“工程測試與信號處理”課程教學改革研究

摘要：針對機械類專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃中“工程測試與信號處理”課程建設(shè)的需要，從教學內(nèi)容改革、實驗教學模式改革、教學方法、教學資源建設(shè)等方面進行了研究，突出了工科人才的工程實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；工程測試；課堂教學；實驗創(chuàng)新

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0058-02

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來的工程教育改革項目。該項目旨在培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，它突出了工科人才的工程實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

“工程測試與信號處理”是機械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門理論性和實踐性都很強的課程，其在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。“工程測試與信號處理”課程在機械類本科課程體系中起到承上啟下的作用，對于培養(yǎng)學生的理論學習能力、實際動手能力、知識運用能力以及創(chuàng)新能力具有重要作用。機械類專業(yè)一直立足于學校的性質(zhì)與學科的優(yōu)勢，根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)計劃，積極調(diào)整人才培養(yǎng)方案。以培養(yǎng)具有一定動手能力、工程意識、創(chuàng)新能力的卓越人才為目標，加強學生的實踐能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。本文基于卓越工程師實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，通過對教學內(nèi)容、教學手段、實驗教學、教學資源等方面進行分析，提出了教學改革措施。

一、課堂教學內(nèi)容改革

1.理論教學內(nèi)容的改革

“工程測試與信號處理”課程涉及的知識比較復(fù)雜，有材料學、力學、電學、磁學、微電子學、光學、聲學等。在理論上具有一定的抽象性，同時具有較強的實踐性，并且該課程隨著科技的發(fā)展而發(fā)展。

“工程測試與信號處理”課程的教學內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)理論部分、傳感器、中間變換器、顯示記錄儀器以及工程中的應(yīng)用和計算機輔助測試部分。針對機械類專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃的需要，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力為目的，基礎(chǔ)理論部分力求加深對動態(tài)測試中基礎(chǔ)知識和基本概念的理解，對一些重要問題進行詳細講解，注重對測試信號分析本質(zhì)的理解，但對其數(shù)學推導(dǎo)不強調(diào)嚴密性，強化傳感器的物理意義及其在工程領(lǐng)域中的使用，以突顯測試技術(shù)的工程應(yīng)用意義。充實了現(xiàn)代新型傳感器，介紹了國內(nèi)外傳感器大型生產(chǎn)商的產(chǎn)品和性能，詳細介紹了計算機輔助測試部分以及工程應(yīng)用部分，削弱了顯示記錄儀和信號干擾及抑制方面的講授，適時在教學內(nèi)容中添加了一些學科前沿的新東西，使測試技術(shù)課程能緊跟時代的發(fā)展。

2.教學模式的改革

“工程測試與信號處理”課程由最初的48學時壓縮到現(xiàn)在的36學時，2個學分。在講授傳統(tǒng)測試技術(shù)的同時，又要讓學生了解不斷增加的新測試手段，教師的授課任務(wù)不斷增加。為了使學生更好地掌握本課程的教學內(nèi)容，在教學模式上進行了改革，如采用案例式、啟發(fā)式、討論式等多元化的教學模式。在測試信號的處理等理論教學部分，采用啟發(fā)式教學。課堂上教師結(jié)合所要講授的內(nèi)容，提出一些問題，教師結(jié)合MATLAB等各種軟件進行講解，然后由學生組成討論小組探討問題。在工程應(yīng)用部分，開展講座式教學。邀請校外實踐教學基地測試技術(shù)方面的專家結(jié)合工程實踐，與學生進行座談討論。在傳感器部分，采用案例式和討論式教學。在教師的引導(dǎo)下，激發(fā)學生對案例中所涉及的傳感器知識的學習興趣，展開積極的課堂討論，從而加深學生對相關(guān)知識的掌握和理解，提高學生自主分析、解決問題的能力。在計算機測試技術(shù)與系統(tǒng)部分，采用虛擬案例教學方法等。

“工程測試與信號處理”課程涉及的理論內(nèi)容抽象繁多，實踐環(huán)節(jié)要求高，在總學時越來越少，新內(nèi)容越來越多的情況下，針對每講教學內(nèi)容的特點，選擇合適的教學方法，充分發(fā)揮多媒體教學的優(yōu)勢，可以激發(fā)學生的學習興趣，增強學生學習的主動性。

3.利用課程網(wǎng)絡(luò)教學平臺改革課堂理論教學

網(wǎng)絡(luò)教育平臺的建立，應(yīng)用聲音、影像素材、活躍聽覺及視覺提高主動性與參與性，具有直觀、生動、豐富等特點，便于知識的獲取和存儲、信息的加工和更新，不受時間、空間和地域的限制，是一種自由寬松的學習方式。一個集知識學習和研究能力培養(yǎng)為一體的平臺的建立，不但打破了傳統(tǒng)的課堂理念，對于教學改革、課程建設(shè)也具有重要意義。

測試技術(shù)既綜合應(yīng)用了許多學科的原理和技術(shù)，又被廣泛應(yīng)用于各個學科中。我國高等教育已步入大眾化教育階段，根據(jù)卓越工程師計劃發(fā)展要求，要培養(yǎng)具有一定動手能力、工程意識、創(chuàng)新能力、團結(jié)協(xié)作能力的本科應(yīng)用型人才，必須提高課程的課堂教學質(zhì)量，加強學生實踐能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。因此建立了既保持學習內(nèi)容的動態(tài)性、開放性，同時也保證了學習內(nèi)容的先進性的“工程測試與信號處理”課程網(wǎng)絡(luò)教學平臺。

利用校園網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建課程網(wǎng)絡(luò)教學平臺，所有的教學內(nèi)容、教學資源都放在網(wǎng)上，從而加強了教師與學生之間的實時交流，促進了教學水平和教學質(zhì)量的進一步提高。

4.重點突出實踐教學環(huán)節(jié)，加強工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

多渠道鼓勵學生參加科技創(chuàng)新活動。通過參加挑戰(zhàn)杯課外學術(shù)科技作品競賽及創(chuàng)業(yè)計劃大賽、機電產(chǎn)品大賽、電子設(shè)計大賽、亞太地區(qū)機器人電視大賽、模具大賽、學生科技立項等活動，實驗室全日開放，培養(yǎng)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。

二、實驗教學內(nèi)容改革

實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和動手能力的重要手段。轉(zhuǎn)變教學理念，以強化實踐教學，提高機械類專業(yè)學生的創(chuàng)新能力為目標，適當精簡理論教學部分，實驗課時增加到6個學時，把重心放在實驗教學的改進上。

1.實驗教學模式的創(chuàng)新

采用指導(dǎo)性教學模式和個性教學模式，強調(diào)學生在教學中的主觀能動性以及教師與學生、學生與學生之間的相互影響和交往，著眼于個人潛力和人格的發(fā)展。

為了進一步改革教學體系和課程體系，加強實驗教學，整合學科優(yōu)勢，建立有利于培養(yǎng)學生實踐與創(chuàng)新能力的實驗教學體系。本著“集中建設(shè)、資源共享”的原則，山東科技大學機械電子工程學院通過整合原來的機械制造實驗室、機電一體化實驗室和測控技術(shù)實驗室等實驗室，組建成立了山東科技大學機械工程實驗教學中心。工程測試實驗室可以開設(shè)驗證性實驗、創(chuàng)新性實驗和綜合性實驗。實驗室為創(chuàng)新性、綜合性實驗準備了測試所需的所有儀器儀表、電子器件、集成電路及工具。課程組配備專門的實驗教師進行實驗指導(dǎo)，其他教師也經(jīng)常到實驗室與學生探討實驗方案，分析、研究、解決實驗中出現(xiàn)的問題，指導(dǎo)學生如何在實驗中運用所學到的理論知識，實現(xiàn)理論和實踐的有機結(jié)合。

2.實驗教學內(nèi)容的創(chuàng)新

創(chuàng)新思路，加強實驗室硬件建設(shè)和軟件建設(shè)，充分發(fā)揮實驗室作用，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才。在積極爭取上級部門以及學校大力支持，購買了大量的實驗設(shè)備，突出實驗的演示性、設(shè)計性和綜合性的同時，還應(yīng)通過自籌經(jīng)費、科研支持實驗室建設(shè)、中央與地方共建資金、與企業(yè)聯(lián)合共建實驗室、自己研發(fā)實驗設(shè)備、學生參與實驗室建設(shè)等多種渠道加強實驗室建設(shè)。根據(jù)工程案例教學的需要，與濟南海依蘭等多家廠家合作，建立了校企聯(lián)合實驗室。對一些常見工業(yè)流量、噪聲、溫度等測控對象進行簡化處理，建立了實際的生產(chǎn)檢測模型。

另外，加強校外實習基地建設(shè)，將相關(guān)的實驗方法、測試方法、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)操作結(jié)合周邊校外實習基地生產(chǎn)企業(yè)進行詳細講授，課外安排學生在企業(yè)觀摩產(chǎn)品的性能試驗臺，體驗實際產(chǎn)品的性能檢測工作，這將大大增加課程的學習效果。

3.實驗教學手段的創(chuàng)新

將科研工作方法應(yīng)用于實踐教學，模擬科研工作主要過程，開拓一種研究型實踐教學模式，創(chuàng)造競爭氛圍，激發(fā)學習潛能，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、綜合分析能力和科技創(chuàng)新能力。

4.加強學生科技創(chuàng)新活動

以培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才為目標，把學生綜合應(yīng)用、工程實踐和創(chuàng)新能力放在重要位置。圍繞實踐教學體系的改革，建立了由教師、學生和校機械廠組成的創(chuàng)新設(shè)計與制作中心，大力開展二課活動，培養(yǎng)學生的工程實踐和創(chuàng)新能力，啟迪學生的創(chuàng)新性思維，開發(fā)學生的創(chuàng)新潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

三、教學資源改革

教學資源是從事其他教學活動的載體和平臺，多年來形成了網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化的立體教學資源。

1.教材建設(shè)

教材是教學內(nèi)容的載體，對提高教學質(zhì)量具有不可或缺的重要作用。根據(jù)本專業(yè)的特點，主講教師團隊主持編寫了教材，由中國計量出版社出版。教材內(nèi)容安排以信號流為主線，加深對動態(tài)測試中基礎(chǔ)知識和基本概念的理解。同時，結(jié)合測試技術(shù)的應(yīng)用情況和最近幾年的發(fā)展，增加了工程測試部分的內(nèi)容，考慮到傳感器最近幾年的出版，本書增加了光電傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器和氣敏傳感器等內(nèi)容，教材于2009年獲山東省優(yōu)秀教材二等獎。

由于該課程的特點，隨著科技的發(fā)展而發(fā)展，而教材的建設(shè)遠跟不上科技的發(fā)展。因此，為學生推薦了相關(guān)的參考資料，如david和michael合著的國外原版教材introduction to mechatronics and measurement systems，美國霍尼威爾公司、美國國家儀器公司等生產(chǎn)傳感器和虛擬儀器的公司網(wǎng)站。

2.師資建設(shè)

進一步優(yōu)化教師隊伍的年齡結(jié)構(gòu)、學歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)和學科專業(yè)結(jié)構(gòu)，形成一支由學術(shù)帶頭人和高水平教授領(lǐng)銜，理論課教師、實驗教師、實驗技術(shù)人員、研究生助教四位一體，核心骨干相對穩(wěn)定，熱愛理論和實驗教學，教育理念先進，學術(shù)水平高，教學科研能力強，實踐經(jīng)驗豐富，勇于創(chuàng)新的新型教師教學隊伍。主講教師授課經(jīng)驗豐富，均參加過國家級、省部級科研課題的研究工作，具有很強的理論水平和現(xiàn)場科研工作能力。同時，鼓勵實驗技術(shù)人員在職學位進修、校內(nèi)外進修、參與院系科研項目、旁聽理論課、參加學術(shù)會議和短期培訓班；鼓勵高水平教師投入實驗教學教改工作和實驗儀器設(shè)備的研制工作。

為了加強教師隊伍建設(shè)，一是選派部分教師到基層單位掛職鍛煉，現(xiàn)場學習，潛心研究現(xiàn)場案例，提高個人素質(zhì)；二是安排部分教師到國外、國內(nèi)高校訪學、進修，學習國內(nèi)外先進的教學經(jīng)驗、教學內(nèi)容、教學方法；三是聘請校外工程師與專職教師配合作為兼職教師，以彌補高校實踐型教師的不足；四是通過研討會，使教師互相交流教學教育經(jīng)驗從而提高自己的教育水平。

四、小結(jié)

從教學內(nèi)容改革、實驗教學模式改革、教學方法、教學資源建設(shè)等方面對“工程測試與信號處理”課程進行了研究，突出了機械類專業(yè)人才工程實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高了學生的學習興趣，以期進一步提高教學質(zhì)量，更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型工程應(yīng)用人才。

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（責任編輯：孫晴）