機械工程測試技術課程的案例式教學實踐

劉奇元+陳衛國+曾武軍

[摘 要]機械工程測試技術是一門面向應用、實踐性強的課程，其涉及范圍廣，知識面多。為在有限的課時范圍內讓學生掌握更多的知識點，案例式教學是一種比較好的教學方案。在案例式教學的實施過程中，應充分利用課前、課中和課后對案例的選擇、探究與評價來完成教學知識的傳授和學生能力的培養。近十年的課程教學和近兩年的案例式課程改革表明，課程的案例式教學有效提升了教學質量，鍛煉了學生的工程應用能力和科研分析能力，深受學生的歡迎。

[關鍵詞]機械工程；測試技術；案例式教學；課程改革

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0079-02

引言

機械工程測試技術是一門面向應用、具有很強實踐性的課程，是機械類專業本科生的主要技術課程。該課程涉及機械、傳感、電工電子、控制技術、物理、工程數學等多種知識[1][2]，具有多學科交叉的特性，涉及范圍廣，知識面多，理論知識抽象難以理解，實踐教學又由于實驗條件的限制難以接近工程實際。[3][4]隨著課程體制的改革與深化，增大課程知識點，壓縮學時數成為趨勢。如何在有限的課時范圍內讓學生掌握機械工程測試技術課程中更多的知識點，案例式教學是一種比較好的解決方案。

一、案例式教學的開展

案例式教學是指教師根據教學要求，設計相應的教學案例，組織學生針對案例內容，運用所學知識進行思考、分析和討論，從而提升學生分析問題、解決問題的能力。[5]案例式教學自古就有[6][7]，早在春秋戰國的時候，諸子百家在與弟子傳道過程中就經常使用民間故事闡述義理。古希臘著名思想家、哲學家蘇格拉底和柏拉圖師生間也時常利用一個又一個故事通過對話的方式來說事明理。目前，全球興起的案例教學法起源于19世紀七八十年代哈佛法學院蘭戴爾院長的倡導。[8]案例教學是將案例融入教學過程中，以案例為基礎，通過教師與學生的互動，達到教學的目的。

案例式教學在實施過程中，大致可分成課前案例的收集與選擇、課中案例的講解與探究和課后案例的分析與評價三個階段。

（一）課前案例的收集與選擇

案例式教學的核心在于教學的案例選擇。案例選擇合適，教學過程中學生的積極性就很高，教學效果就會事半功倍；案例選擇不當，教學任務就無法有效完成，學生學習的積極性也會大打折扣。當前機械工程測試技術課程中的教學案例多而雜，在目前教學課時量大幅壓縮的背景下，課堂上案例太多，學生應接不暇，積極性不高；教材中的教學案例包含的知識點比較單一，大部分案例僅牽涉教學中的一個知識點，無法與前后的知識點形成聯系，教學過程容易割裂整個知識鏈；教材中一些教學案例基于理論，脫離工程實際，脫離工程實際的案例會讓學生眼高手低，一旦遇到實際問題，他們難以有效地及時解決。機械工程測試技術課程中的案例應基于現有的教學課時量，結合學校現有實驗實踐環境，結合工程實際和科研項目，在有限的案例里盡量多地反映更加全面的知識點。

（二）課中案例的講解與探究

案例式教學對教師的要求很高，它不僅要求教師對教學案例有全面深入的理解，還要求教師在課堂中把控學生的情緒和積極性。教師在對教學案例講解的過程中，應注重理論知識的系統化，結合教材，考慮知識體系的前后連貫，理清案例的分析思路，引導學生參與到案例過程中，讓學生能自主地進行探究。針對具體的教學案例，應從理論到應用，讓學生掌握相應的理論知識。在機械工程測試技術課程中特別要注意信號處理的相關概念及理論，應用過程中需考慮現場傳感器的選擇和安裝、現場的噪聲等干擾消除，后續測信號處理電路的搭建。整個案例的講解與分析能讓學生有種身臨其境的狀態，可以調動學生的參與積極性，激發學生的興趣。作為教師，必須及時把控學生的學習進度，不能糾結于某個小問題，也不能讓學生在課堂中天馬行空，脫離教學核心內容。

（三）課后案例的分析與評價

案例式教學課后還需對教學案例以及教學過程中的學生表現進行全面剖析。教師應利用找各類學生談話、問卷調查、課后思考題等方式掌握教學案例的適用度，弄清理好的案例應如何更進一步地深入與拓展，課堂上無法進行的案例是由什么原因引起的，是案例吸引度不夠還是超出了學生可理解的范圍。從質與量兩個方面，從教師與學生兩個角度去分析案例選擇及開展的可行性及適用度，通過對教學案例的不斷分析、反思與總結，建構起科學充足的教學案例資源，不斷完善案例式教學方法。

二、案例式教學實例

機械工程測試技術課程教學案例不能太多太雜，應基于現有的教學課時量，結合現有的學校實驗實踐環境，結合工程實際，同時還可以結合科研項目，在有限的案例里盡量多地反映更加全面的知識點。機械工程測試技術課程的內容主要包含信號處理和傳感器兩大部分。信號處理偏于理論，傳感器側重于實踐，在案例的選擇與分析中應考慮信號處理和傳感器兩個方面的內容，理論與實踐相結合。

（一）案例一：機器人工作過程的分析與實現

課程教學的有效開展，離不開學校的實驗室資源。只有因地制宜，充分利用實驗室資源，才能使課程的效用達到最佳。筆者結合本學院現有的實驗室條件，選用機器人作為教學案例。目前，學院已建立了工業機器人實驗室、機器人工作室。在工業機器人實驗室中，可以利用焊接、搬運工業機器人，讓學生掌握工業機器人的工作原理，特別是工業機器人的關節位姿、速度加速度、工件位置的檢測及后續的信號處理與控制。在機器人工作室中，利用“創意之星”機器人套件，學生可以搭建各類創意機器人，可以學會紅外線傳感器、灰度傳感器、霍爾傳感器、圖像、聲音等各類傳感器的實際應用，并利用機器人擂臺賽等賽事，擯棄書本的枯燥，體驗創新的樂趣，這樣既掌握了知識又鍛煉了能力。

在該案例的教學中，應先基于教材，讓學生了解一些特定傳感器如霍爾傳感器、紅外傳感器的工作原理與工程應用，了解位置、速度、力等參數的測試方法，讓學生掌握電橋、調制等基本的信號處理方法。基于現有的實驗室條件，可以利用焊接、搬運工業機器人，讓學生掌握工業機器人的工作原理，通過編程讓學生了解工業機器人的運作方式；可以利用“創意之星”等機器人套件，讓學生搭建各類富有創造力的機器人，體驗創新的樂趣，并利用各類機器人賽事，如機器人創意賽、機器人擂臺賽、大學生機器人賽等，在比賽中學習成長。

（二）案例二：零件加工表面質量的在線測試

科學研究是對未知領域的探究。在條件許可的情況下，可以在課程教學中將科研項目作為部分教學案例，讓學生了解一些科研知識，掌握一些科研方法，這能為其進一步深造及探知未來打下基礎。如某國家重大科技專項中的子課題，就要求對零件加工表面質量進行在線測試，這也是需要解決的工廠實際問題。隨著機械加工自動化程度的提高，很多零件由抽檢改為必檢，這對零件加工表面的在線測量提出了越來越高的要求。

針對這個案例，筆者提出一系列問題給學生思考及討論：測試的方案應如何設定？應選擇什么類型的傳感器進行測試？傳感器測試的原理是什么？使用該類傳感器時應注意什么？測試的后續電路怎么接？如何排除測試干擾？利用這些問題一步一步引導學生進行科研項目的開展及實際工程問題的具體解決。該案例側重項目開展，目的是讓學生接觸工程實際，接近科技前沿，將教材內容延伸，讓學生結合最新技術，創新性地開展項目研究。

三、結束語

在機械制造業信息化和創新型人才培養中，機械工程測試技術課程起著極為重要的作用。隨著課程教學的改革，教學課時量的壓縮成為一種趨勢。案例式教學是在課時量壓縮的前提下依然可以保證教學內容和教學效果的一種有效的教學方法。經過近十年的機械工程測試技術課程教學實踐和近兩年的案例式課程改革，通過各種案例的積累和優化，筆者充分感覺到課堂氣氛活躍了，學生的學習興趣提高了。學生普遍反映，通過機械工程測試技術課程的案例式教學，他們不僅掌握了課本知識，而且工程應用能力和科研分析能力也得到了鍛煉。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 石磊.案例教學法在《機械工程測試技術》的應用[J].機電技術，2011（5）：147-148.

[2] 徐琳，李伯全.“機械工程測試技術”課程教學改革的研究與現狀[J].中國電力教育，2014（29）：49-50.

[3] 郝鴻雁，劉葉華.工程案例導入在機械工程測試技術教學中的應用[J].大學教育，2014（3）：102-103.

[4] 張鳳生，王海峰，孫忠義，等.機械工程測試技術課程教學改革與實踐[J].教學研究，2012（1）：92-94.

[5] 文成，周傳德.機械工程測試技術“案例和實驗并舉”教學模式探索[J].中國現代教育裝備，2013（1）：61-63.

[6] 劉建新，盧厚清.案例教學法的起源、特點與應用研究[J]. 南京工程學院學報（社會科學版），2011（1）：60-64.

[7] 吳高臣，劉爽.實踐導向：案例教學法研究[J].黑龍江高教研究，2011（12）：178-181.

[8] 萬猛，李曉輝.問解案例教學法[J].中國大學教學，2014（3）：73-79.

[責任編輯：陳 明]