研究生“檢測技術(shù)與信號處理”課程教學(xué)效果的提升策略

明廷鋒+張永祥

摘 ? ?要：“檢測技術(shù)與信號處理”是機(jī)械工程、材料科學(xué)與工程、輪機(jī)工程等專業(yè)碩士研究生的專業(yè)課程，涉及學(xué)生面較廣。文章從“檢測技術(shù)與信號處理”課程的性質(zhì)與特點出發(fā)，從精選與整合課程內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法與策略、變革課程考核方式三個方面提出了提升該門課程教學(xué)效果的策略。

關(guān)鍵詞：研究生;教學(xué)效果;檢測技術(shù)與信號處理

中圖分類號：G643 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2015）07-0007-02

一、課程性質(zhì)與特點

（一）課程性質(zhì)

“檢測技術(shù)與信號處理”是海軍工程大學(xué)2007年研究生培養(yǎng)方案制（修）訂時，為適應(yīng)海軍建設(shè)發(fā)展和軍事訓(xùn)練轉(zhuǎn)變對高層次軍事人才培養(yǎng)的需要，進(jìn)一步優(yōu)化人才培養(yǎng)頂層設(shè)計，提高學(xué)科建設(shè)水平和高層次人才培養(yǎng)質(zhì)量，而在機(jī)械工程學(xué)科專業(yè)設(shè)立的一門碩士研究生學(xué)科專業(yè)課程，屬于“測試技術(shù)”類課程。經(jīng)過多年的課程建設(shè)，每期選修本門的研究生從2人已增加到了12人以上，并在大學(xué)2012年組織的新一輪研究生培養(yǎng)方案的制（修）訂工作中，被納入了材料科學(xué)與工程、輪機(jī)工程等學(xué)科專業(yè)的碩士研究生課程設(shè)置中[1]。可見，隨著工程上各研究領(lǐng)域?qū)y試（檢測）工作需求的不斷增加，本課程也越來越受到重視。本文結(jié)合課程教學(xué)組多年的教學(xué)實踐，以提高課程教學(xué)效果為目的，從研究生課程教學(xué)的特點出發(fā)，探討了本門課程教學(xué)改進(jìn)方法。

（二）課程特點

“測試技術(shù)”屬于信息科學(xué)范疇，涵蓋信號獲取技術(shù)（即傳感器技術(shù)）、誤差分析理論、測試計量技術(shù)、信號處理技術(shù)、抗干擾技術(shù)等，涉及物理、化學(xué)、機(jī)械和電子等學(xué)科知識的交叉融合，研究領(lǐng)域廣泛，內(nèi)容抽象，實踐性強(qiáng)。對于高校的機(jī)械、儀器、測控、自動化、信息等專業(yè)，“測試技術(shù)”類課程為必開設(shè)課程，一般分本科和研究生兩個教學(xué)階段。本科階段要求學(xué)生掌握“測試技術(shù)”相關(guān)的基本概念和基礎(chǔ)知識，能應(yīng)用所學(xué)進(jìn)行簡單的工程實踐;研究生階段則更加注重培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、問題分析能力和科研創(chuàng)新能力。因而，二者的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)方式有所不同。

通過對選修本門課的歷屆研究生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的分析比較，發(fā)現(xiàn)在本科階段已修過“測試技術(shù)”相似課程的學(xué)生數(shù)量占一半左右，學(xué)時數(shù)一般較少（30學(xué)時左右）。本科為“機(jī)械設(shè)計及自動化”等專業(yè)的研究生一般都具備相關(guān)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，但由于隨后缺少實踐運(yùn)用，使得知識遺忘較嚴(yán)重。對于其他專業(yè)，例如“輪機(jī)工程”、“材料工程”等，部分高校則未開設(shè)“測試技術(shù)”相似的課程。由此可見，本課程既要考慮授課內(nèi)容的基礎(chǔ)性，又要涉及其先進(jìn)性，還要兼顧專業(yè)性和面向應(yīng)用對象的特點。

二、教學(xué)效果提升策略

（一）精選整合課程內(nèi)容

“檢測技術(shù)與信號處理”課程的內(nèi)容豐富，如何適應(yīng)當(dāng)前研究生培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容的精選非常關(guān)鍵。通過與相關(guān)專業(yè)教師和選課研究生交流，綜合各相關(guān)專業(yè)的需求、積累的教學(xué)經(jīng)驗，以及教學(xué)效果總結(jié)，課程教學(xué)組成員認(rèn)為課程的主要內(nèi)容應(yīng)包含以下幾方面。

一是測試基礎(chǔ)知識。該部分內(nèi)容是課程開篇的必備基礎(chǔ)知識，包括測試的基本概念、不確定度分析、測試系統(tǒng)特性分析等。重點應(yīng)掌握后兩部分知識點。

二是數(shù)字信號處理。主要介紹信號的定義和分類、信號采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理、信號的時域分析法、譜分析技術(shù)、現(xiàn)代信號分析方法等。重點講授信號分析處理相關(guān)知識。

三是傳感器技術(shù)。從工作原理和結(jié)構(gòu)上分別介紹壓電式、電磁式、光電式、熱電式、半導(dǎo)體等各類傳感器。重點闡述傳感器的性能特點和應(yīng)用。

四是信號調(diào)理。從特性分析和應(yīng)用特點兩方面，深入闡述傳感器信號輸出后的信號隔離、放大、濾波、調(diào)制解調(diào)和信號轉(zhuǎn)換（電流/電壓和電壓/頻率）方面的內(nèi)容。

五是測試技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合測試系統(tǒng)構(gòu)成和信號處理技術(shù)，討論對海軍艦船主要機(jī)電裝備進(jìn)行狀態(tài)檢測的實施辦法。通過案例分析，使學(xué)生在掌握本門課程基本知識的基礎(chǔ)上，學(xué)會分析和完成一般的測試任務(wù)。

上述課程教學(xué)內(nèi)容確定后，在暫無自編教材的基礎(chǔ)上，教科書可優(yōu)選內(nèi)容相近的優(yōu)秀（重點）公開教材，組織編寫教學(xué)參考資料，并制訂中外參考資料目錄。同時，教學(xué)方法的改進(jìn)方面也需要針對研究生的教學(xué)特點開展實施。

（二）改進(jìn)教學(xué)方法與策略

研究生與本科生不同，總體上思維活躍，已具備了一些相關(guān)的基礎(chǔ)知識，并具備較強(qiáng)的求知欲、接受能力和自學(xué)能力。根據(jù)研究生培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)習(xí)特點，以及研究生課程特點和課程內(nèi)容，在教學(xué)中可采用講授、講座、研討、自學(xué)等幾種方式，其授課過程應(yīng)更傾向于“導(dǎo)”，即引導(dǎo)和指導(dǎo)，而非本科階段的“講授”。

“檢測技術(shù)與信號處理”課程內(nèi)容理論性較強(qiáng)，實踐性要求突出，綜合考慮研究生的“學(xué)緣”情況，課程教學(xué)組采用的教學(xué)方法是以研究生為主體，專題研討為牽引，課堂教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合。課程講授、實驗教學(xué)和專題研討學(xué)時比例為2：2：1。設(shè)計教學(xué)方法時，需注意如下方面。

1.精選內(nèi)容，側(cè)重前沿知識

講授課程時，應(yīng)當(dāng)避免“滿堂灌”和追求內(nèi)容“全面”。鑒于部分研究生已有相關(guān)知識，可減少基本概念和基礎(chǔ)知識的授課學(xué)時，如測量的基礎(chǔ)概念、信號的定義和分類、常用傳感器的工作原理等。注意教學(xué)內(nèi)容的發(fā)展，課程講授應(yīng)與時俱進(jìn)，重點在于新興的和實用的測試技術(shù)上，如測量不確定度、新型傳感器、現(xiàn)代信號處理等。教師可結(jié)合課題組研究成果，引入最新文獻(xiàn)，根據(jù)研究生專業(yè)的不同，補(bǔ)充授課內(nèi)容，保持內(nèi)容的前沿性，使研究生學(xué)到有益的知識，并了解課程相關(guān)知識發(fā)展的前沿問題。

2.培養(yǎng)閱讀能力，組織專題研討

突出學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)。授課教師推薦相關(guān)參考文獻(xiàn)，并強(qiáng)調(diào)研究生不僅應(yīng)完成課前教科書內(nèi)容的泛讀，還要根據(jù)自己的學(xué)科專業(yè)的某一方向或?qū)氖碌恼n題研究，從傳感、測試以及信號處理等方面查閱資料和深入閱讀，分析總結(jié)，制作課件，然后在課堂上進(jìn)行宣講交流，并接受質(zhì)詢和點評。

第一，教師提前布置研討主題的范圍，指導(dǎo)研究生進(jìn)行研討資料準(zhǔn)備。期間不做任何學(xué)術(shù)方面的限定或評價，以免影響學(xué)生的選題和后續(xù)準(zhǔn)備。

第二，研究生在課堂上宣講自己的專題。通過宣講交流，研究生的自學(xué)能力、學(xué)術(shù)水平、課件制作、表達(dá)能力、儀態(tài)形象、現(xiàn)場駕馭能力等將得到一定程度的鍛煉。專題匯報內(nèi)容要求全面、規(guī)范，時間控制在15—20分鐘。

第三，針對研究生專題匯報內(nèi)容，課程參與者（教師、學(xué)生等）均可向匯報人提問，尤其是研究生，每人必須提出至少一個觀點或質(zhì)疑。從而激發(fā)雙方主動思考、辨析和討論，使臺下研究生不是課堂上“被動的聽眾”，而是專題研討的參與者和研究者。

第四，教師負(fù)責(zé)做好階段性的專題研討簡短總結(jié)，對于討論中有關(guān)學(xué)術(shù)問題的爭論，一般不做“對”還是“錯”的定論評價，避免在潛意識下影響研究生自由活躍的學(xué)術(shù)交流氛圍。

專題研討結(jié)束后，要求每一位研究生根據(jù)匯報過程中的研討意見，將本人的匯報內(nèi)容整理后上交。裝訂成冊，作為資料保存，亦可作為課程考核的一部分。此外，可以根據(jù)課程的整體安排情況，選擇艦船設(shè)備液位檢測、艦船機(jī)械測試、非平穩(wěn)信號處理等若干個基礎(chǔ)、重點和難點問題進(jìn)行專題講座，使研究生對測試技術(shù)在海軍艦船裝備的應(yīng)用情況、進(jìn)展以及有待解決的前沿課題有一定的了解。由2—3名教師主講，結(jié)合自己的科研成果，通過若干個專題講座來達(dá)到教學(xué)目的。

3.強(qiáng)調(diào)主動實驗，重視研究過程

“檢測技術(shù)與信號處理”課程內(nèi)容屬于跨學(xué)科交叉融合，理論知識抽象，不易理解，必須輔以實驗教學(xué)。大部分高校開設(shè)的實驗以驗證性項目為主，不能鍛煉和提高學(xué)生解決實際問題的能力。本課程依托輪機(jī)工程實驗室現(xiàn)有的試驗臺架和實驗條件，例如柴油機(jī)性能實驗平臺、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障模擬平臺、齒輪—滾動軸承實驗平臺、3560C型B & K振動噪聲測試儀等。實驗項目設(shè)定以自主創(chuàng)新的綜合性實驗為主，傳統(tǒng)驗證性實驗為輔;強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)研究生的主動參與、動手實踐和綜合創(chuàng)新解決問題的能力。研究生作為主體要參與實驗的各環(huán)節(jié)（實驗項目設(shè)計、檢測方法制定、疑難問題分析和事后討論總結(jié)等）;教師則作為輔助技術(shù)人員，為學(xué)生指引正確的研究實施方向，提供技術(shù)支持和解惑答疑，幫助學(xué)生樹立面對工程測試問題時的信心。另外，教師還應(yīng)特別重視培養(yǎng)研究生在實驗研究過程中的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的作風(fēng)和團(tuán)隊協(xié)作的意識。

（三）變革課程考核方式

課程考核方面是以專題研討報告、實驗項目報告以及期末開卷考試三部分的綜合成績作為最后考核成績，各部分分值所占比例為：專題研討報告占40%;實驗項目報告占30%;期末考試成績占30%。研究生如果能夠撰寫出與“測試技術(shù)”相關(guān)的獨創(chuàng)性學(xué)術(shù)論文，亦可作為考核加分的參考。

“檢測技術(shù)與信號處理”課程的教學(xué)方法通過幾年的不斷改進(jìn)，取得了一定的效果。研究生主要來自于機(jī)械工程、材料科學(xué)與工程和輪機(jī)工程三個專業(yè)，雖然彼此專業(yè)知識背景不同，但是本課程通過強(qiáng)調(diào)以研究生為主體的教學(xué)模式，增強(qiáng)了不同學(xué)科之間的交流，取長補(bǔ)短。研究生普遍反映通過該課程的學(xué)習(xí)，拓展了知識視野，學(xué)習(xí)積極性、自學(xué)能力、思維能力、寫作能力、研究與創(chuàng)新能力、學(xué)術(shù)交流能力等多方面能力都得到了培養(yǎng)和增強(qiáng)。

課程教學(xué)的改革是一項長期的需要不斷堅持的工作，授課教師應(yīng)該密切關(guān)注學(xué)術(shù)動態(tài)，了解學(xué)術(shù)前沿，不斷更新教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法，才能激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)主動性，傳授給學(xué)生該領(lǐng)域的技術(shù)能力，獲得更好的教學(xué)效果，從而為部隊培養(yǎng)高層次的創(chuàng)新性和實用性人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]海軍工程大學(xué)學(xué)術(shù)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)方案[Z].武漢：

海軍工程大學(xué)，2012，12.