先进的精密仪器及测试技术,而是强调将课程中涉及的基本测量理论、方法和技术用于生产线的设计和优化。通过这一环节,使学生能全面掌握整门课程的知识结构,贯穿整个课程周期,并将理论联系实际,切实提高学生的实践操作能力。
综上所述,可以建立测试技术基础课程实验教学新体系,如图3所示。
结合专业课程和生活应用,进行启发式教学 强调专业特色,设计综合性实例。
1)以包装运输为例,演示如何加强测试技术基础与其他专业课的联系。两门课程之间的四个契合点如图4所示。
在讲系统动态特性分析时,可以以易损零件的运输包装为例展开。根据系统分析思路,首先将物理系统抽象为数学模型,然后分析并求解,最终还原為实际问题。易损零件被抽象为具有集中质量和一定弹性的悬臂梁,质量用ms表示;产品主体被抽象为悬臂梁的固定端支座,质量为m。以此可以得到产品的力学模型,如图5所示的单自由度支座激励系统,C和K分别为易损零件的阻力系数和弹性系数。当振动环境为简谐振动时,产品对振动环境的响应被视为易损零件系统的激励,如式(1)所示:
其中em和ω分别为振动环境的振幅和角频率。易损零件的稳态解为:
其中rm、ω和φ分别为易损零件的振幅、角频率和相对于产品主体的相位差。
由式(1)和(2)可以看出,易损零件的稳态强迫振动亦属于简介振动,且振动频率与振动环境相同。对r(t)和e(t)分别求二阶导数,可以得到易损零件和振动环境的加速度峰值。令二者相除,则推导出包装件的传递率T(ω):
根据T(ω)的表达式,可以画出包装件的幅频传递特性,并以此推导出产品有无包装时、有无衬垫时及经历多次共振时的振动情况,供实际包装过程参考。通过这个例子,可以解释如何从系统的角度对一个包装件的等效物理模型进行分析,并提取其中的关键参数,同时复习了信号的时域和频域分析方法[6]。
讲解LabVIEW软件时,针对缓冲包装材料进行震动测试的需求,给学生演示基于LabVIEW的振动控制分析虚拟仪器,让学生了解其在专业中的应用。首先由计算机控制单元提供一定幅值和频率的激励信号,经控制器和D/A转换后,经过放大器与电动振动台连接。被测包装件内侧的加速度传感器可以获取振动信号,并经过信号放大、滤波和A/D转换等步骤传送至计算机进行分析,可以据此绘制出时域信号及频域信号的变化曲线,并提取包装件振动过程中的功率谱密度PSD、加速度均方根(Gravity root mean square,简称Grms)及振动时间等参数[7]。通过对系统的分析,学生可以了解LabVIEW在专业中的实际应用情况以及包装工业中系统分析和设计的基本思路。
2)学以致用,添加生活元素,提高学生的学习兴趣。爱因斯坦说过:“我自己并没有特别的天赋,只有强烈的好奇心。”兴趣是最好的老师,提高学生的学习积极性,需要授课教师认真研究授课方案,充分利用丰富的网络资源,通过国内外的公开课和相关论坛,补充课堂和课本知识。在这个过程中可以添加与生活息息相关的例子。如讲到信号的频率分量和滤波时,可以通过音乐播放器中的均衡器向学生进行解释,让学生观察均衡器中各频率点的设置对音质的影响。
再者,讲解信号的幅度调制解调时,可以以常见的收音机为例提出问题:广播信号是如何产生和传送的?为何要将低频信号搭载在高频信号上?若多个电台同时发送信号,如何处理?傅里叶变换在这个过程中起了什么作用?接收方如何恢复出原始声音信号?以此为例,讲解信号的基本概念和调制解调,不仅可以联系前面讲到的傅里叶变换及其性质,而且将抽象的原理和概念具体化,起到事半功倍的效果。
对于测试技术基础在实际包装生产车间及生产线中的应用,以德国SICK传感器为例[8],该系列传感器对于医药、食品、饮料、化妆品、药品及家居用品行业的包装要求、设备和工艺均进行了详细分析,为一次包装和二次包装提供了很好的自动化解决方案。图6为化妆品灌装时传感器的应用实例。软管是包装乳液状液体的最佳选择,因为它牢固并且实用。在灌装和封装流程中需要大量使用传感器,如图6(a)所示的色标传感器KT3可以检测软管上的色标,以保证软管正确封尾,使焊缝和字样整齐划一。图6(b)所示的代码扫描器ICR850通过检查二维码,以确定软管是否在正确的生产线上灌装了正确的产品。
改革考试方式,实现多样化考核 考试是教学中最普遍采用的考核手段,对于高等院校,很多课程对学生所学知识的评价仍以期末卷面考试为主,导致学生为应付考试而对理论知识死记硬背,不能灵活运用,出现理论和实际应用脱节的现象。为了增加学生动手能力的培养,强调实践的重要性,并对新增的课程设计进行评估,在该门课程中采取多样化考核方式[9]:期末考试和平时成绩占60%,实验成绩占20%,课程设计占20%。
对于期末考试,仍保留理论分析为主的特点,增加综合性分析类题目,提高学生综合运用知识的能力。
实验考核则采用小组制,每组3~5名学生,共同完成一项抽取到的实验项目。对于传感器类项目,则在平时实验项目的基础上进行适当修改,具体要求内容为分析实验原理、总结实验步骤、测量数据整理和分析、图表和电路图的绘制、对遇到问题的思考及实验报告的书写;对于MATLAB实验,则给出一个具体的信号,让学生进行编程实现信号的变换、分析及特征提取,要求程序和结果准确,并提供信号的分析过程;对于LabVIEW实验,要求学生根据自己所学专业课,绘制符合专业特点的虚拟仪器和人机交互界面,如包装件冲击分析系统、包装生产线称重检测系统、压力试验机[10]、食品包装喷码视觉检测系统[11]等。
课程设计考核标准包括包装生产线设计的合理性、可行性及系统性,设定功能是否完全满足,是否具有简洁易操作的特点等。除此之外,还对学生的写作能力提出一定要求,如格式是否规范,逻辑是否清楚,结构是否合理,用词是否准确等。通过这一环节,切实提高学生的综合设计能力及论文写作能力。
4 结语
包装工程专业开设测试技术基础课程,为学生建立系统思维、了解现代包装生产技术及完善专业知识体系提供了重要途径,同时为后续专业课程的学习奠定良好基础。在课程教學实践中,教师需要紧扣专业特色及就业要求,对课程体系构建、教学内容、教学方法和考核方式进行改革,以增强学生的学习积极性和学习效果,促进专业理论和实际应用的结合,加强学生工程实践创新能力的培养。通过对上述方法的具体实践,学生普遍反映对该门课程的兴趣有了一定提升,并且对知识掌握得更深入、准确。
参考文献
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[6]舒祖菊,王宝霞,袁艳,等.“双创型”人才培养模式下“运输包装”课程体系的构建与实践[J].河北农业大学学报:农林教育版,2017,19(2):68-71.
[7]陈志强,陈振强.解析运输包装随机振动试验[J].印刷技术,2010(22):46-47.
[8]德国西克传感器.包装行业的有效解决方案[EB/OL].[2015-10-27].https://wenku.baidu.com/view/7e7bdb0751e79b89680226ae.html.
[9]王静.基于知识、能力、素质协调发展的高校课程考核方式研究[J].学理论,2011(11):298-299.
[10]陈超,唐善华.基于LabVIEW压力试验机测试系统的设计与实现[J].包装工程,2008,29(8):91-93.
[11]杨慧斌,闫娟.基于LabVIEW的食品包装喷码视觉检测方法[J].食品与机械,2016,32(4):123-126.