新工科背景下應用型本科院校測試技術基礎課程教學改革探討

韋慧玲

（佛山科學技術學院機電工程與自動化學院，廣東 佛山 528000）

在智能制造大背景下，為了應對新一輪的產業升級，教育部于2017年在復旦大學召開的高等工程教育發展戰略研討會上提出了我國高等工程教育的新工科發展規劃綱要［1］。新工科將高等院校細分為了工科優勢高校、地方院校以及綜合性高校。同年，在北京召開的“新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議”［2］上指出，地方院校要與區域經濟發展對接，促進地方產業轉型升級。2018年，教育部發布了首批新工科研究與實踐項目。

盡管新工科建設對地方應用型本科院校的工科人才提出了新的要求，但是地方高校現有的工科人才培養體系還是存在一定的問題［3-4］。尤其是跟地方產業經濟轉型升級發展的匹配度不高、適應性不強，面向地方區域經濟的融入性不強。應用型本科院校沒有根據地方產業發展的趨勢、特征及其人才需求去調整教學活動，優化專業人才培養計劃，導致人才培養計劃與產業發展、人才需求等脫離［5］。在新工科建設背景下，地方高校應當緊跟地方產業發展，主動適應地方產業轉型升級，促進傳統工科專業優化升級，對接地方經濟發展需求，為地方培養高質量的綜合性技術人才，服務地方經濟建設。

《測試技術基礎》是機械制造及其自動化專業以及相關理工科專業的一門重要專業基礎課程，是后續學習其他專業課程的基礎，是新工科背景下機器人、人工智能等新專業的核心課程，也是急需進行教學改革探討的課程。該門課程理論性和實踐性都很強，不僅有比較多的基礎概念，同時還需要進行大量的理論計算，需要學生具有很好的高等數學和大學物理等基礎知識。目前，應用型本科院校的《測試技術基礎》課程設置普遍重理論輕實踐，實踐課時安排較少，學生反映對一些需要通過實踐加深理解的知識點掌握不到位，學生學習困難，教學效果不理想。為此，本文針對新工科背景下人才培養的要求，探討《測試技術基礎》的教學方式方法改革，為地方應用型本科院校《測試技術基礎》教學提供參考，為新工科人才培養提供思路。

一、《測試技術基礎》課程現狀分析

《測試技術基礎》主要包括信號的分類及頻譜分析、測試系統的基本特性、常用傳感器、信號變換及調理、隨機信號相關和功率譜分析、記錄及顯示儀、機械振動測試與分析、現代測試技術等內容。根據日常教學觀察和學生反饋，學生在學習該門課程時遇到不少問題。下面分幾個方面進行具體闡述。

一是教學內容設置不合理的問題。從教學內容總體上看，各個章節聯系不夠緊密，缺乏承上啟下的邏輯關系，給學生一種雜亂分散的感覺。同時，課程內容側重于原理性介紹，理論性很強，涉及大量的知識點，學生學習起來困難重重。比如學習信號的分類及頻譜分析這一部分，大量的概念和知識點，又缺乏實際的應用產品介紹，使得學生對知識點缺乏感性認識，學習理論知識后不知如何應用，學生學習熱情不高。對于測試系統的基本特性部分，學生反映該部分內容概念繁多、公式推導冗長、拉普拉斯變換難以理解、應用計算煩瑣等，由于還沒有上實踐課和課堂虛擬仿真演示，學生對測試系統的靜態特性和動態特性沒有感性的認知。常用傳感器這部分內容包括電阻、電容、電感、電磁、光電、新材料等多學科交叉知識。該部分內容主要是介紹傳感器結構、工作原理以及應用。雖然學起來比較容易，學生也能明白各種傳感器的測量原理和應用領域，但是由于實踐課的限制，學生還沒有具備應用傳感器解決實際問題的能力［6］。信號處理分析主要包括信號分類、頻譜分析、信號變換及調理、隨機信號相關、信號記錄和顯示等內容［7］，這部分內容包含大量的基礎概念和數學公式、圖像、電路電子等，學生學習起來普遍比較困難。而對于機械振動測試與分析、現代測試技術這兩部分內容，由于缺乏實踐環節，學生難以真正理解現代測試系統的結構及其優越性。以上這些理論知識目前的教學模式都是以教師講授為主，過程太空泛，學生學習的主動性和積極性都不高。

二是實踐與理論相脫離。在新工科背景下社會對工科人才的需求，《測試技術基礎》這門課程培養的人才應該是掌握過硬的理論專業知識以及熟練的實際操作技能。然而，目前的課程設置中主要以驗證性實驗為主，設計性和綜合性實驗教學環節比較薄弱，學生只是按照實驗步驟要求去復現實驗，卻沒有掌握實驗的原理及其實際生產應用，無法培養學生的自主創新創造思維。同時，理論課和實踐課安排不合理。目前的狀況是先上完34學時的理論課再上6學時的實踐課，導致理論和實踐完全脫離，學生無法理論聯系實際鞏固知識。而美國的大學是每周安排一次理論課和一次實踐課。其次，理論授課和實踐環節授課不是同一位老師，這就導致了實踐環節的老師無法了解學生理論知識的掌握程度，而理論課程的老師也無法了解學生的實操技能訓練效果，直接導致學生、老師、課程三者無法構成閉環反饋系統，難以發現教學過程中存在的問題，無法根據教學過程中出現的問題調整教學內容和教學方式方法，更加無法精確掌握每個學生的學習情況。最后，地方本科院校由于資金缺乏、場地有限、實驗室不規范、測試技術教具不足等原因，嚴重壓縮了實踐課時。

三是課時安排不合理。《測試技術基礎》是一門理論+實踐的課程，總課時要充足同時理論課時與實操課時要平衡。當前的課時安排是34理論課時加6課時實驗課時。而美國的大學將《測試技術基礎》定位為實驗課程，通過實踐環節提高學生的綜合能力，課時安排上是每周一次2小時的理論教學和3小時的實踐環節［8］。同時，目前測試技術發展迅速，新知識新方法新儀器不斷涌現，需要學習的新內容越來越多，課時和教學內容嚴重不匹配的問題就會凸顯出來，急需解決。

另外，還存在其他一些問題，比如目前測試技術教材種類比較多，選擇內容多且深的教材對于地方本科院校學生來講學習起來難度比較大，容易打擊學生的學習熱情。應該根據地方本科院校的學生水平選擇合適教材，才能讓學生學習起來不吃力。

二、《測試技術基礎》教學改革措施

針對以上出現教學內容設置不合理、重理論輕實踐、課時安排不合理等問題，本文提出以下幾點改革措施，旨在提高《測試技術基礎》教學效果，提高學生學習質量。

針對教學內容深淺不一，學生難以理解的問題。思維導圖式案例教學結合線上慕課、精品課程等線上優質教學資源，通過線下線上相結合的教學模式應該會激發學生學習興趣，鍛煉學習自主學習能力，提高教學質量。首先，通過一個案例授課，以解決實際問題為導向，按照逆推思維，把一個完整的測試系統的工作結構組成、基本概念、工作原理、常用傳感器、信號分析、圖像顯示等大框架內容傳輸給學生，然后再用思維導圖引導學生把更細的內容不斷擴充進來，把知識點擴散，形成一棵主干清晰、層次分明、枝葉繁茂的知識樹。這樣學生就不會覺得知識點繁多雜亂，而是理解了知識點之間的邏輯層次關系，更好掌握理解。同時，引導學生課后觀看慕課、精品課程等線上優質教學資源，及時對知識點進行查缺補漏，通過線上實驗課程演示讓學生感性認識信號的變化。同時，從實際應用角度出發，給學生介紹一些新興的測試手段，比如無損檢測技術、光電非接觸式檢測技術等，讓學生在掌握傳統測試技術知識的基礎上進一步掌握更先進的測試技術原理及方法。

針對重理論輕實踐的問題，提出增設《測試技術基礎》課堂虛擬仿真演示、實操調試等課程實踐教學內容和技能訓練手段，同時鼓勵學生理論聯系實踐開展測試技術的應用等措施，提高學生的課程參與度，培養學生的實操能力。充分利用現代計算機測試技術的優勢，通過LabVIEW、MATLAB等虛擬軟件開發平臺，實現對《測試技術基礎》虛擬仿真演示，讓學生自己編程實現信號的顯示和采集，提高學生的編程能力和解決實際問題的能力，激發學生的學習興趣。同時，理論課和實踐環節應該是交叉進行，每周上一次理論課和一次實踐環節，這樣學生把學到的理論知識在實踐環節進行鞏固加深，不明白的地方能及時跟老師交流溝通。

針對教學課時安排不合理的問題，在參考國外大學的課時安排后，根據教材內容要求，適當調整理論課和實踐環節課時間分配，在保證老師有充足的時間把重點、難點問題解釋清楚，同時保證了實踐環節的時間，每個學生至少能把一個測試系統實際操作一遍，加深學生對理論知識的理解。這樣，學生有足夠的實驗時間，把被動接受老師的講授到主動設計測試方案、選擇合適傳感器、采取適當的抗干擾措施等，學生全程參與了實驗，既加深了對理論知識的理解，又鍛煉了學生的動手能力和思考能力，提高了學生的創新能力。

三、結論

本文針對測試技術基礎目前存在的問題進行了歸納總結，提出了一些改革的措施。通過案例教學、慕課輔助、線上線下相結合的多元化課程教學模式和增加實踐課時、理論課程穿插實踐環節等教學方法，既能加深了學生對測試技術基礎知識點的理解，又能提高學生的實踐能力和解決實際問題的能力。《測試技術基礎》教學探討，促進我們不斷地進行教學反思，跟上科技發展的腳步，不斷調整教學方式方法，培養出適應社會需求的高質量新工科人才。教學改革是一個長期的過程，需要不斷探索與實踐。