《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》研究型教學(xué)模式改革探討

劉巍++任宗金++馬建偉++王殿龍

摘 要：該文在分析《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上，探討了本課程的研究型教學(xué)模式改革措施，提出了結(jié)合測(cè)量技術(shù)最新進(jìn)展簡介、工程測(cè)量問題導(dǎo)引的知識(shí)點(diǎn)講授、基于興趣小組學(xué)習(xí)的創(chuàng)新小課題教學(xué)的教學(xué)方法。通過教學(xué)改革實(shí)踐表明：該教學(xué)模式的教學(xué)效果明顯，有利于學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新能力等方面的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) 研究型教學(xué)模式 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0095-02

《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》是機(jī)械工程專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課，在機(jī)械工程專業(yè)的本科教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。通過該課程的學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)該了解和掌握機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)的理論和方法，建立起關(guān)于測(cè)試技術(shù)的完整的知識(shí)體系，獲得獨(dú)立開展科學(xué)研究所必備的測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)方法以及數(shù)據(jù)分析等方面的訓(xùn)練。本課程內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)多，需要與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，教學(xué)難度較大。因此，通過教學(xué)改革，探索本門課程教學(xué)模式和教學(xué)方法，對(duì)于提高課程教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)具有十分重要的意義。

1 傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的問題

綜合分析筆者與同行有關(guān)本門課程的教學(xué)情況，《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)存在的主要問題有以下幾方面。

1.1 教學(xué)模式單一

目前受教學(xué)條件、教學(xué)周期和教學(xué)規(guī)模的限制，本門課的教學(xué)普遍采用教師課堂集中灌輸式講授的方法。該方法有利于教師在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、測(cè)量裝置、信號(hào)處理等大量內(nèi)容的教學(xué)。雖然教師結(jié)合工程實(shí)例以改善教學(xué)效果，但學(xué)生仍多為被動(dòng)接受，課堂中學(xué)生與教師的互動(dòng)有限，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的作用感到茫然，學(xué)以致用的感受匱乏，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容陳舊

《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》課程中主要內(nèi)容包括信號(hào)描述、裝置特性、常用傳感器、信號(hào)處理、典型工程物理量測(cè)量方法、計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)、虛擬儀器等。上述內(nèi)容是機(jī)械測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)內(nèi)容，在歷年的課程教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。然而，隨著先進(jìn)制造技術(shù)飛速發(fā)展，機(jī)械工程領(lǐng)域中的幾何量、物理量測(cè)試技術(shù)已向測(cè)量范圍極大/極小化、測(cè)量頻響高頻化、測(cè)量環(huán)境復(fù)雜化的方向發(fā)展，原有的電阻式、電容式、電感式傳感器原理及其信號(hào)處理方法，已無法充分滿足實(shí)際工程問題的技術(shù)需求，教學(xué)內(nèi)容難以與時(shí)俱進(jìn)，亦影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.3 實(shí)踐性環(huán)節(jié)偏少

受教學(xué)資源限制，雖然本門課配有實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，但相對(duì)講授內(nèi)容的知識(shí)量，依然偏少。學(xué)生普遍反映測(cè)試技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展部分內(nèi)容空洞，過于抽象，傳感器部分缺少實(shí)物對(duì)象，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣不高，積極性銳減，嚴(yán)重影響教學(xué)效果，學(xué)生的工程實(shí)踐能力難以鍛煉，課程結(jié)束后學(xué)生僅能記住個(gè)別知識(shí)點(diǎn)，綜合解決工程測(cè)量問題的能力嚴(yán)重匱乏。

上述問題已成為影響《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)效果主要因素。因此，研究機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)的教學(xué)模式和方法改革措施已勢(shì)在必行。

2 研究型教學(xué)改革

2.1 研究型教學(xué)模式

《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)中一門應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。因此，課程的教學(xué)必須與工程實(shí)際相結(jié)合，才能煥發(fā)出活力。而研究型教學(xué)模式可搭建起基礎(chǔ)知識(shí)講授與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的橋梁。研究型教學(xué)是與創(chuàng)新性教育相適應(yīng)、以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，是教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)識(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，自主發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識(shí)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學(xué)模式。研究型教學(xué)模式要求教師的科研要與本科教學(xué)互相滲透，形成一個(gè)互動(dòng)的統(tǒng)一過程，以真正有效地為社會(huì)培養(yǎng)出擁有系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)、具有研究意識(shí)和研究能力的本科人才。因此，將主講教師科研工作中的思維方式、研究方法、工作習(xí)慣、以及相關(guān)技術(shù)的最新進(jìn)展等，與課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，必將提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.2 科研導(dǎo)向型教學(xué)方法

在研究型教學(xué)方法實(shí)施過程中，教師和學(xué)生都應(yīng)當(dāng)是一個(gè)探索者、發(fā)現(xiàn)者和學(xué)習(xí)者。教師的主要職責(zé)是幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中變成發(fā)現(xiàn)、理解、評(píng)價(jià)和應(yīng)用知識(shí)的主動(dòng)參與者。通過研究型教學(xué)，一方面要培養(yǎng)學(xué)生批判性和創(chuàng)造性思維能力；另一方面要培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題和評(píng)價(jià)問題的實(shí)際操作能力。根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐情況，我們?cè)谘芯啃徒虒W(xué)方法方面進(jìn)行了相應(yīng)的探討。

2.2.1 課前5分鐘“測(cè)量技術(shù)最新進(jìn)展簡介”

在近些年的課程講授過程中，我們已將現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的最新研究進(jìn)展引入課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。不僅擴(kuò)展介紹了幾何量的視覺、激光、超聲、iGPS等非接觸測(cè)量技術(shù)進(jìn)展，還將力學(xué)量的壓磁、壓電、應(yīng)變等測(cè)量方法的最新動(dòng)態(tài)，都引入簡介內(nèi)容。鑒于本門課程知識(shí)點(diǎn)較多，不宜過多占用基本知識(shí)的講授時(shí)間，特選擇在每次課的前5分鐘，進(jìn)行相關(guān)進(jìn)展的介紹。例如，簡介中提及了美國波士頓動(dòng)力公司研制出的戰(zhàn)斗機(jī)械狗“Bigdog”（如圖1所示），重點(diǎn)介紹了其涉及的雙目視覺定位與空間尺寸測(cè)量技術(shù)、機(jī)器狗行走中本體與四肢的多維動(dòng)態(tài)力測(cè)量技術(shù)等，學(xué)生上課興趣大增，聽課積極性極高，取得了明顯的教學(xué)效果。

2.2.2 工程測(cè)量問題導(dǎo)引的知識(shí)點(diǎn)講授

課堂教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)講授仍是教學(xué)過程中的主要組成部分。如何將空洞、抽象的知識(shí)內(nèi)容通過講授有效地授業(yè)于學(xué)生是一直值得探討的問題?，F(xiàn)代大學(xué)生對(duì)新鮮事物較為敏感、學(xué)習(xí)目的性強(qiáng)，對(duì)于耳聞目染的科技新聞具有較強(qiáng)的興趣和接受能力。因此，我們?cè)谥v授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，首先從工程測(cè)量問題出發(fā)，闡述具體的測(cè)量環(huán)境、技術(shù)指標(biāo)，讓學(xué)生思考如何解決此問題，然后再引出所要講授的具體知識(shí)點(diǎn)，最后說明該知識(shí)點(diǎn)在解決此問題時(shí)的重要作用。例如，在講授壓電傳感器時(shí)，首先給出軌姿控火箭脈沖推力測(cè)量的工程問題（如圖2所示），說明該推力測(cè)量范圍約5000 N，精度要求0.1%，在真空環(huán)境下測(cè)量出火箭在0.5 s內(nèi)點(diǎn)火過程中的推力；引導(dǎo)學(xué)生分析該測(cè)量問題，特別指出0.5 s的測(cè)量時(shí)間對(duì)傳感器的頻響要求，提出如何選擇測(cè)量該推力的傳感器；最終引出講授壓電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)、基本原理和實(shí)際構(gòu)成。學(xué)生對(duì)這種講課方法很感興趣，課后很長時(shí)間依然記得所講的工程實(shí)例，進(jìn)而對(duì)壓電傳感器的基本內(nèi)容牢牢掌握。endprint

2.2.3 基于興趣小組學(xué)習(xí)的創(chuàng)新小課題教學(xué)方式

為鍛煉學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，除了上述方法外，我們探討了基于興趣小組學(xué)習(xí)的創(chuàng)新小課題教學(xué)方式，即引導(dǎo)對(duì)本課程感興趣的學(xué)生，3～5人自由組成興趣小組（全憑自愿），教師根據(jù)實(shí)際工程測(cè)量項(xiàng)目，簡化分解出一系列小課題，供興趣小組的學(xué)生選擇。這類小課題具有明顯的工程實(shí)際背景，且課題任務(wù)本身具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，學(xué)生必須經(jīng)歷課后相關(guān)文獻(xiàn)查閱、小組方案討論、撰寫課題方案報(bào)告等研究階段，通過成員間的緊密合作才可完成課題任務(wù)。例如，設(shè)計(jì)一種單向力傳感器，要求測(cè)量范圍為100～10000 N，其中100～1000 N范圍內(nèi)精度為0.1%；1000～10000 N范圍內(nèi)精度為0.2%；敏感元件不限，頻響500 Hz。這類小課題要求學(xué)生緊密結(jié)合測(cè)試技術(shù)理論知識(shí)，且需充分運(yùn)用之前所學(xué)的力學(xué)、材料等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，才能解決源于具體的實(shí)際工程項(xiàng)目的技術(shù)問題。因此，這種教學(xué)方式吸引了一批對(duì)科研工作具有濃厚興趣的學(xué)生，使其真正做到學(xué)以致用、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力都獲得明顯提高。

3 結(jié)語

《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》研究型教學(xué)模式的探討取得了較好地教學(xué)效果，也使我們更加深刻地認(rèn)識(shí)到，只有與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)改革，才能提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有研究意識(shí)和研究能力的本科人才。在教學(xué)改革過程中還需結(jié)合實(shí)際情況，探討研究型教學(xué)模式下的考核方法和考核標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，完善研究型教學(xué)方法，進(jìn)一步提高《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 周文成.研究型本科教學(xué)探析：衍進(jìn)、內(nèi)涵、措施[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2008，10（3）：64-68.

[2] 熊詩波，黃長藝.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3] 李運(yùn)紅，張習(xí)加，李占賢.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011（5）：24-26.

[4] 丁良宏，王潤孝，馮華山，等.淺析BigDog四足機(jī)器人[J].中國機(jī)械工程，2012，23（5）：505-514.

[5] 任宗金，孫寶元，等.軌姿控火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量原理與動(dòng)態(tài)性能[J].航空學(xué)報(bào)，2009，30（11）： 2037-3044.endprint

2.2.3 基于興趣小組學(xué)習(xí)的創(chuàng)新小課題教學(xué)方式

為鍛煉學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，除了上述方法外，我們探討了基于興趣小組學(xué)習(xí)的創(chuàng)新小課題教學(xué)方式，即引導(dǎo)對(duì)本課程感興趣的學(xué)生，3～5人自由組成興趣小組（全憑自愿），教師根據(jù)實(shí)際工程測(cè)量項(xiàng)目，簡化分解出一系列小課題，供興趣小組的學(xué)生選擇。這類小課題具有明顯的工程實(shí)際背景，且課題任務(wù)本身具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，學(xué)生必須經(jīng)歷課后相關(guān)文獻(xiàn)查閱、小組方案討論、撰寫課題方案報(bào)告等研究階段，通過成員間的緊密合作才可完成課題任務(wù)。例如，設(shè)計(jì)一種單向力傳感器，要求測(cè)量范圍為100～10000 N，其中100～1000 N范圍內(nèi)精度為0.1%；1000～10000 N范圍內(nèi)精度為0.2%；敏感元件不限，頻響500 Hz。這類小課題要求學(xué)生緊密結(jié)合測(cè)試技術(shù)理論知識(shí)，且需充分運(yùn)用之前所學(xué)的力學(xué)、材料等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，才能解決源于具體的實(shí)際工程項(xiàng)目的技術(shù)問題。因此，這種教學(xué)方式吸引了一批對(duì)科研工作具有濃厚興趣的學(xué)生，使其真正做到學(xué)以致用、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力都獲得明顯提高。

3 結(jié)語

《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》研究型教學(xué)模式的探討取得了較好地教學(xué)效果，也使我們更加深刻地認(rèn)識(shí)到，只有與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)改革，才能提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有研究意識(shí)和研究能力的本科人才。在教學(xué)改革過程中還需結(jié)合實(shí)際情況，探討研究型教學(xué)模式下的考核方法和考核標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，完善研究型教學(xué)方法，進(jìn)一步提高《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 周文成.研究型本科教學(xué)探析：衍進(jìn)、內(nèi)涵、措施[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2008，10（3）：64-68.

[2] 熊詩波，黃長藝.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3] 李運(yùn)紅，張習(xí)加，李占賢.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011（5）：24-26.

[4] 丁良宏，王潤孝，馮華山，等.淺析BigDog四足機(jī)器人[J].中國機(jī)械工程，2012，23（5）：505-514.

[5] 任宗金，孫寶元，等.軌姿控火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量原理與動(dòng)態(tài)性能[J].航空學(xué)報(bào)，2009，30（11）： 2037-3044.endprint

2.2.3 基于興趣小組學(xué)習(xí)的創(chuàng)新小課題教學(xué)方式

為鍛煉學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，除了上述方法外，我們探討了基于興趣小組學(xué)習(xí)的創(chuàng)新小課題教學(xué)方式，即引導(dǎo)對(duì)本課程感興趣的學(xué)生，3～5人自由組成興趣小組（全憑自愿），教師根據(jù)實(shí)際工程測(cè)量項(xiàng)目，簡化分解出一系列小課題，供興趣小組的學(xué)生選擇。這類小課題具有明顯的工程實(shí)際背景，且課題任務(wù)本身具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，學(xué)生必須經(jīng)歷課后相關(guān)文獻(xiàn)查閱、小組方案討論、撰寫課題方案報(bào)告等研究階段，通過成員間的緊密合作才可完成課題任務(wù)。例如，設(shè)計(jì)一種單向力傳感器，要求測(cè)量范圍為100～10000 N，其中100～1000 N范圍內(nèi)精度為0.1%；1000～10000 N范圍內(nèi)精度為0.2%；敏感元件不限，頻響500 Hz。這類小課題要求學(xué)生緊密結(jié)合測(cè)試技術(shù)理論知識(shí)，且需充分運(yùn)用之前所學(xué)的力學(xué)、材料等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，才能解決源于具體的實(shí)際工程項(xiàng)目的技術(shù)問題。因此，這種教學(xué)方式吸引了一批對(duì)科研工作具有濃厚興趣的學(xué)生，使其真正做到學(xué)以致用、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力都獲得明顯提高。

3 結(jié)語

《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》研究型教學(xué)模式的探討取得了較好地教學(xué)效果，也使我們更加深刻地認(rèn)識(shí)到，只有與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)改革，才能提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有研究意識(shí)和研究能力的本科人才。在教學(xué)改革過程中還需結(jié)合實(shí)際情況，探討研究型教學(xué)模式下的考核方法和考核標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，完善研究型教學(xué)方法，進(jìn)一步提高《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 周文成.研究型本科教學(xué)探析：衍進(jìn)、內(nèi)涵、措施[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2008，10（3）：64-68.

[2] 熊詩波，黃長藝.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3] 李運(yùn)紅，張習(xí)加，李占賢.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011（5）：24-26.

[4] 丁良宏，王潤孝，馮華山，等.淺析BigDog四足機(jī)器人[J].中國機(jī)械工程，2012，23（5）：505-514.

[5] 任宗金，孫寶元，等.軌姿控火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量原理與動(dòng)態(tài)性能[J].航空學(xué)報(bào)，2009，30（11）： 2037-3044.endprint