測試技術與信號處理的課程教學改革

顏志剛 劉婷婷

摘要：測試技術與信號處理是一門實踐性較強的綜合性課程，理論部分難以理解。長期以來，同學們反映課程深奧難懂，導致了學習積極性銳減。為了提高該門課程的教學質量，提出了課程體系、內容、環節、模式等方面進行的改革措施。

關鍵詞：測試技術與信號處理;激發式教學;項目引導

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0122-02

《測試技術與信號處理》課程是我校機械類專業本科生的基礎必修課，一般在大三上學期開設。課程知識面較廣，是融合了信號及其信號分析、傳感器技術、模擬電路技術、數字信號處理技術等內容的一門綜合性課程。課程首先討論常用信號以及信號變換處理基本方法，測試系統的特性，常用傳感器及其信號模擬電路設計、數字信號處理以及常用物理量的測試方法。它涵蓋了諸多學科，尤其是在第二章的常見信號處理方法中，涉及了傅里葉變換、小波分析等抽象內容。為了加深對理論部分的理解，必須通過大量的實驗來驗證，因此對實踐環節要求較高。針對上述難點，本文首先分析以往教學模式下的缺陷，之后對我們進行的教學模式改革進行匯總。

一、以往教學方法的不足

1.基礎知識環節薄弱。測試技術與信號處理課程內容涉及面很廣，是一門綜合型課程。包括信號與系統、檢測技術，微機原理等眾多技術，是一門多學科交叉的課程。例如在第二章測試信號的基本特性的時候，要對時域信號進行傅里葉變換、微積分等運算，尤其是在講解傅里葉的基本特性的時候，使用了眾多的積分變換的知識。這些都是以前所學的高等數學中的知識，而這部分內容學生一般在大一就學過了，隔了一年多的時間，部分內容學生都忘了，因而進展較慢。在上課的時候，教師還得帶領學生復習以前的相關知識，造成整體教學進度緩慢，學生學起來也比較吃力。

2.教學方法單一。以往的教學過程中，一般都是教師占據主導地位，學生跟著教師的思路一步一步學習理解。這種“填鴨式”教學方法雖然有利于教師有效的把握教學進度和學生的掌握能力，結果是會造成學生被動得死記硬背，理解了表象，但是難以深入的舉一反三，完全抹殺了學生的積極性和創新性。這對后續的內容也造成了教學內容的脫節，難以貫穿整個知識體系。比如在講解隨機信號這一節的相關函數應用中，對于相關函數的有關運算，深奧、難以理解，而且涉及到以往高數的概率論與數理統計的內容，很多學生學得不是很好。大多數學生在計算的過程中，只能按照書本上的基本公式求解，計算過程復雜煩瑣。

3.實驗力度不夠。測試技術與信號處理課程由于涵蓋的內容非常廣，對實驗的要求比較高，涉及到信號處理、模擬信號調理等相關知識，而且實驗難度也比較大。在實驗教學中，主要存在兩個問題：一是由于實驗難度大，現有實驗儀器設備又不足，因此難以完成較為復雜的實驗。然而如果簡化實驗，則又達不到預期的實驗效果，使得學生在學習理論課的過程中無法與實踐相結合，與實際問題相脫節，覺得該課程深奧難懂，枯燥無味。二是實驗教學中一般要求學生按照實驗指導書步驟操作，學生只能根據實驗一步一步的進行，無法擴寬相關知識，從點到線的理解;無法全面理解相關知識的內在聯系，從而不能提高學生的積極性和主觀性。

二、深化教學改革

1.教學內容的增加。通常情況下，教學進程是教師以課程教學大綱為基礎，逐步深入地講解各個章節內容。比如講到第五章“常用傳感器”這一章節，按照大綱要求主要講解電阻應變式、電感式、電容式、壓電式、光電式、熱電式等傳統的物性型傳感器的基本原理、特性、信號調理電路及實際應用。這些傳感器都是傳統的教學內容，多少年都沒有變化，已經相當成熟。隨著現代科技的發展，越來越多的傳統傳感器已無法滿足現代化機電裝備要求，很多綜合性能傳感器、智能型以及小型化傳感器成為了傳感器今后的發展趨勢。特別是基于多學科內容的生物傳感器以及納米型、微小型傳感器等都在原有的傳統傳感器基礎上有了很大的提升，應用范圍更廣。我們在原有的教學大綱基礎上適當增加這些新技術、新知識，使學生能夠及時了解當前傳感器的發展方向，以提高他們的學習積極性。我們在本課程教學過程中增加了智能型傳感器、網絡型傳感器的相關知識，這類傳感器尤其在計算機測控領域應用廣泛，它可以直接將物理量轉化為數字信號，便于就地顯示和數據遠傳。

2.激發式教學模式的推進。測試技術與信號處理是機械類本科學生的一門綜合性的課程，主要是培養學生掌握信號與系統、常用傳感器、信號調理技術、機械工程測試技術的專業性基礎課程，具有很強的實用性和應用性。目前，很多學生出于就業壓力，往往側重于“短平快”的技能練習，上課不能很好地集中注意力，積極性逐漸減弱。我們在教學過程中適當搜集周邊相關企業實際遇到的難題，以這些問題入手，逐步講解解決這些問題的思路、原理和方法，這樣極大的激發了學生的學習興趣，達到了良好的效果。

3.以精品課程建設為重點，整體優化、突出課程的實用性。在課程教學改革中，首先應該是以教學大綱的基本要求為準則，重點是以基礎性和知識、能力、素質協調發展、綜合提高為原則。課程綜合體系的建設主要以基礎課和教學平臺建設為重點，逐步帶動專業課建設。目前已經取得了一定的成效，測試技術與信號處理已分別建成校級和省級精品課程。

在課程建設工作中，課程責任人應按照精品課的標準，制定切實可行的課程建設規劃，課題組成員通過定期檢查、評估、課程研討等措施，以加強課程建設工作。課程建設注重教學內容的改革，結合班級同學對知識點實際掌握能力的基礎和本領域發展水平及趨勢的基礎上，制定改革的總體方向。對于每一章節內容，則要求在充分理解課程內容的前、后相關課程的基礎上，及時進行課程內容的調整與優化，把教改成果和學科當前最新發展技術添加到教學內容中。

4.以科研項目為基礎來提高學生的實踐能力。提出“以工程案例和生產實踐為主線的測試技術課程教學模式”，利用良好的試驗教學平臺，開放實驗室、科技創新實踐平臺，針對教學知識點，結合工程題目設計實驗案例，讓學生自己設計和集成測試系統，重點培養創造意識，增強工程分析和實際應用能力。在課堂講授過程中，結合實際工程案例，利用教師承擔過的科研項目以及積累的實際應用案例，從案例中提取出適當難度的子問題，作為一個小的子項目來讓學生實際進行設計，使學生能夠更加深入地感受到測試技術的基本原理價值，避免枯燥無味的書本理論分析，提高了學生的學習積極性。從問題的提出，方案的制訂，到傳感器的選型、模擬信號調理電路的設計、濾波等一系列環節，均由學生以小組為單元參與設計，每個組的設計方案均有所不同。最終學生都能很好的完成設計，指導教師再逐一對設計方案進行點評，學生也很有成就感，達到了很好的學習效果。

在理論課和實驗課程之外，我們還根據相關題材，組建課題小組，所有學生、只要對該課程感興趣的都可以參加。經過與學院溝通，利用現有的實驗室及儀器，開展科研項目課題。大多數項目均與應用緊密結合，提倡解決實際問題。在實際項目難題的解決中，學生一方面加深了對機械工程測試技術書本理論知識的理解，另一方面培養了學生濃厚的學習興趣，形成了良好的學習習慣。在這幾年的全國大學生電子設計大賽以及校級和省級的機械設計大賽中，本院學生均取得了較好的成績，很多同學還在核心期刊上發表多篇科技論文以及專利。

5.建設了《測試技術與信號處理》精品課程網站。在精品課程的建設中，我們非常重視現代網絡技術在教學中的運用，重點制作了網絡課程和多媒體課件，進行了《測試技術與信號處理》教學網站的設計建設。該網站適用于高等工科院校機械類專業及相關專業的課程的教師備課授課、學生網上學習互動使用。通過網站的建設，可以將重點內容、圖、動畫、虛擬儀器、仿真測試、網上答疑與互動等素材有機地結合。對于書本中難以理解的理論和原理性知識以動畫、視頻等展現，便于學生理解。但是在教學過程中，重點內容還是要結合板書進行深入的講訴，使學生愿意主動參與，更好的掌握課程的理解。尤其是網站內的答疑互動環節，也使很多疑難問題，可以方便的給同學們解答。另外，根據同學們所提出的問題，也可以幫助教師把握同學們掌握的程度。對于共性的疑難點，在上課的過程中再次詳細講述，同學們便能更加深入的理解。

三、結語

《測試技術與信號處理》課程教學方法的探討，使我們深刻地認識到原有教學方法存在的諸多不足之處。只有通過一系列的教學改革，才能激發學生的學習興趣，提高教學質量。這些方法同時還用在了其他的相關課程中，也取得了很好的效果。在教改過程中，我們認識到現有的教學方法還可以進行更深入的完善，可以做得更好，還需要不斷努力并認真總結。今后，我們主要在教學團隊整體水平的提高、深化教學內容和教學方法、完善教材建設、進一步加強網絡課程建設方面努力，相信一定能取得更好的效果。

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