“機械工程測試技術基礎”課程教學改革探討

蔣永華 李榮強 焦衛東 張忠華 溫建明

摘要：“機械工程測試技術基礎”是“機械設計制造及其自動化”專業一門重要的專業基礎課，在人才培養中起著非常重要的作用。課程內容涉及多學科知識，理論內容抽象繁多，教學難度較大。為了提高該門課程的教學質量，課程組針對新形勢下該課程的特點，發揮課程組的團隊優勢，對該課程的教學方法、教學內容、實驗教學、考核體系等方面的改革做了有益的探討。

關鍵詞：機械工程測試技術；教學質量；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）38-0084-02

“機械工程測試技術基礎”課程是機械類本科專業的一門專業基礎課，課程涉及力學、電子學、材料學、機械工程和計算機科學等多學科知識，具有廣博的理論性和豐富的實踐性[1]。在機械類本科課程體系中起到承上啟下的作用，對于培養學生的理論學習能力、實際動手能力、知識運用能力以及創新能力具有重要作用[2]。課程內容抽象繁多，實踐環節要求高，內容多而學時少，故出現了“教師難教，學生難學”的問題。為了適應教學改革需要，提高課程教學質量，探討該課程的教學方法等十分必要[3]。因此，為了提高該門課程的教學質量，從教學方法、教學內容、實驗教學、評價體系等方面做了有益的探討，提出了教學改革措施，以期提高課堂教學質量，滿足人才培養需要。

一、教學方法改革

1.啟發式教學，加強師生溝通。在教學中必須充分調動學生的積極性，激發其學習熱情，才會主動積極地去學習[4]。因此，采用啟發式的教學模式，通過提問與討論來加強師生溝通，激發學習興趣。例如，講授電容傳感器時，先回顧電容構造及計算公式，然后提問：影響電容的因素有哪些？被測物理量如何作用在這些因素上使電容改變？在明確電容的三個影響因素后，即極板正對面積、極板間的介電常數、極板間距，學生自然明白被測物理量可通過改變這三個因素使得電容改變。進一步提問：在工業現場可用其測哪些量？學生立刻會想到距離。繼續引導：距離如何作用在影響因素上使得電容改變？學生自然會想到通過改變極板間距。此時，進一步引導距離與哪些物理量有關，進而啟發學生思考，電容傳感器還能測其他什么量。通過這樣逐步引導，學生會明白其還可測厚度、應變、聲壓、液位高度等，以及測速度、加速度、角位移、交加速度等。在此教學過程中，學生能深刻理解所學理論知識，且會覺得很有成就感。

2.工程案例教學，培養工程意識和能力。案例教學已成為教學方法改革的重要內容之一，將其引入到課程教學中，能夠讓學生正確建立起工程測試與應用的整體概念，引導學生應用所學知識解決工程實際問題，從而培養工程意識和工程能力。因此，教師需要提煉出典型的工程教學案例。在案例篩選與提煉上，應緊扣課程教學大綱，可從幾個方面來篩選：（1）從科研項目中提煉；（2）從企業生產和研發中收集；（3）從指導學生科研項目中篩選。例如，以筆者指導學生的國家創新訓練項目“基于LabVIEW的電機轉速遠程測控系統研制”為工程案例。可系統介紹轉速傳感器的基本原理及應用場合，同時講解如何進行數據采集及基于LabVIEW的系統設計。讓學生總結出可用于轉速測量的傳感器，并思考如何用于轉速測量，適用于什么工作場合等。同時比較分析，各有什么優缺點，工作原理有何區別，通過讓學生不斷思考來培養其工程思維能力。

3.根據課程內容協調多種教學手段。內容既有理論知識又有實際測試，為保證教學效果，要協調好多媒體教學與板書教學的關系，對于不同的章節應采取不同的授課方式[4]。理論性較強的內容，宜采用板書為主的教學手段，比如頻譜分析等。應用性較強的內容，比如傳感器，宜采用多媒體為主的教學手段，配合圖片、視頻、動畫演示等手段輔助教學。既可減少課時，又能增加信息量，還便于理解和記憶。此外，利用虛擬信號分析系統進行仿真演示，如信號產生與合成、波形特征、頻譜分析、濾波、相關分析等，加深對知識的理解。

4.建立課程教學網站，搭建在線交流平臺。建立課程教學網站，將多媒體課件、虛擬信號分析系統、微課視頻等各類教學資源及時上傳，利于學生復習和自學。同時，搭建一個問答反饋與在線交流平臺，方便學生與老師之間交流。學生遇到問題時能及時答疑，使師生間的溝通不再受時間與地點限制，利于學生更好地掌握此門課程。

二、教學內容改革

1.建立“工程案例、虛擬儀器和實驗教學為主線”教學模式。在教學方法上，建立“工程案例、虛擬儀器和實驗為主線”的教學模式；在教學內容上，篩選與提煉出緊扣教學大綱的工程案例來開闊學生學術眼界，促使被動學習變為主動學習；在教學手段上，則用多媒體動畫結合虛擬系統進行仿真演示，將抽象的理論形象化，給枯燥的內容以活力。把學生應用能力、實踐能力、創新能力的培養融合到教學中。

2.跟蹤技術發展進行教材建設。目前，大多教材更新速度緩慢，與技術發展現狀嚴重脫節，教學內容遠遠落后于社會生產的需求[4]。因此，在教材內容安排上，根據教學大綱，重組教材內容，打破現有教材按章節劃分的結構，將內容進行重新組合和調整。在內容設置上，重視基礎素質與實踐能力培養，突出實訓實踐環節，引入工程案例，增加實用性。

3.合理組織教學內容。課程內容繁多，必須根據教學內容之間的聯系合理組織教學內容。精簡課程內容，有的放矢，掌握概念，注重應用，降低理論學習難度，減少公式推導，突出測試理論與技術的應用[4]。補充新的知識，不講或簡單提及其他課程已重點講述內容，如傳遞函數等。在完成教學目標前提下，盡可能降低學習難度，激發學習興趣。

三、實驗教學改革

1.精心設計實驗內容，注重能力培養。精心設計實驗內容，分為3個層次，即：基本實驗、綜合實驗、創新實驗。其中，基本實驗注重培養對基本概念與知識的理解，培養測試基本技能；綜合實驗注重培養綜合運用測試技術分析與解決問題能力；創新實驗注重培養開展測試技術方面研發與應用[5]。基礎實驗包括：信號分析與處理、測量裝置基本特性仿真、常用傳感器及性能標定、動態信號調理、虛擬儀器實驗等；綜合實驗包括：機械設備等對象的振動、噪聲、速度、位移、加速度、力等常見物理量的綜合測試與分析；創新實驗主要是結合科研項目或工程問題開展，針對機械設備等對象開展研究性、創新性的開發工作，包括動態性能測試與分析、新的測試技術和方法應用、測試實驗裝置研制、虛擬儀器系統開發等。

2.建立學生為主的應用型實驗模式。由于受傳統實驗教學模式及實驗條件等影響，目前，很多高校的實驗教學中仍是以教師為主、學生為輔的模式。學生按部就班地做實驗，最后卻不清楚基本原理，而且不知道為什么要這么做。因此，必須建立以學生為主的應用型實驗模式。在實驗前一周下達實驗任務書，明確給出實驗目的和要求、可提供的實驗設備等。學生則根據任務書完成實驗原理、實驗步驟、實驗設計、儀器連線等工作。實驗由學生獨立完成，教師只需強調注意事項并適時加以指導。這種實驗模式下，學生是主體，教師只起到引導作用，能夠充分發揮學生主觀能動性，利于培養學生能力。

3.建立科研興趣小組提高實踐動手能力。除課堂與實驗之外，建立科研項目學習興趣小組。根據科研項目（如國家級創新訓練項目，浙江省新苗人才計劃）來設置難度相對較大的題目，讓各興趣小組積極參與。由于科研項目需要解決實際問題，因此任務本身就具有挑戰性，這就要求學生必須親自探索、研究，依靠所學知識去分析和解決問題，更加容易激發學生的興趣和內在學習動機。在做課題的過程中，加深了學生對測試理論與技術的領悟，培養了濃厚的學習興趣，養成了良好的項目習慣。因此，興趣小組的建立與科研項目的實施，對于學生了解和體驗科學研究的過程與方法，明白測試理論與技術和實際工程應用之間的關系非常有幫助，可切實提高學生的應用能力、動手能力和創新能力。

四、改革課程考核體系

建立新的課程考核與評價體系，采用多種學業評價內容來構成課程成績。內容包括：課堂考勤、平時作業、課堂討論、課程實踐（大作業、實驗和論文）、期末試卷等。其中，期末成績占50%，平時成績占50%（課堂考勤10%、平時作業10%、課堂討論表現10%、實驗報告20%）。通過改革，使平時表現、課程實踐（實驗實踐）、期末考試三者進行了有機結合，摒棄了以往考核體系只重視期末成績而忽視課程學習過程的傳統模式，優化了課程評價體系。

五、結語

為提高課程教學質量，從教學方法、教學內容、實驗教學和考核體系等方面做了有益探討。教學實踐表明，合理設置和組織教學內容，改革教學模式和方法，精心設計實驗教學內容，建立新的評價與考核體系，可以切實提升課程教學質量，有助于培養學生運用測試理論與技能來分析與解決問題的能力，并且培養創新意識和能力，達到培養創新型高素質應用人才的目的。

參考文獻：

[1]化春鍵，尤麗華，周一屆.測試技術類課程的教學改革與創新研究[J].江南大學學報：教育科學版，2008，28（1）：69-71.

[2]曾國英，趙登峰.測試技術課程教學改革探討[J].科技創新導報，2013，（26）：135-136.

[3]李敏通，朱兆龍，查崢.“機械工程測試技術”教學方法研究探討[J].教育教學論壇，2012，（4）：189-190.

[4]張雙雙，楊洪濤，劉齊更.淺析“機械工程測試技術”課程之教學改革[J].科技信息，2013，（23）：182-183.

[5]劉吉軒，張小棟，陳花玲.測試技術層次化實驗教學改革與時間[J].實驗室研究與探索，2013，32（1）：125-128.