基于理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的測試技術(shù)教學(xué)模式研究

吳靜靜，尤麗華

（江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

為實(shí)現(xiàn)高等教育培養(yǎng)具有創(chuàng)新和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才的目標(biāo)，學(xué)者們對其進(jìn)行了深入的研究并提出了相關(guān)教學(xué)思想。近年來，由美國著名心理學(xué)家杜威創(chuàng)立的“問題教學(xué)法”演變而來的“研究性教學(xué)模式”成為國內(nèi)外的教育人士推崇的教學(xué)方法［1］。研究性教學(xué)模式旨在通過項(xiàng)目研究過程培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與研究工作，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。此外，2010年提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（即卓越計(jì)劃）旨在培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才［2］。研究性教學(xué)模式和卓越計(jì)劃從某種程度上引導(dǎo)教學(xué)模式向“重項(xiàng)目實(shí)踐”的方向發(fā)展。然而在教學(xué)實(shí)踐的過程中，也出現(xiàn)了部分理解有偏差的情況，例如，過于強(qiáng)調(diào)“以項(xiàng)目案例為主線”，導(dǎo)致學(xué)生輕視理論學(xué)習(xí)，甚至“知難而退”，對于大學(xué)生的發(fā)散思維和抽象邏輯思維能力的培養(yǎng)是不利的。

測試技術(shù)是面向機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)的本科生開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，課程涉及內(nèi)容廣，理論性和工程應(yīng)用性均很強(qiáng)。本文在《測試技術(shù)》的教學(xué)過程中主張采用“理論教學(xué)”和“工程實(shí)踐”相結(jié)合的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重，引導(dǎo)學(xué)生重視理論學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生理論學(xué)習(xí)的興趣，確保學(xué)生在充分理解理論知識(shí)的同時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐，幫助學(xué)生建立扎實(shí)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，在工程實(shí)踐中舉一反三。

1 淺析研究型教學(xué)

研究性教學(xué)模式和卓越計(jì)劃從本質(zhì)上來說都是在實(shí)踐“研究型教學(xué)”的教育思想。“研究型教學(xué)”強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，在研究學(xué)習(xí)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握知識(shí)，創(chuàng)造性的應(yīng)用知識(shí)，提高學(xué)習(xí)，創(chuàng)造和實(shí)踐能力。理論知識(shí)具有抽象性和高度概括性，一旦學(xué)生真正理解就很容易在實(shí)踐中對其泛化，即具備舉一反三解決實(shí)際工程項(xiàng)目的能力。從某種意義上說，“研究型教學(xué)”是為了更好地讓學(xué)生在工程實(shí)踐中掌握抽象的概念和知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力，為真正培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用和理論研究的能力打下基礎(chǔ)。因此，“研究型教學(xué)”主旨應(yīng)該是理論與實(shí)踐相結(jié)合，兩者相互促進(jìn)，相輔相成。

2 理論與工程實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式

下面以《測試技術(shù)》課程的教學(xué)實(shí)踐為例說明理論和工程實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式的具體措施。

2.1 重視理論教學(xué)，建立深厚的知識(shí)結(jié)構(gòu)

教育心理學(xué)家加涅提出的學(xué)習(xí)的八個(gè)階段的第一個(gè)階段就是動(dòng)機(jī)階段，指教師關(guān)注誘因動(dòng)機(jī)幫助學(xué)生形成積極的學(xué)習(xí)期望或動(dòng)機(jī)以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)［3］。“好的開始是成功的一半”，因此在教學(xué)實(shí)踐中幫助學(xué)生建立良好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)至關(guān)重要。《測試技術(shù)》課程中信號(hào)處理與分析，測試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，以及傳感器原理等基礎(chǔ)理論知識(shí)抽象，晦澀難懂，學(xué)生極易產(chǎn)生畏難情緒。鑒于此，在學(xué)生接觸這些知識(shí)內(nèi)容時(shí)，教師應(yīng)能指出重點(diǎn)明確要求引導(dǎo)學(xué)生重視理論學(xué)習(xí)，還要使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)理論的工程應(yīng)用背景，從而深化知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高理論學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。例如，在學(xué)習(xí)信號(hào)相關(guān)分析時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)3個(gè)環(huán)節(jié)：（1）明確重點(diǎn)，要求學(xué)生重點(diǎn)掌握信號(hào)相關(guān)數(shù)學(xué)模型，相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)等理論知識(shí)；（2）明確所處知識(shí)結(jié)構(gòu)的位置，與傅里葉變換處理確定性信號(hào)不同，信號(hào)相關(guān)分析技術(shù)是隨機(jī)信號(hào)分析的有力工具；（3）體現(xiàn)工程應(yīng)用，如信號(hào)相關(guān)在機(jī)械加工表面粗糙度的測量，地下輸油管道破損處的探測等工程應(yīng)用，但均依據(jù)相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)。通過這3個(gè)環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)相關(guān)分析的重要性，從而引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生積極的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

2.2 合理設(shè)計(jì)理論教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心

《測試技術(shù)》的理論知識(shí)點(diǎn)覆蓋了較多的抽象的基本概念和數(shù)學(xué)函數(shù)，如信號(hào)分析和測試系統(tǒng)性能等章節(jié)中的傅里葉級(jí)數(shù)和系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)等知識(shí)點(diǎn)。對于高度抽象的教學(xué)內(nèi)容，引入物理模型和演繹推理示范教學(xué)均有助于學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解式學(xué)習(xí)和掌握。

（1）引入物理模型。教師在講授時(shí)可以盡量引入知識(shí)點(diǎn)的物理模型，使問題形象化。例如圖1給出了信號(hào)相關(guān)分析的物理模型示意圖，分析了當(dāng)輸出信號(hào)混合了干擾信號(hào)時(shí)，如何在僅能觀測輸出信號(hào)的情況下檢測出實(shí)際的輸入信號(hào)，或者如何判斷輸入與輸出的依賴關(guān)系。教師指出相關(guān)分析理論可以用來解決這兩個(gè)問題，進(jìn)而強(qiáng)調(diào)相關(guān)分析的實(shí)質(zhì)是研究兩個(gè)信號(hào)的相似性的一種理論。物理模型的引入能夠幫助學(xué)生直觀了解理論的實(shí)質(zhì)，具備一定的先備知識(shí)，避免理解困難產(chǎn)生畏懼或放棄的心理。

圖1 相關(guān)分析的物理模型示意圖

（2）理論演繹的示范教學(xué)。教學(xué)過程中，對于一些數(shù)學(xué)函數(shù)和結(jié)論，教師往往因?yàn)檎n時(shí)少而略去講授。然而，在理論教學(xué)中，對于難點(diǎn)內(nèi)容，教師如能靈活運(yùn)用教學(xué)方法，設(shè)計(jì)理論推導(dǎo)的示范教學(xué)環(huán)節(jié)，并在演繹推導(dǎo)過程中設(shè)置一定的問題引導(dǎo)學(xué)生思考和解答，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和邏輯思維能力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。例如，在相關(guān)分析的教學(xué)過程中，筆者設(shè)計(jì)了圖2并示范了相關(guān)函數(shù)的詳細(xì)推導(dǎo)過程，指出相關(guān)函數(shù)是時(shí)移變量τ的函數(shù)，使學(xué)生更容易理解相關(guān)函數(shù)的內(nèi)涵和性質(zhì)。

圖2 相關(guān)函數(shù)原理示意圖

2.3 充分開展案例教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深化理解，舉一反三

理論學(xué)習(xí)能夠使學(xué)生感知和理解知識(shí)，而只有更加深刻的理解，才能對知識(shí)進(jìn)行有效記憶，轉(zhuǎn)移和應(yīng)用。為了培養(yǎng)學(xué)生深刻性思維和創(chuàng)造性，案例教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要的教學(xué)措施。案例教學(xué)法能夠?qū)⒊橄蟮睦碚撟優(yōu)橹庇^的具體載體的實(shí)現(xiàn)。從中學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到理論在實(shí)際應(yīng)用中的各種變式，有利于學(xué)生主動(dòng)總結(jié)規(guī)律和對比更好地掌握理論知識(shí)。如，在相關(guān)分析的學(xué)習(xí)中，可以引入鋼帶運(yùn)動(dòng)速度的非接觸測量（圖3）和汽車振源分析（圖4）兩個(gè)案例。由案例1，學(xué)生可以直觀總結(jié)相關(guān)分析應(yīng)用的關(guān)鍵在于構(gòu)建相關(guān)函數(shù)曲線，而相關(guān)函數(shù)形成的必要條件包含了延時(shí)器和相關(guān)器。由相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)可以得出相關(guān)曲線的峰值點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)移量即為鋼帶上通過已知距離的兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)非接觸測量。與此類似，案例2是相關(guān)函數(shù)性質(zhì)應(yīng)用的另一個(gè)實(shí)例。案例的對比教學(xué)能夠使學(xué)生深化理解，培養(yǎng)舉一反三的創(chuàng)造性應(yīng)用知識(shí)的能力。

圖3 相關(guān)分析案例1

圖4 相關(guān)分析案例2

此外，綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)能夠培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力［4］，例如機(jī)床齒輪箱故障分析，旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承故障分析等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置可以按照課程內(nèi)容設(shè)置層次化的教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地理解基本概念［5］。

2.4 組織項(xiàng)目實(shí)踐課題，自學(xué)和課堂學(xué)習(xí)相結(jié)合

課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)是有限的，創(chuàng)造應(yīng)用能力的培養(yǎng)還需借助項(xiàng)目實(shí)踐課題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將學(xué)習(xí)延伸至課堂以外。教師可以設(shè)計(jì)一些難易適中的實(shí)踐項(xiàng)目供學(xué)生分組練習(xí)，例如基于LabVIEW的信號(hào)發(fā)生器的編制，基于LabVIEW的傅里葉變換虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測力傳感器設(shè)計(jì)等課題。在項(xiàng)目課題進(jìn)行的過程中，教師需要定期了解學(xué)生進(jìn)展情況并及時(shí)反饋意見，促進(jìn)學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)形成技能，提高學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和解決問題的能力。

3 結(jié)束語

針對研究型教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀中出現(xiàn)的“重實(shí)踐輕理論”，提出“理論教學(xué)和工程實(shí)踐并重”的教學(xué)模式。該教學(xué)模式重視理論教學(xué)，通過引入物理模型，靈活運(yùn)用教學(xué)法如對比法、提問法等示范抽象知識(shí)點(diǎn)的推理過程，幫助學(xué)生理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)信心；同時(shí)，合理設(shè)計(jì)案例，實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用小課題引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中進(jìn)一步深化理解理論知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性的應(yīng)用知識(shí)。《測試技術(shù)》課程教學(xué)實(shí)踐表明，基于理論和工程實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式能夠較好地促進(jìn)學(xué)生建立良好的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)習(xí)信心和興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的抽象思維能力和動(dòng)手能力。

［1］ 葉明，陸永華.基于理論與項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合的測試技術(shù)研究性教學(xué)模式實(shí)踐與思考［J］.教育教學(xué)論壇，2013（11）：218－219.

［2］ 陳翔，鞠小林.卓越計(jì)劃驅(qū)動(dòng)下的軟件測試技術(shù)課程教學(xué)改革［J］.計(jì)算機(jī)教育，2013（13）：14－17.

［3］ 譚頂良.高等教育心理學(xué)［M］.南京：河海大學(xué)出版社，2006.

［4］ 文成，周傳德.機(jī)械工程測試技術(shù)“案例和實(shí)驗(yàn)并舉”教學(xué)模式探索［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2009（1）：61－63.

［5］ 劉吉軒，張小棟，陳花玲.測試技術(shù)層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（1）：125－128.