机械工程测试与控制技术介绍

机械工程测试与控制技术

测控技术是人类认识和改造客观世界的重要手段，是科学研究的基础方法，现代社会的发展和科技的进步无一不与测控技术的广泛应用相关联。在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等都离不开测控技术，测控技术已成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的基础技术。

“机械工程测试与控制技术”是东南大学机械设计制造及其自动化专业本科生的专业基础课程。课程建设始终以培养创新型、复合型机械工程类人才为目的，坚持学以致用的原则，立足专业特点，面向工程实际，注重实践创新能力的培养，积极进行课程教学内容和课程体系建设改革。在东南大学的支持下，自20世纪80年代开始，经过不断努力与创新，围绕“培养学生的科学精神和创新思维习惯”，“机械工程测试与控制技术”在课程结构优化、师资队伍建设、教学方法革新、教材体系与国际接轨、实践环节完善以及教学科研相长并进等方面取得了一系列的创新成果。

一、创建了特色鲜明的机械工程测控技术课程体系

现代机械设备已不是一个单纯的机械产品，而是机电液一体化的集成产品，测试和控制技术的发展对机械制造模式产生了深刻的影响，同时，现代机械制造模式也对测试和控制技术提出了更高的要求。测试和控制是密不可分的，在基础理论部分，共同涉及物理系统建模、时频域分析等，在实现阶段又是相互牵制，测试是控制的必要环节，而控制中的稳定性等概念又指导测试。以往把课程分割开来讲授，多有重复，学生学习不连贯。

通过多年实践整合，依托20多年的教学积累，紧扣机械工程对学生知识、能力需求的变化，课程组不断调整机械工程测试与控制技术知识传授体系，优化课程教学内容结构，构筑了全新的“机械工程测试与控制技术”课程新体系，提出了“测控系统基本理论＋数学描述＋性能分析＋系统设计”的多层次、系统化的课程体系，如图1所示。

图1　机械工程测试与控制技术教学体系

同时，为便于组织教学，建立了旨在全面提高机械类学生测控技术基本素养与创新意识、增强学生测控系统设计能力的理论教学、实践教学、科学研究三元一体的教学体系，在实际讲授过程中，结合课程组积累的解决工程实际问题的经验，逐渐形成了由基本概念、分析方法、工程应用和案例设计等多种形式组成的授课体系，如图2所示，人才培养效果显著，学生表现出很强的机电系统实现能力。

图2　课程知识点体系图

二、建设了高质量教材及与其配套的新世纪网络课程资源体系

一流的教学需要高质量的教材支撑，课程组长期关注教材建设，根据教学内容体系的变化不断修订、新编相关教材。

1.纸质教材建设

课程组主编了《控制工程基础》（高等教育出版社出版）及其配套学习指导书，该教材入选国家“十五”规划教材，并于2003年被遴选为国家百门精品教材。课程组还主编了《测试技术》（高等教育出版社出版）一书，并入选国家“十五”规划教材。与此同时，在课程体系建设的基础上，结合机械类人才培养对测试与控制技术的要求，编写了《机械工程测试与控制技术》和《机械系统测控实验》讲义，为新课程体系的实践教学提供了有力的支撑。

2.网络课程建设

针对本课程教学内容难以理解、电信号难以想象、密切联系实际等特点，课程组独立承担并完成了教育部新世纪网络课程“机械工程控制基础”的建设，与东北大学联合承担并完成了教育部新世纪网络课程“机械工程测试技术”的建设，完成“机械工程测试与控制技术”网络课程的建设，为学生提供了多方位、立体化的学习资源。

三、课内理论教学与课外科学训练研究结合，强化教学效果，提升学生科研能力

通过丰富多样的方式培养学生的多种能力一直是本课程追求的目标，为此，课程组在加强课程相关教学环节建设的同时，积极参与各项课外的教学、实践及科学训练指导工作，形成适合机械类学生特点的实践与创新能力培养体系，如图3所示。

图3　实践与创新能力培养体系

1.课外研学活动和学科竞赛

机械系统由于其典型的机电一体化特征，显然是学生运用测控知识、强化测控知识、锻炼系统设计能力的绝佳对象，为此，课程组全体教师引导学生结合学科特色申报东南大学大学生科研训练计划（SRTP）研究项目，积极参加课外研学活动和各类学科竞赛，通过老师悉心指导，产生了很多优秀作品。2004年在“第一届全国大学生机械创新设计大赛”中，课程组老师指导的两项参赛作品均以华东地区一等奖的好成绩挺进全国总决赛，获得全国决赛一等奖1项、三等奖1项。参赛作品由于其突出的创新性与技术集成性，被国家、省、市媒体多次追踪报道，产生了较好的社会影响。2004年在广州“理想杯”中国RoboCup机器人比赛中，所指导的参赛队获仿真组二等奖（全国排名前六），同月组织队员参加首届江苏省大学生机器人大赛，获仿真组亚军；2005年2月组建2D仿真队（SEU－T）参加国际RoboCup2D仿真组的预赛，获得了参加RoboCup2005OSAKA比赛的资格，并在同年的国际赛事中取得良好成绩；2005年5月组队参加美国RoboCup公开赛，获仿真组第3名；2005年12月在江苏省大学生物理创新科技作品竞赛中又取得了两个一等奖的好成绩。

2.科研项目研究和科学训练

依托课程组所在科研基地，引导学生尽早进入研究室参与科研项目研究，接受科研环境的熏陶与训练，据此，培养学生严谨细致的工作作风，并进而内化成自身的科学素质，为后续学习或工作奠定坚实的基础。

四、依托学科和品牌专业建设，教学科研互为促进，丰富能力培养内涵

机械设计制造及其自动化学科为江苏省重点学科，也是江苏省首批品牌专业建设点。为此，在课程建设时，着重依托师资队伍所在的科研基地，依托所承担的国家、部省及企业委托科研项目和工程应用项目，为教学提供样例和实践机会，也为学生提供接触工程实际及进一步深造的机会，使得学生在实践过程中能够对课堂知识有直观的认识，提高学生分析问题的能力和工程实现能力。

五、积极推进教学改革，完善推荐免试研究生的考核方法

教师队伍近五年来积极开展教改工作，如积极参与人才培养方案的修改、优秀课程及课程群的建设，积极承担江苏省品牌专业的建设，并结合长期的科研积累，自行研制测控实验装置，开发建设精品实验案例，将更多的工程实际问题引入教学实验，以启迪学生科学思维和创新意识，为学生设计能力和创新能力培养总目标服务。

与此同时，自2001年以来积极参与推荐免试研究生选拔机制的改革工作，课程组负责对候选学生的综合实践能力进行考核。学生根据要求自己设计实验方案，选用实验器材，搭接实验装置，测试相关数据，对结果进行整理、分析，写出实验报告，最后由专家组集体评分。这使得学生的综合运用知识解决具体问题的能力、创新能力和实践动手能力得到充分的展示，成为全面评价学生的一个重要方面，取得良好的效果，为人才选拔机制提供了一种可资借鉴的新模式。

六、创新并采用全新的教学模式

1.全方位立体化教学体系

在编写国家级纸质教材的同时，积极推动网络化教学工作，并承担了测试和控制两门课程的教育部新世纪网络课程建设任务。教学方式改变传统、单一的面授形式，实现“面授—网络教学—实验—工业现场/实验室见习—SRTP”等多方位立体化教学模式。课程内容上网始于2000年，通过课堂教学、实验、网络课程等多种教学形式，使学习过程变得生动活泼，同时也加深了学生的理解，利于学生自学和巩固。

机械工程测试与控制技术网络课程及课件网址为:http://ww.rccmfd.com。

2.全新的双语教学模式

自1999年始，本课程的部分内容开始实行双语教学的实践，这也是我校最早进行双语教学的课程之一。实践中，围绕教材选用、教学模式、考核方式等诸方面进行了有益的探索，取得了许多宝贵的经验。改原来的英语专业课为双语教学，提升了学生的学习兴趣和英语阅读能力。

总之，经过不断建设和总结，“机械工程测试与控制技术”课程逐步形成了自身的特色，教学的体系和教学的内容不断完善，取得了良好的理论教学和实践教学效果。主要体现在以下几个方面:

（1）积极推进教学改革，构建机械工程测控技术教学新体系

经过多年的教学实践与改革，在国内率先构建了机械工程测试与控制技术教学体系，并首次出版《机械工程测试与控制技术》讲义。

（2）建设了高质量的教材及与其配套的新世纪网络课程体系

主编的《测试技术》和《控制工程基础》教材，双双入选国家“十五”规划教材，《控制工程基础》2002年被遴选为国家百门精品课程教材。建设了教育部新世纪网络课程“机械工程控制基础”、“机械工程测试技术”，为学生提供了多种优质教学资源。

（3）依托学科建设，课内教学与课外科学训练研究相结合

教学科研并重、相互促进，在加强课堂理论教学的同时依托科研基地和项目，为教学提供样例和实践机会，实现“面授—网络教学—实验—现场参观—SRTP”等全方位立体化教学模式，指导学生参加省及全国大赛，多次获国际、国家级和省级大奖。