以应用为导向的机械工程测试技术基础课程教学模式

    对于少学时(32 学时)机械工程测试技术基础的教学,一般只能讲授信号处理初步以前的偏重理论部分,其后的实际应用基本没有时间讲.讲授的内容从傅立叶级数、傅立叶变换及其性质开始,高深的数学理论知识使学生接触这门课就感到枯燥、难学;对于学习这门课程的目的及相关实际应用知之甚少、甚至感到迷茫,学习兴趣不高,教学效果较差.针对这种现象,结合本人多年的教学实践,在教学过程中,以实际应用为目的,辅助于实物、工程案例,利用多媒体等技术,激发学习兴趣,拓展师生交流空间,积极引导学生参与教学活动,注重培养其实践能力,收到了良好的教学效果.

    一、借助于展示实物、多媒体等技术,激发学习的积极性.

    (一)运用实物演示教学,提高学生的感性认识运用实物演示教学,有助于学生化抽象为具体,为学生提供丰富的感性知识,直观鲜明地揭示客观事物的关系,可以使他们获得较深的感受,使抽象的概念、原理具体化.笔者在从教的十余年中,收集了大量的与机械工程测试技术基础教学相关的实物资料,主要有不同结构及工作原理的传感器、光电编码器、行程开关,应变片(花)、光电传感器等实物;对实物教具除了积累、收集之外,在上课之前进行筛选、组合,根据教学环节的设计,分析哪种教具在什么时候运用,怎么样运用.

    在讲授机械式传感器时,展示电阻丝应变片、应变花、半导体应变片,给学生直观的感性认识,随后讲授不同类型机械式传感器的工作原理、应用范围,对比其优缺点.把工程应用中多余的应变花发给学生,同时让学生课下自学应变片、应变花的粘贴、密封、连接方法.使学生理解其工作原理,并掌握应用方法.

    在讲授光电传感器时,首先介绍光电效应,展示光敏电阻、太阳能电池的实物及实例,再介绍光纤传输原理、结构,展示光纤实物,随后讲授光电传感器结构、工作原理,展示光电编码器.边介绍边展示实物,打破其神秘感,克服学生抽象感,认识到光电效应、光纤、光电传感器就是活生生的存在,并得到了广泛的应用.

    对于高等院校工科学生来说,学以致用是他们进入大学以来不懈的追求目标,工程案例能够最大限度地提高他们的学习兴趣.在讲授电阻、电容、电感、磁电、光电传感器时,都会涉及接近开关,不同结构、不同工作原理的接近开关如何选型、有何优缺点、适用于何种场合?结合某集运站的煤块装车自动控制、显示系统,某钢厂炉料粒度检测筛分系统等进行讨论、讲授,较好地解决了该问题.

    (二)运用多媒体等现代技术直观、动态地展示抽象的概念、原理.

    运用动态、直观的多媒体技术可以创设出一个生动有趣的教学情境,以其独特的形、声、景扣动学生的心弦,化无声为有声,化静为动,使学生进入一种喜闻乐见的、生动活泼的学习氛围,从而使学生产生极大的学习兴趣.例如讲授傅立叶变化的时间尺度改变特性时,先理论证明该性质,在暴风影音中播放凤凰传奇的流行歌曲《最炫民族风》,从互联网上下载有图像、歌词的MTV,先正常播放一个片段,活跃课堂气氛;按下快进按钮,播放速度加快到正常速度的 1.5 倍(时域内,播放时间变为原来的 2/3),声音变得尖细,像儿童(频域内,信号频谱变宽,高频成分相对增多);按下慢放按钮,播放速度加快到正常速度的 0.5 倍(时域内,播放时间变为原来的 2 倍),声音变得低沉,像老人(频域内,信号频谱变窄,低频成分相对增多);在轻松、欢快的气氛中,听到不同的、变了调的歌曲,对比屏幕显示的歌词,就会明白同样的信号,改变其时域尺度,频域成分就会发生改变.

    在欢乐中学习知识,使学习知识变成一个欢乐、轻松的过程.

    运用现代科技为师生交流提供了广阔自由的交流方式,拓展延伸了教学时空,在课后学习中,师生之间利用郑州大学网上评教平台、E-mail、QQ、手机等方式,随时随地进行着交流互动,实现了师生之间在空间上的零距离.在第一次上课时,把相关的信息公示出来,既拉近了师生之间的距离,又方便学生以后有什么疑难问题、意见及建议等及时地联系教师.

    二、结合实际工程案例,培养学生的实践能力.

    案例教学法首创于哈佛大学[1],是当今国内外高等院校部分应用性学科专业经常使用的一种教学手段,目的在于有效增加课堂教学的生动性与实践性,以达到理论教学与实践教学相结合的实际效果.工程案例是将发生于工程实践中的客观事实,经过文字、数据、图表、动画等方式进行概括、整理,形成可用于课堂交流或探讨的案例材料.案例教学是学生了解实际问题的媒介,可以培养学生解决工程实际问题的能力.实践证明,一个好的案例常常有助于提高教学质量与效果,增加学生对专业学习的热情和积极性,并且能起到举一反三、触类旁通的作用,启发学生对工程实践中相关事例与情境的深入观察与思考[2-3].机械工程测试技术基础是一门理论性、实践性都很强的课程,笔者结合多年的工程实践和专业教学经验,就案例教学在其教学中的应用问题进行了一些有益的尝试.

    所选的工程案例应当真实,有针对性、系统性、时效性,难易程度恰当,能揭示和应用所学知识,并能引入、消化和吸收新知识,能切实提升学生的能力.结合本课程理论较深奥、实践性强、课时少的实际情况,根据授课内容的要求,采用在理论教学后提出合适的案例以加深学生的印象,促进其对内容深刻理解的案例教学方法.

    在讲授“常用传感器与敏感元件”一章时,首先借助于实物、多媒体方式,介绍各类传感器的结构、工作原理、应用特点等理论知识;以京唐公司的高炉入料粒度检测系统为例,在大屏幕上展示现场的工作环境、空间尺寸,告诉学生这是一个环境中飘浮着较多小颗粒、粉尘,是填海之后腐蚀性较强的场所,实际生产要求实现物料取样、分级、称重等功能,显示取样液压系统压力、温度、油液深度、动作过程、称重检测结果等;误差小于0.3%.要求学生自愿结合,八人一组,每组设计出一个具体的实施方案,并写出设计提纲,比较不同方案的经济性、实用性;特别是各种称重传感器(变送器)、限位开关、温度传感器(变送器)、液位计、压力传感器(变送器)的选择,要求不能只是简单地给出哪个种类的传感器,需要阐明元件选择的依据,具体写出每一种传感器的型号、生产厂家、数量、价格.在开始讲授本章之前,把这个任务布置下去,要求课下完成.讲课过程中,不断提示本案例,为课堂上有效地开展案例教学做好充分的准备.

    本章内容讲授完成之后,展开讨论.课堂上首先听取各组的简短方案发言,接着教师开始分析设计过程,理清设计思路,引导学生有步骤地完成方案设计、元件选择.

    工程设计是没有标准答案的,但必须考虑设计方案的经济性、实用性,满足实际的生产要求.由于讨论内容超越了课本,将复杂的工程实际与本课程的学习紧密相连,并看到了所学知识在工程实际中的应用价值,学生兴趣十足,发言踊跃,甚至能提出工程实际中某个方面的不足之处,课堂气氛、教学效果得到了极大的改善,培养了学生的实践意识及实践能力.

    三、改革考试方式.

    在本课程的教学过程中,尝试了多种新的考核方式,旨在让考试真正成为督促学生学习、调动学生学习积极性的有效手段和检验途径.应改变单一笔试的课程考核方式,采取期末笔试、平时成绩、实验操作考核三者相结合,全面评定学生对课程内容的掌握程度.平时成绩以作业、课堂表现、实验实习报告为评判依据,实际工程案例分组设计计入平时成绩.我们将考试方式改变为:平时成绩占 20%;实验成绩占 20%;期末考试成绩占 60%.

    在期末试卷设计时,考虑学生个体的差异.由于学生的理论基础与个人特长的个体差异,因此对于本课程的掌握和理解程度、应用能力也相应不同,试卷主体仍然按照知识点的要求和分布情况进行出题,即基本题占70%左右、提高题占 20%左右,较难题占 10%左右.不同的是,在占 10%的较难题方面给学生增加选择.比如,设置两道不同题目中任选一题,一题偏重于理论分析,一题偏重于实际应用,学生可根据自己的特长与爱好选做.

    采用面向实际的教学法,教学效果良好,师生共受益.学生在轻松的氛围中学习知识,培养了学生的实践意识,实践能力.学生在郑州大学网上教学平台上给教师的留言充满了感激与鼓励,给教师打分平均 98 分以上,就充分地说明学生对机械工程测试技术基础的教学是肯定的、满意的.本人在课程的讲授过程中,看到学生理解知识难点后的喜悦,感受到学生知道所学得到所用的激动,其乐无穷!

    参考文献:

    [1]任明川.哈佛案例教学的“形”与“神”[J].中国大学教育,2008,(4).

    [2]慕丽,王欣威.“机械工程测试技术基础”课程教学改革探讨[J].装备制造技术,2010,(1).

    [3]李冰.工程案例教学在“机械工程测试技术”中的应用[J].装备制造技术,2010,(8).