測試技術課程內容的教學改革

郝曉曦+楊敏

[摘 要]測試技術是機械工程及自動化專業(yè)及相關專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。分析機械工程專業(yè)測試技術課程教學中存在的問題，結合五邑大學地方性院校的特點，改革測試技術課程，加大學生對常用傳感器的了解和應用，學生對傳感器輸出的信號如何進行預調有了清晰的認識，對復雜難懂的信號處理知識已不陌生。大部分學生能夠合理利用信號處理知識對采集到的信號進行各種算法處理，課程學習的興趣也得到提高。

[關鍵詞]測試技術；教學改革；教學內容

[中圖分類號] G423 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）06-0123-03

測試技術是機械工程及自動化專業(yè)及相關專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。該課程理論性和實踐性都很強，并具有很強的技術性，是本科生后繼課程和研究生課程的基礎，在專業(yè)課程體系中占有重要地位。

一、測試技術現狀

從課程內容方面看，測試技術將很多新技術和新知識融為一體，既有廣度又有深度，其特點主要有以下幾點：1.多學科滲透，涉及數學、物理學、力學、電子學、材料學、計算機科學、信號處理等多方面知識，課程所講授內容相對來說比較分散；2.計算過程復雜，如信號的分析處理與系統的響應特性等內容，理論性強，計算相對復雜，公式推導多，概念難理解；3.實踐性強，各種傳感器、測試儀器的熟悉、測試方法的掌握、測試系統的組建和使用等僅靠傳統的理論課堂教學難以達到預期的效果，因此需要實驗教學作為輔助；4.總學時有限，新內容越來越多，而課程的理論學時僅有40學時，這對于在教學中不斷增加與測試技術相關的新內容是遠遠不夠的。基于課程的以上特點，為適應新形勢下的教學要求，必須確保教學質量，充分調動學生的學習積極性、提高學生的工程意識、培養(yǎng)學生的實際動手能力。

從教學方面看，現在的測試技術教學存在以下問題。1.內容比較陳舊。教材還沿用5年前自主編制的教材，與工程實踐結合不夠密切。比如在講傳感技術這一章節(jié)時，只是單一從傳感器的原理、測試電路等內容進行了介紹，對目前同類傳感器的發(fā)展狀況、工程應用程度等介紹相對較少。這使得學生無法對最新的傳感器技術和工程應用情況有全面的認識和了解。同時，由于課時的局限性，授課教師無法將最新的測試系統知識點及時擴充到教學中，教學內容不能得到及時更新。2.教學方法主要是以課堂教學為主，學生被動接受。學生由于之前的基礎知識掌握不牢，因此常會感到理論知識枯燥難懂，課程學習的積極性不夠高。3.目前，實驗教學過程主要是以演示實驗和驗證性實驗為主，即在做實驗之前，教師將所需完成的實驗從實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗內容以及實驗步驟、數據處理方法等都做了詳盡的交代，甚至提供了方案、電路原理圖、數據表格乃至數據處理程序等，學生只要按固定步驟操作即可。這種傳統的教學模式雖然能使得學生較快地掌握教材和實驗內容，但卻影響了學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，激發(fā)不了學生求知的欲望，失去了“實驗”真正的意義，只剩下機械模仿性的“操作”。

從上不難看出，學生在學習測試技術這門課時往往是按部就班，無法靈活應用專業(yè)知識解決實際工程問題，更無法在此基礎上創(chuàng)新。為了改變測試技術這門課程的學習現況，本次教學改革采用基于問題的學習（PBL）的教學模式，從教學內容設計和方法、實驗教學內容和方法等方面進行探索和嘗試，希望借此教學改革提升教學團隊的業(yè)務能力。

測試技術課程內容的最大特點就是綜合性強、涉及內容廣泛、信息容量大、技術性強、技術更新快。五邑大學機電工程學院自2013年起已經開展關于測試技術課程的教學改革。從教學目標、課內教學內容和課外教學內容等三個方面做了大的調整。

二、教學目標的制訂

考慮到五邑大學測試技術授課的對象主要是機電工程及其自動化專業(yè)的本科學生，他們學習測試技術主要是用于工程應用。因此，教學目標設立為如下幾方面：1.建立動態(tài)測試的工程思想；2.掌握常用的工程測試方法和技術；3.掌握工程中常用的信號處理方法。

在實際工程中，所需要被測量的信號往往都是隨時間變化而變化的動態(tài)信號，或者說，工程中所需要的有用信息往往都是通過分析動態(tài)信號獲得的。例如，在檢測摩托車舒適性的測試過程中，路面給摩托車車身的激勵反應為駕駛位置的振動情況，路面越崎嶇不平，駕駛位置的顛簸越嚴重，振動情況越明顯，舒適性越差。這一過程，車身的振動情況是隨著路面的起伏情況連續(xù)發(fā)生變化的，因此，測得的振動信號也是連續(xù)發(fā)生變化的。如果在這一過程中，只依靠簡單的靜態(tài)測量是無法獲取所需要信息的。在以往的教學過程中，我們對動態(tài)測試強調得不夠，而在實際工程中，很多都涉及動態(tài)測試。因此，自2013年之后，我們在整個課程的教學和實驗中貫穿動態(tài)測試的概念，進而建立學生的動態(tài)工程思想。

在建立學生的動態(tài)工程思想的基礎之上，我們同時通過工程實例總結出測試的一般過程，通過測試的一般過程將每一個環(huán)節(jié)、步驟中所涉及的信息獲取技術（傳感技術）、信號預處理方法、時域頻域分析方法、信號處理方法等有機融合，使學生能夠對工程測試的基本概念、方法、技術等有一個完整的認識和了解。同時，對目前工程上應用最廣泛的儀器設備、測試方法等有一個系統掌握。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，利用計算機對測試結果進行信息處理已成為工程測試中必不可少的環(huán)節(jié)。在以往的教學中，我們往往忽略了有關利用計算機進行信息處理的部分，僅對相關的概念進行介紹。然而，從實際應用出發(fā)，目前的測試已經離不開信息處理技術了。因此，我們將教學目標進行調整，將工程中常用的信號處理方法也作為教學目標之一，通過對常用信息處理方式的學習，使學生掌握Labview等常用虛擬儀器及信息處理方法。

三、教學內容的調整

測試過程一般包含被測信號的拾取、轉換、放大、傳輸、處理、分析等環(huán)節(jié)，有時為了能夠從被測對象提取所需要的信息，需要采用適當的方式對被測對象進行激勵，使其特征信息能夠表現出來，以便于信號的檢測。因此，一個測試系統應該具有如下功能：將被測對象置于預定狀態(tài)下，并對被測對象所輸出的特征信息進行拾取、轉換、放大、分析處理、顯示記錄等。在此基礎上所建立的測試系統一般包含如下幾個環(huán)節(jié)：試驗裝置、傳感器、信號調理電路、信號分析處理裝置和顯示記錄等，具體如圖1所示。

由該過程可將教學內容進行如下安排，具體如表1所示。

調整后的教學內容與之前的教學內容相比，具有以下特點。

首先，章節(jié)之間聯系更加緊密，更突出了測試過程中各個環(huán)節(jié)中所應用到的相關技術之間的聯系和關系。這主要是由于章節(jié)的安排是按照一般工程測試的流程以及主要環(huán)節(jié)來編制的，這樣就使得原本繁雜、分散的內容有機地結合在一起，每一章節(jié)之間都有明確的關聯性，有助于學生建立整體、系統的知識框架結構，能幫助學生盡快入門，提高學生對該門課的興趣和學習的主動性和積極性。

其次，每一個有關技術的理論講解，都有對應的實際工程應用，能提高學生的學習興趣。在每一章內容中，都相應的增加了具體的工程實例，這些例子都是有實際的工程背景，來自教師科研或研究方向。通過具體的工程實例，學生可以很好地了解和理解工程中測試的作用、測試的基本方法、原理以及操作過程，建立學生的“工程思想”，提高學生利用工程思想分析問題解決問題的能力。工程實例的增加有助于學生建立更加形象的認知，擺脫枯燥的理論教授，提高學生對課程的興趣，也為理論與實踐相結合提供了良好的平臺。

再次，增加了信號處理的內容。在以往的測試技術授課過程中，重點在傳感器的使用以及后續(xù)硬件電路原理的介紹。此次改革，增加了信號處理的內容，除了講授常見信號處理電路和方法（如電橋、信號的調制與解調、濾波、信號分析等），還增加了許多工程常用的信號分析和處理的軟硬件方法，例如程控增益放大器、多路復用、數字濾波、同源信號時差檢測、Hilbert變換與調幅解調、時頻域數據處理方法等。這些軟硬件方法在實際工程中比較常用，目的是讓學生對常用技術有一定的了解，避免出現“學到的和工作后用到的不一致”的現狀。

最后，增加了工程測試的典型應用。這一部分是將機械工程中常用的被測量及其測量方法、信號處理方法等加以總結，鞏固之前所有章節(jié)所學內容，提供學生主動思考、分析和綜合應用的理論知識的能力。

四、結論

測試技術課程經過為期兩年的改革，目前已經取得一定的成效。學生加大了對常用傳感器的了解，對傳感器輸出的信號如何進行預調也有了清晰的認識。同時，學生對于復雜難懂的信號處理知識已經不在有陌生或排斥的情緒，有一部分學生能夠合理利用信號處理知識對采集到的信號進行各種算法處理，這極大地提高了學生們對課程學習的興趣。可以說這兩年的測試技術課程改革是成功的，但是在實驗方面的改革仍有待加強。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 劉在倫，王東偉，侯祎華，等. 《機械工程測試技術》教學改革探討[J] .大學教育，2015（7）：108.

[2] 王清. 《機械工程測試技術》教學改革探討[J]. 科技信息，2008（17）：500.

[3] 張佐營.機械工程測試技術基礎課程的教學改革與實踐[J]. 中國電力教育，2014（29）：51-52.

[責任編輯：陳 明]