构动态参数的影响。

2. 机构运动简图测绘与分析实验

基本教学要求:掌握根据机械实物模型绘制机构运动简图的技能;计算自由度、验证机构运动确定性;了解正确选择长度比例尺方法。

3. 轴系结构设计实验

基本教学要求:熟悉和掌握轴的结构与设计,轴上零件的常用定位与固定的技术方法,轴系结构设计的要求与常用轴系结构,为后续机械设计打下良好的基础。

4. 金相显微分析法实验(铁碳合金平衡组织显微分析)

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关键词: 智能化；网络控制；机械制造

在中国自改革开放以来,工业生产已经取得了很大的进步,智能机械制造技术的应用和实施是代表之一。文章围绕智能机械制造技术的现状,以及三个方面讨论了未来的发展趋势和应用,智能机械制造技术的应用和实现进行了讨论。

一、我国机械工程智能化的现状

上个世纪,科技的快速发展对机械工程在现阶段的发展奠定了良好的基础,目前,成熟的机械工程知识。聪明,根据人脑的结构和功能是研究机械工程智能主要目的在于结合人类大脑的特点实现用机器代替手工劳动的一部分。目前,我国有一个明确的机械工程的发展趋势,总的来说,引进国外先进技术水平,并有自己的勘探和开发,和政府的政策支持,机械工程的发展非常有利条件,发展非常迅速。

智能机械工程的发展是非常重要的。目前,我国许多企业已经开始在机械工程开发智能应用程序的可能性,尽管企业经营仍然存在着一些缺陷,但在企业管理模式,生产方面的变化,越来越多的企业越来越重视创新能力的培养。但我国现阶段存在许多困难:机械工程、智能科学技术水平的发展,虽然有了长足的进步,但与世界顶尖水平有差距。智能虽然有一定效果,但创新能力是不够的,尽管建立信息管理系统,但还有待进一步完善,企业更快的发展,但并不是智能程度更高。然而,这些困难只是暂时的,机械工程,智能化的发展方向是时代的潮流,随着经济等方面的深度,我国科学技术的发展,将为机械工程提供一个更强大的智能支持。

二、机械智能化制造技术的应用

1.现代机械制造技术已不再是一个简单的生产过程,生产和产品设计,但通过商品的概念系统已经逐渐过渡到最终产品生产完成,系统集成生产过程的生产,是现代制造技术的一个函数更系统和生产系统的信息处理机制的完美融合。制造技术、系统工程、自动化技术和智能技术的集成,逐步开发一个全面的新技术产业,即智能制造技术,这是自动化技术在机械制造中的应用,智能水平的表现。最典型的是智能制造系统在机械制造行业,人工智能的应用有机成机械制造系统在每一个操作环节,通过专家智能的模拟活动,而不是最初由专家负责的那部分的活动和扩展专业负责的活动系统使用其功能的智能制造系统运行状态监测,各种各样的错误可以发生在任何时间和分析预测异常运行状态,并在专家系统的基础上写的类似问题的预防措施的实施,与操作参数调整,以适应外部环境的变化和紧急突发事件的处理。

2.机械制造技术,有一种高端的技术称为实时智能技术。只有第一个实时系统根据环境相对简单的定义,它只停留在如何调整任务,如何修改操作,如何使用这些工具,以确保有效的在规定的时间内完成所有任务。人工智能和高科技产品正试图重组人类智能行为的实时计算模型,并实现其功能。现阶段科学技术使实时系统和人工智能相互结合,相互补充,人工智能领域正朝着一个更现实的不断发展,实时系统也向更智能的应用领域迈出了一大步,因为这样的进步,现在的实时智能控制高度预期的结果是否得以实现。

三、机械工程智能化的发展方向

先进制造技术的最新发展阶段,制造技术是由传统的制造技术,不仅使制造技术的有效因素,在过去,不断吸收各种高新技术成果,并渗透到生产的所有领域和整个过程。现代机械制造技术的发展主要体现在两个方向:一个是精密工程技术、超精密加工的前沿地区,精细加工、纳米技术,将进入微机械电子技术和微机时代;第二,机械工程,智能,智能产品,为了实现的生产管理和发展智能和智能安全报警。

1.精密成形技术包括:精密铸造(湿膜铸造精密成形,只要输入铸造精密成形、精密制造核心)、精密锻造、冷湿精密成形、精密冲裁)、精密成型、精密热塑焊接与切割等。

2.隐形切割无切削液加工机械加工工业是主要的应用领域,没有切削液处理和简化流程,降低成本,消除了冷却剂带来了一系列问题,如废物排放和回收,等等。

3.快速原型制造(RPM)和快速成型零件设计突破了传统的加工工艺材料去除的原理,通过添加,累积的原则。代表技术分层实体制造(LOM),融化沉积建模(FDM)等等。

4.机械工程情报不仅仅是生产产品的智能化,智能管理方式,和机械工程设备智能化,智能机器生产能有效提高生产效率,可以帮助管理者在机械设备智能设备管理,降低管理成本,通过计算机管理,实现智能管理的目标机器的性能和运行状态,如故障时发生在生产的过程中,监管设备将发出警报,停止设备运行的问题,确保二次故障的机器将不会发生。机械工程设备运行条件是机械工程的基础,生产效率,在生产的过程中是非常重要的。因为不同的机器设备设计、施工、性能、安装和其他差异,机械工程,生产效率和生产目标也不同,智能机械工程设备可以根据每台机器的不同功能合理操作。机械工程、智能生产等各环节的连锁控制技术、遥感技术、控制技术、现代机械工程等,所以企业应密切关注科学和技术的发展趋势,跟随科技发展的步伐,与时俱进,应用新的科学技术投入生产。

四、总结

只有跟上世界潮流的先进制造技术的发展,并把它在一个战略重点,,有足够的强度以缩小与发达国家的差距,尽快能在激烈的市场竞争中立于不败之地。在我国研究和发展先进制造技术势在必行。

参考文献：

[1]宋波.论机械制造的智能化技术发展趋势[J].现代商贸工业,2009(21).

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哈尔滨工业大学机械工程学科早在2007年就率先进行了硕士研究生分类培养的培养模式改革试点工作。分别制定了学术型和应用型的培养目标和培养方案，对应用型研究生培养的改革和探索，为贯彻执行全日制专业学位研究生的培养提供了实践经验，在实际的培养过程中，一方面积极与企业合作，建立校外实践基地;另一方面，面对工程硕士招生的逐年增长，也积极探索多种形式的实践基地建设模式，哈尔滨工业大学机械工程学科具有悠久的工程实践传统，在多年的办学过程中，形成了面向国防，服务航天的工程教育特色，在整合学科、学院实验实践教学资源的基础上，依托重点学科优势，通过校内实践基地的建设，对学生的创新实践活动起到了引领和促进作用。研究生培养计划中的课程实验、实习实践、学位论文3个主要实践环节，承担着不同的实践教育任务，课程实验的任务是加深对课堂知识的理解和掌握，围绕某一(某些)具体知识点进行感性认识训练。学位论文是训练综合运用科学理论、方法和技术手段解决某一具体工程技术问题的能力。因此，在目前的实践教学环节中，校内实践基地主要是完成实习实践的教学任务，其功能定位为:培养学生熟悉本领域产品研发全过程;综合运用所学知识进行创新性研发工作;熟悉生产和管理模式以及设备和工艺流程配置;在实践中发现、提炼和总结学术问题的能力。通过在校内实践基地的训练，使学生基本熟悉机械工程领域的各类典型工作流程、关键核心技术的实现途径、相关职业及技术规范，培养实践研究和技术创新能力，并结合实践内容完成论文的选题指导工作，为进一步进入企业深入实践奠定前期必要的技术基础和知识储备。为了实现上述功能定位，校内实践基地在构建中遵循以下原则:(1)系统性。综合考虑到我校机械工程学科及各二级学科的研究方向和特色，在平台的建设上避免围绕某一(某些)具体方向进行实践环节建设，而是通过整体平台的构建为学生提供一个系统接触机械工程领域各种先进技术和方法的实践场所。(2)综合性。在平台所完成的实践教学功能的设计上，注重依托校内实践基地将培养方案内的实验、实践等各环节单元知识进行综合运用与具体实施。(3)开放性。为发挥学生在实践中的创造性，构建了自行设计、自由探索的开放环境，培养学生进行自主创新能力的实践。(4)示范性。作为实践教学环节的硬件平台，在保证其教学功能实现的基础上，应最大化地体现出对机械工程领域典型企业的示范作用。(5)学术性。面向研究生的实践教学环节，更为注重的是通过实践培养学生从中总结规律、发现科学问题的能力，因此实践环节应具有一定的学术内涵。

2校内实践基地硬件平台的构建

与课堂理论教学不同，实践环节的教学需要依赖于仪器设备等硬件条件，因此需要结合学科的特点来构建完成预定实践教育功能的硬件平台组成。哈尔滨工业大学机械工程一级学科包含机械电子工程、机械制造及其自动化、机械设计及理论、车辆工程、工业工程、精密与微纳制造和航空宇航制造工程7376个二级学科，年招收硕士生350人，其中应用型硕士研究生和全日制工程硕士240人左右。机械工程学科覆盖的各个二级学科各具内涵，互相独立而又互为支撑，形成了各具特色的研究方向。机械工程领域工程硕士研究生的应用能力培养主要体现在以下方面:①大型/复杂/先进机械系统设计能力;②各种传动及其检测、控制技术应用能力;③先进制造技术应用能力;④机电融合应用能力;⑤科技协作能力。这些能力的培养需要一系列超出单个课程的综合实践平台来提供学生从实践中锻炼和掌握工程技术能力的实践机会。依托校内实践基地，建设一个独立于课程教学之外，支撑全院研究生工程实践能力培养的工程实践平台具有重要意义。对于应用型硕士研究生，应该在机械工程一级学科的框架下，培养其对各相关研究方向的了解和掌握，培养出知识面广博、适应性广的交叉复合型人才，因此，校内实践基地所建设的教学平台应体现出综合性，并具有一定的辐射性，加强硕士研究生对机械工程领域相关研究方向的了解，拓展知识面，培养学生的实践创新能力。所建立的校内实践基地硬件平台的结构如图1所示。图1校内实践基地硬件平台的总体结构校内实践基地硬件平台包括实验平台和实践平台两个部分，其中实验平台用来支撑培养计划中的实践学分，由传感及测试技术实验子平台、数字化制造技术实验子平台、机器人技术实验子平台和微纳米测量技术实验子平台组成;实践平台用来为学生提供一个实现自主创新、自由探索的实践环境，由金属零件少无切削制造技术工程实践子平台、空间机构及机械系统设计与实践子平台、数控运动控制综合实践子平台和液压伺服传动与气压传动综合应用实践子平台组成。

2．1传感及测试技术实验子平台传感及测试技术是机械工程学科研究生必须掌握的一门偏重于基础的技术，并且是其它众多技术的基础，因此该实验子平台的建设侧重训练研究生对常用传感器的基本原理及其典型应用，使学生不但对传感技术中所涉及的各种传感器的测量原理和性能指标有深入具体的认识，而且还能够针对具体的问题，选择合适的传感器完成相应的检测任务，为将来的学习和工作奠定实践基础，提高应用型研究生对相关专业理论的认知、加强对专业技术工作适应能力和开发创新能力的培养。

2．2数字化制造技术实验子平台该实验子平台以对数字化制造技术的原理和核心技术的理解为主，以校园网络为基础，建立数字化、集成化、网络化的设计和加工子系统，两个子系统共享一个服务器，实现信息共享。以现有的CAD/CAM软件和自行开发的数控技术、数字化加工、数字化装配等软件为基础，为数字化设计、建模和仿真、加工技术的研究提供基本的实验教学环境和条件。使学生掌握数字化制造技术在产品的设计、分析、制造、制造系统规划等方面的应用。

2．3机器人技术实验子平台该实验子平台是一个具有一定规模的、模块化的、可扩展的机器人系统开放实验平台，子平台的建设以常规机器人技术教学为主，并兼顾机器人智能运动控制和机构空间复杂轨迹的实现等相关教学实验。能够进行14个机器人技术方面的教学实验，各实验间既可以独立进行，也可以联合进行;能根据教学的需求及课程的变化需求进行迅速调整，以适应实验教学的需要。这些实验要求学生应用所学知识进行设计、编程和实施，培养学生设计、分析和动手能力，促进机器人技术教学水平的提高，培养机械工程学科研究生的综合技能和创新能力。

2．4微纳米测量技术实验子平台随着超精密加工技术和纳米加工技术的发展，对机械加工表面形貌的微观检测提出了越来越高的要求。因此微纳米检测技术成为机械工程学科新的研究热点。通过实验教学，使学生掌握原子力显微镜测量原理、测试参数的选择，数据处理知识。掌握利用原子力显微镜获得力曲线，根据纳米压痕法的理论基础及弹性接触理论计算材料的机械力学特性，分析研究测量仪器的原理、精度、误差及适用范围。

2．5金属零件少无切削制造技术工程实践子平台本子平台对学生进行金属零件少无切削制造技术的实践训练。学生通过设计制造零件的实践，培养研究生:先进绿色制造技术运用能能力;产品制造生产线管理与运用能力;数控等先进装备控制与运用能力。

2．6空间机构及机械系统设计与实践子平台通过先进传动装置的学习和拆装，使学生了解、学习高性能谐波减速器等国外先进传动装置的原理、设计方法、结构和工艺;由学生利用基本元部件设计并构建机械系统，如多自由度关节串联机构和行走机构等。根据学生自己构建的机械系统，运用机构设计与动力分析软件建立虚拟样机，进行仿真。学生为自己构建的机械系统配备运动控制系统，利用计算机和PID控制来控制交、直流伺服系统，实现其构建的机械系统的预期运动目标。

2．7数控运动控制综合实践子平台以机床运动形式为主要控制目标，运动控制为主，顺序控制为辅，训练学生机电系统计算机控制能力。实践子平台以单轴运动模块为基本单元，可搭建一轴、两轴和三轴运动控制系统。控制系统采用PC-Base运动控制控制器为核心，交流伺服系统为基础，形成一个开放式的、学生可实际搭建的(包括内部控制软件)实践系统。

2．8液压伺服传动与气压传动综合应用实践子平台该实践子平台对学生进行流体传动与控制重要基础和综合应用的训练。平台包含竖直液压伺服搬运、水平液压传动搬运、气动插拔销三套子系统，训练学生:流体传动与控制系统总体方案设计能力、液压伺服系统(位置和力及其切换)设计调试能力、液压传动系统设计调试能力、气压传动系统设计调试能力和团队协作能力。

3校内实践基地的实践教学体系

在校内实践基地硬件平台构建的基础上，结合应用型研究生培养方案，构建了校内实践基地的实践教学体系，根据两类平台的特点，结合培养目标，依托实验平台下设的4个子平台建设了一门具有特色的实验课程“机械工程学科应用型研究生综合实验”，综合实验课程在内容设置上立足机械工程学科的主干课程，从机械工程一级学科的角度去组织实验教学的内容，规划建设的实验项目既是对若干门学位课程内容的深化和提升，又是对某门课程课内实验的强化，支撑研究生培养计划中2学分的实践教学环节，可以完成总计66学时的实验教学，根据课程的设置和培养计划，要求研究生从中选择22学时进行本门课程的实验教学，以加强硕士研究生现代实验方法和技能的训练和提高。在教学体系的建设上，实践平台是对实验平台的进一步深化和运用，目的是注重学生自主实践能力的训练和培养，实践内容的设计充分体现出开放性和探索性，学生利用平台所提供的基本元件和模块，根据给定的技术参数和指标，自行搭建系统，独立完成相应的实践训练项目。结合实践平台的硬件设备，建设了一门面向全院硕士生的实践课程“机械工程综合实践”，以独立实践课程的形式来实现校内实践基地的实践教学功能，使本领域的应用型研究生能够经历一个相对完整的机械系统设计、制造、检测和控制的工程应用过程的基本训练，支撑研究生培养计划中的实践教学环节，根据课程的设置和培养计划，要求研究生从中选择若干实践项目进行实训，培养学生的实践创新能力。依托校内实践基地开设的两门实验实践课程，初步确定了机械工程领域应用型研究生的实践教学体系。解决了应用型研究生培养方案中实践教学环节薄弱的问题;确立了实践教学环节的主体地位，以独立的课程形式来加深课堂理论知识的理解，提高创新实践的能力，满足机械工程学科研究生培养方案中实践环节的教学计划，为进一步的分类培养模式改革提供实践。

4校内实践基地的运行效果与深化建设

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在学习中，经过机械工程训练教学可以让学生灵活的应用专业知识去解决实际生活中的工程问题，倘若在把竞赛训练模式应用到教学中去，这就更有力的帮助激发学生创新思维的感觉，将创新设计转变为创新成果，从而将大学生的创新潜质激发出来。整个教学过程，都是有目的的在培养大学生的实践能力、思维能力、质疑能力以及信息能力，最后达成培养大学生创新能力的目标。

（1）信息能力的培养信息能力通常指的是采用先进的信息检索工具与科学有效的信息检索方法，在收获信息以后对信息实施识别、选择、加工、应用、管理与创新的能力。信息能力包含：收获信息的能力，研究与分析加工信息的能力，科学应用信息的能力，沟通交流信息的能力，正确管理信息的能力等。比如，让学生参与机械工程训练竞赛，最开始会让学生通过不同的渠道来知晓竞赛的主题，竞赛的规矩以及竞赛的地点时间等信息。之后，根据收获的信息进行研究分析，从而理解与消化，对于不够明白的地方要向有关的部门及老师进行询问。最后的步骤就是将这些信息实施科学有效的归类，进而为参与大赛所设计的方案提供相关的指引。在现实的机械工程训练教学课堂中，学生在设计和制作机械工程训练物品以前，教师可以有针对性的从信息能力方面来培养学生。比如，利用工程训练任务书，大概的说一下产品的相关技术要求，其他的让大学生应用网络或者图书馆等渠道，来获取与之相关的资料与信息，从而准备好之后的环节，包括制定设计方案、描绘产品图纸，编排加工工艺与检测最后的实物等。

（2）质疑能力的培养培养创新型人才的重点在于培养学生的质疑能力，许多的创新思想就是来源于对传统的质疑，提出疑问通常比解决实际问题更为关键，解决实际问题，仅仅体现的是技术能力，而提出新的疑问及新的可能性，往往需要丰富的创新能力。在机械工程训练教学中培养大学生的质疑能力，需要先将机械工程训练的教学内容准备好，而准备教学内容必须要展现实践能力与创新精神的思想，要将机械工程训练课程的基础特点充分结合起来，让机械工程训练课程的内容即离开传统内容，又要让实践教学的内容向着展现当代系统工程、现代管理、物联网信息、数字化电子技术及现代化的先进机械的实践教学方式转变，展现教学内容的先进性。这样大学生可以更好地发现新的问题，甚至是更具有前瞻性的问题。对于学生提出的问题，老师需要给予肯定，这样学生才可以大胆的想象，大胆的质疑，才可以将学生的创新思维激发出来。

（3）思维能力的培养针对实际机械工程相关问题实施综合能力教学是大学生在机械工程训练进程中的重要内容。这就要组织大学生从感性思维到理性的抽象概括，并从具体的感性表象转为抽象的理性思考，然后进行综合能力的教学，将机械工程的知识系统化，从而将若干知识联系起来，展开从观察到思考这一精密的思维过程。这就证明了实施综合能力教学对于大学生发射思维能力与抽象逻辑思维能力的培养是有推动作用的。与此同时，也可以有效地促进创新思维的培养与联系，创新思维并不是一种单一的思维方式，其是由多种思维组合而成的复合体。此外，在机械工程训练教学的课堂中，教师需要要求学生把机械工程训练中遭遇的问题，对相关问题因素的研究分析，解答问题的方案以及产品设计以后的改进措施等都写出思维的报告，从而提出新的创意，虽然这仅仅是要求学生记录下来，但相应的也对学生创新思维能力的培养有着促进的作用。

（4）实践能力的培养机械工程训练作为机械工程实践教学中的重要部分，在全国教学进程中，自始至终都将技能培训与方法训练、生产与教学、实践与理论、动手与动脑这些密切且有机的融合在一起。老师在教学中可以布置一个作业，这个作业的题目仅仅对产品的尺寸及相应的功能做一些简单的要求，而大学生则依照竞赛训练的方式，经过提出想法、收集信息、制定方案、加工制造、实际测试等相应的机械工程实践活动来提升自身的实践能力。教师还能够将机械工程训练中心的优势充分发挥出来，为学生提供必备的技术点评与硬件设施，组织安排学生参与一些设计制造或发明创造类的比赛，以此来发掘学生的热情与潜力，培养学生的综合能力与创新意识，从而增强学生对于创新的信心。

2结束语

篇10

浙江农林大学机械工程实验教学中心于2003年进行了详实的规划，并聘请浙江大学、浙江工业大学、浙江理工大学等高校的机械工程领域的相关专家对实验室建设方案进行论证。通过此次的规划和论证，为实验中心后期建设和发展奠定了基础。经过十来年的建设和发展，机械工程实验教学中心拥有工程力学、机械设计、机械原理、液压与气动、测量与测试技术、CAD/CAM、机电控制、金相、工程训练等九个实验分室，实验室使用面积2049平方米，仪器设备600多台（套），总资产超1000万。实验教学中心依托机械工程学科，拥有专业实验人员8人，另外，学科大部分专职教师参与实验中心的基础实验教学并开展相应的科研工作。实验中心主要承担全校的机械制造及自动化、工业设计、木材科学与工程等9个工科专业的基础及专业课程的实验教学，每年能开设实验课程20多门，实验项目数约80个，实验总人时数超6万人。目前，实验中心已成为教学实验、生产实习、测试分析、科研开发及社会服务于一体的综合性实验平台。

2实验室开放模式

实验室开放是指各实验室在完成计划内教学、科研任务的前提下，利用现有仪器设备、设施条件及师资等，面向学生、教师及社会等人员开放，为学生、教师及其他人员等提供实践学习、科研和服务平台。如何实现实验室的全面开放，充分发挥实验室在人才培养和科研中的作用，许多高校根据自身条件采取合理的开放模式，优化实验资源，取得了一定的成效。我校机械工程实验教学中心以实验项目的形式进行开放，探索其在创业型人才培养中所起的作用。

（1）开放实验项目除了课内必修实验项目外，教务处将开放实验项目纳入学生实践教学环节，鼓励学生利用课余时间参加实验室开放活动。开放实验项目一般为大型仪器设备所具备功能未在基础及专业课程实验教学中开设，实验人员或者专职教师编写综合性或设计性项目供学生以公开课的形式进行选课。为了确保开放实验的教学质量，每位教师每学期最多开设两个开放实验项目，每个开放实验项目规定招收的学生数不得低于20人，而每个项目最多只能设两个班次。学校设立实验室开放专项基金，用于补贴学生参加开放实验所需材料消耗，且学生所参与的开放实验项目成绩考核合格后可以取得实践性课程学分。同时，为了鼓励实验技术人员和教师积极开展开放实验项目工作，学校给予指导教师一定的实验项目开放津贴。

（2）各类竞赛项目目前，机械工程学科组织的大学生竞赛项目有全国三维数字化创新设计大赛、全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组竞赛、浙江省大学生机械创新设计大赛及浙江省大学生工程训练大赛等。为了促进各项赛事的顺利开展，由相关的专职教师负责，同时，实验中心在不影响正常教学的前提下对所需的实验分室进行全天候开放，实验技术人员在上班期间对需要使用实验仪器的学生进行技术使用指导，而周六、周日及假期通过预约方式，由实验教学中心安排人员值班。通过师生的共同努力，机械工程学科获得浙江省大学生机械创新设计大赛和全国三维数字化创新设计优秀组织奖各1项。近4年来学生竞赛成绩斐然，共取得全国三维数字化创新设计大赛一等奖1项、二等奖8项，省三维数字化创新设计大赛特等奖4项、一等奖6项、二等奖9项、三等奖6项；第四届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组竞赛二等奖1项；浙江省大学生机械创新设计大赛一等奖2项、二等奖7项、三等奖7项；浙江省大学生工程训练大赛三等奖4项。通过竞赛的创新设计，学生已获得实用新型专利37项，发明专利3项已受理；另外，有大学生利用自己的发明专利进行自主创业，其中有2个大学生创新企业落户临安科技创新服务区。

（3）毕业设计及教师科研项目高年级本科生都要完成毕业论文设计，实验中心充分运用教学实验室优质资源对学生实行开放。在课题指导教师和实验室技术人员的指导或辅助下，让学生利用实验室的先进的仪器设备进行毕业课题的测试分析；另外，机械原理及机械设计实验室对机构设计类的毕业课题提供理论支持和结构参考。实验中心为学生的毕业设计进行开放，使学生在本科阶段得到创新性科学研究的锻炼，为毕业后能更快地进入工作状态提供一个难得的实践平台。近几年来我校教师的各类科研项目不断增加，为了开展科研，他们需要实验场地和仪器设备。针对种情况，机械工程实验教学中心积极为有科研项目的教师开放相关的实验室，提供实验场地，搭建一个科研平台，营造一个自由轻松的科研环境，帮助他们顺利完成科研项目。同时，教师科研项目为学生提供了新的毕业课题资源，在教师的科研过程中，学生和教师组成科研小团队，调动学生对科研的积极性和主动性。学生在导师的指导下查阅资料、设计实验方案，通过实验的测试分析，最终完成毕业课题；而教师也可以充分利用实验室的仪器设备，发挥学生的团队作用，完成科研项目，实现双赢的效果。

（4）社会服务项目浙江农林大学地处浙江杭州临安，是目前临安唯一一所大学。临安传统特色工业是电缆和节能灯，而杭州对工业区进行了整合，将一些大型工业搬迁到了临安工业区，目前有杭州叉车制造有限公司、杭州起重机有限公司和杭州氧气设备制造有限公司等大型机械企业，同时在建规模较大的减速器生产基地。而浙江农林大学的机械工程实验教学中心拥有先进的仪器设备，技术队伍雄厚，机械工程学科可以结合企业运作需求，与企业建立长期的合作关系，建立校企合作实验室，实现资源共享，走“产学研”合作发展道路，提高仪器设备的利用率。在实施校企合作过程中，使学生有机会在企业的实际工作岗位上得到培训和专业训练，大大提升学生的动手能力及创造力的发挥，促进大学生创新能力的培养。

3实验室开放管理

（1）实验室开放审批实验室开放的运行流程要尽可能简化、易操作。通过实践探索，机械工程实验教学中心的各实验室开放需要办理申请手续。教师或者学生根据要求填写实验室开放申请单，由指导教师或学生签名，经实验中心审批，各实验分室技术管理人员根据审批单对管辖的实验室实行开放。实验开放项目完成后，需要由该实验室技术人员对实验室进行全面检查，遇到设备损坏及时维修，确保实验室的仪器设备正常运作。

（2）开放模式管理研究实验室实行开放，无论是开放实验项目，还是竞赛项目均在时间、空间上实施开放，使实施管理者的工作量急剧上升，无形加重了实验管理者和技术人员的工作压力，导致每个专职实验人员每天同时管理几个实验室，管理几台设备，疲于应付。为了保证实验室正常开放，指导教师按分项负责，参加指导实验和安排必要的实验室值班工作。在实验室开放期间，实验室实行出入登记制度。凡是来实验室做实验的，必须要做好出入情况登记，标明当日出入实验室的时间和工作的具体内容。这样一旦实验室出现了安全事故，可以通过查看实验室出入人员的登记记录，追查事故发生的原因及其责任人。

（3）仪器设备维护研究随着实验中心以项目制的形式实施开放，仪器设备磨损或者损坏率会逐步增加，其后果是设备的维护保养费，尤其是大型精密仪器的维护保养费会急剧增加。为了确保实验室的开放，如何解决实验室仪器设备的维护费值得商讨。目前，由学校设备处牵头实施大型仪器设备开放收费制度，收取的经费大部分用于仪器设备的维修和保养，余下的部分补偿实验技术人员的额外劳动。

4小结