机械专业开设信号与系统课程教学研究与探讨.doc
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1、机械专业开设信号与系统课程教学研究与探讨 摘 要:学科间交叉是现代社会人才需求方向。针对机械类学生开设信号与系统课程,是为了培养从事机械设备状态、机器故障诊断技术、振动信号检测等领域的专门人才。分析传统教学中存在的问题,针对机械专业学生从教学改革思想、调整教学内容,优化教学手段、创新教学方法4个方面进行了教学改革与实践。 信号与系统是电子通信类、自动化类、机械类等专业的一门基础课程。主要内容是研究在时域和频域下的时间函数x(t)及离散序列x(n)的各种表达方式、相互转换关系以及系统特性的各种描述方式,并且研究激励信号经过系统所产生的响应特性1-3。它是以高等数学、电路分析等领域转入数字信号与传
2、输处理、语音图像处理、系统分析、故障诊断等专业领域的一门关键基础课程,起着承上启下的作用4。我校基于此,为机械专业学生开设了信号与系统课程。随着工业化机器流水线的发展,机械设备的结构越来越复杂,产品线机械结构的精度要求高、故障率低、高速运转、抗恶劣环境能力强等需求,使得近年来,监测机械设备状态、机器故障诊断技术、振动信号检测等领域受到关注,为了避免机械事故发生和人员伤亡,机械专业开设信号与系统这门课程十分必要。它可以形成以一整套机械设备状态为对象,研究其机械系统激励响应关系的一门既有信号理论基础,又有工程实际应用的交叉学科。 信号与系统用在机械领域的方法一般是分析机械设备结构、采集数字信号数据
3、、预处理、信号分析,并检查信号随机性,选择正确的信号分析处理方法。以机械系统状态监测与故障诊断技术为例,主要包括信号监测、征兆提取和诊断3个步骤。信号处理是中间步骤,起到对提取系统信号的预处理、变化、提取故障征兆的作用。所以信号处理技术与机械系统故障诊断关系密切,其课程中的相关理论和成果方法能直接为生产服务,是现代机械生产流水线不可或缺的一个重要环节。并且与机器故障诊断的相关研究也会丰富和完善对信号与系统理论本身的发展和应用5。 针对现实情况和形势的需求,我校对机械专业学生开设了信号与系统课程,通过学习,使机械专业学生从理论和实验的角度,掌握机械系统状态监测的一般处理方法和科学原理,为今后在机
4、械相关领域的应用打下良好的基础。但是我校原有的信号与系统课程偏于自动化和电气专业学生,侧重于传统原始电路分析知识领域,教学内容、手段和实验环节较为成熟。为了适应新的教学任务并提高交叉学科教学质量和效果,需要对原有信号与系统课程的教学进行改革并深入研究5。如何将现有的信号处理相关知识点应用到机械结构领域、与机械设备状态进行交叉教学是我们教学改革和研究的重点内容。 1 信号与系统课程教学改革思路 以前的信号与系统教学主要有4个问题:(1)理论教学与实验教学的界限不明显,现有实验完全依附于理论教学,缺乏将理论知识应用于工程领域的延伸和拓展。(2)课内多而复杂的计算公式推导耗费了学生大量精力,缺乏利用
5、Matlab,Maple等科学计算器进行科学计算的方法。(3)缺乏学科及专业间的交叉,课程中案例多以电路系统为例,而应用于机械、生物、人文等其他领域的信息处理技术和方案很少。(4)实验手段缺乏培养学生自主创新、提出问题、分析问题、解决科学问题的相关实验设计。 针对以上问题,为了更好地解决学科间交叉、专业领域转换的矛盾,并进一步提高交叉学科教学质量和效果,我们在教学内容、教学方法、教学手段等方面提出以下4个方面的教学改革,并在实际教学中不断修正与改进。 (1)将理论教学与实验教学结合起来。课堂上传授理论知识,从“深度”上培养学生的学习能力;课下拓宽学生实验动手能力和实践工程应用能力,从“宽度”上
6、加强学生解决实际工程问题的综合素质,实现原理方法和实践应用的有机结合。施教过程中应该特别注意实验教学不是完全依附于理论教学,而是将理论知识应用于工程领域,使学生充分体会到实际操作过程中使用的基本原理,碰到问题时,如何解决,为什么要这样解决。侧重培养学生发现问题、解决问题的能力,使之具备一定的科研能力。 (2)课堂上要简化并淡化多而复杂的数学公式推导。作为机械专业与电类专业交叉学科的基础课程,应该将重点授课内容放在知识点的原理和结果上,重点提升学生应用课内知识解决实际问题的综合素质。在计算能力和考试解题技巧方面,应侧重学生的计算方法,淡化繁杂的数学公式推导,教授其利用Matlab和Maple等科
7、学计算器进行科学计算的方法,突出计算的变量所代表的物理意义和工程概念。 (3)加强学科间交叉的渗透与融合。这是改革的一个重点方向,在教学上除了体现传统的以电路为基础的学科应用外,还应以我院机械学科为依托,以学生专业培养计划为背景,打破学科间的实验环节和内容趋同性弊端,增加机械类信号检测专题讲解,信号检测在机械故障诊断方面的应用,引进国内外相关内容的科研成果和教学实例,及时更新本学科前沿知识与最新技术进展。 (4)实验改革方面,改革创新综合实验内容,强调设计性和工程性实验。我校已全部采用Matlab仿真软件对课程内容进行了相应实验设计。后续改革方向将是培养学生将课内知识应用于机械领域的信息处理实
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