測試技術課堂教學改革與實踐

陳永會+張學良+劉麗琴

摘要：文章針對“測試技術”課堂教學中存在的問題，構建了基于虛擬儀器的測試技術課程體系；利用基于虛擬儀器的多媒體演示教學手段和“逆向思維”教學方法，有效地激勵學生的學習興趣；通過引入工程案例，貫穿工程教育為目標的教育理念，使課堂教學更加“貼近工程、貼近實際”，以培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識。

關鍵詞：測試技術；課堂教學；虛擬儀器

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2014）08-0005-03

2010年6月，教育部在天津發(fā)布了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，旨在未來10年內培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務。作為參與實施卓越計劃的主體——任課教師，必須對相關課程的教學內容和教學方法進行改革。只有通過每門課的教改，才能使教學“貼近工程、貼近實際”，才能實現(xiàn)“卓越工程師”的培養(yǎng)目標[1-3]。本文針對“測試技術”課程的教改經驗進行總結，希望能對其他課程起到“拋磚引玉”的效果。

“測試技術”作為機械類專業(yè)的專業(yè)基礎課。其特點：一是涉及學科多；二是理論基礎要求加高；三是與實踐結合緊密[4]。長期以來本課程存在教學內容 “散、雜、多”、教學模式單一等不足。為此，作者在總結多年課堂教學經驗和借鑒其他院校教學改革經驗的基礎上，提出基于虛擬儀器的測試技術課堂教學改革，取得較好的效果。

一、構建系統(tǒng)化的課程內容體系

教學目標是教學工作的基礎，教學內容應當適應教學目標。作為專業(yè)基礎課的測試技術，其課程內容雖然具有“散、雜、多”的特點，但是建立一套好的內容體系，可以使這些看似雜亂無章的內容通過一條主線緊緊地聯(lián)系在一起，使得教學內容變成一個有機的整體[5-6]。

課堂教學的首堂課是給學生建立本課程的內容體系，使學生了解需要掌握的內容，系統(tǒng)地學習本課程相關知識，引導學生更深入地學習和創(chuàng)新。在以往的“測試技術”課堂教學過程中，作者以一套完整的測試系統(tǒng)為框架，以信號流程為主線，構建如圖1所示的課程內容體系。同時結合課程目錄，將課程的“散”的教學內容串在一起，如同將一顆顆精美的珍珠穿成一條珍珠項鏈。讓學生明白測試技術“散、雜、多”的特點有時并不是壞事，因為從另一方面來講，充分體現(xiàn)了其內容的豐富性和多樣性。這個特點能充分調動學生的主觀能動性，學生以某一部分內容為突破口，深入研究，做到揚長避短。教師發(fā)現(xiàn)不同學生的閃光點，組織擁有不同技能的學生形成一個團隊，為實踐環(huán)節(jié)和創(chuàng)新設計打下堅實的基礎和技術支持。

圖1測試技術課程內容體系框圖

課程內容體系的建立讓學生理清思路，分清主次和因果，使學生對本課程的學習變得目的明確、邏輯清晰、思維流暢。不同的教學內容采用不同的教學方式，由淺入深，由易到難，讓學生能提出問題，會用所學知識科學地分析問題，最后能用適當?shù)姆椒ń鉀Q問題，從而提高教學的有效性，在課堂教學中培養(yǎng)學生活學活用的能力。

二、創(chuàng)新課堂教學方法與手段

在工科院校中，針對高校教學改革注重“加強基礎，拓寬口徑，加強實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提高綜合素質”的特點，實踐環(huán)節(jié)的教學課時在逐步增加，無形中課堂教學的課時就在減少。這就使得提高教學效率和教學質量變得尤為重要，課堂教學方法和教學手段的改革和創(chuàng)新迫在眉睫，以幫助學生更好地獲取實用知識和有用信息。

（一）運用啟發(fā)式教學

采用引導和啟發(fā)式教學方式。正所謂“師父領進門，修行在個人”。引導和啟發(fā)式教學不僅是教學方法，更是一種教學思想，是教學原則和教學觀。在明確教學目的和內容的前提下，掌握學生的現(xiàn)有知識水平和知識規(guī)律，運用各種教學手段調動學生的主觀能動性，引導學生主動思考、主動實踐，達到掌握知識和技能，增強自主學習能力的目的。

首先，抓住教學內容的切入點，激發(fā)學生的學習興趣。在講述每一部分內容之前，讓學生明確學習它的目標以及在工程實際中的作用。從學生有感性認識的實例出發(fā)，從實際生活中尋找與本課程相聯(lián)系的，學生又比較感興趣的實例。例如，在講到傳感器原理及應用時，可以列舉電子秤、地磅、水表、煤氣表、微波爐、冰箱、空調等用了哪些傳感器？測量了哪些物理量？如何測量？光電鼠標應用了光電位移傳感器、麥克風應用了電容傳聲器等；數(shù)碼照相機、攝像頭、手機等應用了CCD傳感器等等。這些實例可大大激發(fā)起學生的學習興趣，認識到傳感器的重要性和實用價值，為后續(xù)傳感器原理及應用的學習做好思想準備。

其次，選擇有效的講述方法，降低學生的學習難度。好的講述往往會使學生更容易理解所學內容，更容易舉一反三、觸類旁通，從而啟發(fā)學生、引導學生創(chuàng)新性地解決問題。比如：講解“卷積”的概念和計算過程時，多數(shù)教師采用平鋪直敘的方法進行授課，先直接給出卷積的定義和計算公式，然后再解釋計算公式是如何得到的（步驟為翻轉，平移，乘積，積分）。這種講解無疑只是告訴學生“卷積”的運算過程，學生沒有主動地參與教學過程。作者用另外一種講述方法效果就大不相同。即：先提出兩個或者多個因式的乘積的展開這一問題，讓學生說明展開方法。有90%以上學生不會使用卷積來計算，但此類問題本身就是離散卷積（步驟為翻轉，平移，乘積，求和），解決了這個實際問題，學生就對離散卷積計算的步驟有了充分的掌握，連續(xù)信號的卷積就迎刃而解了，只是把求和換成積分即可。通過這種方法降低講述內容的難度，同時在講解時使用雙手作為兩個離散序列進行互動演示，學生更容易掌握，效率更高。

最后，設計啟發(fā)性問題，引導學生“自我修行”。教學是“教”和“學”的相互統(tǒng)一，而不是相互對立。只有教沒有學，那是對牛彈琴；只有學沒有教，那是沒有方向的盲目學習。在每一次教學內容完成之后，給學生選擇一些發(fā)散性的問題，讓學生們去探討和思考，或者提出一些實際應用性的問題，讓學生在動手實踐中找到解決問題的方法。這些探討、思考以及動手實踐的結果會提高學生的“自我修行”能力，深刻認識到教學內容的重要性。

（二）改革課堂教學手段

Labview軟件是“測試技術”課堂教學的有力工具，它豐富了多媒體CAI課件內容，將抽象的理論變得形象，枯燥的知識變得生動。學生在直觀、形象、生動的多媒體材料刺激下，學習興趣得到激發(fā)，思維潛能得到充分的挖掘和發(fā)揮。多變的課件形式能使學生充分融入課堂教學中，更好地掌握教學內容。教師使用Labview進行教學的過程中，教學內容變得更加生動活潑，教學空間得到拓寬，教學過程得到優(yōu)化，教學效率得到提高，教學效果變得更好。比如，信號描述中的時域與頻域間的相互變換，這是信號分析的核心內容，也是較為抽象和難以理解的。為此，借助Labview軟件，“逆向思維”將信號的分解通過編程變成信號的疊加，這樣更為直觀、生動。這樣不但可以“繞過”煩瑣的傅里葉級數(shù)展開和傅里葉變換（高等數(shù)學及相關課程中已經涉及，在測試技術中，有的教師只是粗略地一筆帶過）這些較為復雜和抽象的概念，同時也讓學生掌握了解決問題的多種思路和方法，通過這樣的對比講解加深了學生對信號時域與頻域分析及其相互關系的認識。圖2所示為信號的疊加和信號的分解，通過此程序可以演示一些常見周期信號是如何疊加而成的和分解結果是什么，既生動又形象，還能達到拓展學習知識空間的目的，增強學生的學習興趣。再如，窗函數(shù)比較，使用Matlab軟件進行窗函數(shù)（如：hanning、hamming、Blackman-Harris和Flat-Top窗等）的時域和頻域圖形描述，講解更具體、更有針對性，圖3所示即為四種常用窗函數(shù)的時域和頻域圖形。為了更好地理解窗函數(shù)的作用、窗函數(shù)對分析結果帶來的影響，圖4所示表示了加上述四種窗函數(shù)后，頻率為15Hz的正弦信號的頻譜分析結果，從中可以分析出它們之間的區(qū)別和不同，結合圖3就更容易理解窗函數(shù)的特性和作用?？傊?，通過Labview軟件編程將抽象的理論內容直觀地展現(xiàn)在動態(tài)的演示操作中，使得教學手段更豐富，學生學習更有興趣。

抽象的概念和原理用Labview 軟件來仿真，對于一些實物，“眼見為實”是一種最好的學習方法。比如，傳感器部分包括傳感器原理和傳感器應用兩部分，原理通過多媒體動畫進行生動演示；而傳感器結構和應用要在課堂中進行“拆解”展示，讓學生自己動手組裝，調試和相互對比分析。比如：“拆解”壓電式加速度傳感器（演示用）時，可以看到內部是由彈簧—質量塊—壓電陶瓷組成?！安鸾狻崩瓑毫鞲衅鳎☉兪剑r，可以看到應變片的布置以及這些應變片是組成電橋的方式（全橋、半橋等）。這些操作為后續(xù)的實際工程案例教學打下一定的基礎，學生對這類問題不但“知其然”，而且“知其所以然”。

在實踐中找到真知，結合教學內容，把與教學內容密切相關的科研課題帶進課堂，或在課堂教學之外，組織學生成立研究型學習小組[7]，積極參與研究項目中的一些工作。學生在參與科研項目的過程中，體會到理論知識與實踐應用結合的價值，激發(fā)其內在學習動機，從中學到真知。研究型學習小組活動的開展，對學生“消化”所學知識，了解科研項目研究的過程和方法，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識起到了積極作用。

總之，教學方法和教學手段在課堂教學中起著至關重要的作用，如何改革和創(chuàng)新需要教師發(fā)揮自己的優(yōu)勢，敢于挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新，敢于實踐。同時，改革和創(chuàng)新要以學生為本，立足提高學生各方面素質，培養(yǎng)學生對知識的綜合應用能力。

社會在不斷發(fā)展，科技在不斷進步，教育也應該與時俱進，教育的改革和創(chuàng)新必須適應社會需求。測試技術課堂教學改革和實踐首先是以學生為本，在有限的課堂教學時間內，實現(xiàn)對學生綜合能力的培養(yǎng)，特別是對實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)；其次，對于工科院校來說，課程教學改革和實踐最為主要的目的是通過教學使學生靈活運用各種工程軟件（如：Labview、Matlab等），教授學生“漁”，而非“魚”。

參考文獻：

[1]周英.落實卓越工程師教育培養(yǎng)計劃 大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新人才[J].中國大學教學，2011，(8).

[2]史榮，李玉昆，任玉波等.基于CDIO 的卓越工程師試點班課程改革實踐[J].教學研究，2012，(2).

[3]曾永衛(wèi)，劉國榮.“卓越計劃”背景下科學構建實踐教學體系探析[J].中國大學教學，2011，(7).

[4]史榮，李玉昆，馬筱聰.基于工程的機械工程測試技術教學改革實踐[J].教學研究，2012，(6).

[5]倪獻智，牟宗剛，于明.工程技術類課程教學中注重科學研究方法論的教育[J].中國大學教學，2010，(12).

[6]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).

[7]楊波，閆蓓.利用專業(yè)基礎課程加強大學生創(chuàng)新素質的培養(yǎng)[J].北京航空航天大學學報：社會科學版，2011，(2).

收稿日期：2014-01-05

作者簡介：陳永會（1975—），男，山西新絳人，太原科技大學機械工程學院副教授，主要從事測試技術、故障診斷研究。

基金項目：太原科技大學教學研究與改革項目“基于虛擬儀器的‘測試技術課堂教學方法改革研究”（201224）階段性成果

抽象的概念和原理用Labview 軟件來仿真，對于一些實物，“眼見為實”是一種最好的學習方法。比如，傳感器部分包括傳感器原理和傳感器應用兩部分，原理通過多媒體動畫進行生動演示；而傳感器結構和應用要在課堂中進行“拆解”展示，讓學生自己動手組裝，調試和相互對比分析。比如：“拆解”壓電式加速度傳感器（演示用）時，可以看到內部是由彈簧—質量塊—壓電陶瓷組成?！安鸾狻崩瓑毫鞲衅鳎☉兪剑r，可以看到應變片的布置以及這些應變片是組成電橋的方式（全橋、半橋等）。這些操作為后續(xù)的實際工程案例教學打下一定的基礎，學生對這類問題不但“知其然”，而且“知其所以然”。

在實踐中找到真知，結合教學內容，把與教學內容密切相關的科研課題帶進課堂，或在課堂教學之外，組織學生成立研究型學習小組[7]，積極參與研究項目中的一些工作。學生在參與科研項目的過程中，體會到理論知識與實踐應用結合的價值，激發(fā)其內在學習動機，從中學到真知。研究型學習小組活動的開展，對學生“消化”所學知識，了解科研項目研究的過程和方法，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識起到了積極作用。

總之，教學方法和教學手段在課堂教學中起著至關重要的作用，如何改革和創(chuàng)新需要教師發(fā)揮自己的優(yōu)勢，敢于挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新，敢于實踐。同時，改革和創(chuàng)新要以學生為本，立足提高學生各方面素質，培養(yǎng)學生對知識的綜合應用能力。

社會在不斷發(fā)展，科技在不斷進步，教育也應該與時俱進，教育的改革和創(chuàng)新必須適應社會需求。測試技術課堂教學改革和實踐首先是以學生為本，在有限的課堂教學時間內，實現(xiàn)對學生綜合能力的培養(yǎng)，特別是對實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)；其次，對于工科院校來說，課程教學改革和實踐最為主要的目的是通過教學使學生靈活運用各種工程軟件（如：Labview、Matlab等），教授學生“漁”，而非“魚”。

參考文獻：

[1]周英.落實卓越工程師教育培養(yǎng)計劃 大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新人才[J].中國大學教學，2011，(8).

[2]史榮，李玉昆，任玉波等.基于CDIO 的卓越工程師試點班課程改革實踐[J].教學研究，2012，(2).

[3]曾永衛(wèi)，劉國榮.“卓越計劃”背景下科學構建實踐教學體系探析[J].中國大學教學，2011，(7).

[4]史榮，李玉昆，馬筱聰.基于工程的機械工程測試技術教學改革實踐[J].教學研究，2012，(6).

[5]倪獻智，牟宗剛，于明.工程技術類課程教學中注重科學研究方法論的教育[J].中國大學教學，2010，(12).

[6]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).

[7]楊波，閆蓓.利用專業(yè)基礎課程加強大學生創(chuàng)新素質的培養(yǎng)[J].北京航空航天大學學報：社會科學版，2011，(2).

收稿日期：2014-01-05

作者簡介：陳永會（1975—），男，山西新絳人，太原科技大學機械工程學院副教授，主要從事測試技術、故障診斷研究。

基金項目：太原科技大學教學研究與改革項目“基于虛擬儀器的‘測試技術課堂教學方法改革研究”（201224）階段性成果

抽象的概念和原理用Labview 軟件來仿真，對于一些實物，“眼見為實”是一種最好的學習方法。比如，傳感器部分包括傳感器原理和傳感器應用兩部分，原理通過多媒體動畫進行生動演示；而傳感器結構和應用要在課堂中進行“拆解”展示，讓學生自己動手組裝，調試和相互對比分析。比如：“拆解”壓電式加速度傳感器（演示用）時，可以看到內部是由彈簧—質量塊—壓電陶瓷組成?！安鸾狻崩瓑毫鞲衅鳎☉兪剑r，可以看到應變片的布置以及這些應變片是組成電橋的方式（全橋、半橋等）。這些操作為后續(xù)的實際工程案例教學打下一定的基礎，學生對這類問題不但“知其然”，而且“知其所以然”。

在實踐中找到真知，結合教學內容，把與教學內容密切相關的科研課題帶進課堂，或在課堂教學之外，組織學生成立研究型學習小組[7]，積極參與研究項目中的一些工作。學生在參與科研項目的過程中，體會到理論知識與實踐應用結合的價值，激發(fā)其內在學習動機，從中學到真知。研究型學習小組活動的開展，對學生“消化”所學知識，了解科研項目研究的過程和方法，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識起到了積極作用。

總之，教學方法和教學手段在課堂教學中起著至關重要的作用，如何改革和創(chuàng)新需要教師發(fā)揮自己的優(yōu)勢，敢于挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新，敢于實踐。同時，改革和創(chuàng)新要以學生為本，立足提高學生各方面素質，培養(yǎng)學生對知識的綜合應用能力。

社會在不斷發(fā)展，科技在不斷進步，教育也應該與時俱進，教育的改革和創(chuàng)新必須適應社會需求。測試技術課堂教學改革和實踐首先是以學生為本，在有限的課堂教學時間內，實現(xiàn)對學生綜合能力的培養(yǎng)，特別是對實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)；其次，對于工科院校來說，課程教學改革和實踐最為主要的目的是通過教學使學生靈活運用各種工程軟件（如：Labview、Matlab等），教授學生“漁”，而非“魚”。

參考文獻：

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[2]史榮，李玉昆，任玉波等.基于CDIO 的卓越工程師試點班課程改革實踐[J].教學研究，2012，(2).

[3]曾永衛(wèi)，劉國榮.“卓越計劃”背景下科學構建實踐教學體系探析[J].中國大學教學，2011，(7).

[4]史榮，李玉昆，馬筱聰.基于工程的機械工程測試技術教學改革實踐[J].教學研究，2012，(6).

[5]倪獻智，牟宗剛，于明.工程技術類課程教學中注重科學研究方法論的教育[J].中國大學教學，2010，(12).

[6]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).

[7]楊波，閆蓓.利用專業(yè)基礎課程加強大學生創(chuàng)新素質的培養(yǎng)[J].北京航空航天大學學報：社會科學版，2011，(2).

收稿日期：2014-01-05

作者簡介：陳永會（1975—），男，山西新絳人，太原科技大學機械工程學院副教授，主要從事測試技術、故障診斷研究。

基金項目：太原科技大學教學研究與改革項目“基于虛擬儀器的‘測試技術課堂教學方法改革研究”（201224）階段性成果