随着我国航空航天事业的发展, 对航空宇航方面的人才培养提出了更高的要求, 不仅需要学生具有扎实的基础理论知识, 并且还必须具备较强的实验知识和动手能力。同时伴随着当代航空航天科学技术的发展, 与之密切相关的现代测试技术近几十年来也得到了迅速的发展, 新的测试技术、测试手段、测试方法层出不穷, 而且应用也越来越广泛。因此, 现代测试技术教学的内容、方法、手段等也必须做出相应的调整与改革, 以满足现代教育发展的需要。
1 调整教学内容, 体现完整性和先进型
近几十年来, 随着光学、电子技术、计算机技术的迅猛发展, 测试技术发生了深刻的变革。比较有代表性的就是激光技术在测量方面的应用, 例如, 激光多普勒、激光诱导荧光, 激光全息, 激光干涉等等, 由于其本身属于非接触式测量, 与传统接触式测试方法相比, 具有限制更少, 效率更高等优点;同时, 迅速发展的计算机技术能够迅速处理和存储由光学测量获得的大量实验数据, 使我们可以通过光学方法进行瞬态和空间测量, 从而能够提供非常高的测量精度和灵敏度, 使我们能够对其中的各种物理过程有更深入的了解。因此, 激光测试技术在各种科学研究和生产实践中的应用越来越广泛[1]。
航空宇航相关专业的《现代测试技术》课程, 是一门重要的专业基础课, 对培养学生航空宇航专业学生的试验能力, 动手能力和提高学生综合素质有着重要的作用。但是现在所用的《现代测试技术》的教学大纲是1997年制定的, 指定的教学参考书是20世纪80年代出版的, 其中有一部分内容已经明显过时, 而对于目前航空航天中发挥越来越重要作用的先进测量技术在教学中所涉及的很少或没有涉及。因此, 教学内容急需调整和补充。
结合当前航空航天测试技术的发展, 我们近年来逐步对教学内容进行了调整和补充, 调整时遵循的原则有:
(1) 注重加强基础性, 每种测试技术方法都有经典的物理和数学原理, 只有掌握了这些知识, 才能更好地理解和运用这些测试技术, 所以我们在调整时依然重视测试技术相关的基础知识和经典理论的内容, 同时注意与其它基础课和专业课知识的衔接[2]。
(2) 注重先进型, 删除部分陈旧过时的、当前已经较少遇到的内容, 补充增加反映当前测试技术水平的新内容, 例如, 激光多普勒技术等光学测试技术。
(3) 注重与专业的结合, 对航空宇航专业来讲, 特殊条件下的温度和速度等参数测量十分重要, 而过去的教材中只有常规测量方法, 所以, 我们逐步补充了与专业结合紧密的等离子体温度、速度等参数测量的探针法和光谱测量技术等。
(4) 注重体系的系统性和完整性, 过去的教学内容显得分散、杂乱, 由于课时的限制, 我们也不可能罗列更多的教学内容, 所以我们近年来调整既注意课程知识体系的系统性, 又要突出主题, 强调共性, 科学分类, 避免重复, 从而使教学内容有较好的结构和层次[3]。
通过这些调整收到了良好的效果, 新知识和新内容的增加, 使学生开阔了视野, 了解到当今测试技术发展的动态, 大大增加了学生学习的兴趣;同时由于教学内容注重了专业知识与实践的结合, 使学生学习的主动性大大增加, 为教学工作的顺利开展奠定了良好的基础。
2 丰富教学手段, 探索教研互动的教学方法
在过去的教学过程中, 通常是以单纯的课堂讲课为主, 学生被动接受, 留给学生的发展空间不够, 教学效果难以保证。本课程由于是为高年级学生开设, 学生在随后的毕业设计、攻读研究生、工作岗位中, 都很有可能遇到与测试技术密切相关的实验或者从事相关测试技术的工作。因此, 课程本身不应仅是单纯的知识性课程, 应该具有较强的综合性, 能够培养和提高学生的动手和设计能力, 所以迫切需要我们更新教学观念, 在理论教学和实践环节上探索新的方法, 调动学生学习的积极性。
2.1 教研结合的研究式教学方式[4]
对于火箭发动机研制过程, 测试技术和试验是紧密结合的。在以前的飞行器动力工程 (航天) 《现代测试技术基础》课程中, 很少或基本不讲述火箭发动机试验方面的内容, 这样就使测试内容本身变得脱节, 没有针对性。
针对以上问题, 我们根据本专业现有的科研试验台, 讲解实验系统以及测试技术在试验中的具体应用。结合塞式喷管实验台、气动激光实验台和电推进实验台的具体应用, 讲解了实验系统的设计和组成, 详细介绍了发动机试验的测量参数和测量方法, 使学生能够将理论知识与实践紧密的结合, 对测试技术的应用有更深的理解。
2.2 设计测试技术应用专题探讨课
针对新增加的教学内容, 设计几个测试专题, 由学生参与。例如, 等离子体的探针测量方法与数据处理;激光多普勒在火箭发动机尾焰测试中的应用;激光全息测量技术在现代生活中的应用;电弧加热发动机诊断技术等专题。由学生自己组成专题小组, 自己查资料, 学习实验设计方法, 并进行专题研讨。
2.3 增加动手环节
目前的课时减少、教学试验台短缺, 使测试课动手实践环节面临不利局面。如何解决这个问题, 提高学生的实践能力, 成为一个难点。
我们结合目前的科研试验所测量的实际参数, 通过测试理论和方法的讲解, 请学生完成测量参数的测量方案, 包括传感器的选取、测试系统的设计、采集软件的编制以及采集硬件的处理等, 将其方案讨论并实际应用到试验测试当中, 并针对所遇到的相关问题进行讲解和分析。
2.4 发挥多媒体在教学中的应用
测试课程是一门实践性很强的专业课, 针对目前课时减少和学生人数增加, 实验教学设备不完善的情况, 制作了大量多媒体课件, 增加投影、动画、实验视频等方式在教学中的使用, 大大增加了有限课时内的信息量, 将发动机测试和实验过程更直观的展示给学生。
综上所述, 本项目重点一方面是调整、扩充课程的教学内容, 删掉过时的内容, 新增现在常用的或先进的测试技术、如适用等离子参数测量的各种探针技术、激光测速技术、光谱测温技术等;另一方面, 进行教学方式的改革, 对于每个教学环节设立研讨专题, 让学生看文献、参与设计实验, 并汇报讨论。同时开展教学手段的改革, 增加多媒体技术在教学中的应用, 使教学内容生动形象, 改善了教学效果。
3 加强实践环节, 提高学生的综合素质
3.1 参观实验室
为了激发学生的学习兴趣, 我们安排学生参观相关的实验室, 了解各个不同的实验室与项目在实际测量工作中所采取的方法及各自的侧重点, 例如, 结合塞式喷管实验台、气动激光实验台和电推进实验台的具体应用, 讲解了实验系统的设计和组成, 详细介绍了发动机试验的测量参数和测量方法, 包括推力、流量、压力、温度、真空度等, 对相同参数的不同的测量方法进行了比较和分析, 使学生能够将理论知识与实践紧密的结合, 对测试技术的应用有更深的理解, 开阔了学生在测试技术方面的视野。
3.2 参加实验室建设
随着学科建设的不断发展, 学校在实验室建设方面投入很大, 新建了教学实验系统, 并购置了大量新型测试仪器和设备, 其为教学与实验室建设相结合提供了有力保障。
我们将火箭发动机测试技术的教学重点与“211”和“985”对电推进实验室建设的投入结合, 通过各个实验分系统的建设, 对照讲解测试内容, 具有非常强的针对性。例如, 对照真空系统的建设, 讲解真空度的测量;对照微小流量的测量, 讲解不同流量的测量方法和适用性;对照温度的测量, 讲解传统的热电偶测量、探针测量与非接触光学测量的应用等。部分学生参与了实验室的建设。
3.3 参加大学生科技制作大赛
现代测试技术的掌握需要实践环节贯穿教学的全过程。为了增加实践环节和学生的实际动手能力, 针对“冯如杯”和大学生科研训练计划, 在课堂上采用课堂讨论制定测试方案和实际制作参加竞赛的教学方法, 开展了针对火箭发动机测试的本科生课外科技活动, 主要成果包括完成“冯如杯”和大学生科研训练计划各2项, 其中一项获得“冯如杯”二等奖。
通过增加以上实践教学方式, 让学生在解决实际问题的实践中得到了锻炼, 提高了发现问题、分析问题和解决问题的能力。同时, 老师也在实践教学中通过正确把握方向, 恰当时机给以适当指导, 增加了学生有更多尝试的欲望, 开阔了学生的眼界, 启迪了学生的创新意识。
摘要：本文总结了近年来我们在航空宇航专业现代测试技术教学中, 对教学内容、方法、手段改革等进行的一些初步探索, 通过补充新测试技术内容, 使课程教学内容能够与时俱进而不落伍, 并且通过教学与实验室建设相结合, 鼓励学生参加科研实验、“冯如杯”和大学生科研训练计划等科技活动, 掌握并完成了测试技术和方法的实际应用, 大大提高了学生学习的主动性, 在培养学生的实践能力和提高学生的综合素质等方面收到了良好的效果。
关键词：现代测试技术,教学方法改革,设计性实验
参考文献
[1] 张丽, 李江全, 吴大勇, 等.现代测试技术课程教学改革的探索与实践[J].高等农业教育, 2001, 7:65～66.
[2] 孙晓华, 白洁, 刘君华, 等.加强设计性实验, 改革现代测试技术课程实验[J].电气电子教学学报, 2002, 24[1]:57～59.
[3] 杨淑珍.现代测试技术教学应注重学生综合分析能力的培养[J].实验技术与管理, 1994, 11:48～49.
[4] 赵洪.研究性教学与大学教学方法改革[J].高等教育研究, 2006, 27[2]:71～75.