測試技術(shù)課程內(nèi)容的教學(xué)改革

郝曉曦+楊敏

[摘 要]測試技術(shù)是機械工程及自動化專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。分析機械工程專業(yè)測試技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合五邑大學(xué)地方性院校的特點，改革測試技術(shù)課程，加大學(xué)生對常用傳感器的了解和應(yīng)用，學(xué)生對傳感器輸出的信號如何進行預(yù)調(diào)有了清晰的認識，對復(fù)雜難懂的信號處理知識已不陌生。大部分學(xué)生能夠合理利用信號處理知識對采集到的信號進行各種算法處理，課程學(xué)習(xí)的興趣也得到提高。

[關(guān)鍵詞]測試技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)內(nèi)容

[中圖分類號] G423 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）06-0123-03

測試技術(shù)是機械工程及自動化專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程理論性和實踐性都很強，并具有很強的技術(shù)性，是本科生后繼課程和研究生課程的基礎(chǔ)，在專業(yè)課程體系中占有重要地位。

一、測試技術(shù)現(xiàn)狀

從課程內(nèi)容方面看，測試技術(shù)將很多新技術(shù)和新知識融為一體，既有廣度又有深度，其特點主要有以下幾點：1.多學(xué)科滲透，涉及數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)、計算機科學(xué)、信號處理等多方面知識，課程所講授內(nèi)容相對來說比較分散；2.計算過程復(fù)雜，如信號的分析處理與系統(tǒng)的響應(yīng)特性等內(nèi)容，理論性強，計算相對復(fù)雜，公式推導(dǎo)多，概念難理解；3.實踐性強，各種傳感器、測試儀器的熟悉、測試方法的掌握、測試系統(tǒng)的組建和使用等僅靠傳統(tǒng)的理論課堂教學(xué)難以達到預(yù)期的效果，因此需要實驗教學(xué)作為輔助；4.總學(xué)時有限，新內(nèi)容越來越多，而課程的理論學(xué)時僅有40學(xué)時，這對于在教學(xué)中不斷增加與測試技術(shù)相關(guān)的新內(nèi)容是遠遠不夠的。基于課程的以上特點，為適應(yīng)新形勢下的教學(xué)要求，必須確保教學(xué)質(zhì)量，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生的工程意識、培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。

從教學(xué)方面看，現(xiàn)在的測試技術(shù)教學(xué)存在以下問題。1.內(nèi)容比較陳舊。教材還沿用5年前自主編制的教材，與工程實踐結(jié)合不夠密切。比如在講傳感技術(shù)這一章節(jié)時，只是單一從傳感器的原理、測試電路等內(nèi)容進行了介紹，對目前同類傳感器的發(fā)展?fàn)顩r、工程應(yīng)用程度等介紹相對較少。這使得學(xué)生無法對最新的傳感器技術(shù)和工程應(yīng)用情況有全面的認識和了解。同時，由于課時的局限性，授課教師無法將最新的測試系統(tǒng)知識點及時擴充到教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容不能得到及時更新。2.教學(xué)方法主要是以課堂教學(xué)為主，學(xué)生被動接受。學(xué)生由于之前的基礎(chǔ)知識掌握不牢，因此常會感到理論知識枯燥難懂，課程學(xué)習(xí)的積極性不夠高。3.目前，實驗教學(xué)過程主要是以演示實驗和驗證性實驗為主，即在做實驗之前，教師將所需完成的實驗從實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器、實驗內(nèi)容以及實驗步驟、數(shù)據(jù)處理方法等都做了詳盡的交代，甚至提供了方案、電路原理圖、數(shù)據(jù)表格乃至數(shù)據(jù)處理程序等，學(xué)生只要按固定步驟操作即可。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式雖然能使得學(xué)生較快地掌握教材和實驗內(nèi)容，但卻影響了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，激發(fā)不了學(xué)生求知的欲望，失去了“實驗”真正的意義，只剩下機械模仿性的“操作”。

從上不難看出，學(xué)生在學(xué)習(xí)測試技術(shù)這門課時往往是按部就班，無法靈活應(yīng)用專業(yè)知識解決實際工程問題，更無法在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新。為了改變測試技術(shù)這門課程的學(xué)習(xí)現(xiàn)況，本次教學(xué)改革采用基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和方法、實驗教學(xué)內(nèi)容和方法等方面進行探索和嘗試，希望借此教學(xué)改革提升教學(xué)團隊的業(yè)務(wù)能力。

測試技術(shù)課程內(nèi)容的最大特點就是綜合性強、涉及內(nèi)容廣泛、信息容量大、技術(shù)性強、技術(shù)更新快。五邑大學(xué)機電工程學(xué)院自2013年起已經(jīng)開展關(guān)于測試技術(shù)課程的教學(xué)改革。從教學(xué)目標(biāo)、課內(nèi)教學(xué)內(nèi)容和課外教學(xué)內(nèi)容等三個方面做了大的調(diào)整。

二、教學(xué)目標(biāo)的制訂

考慮到五邑大學(xué)測試技術(shù)授課的對象主要是機電工程及其自動化專業(yè)的本科學(xué)生，他們學(xué)習(xí)測試技術(shù)主要是用于工程應(yīng)用。因此，教學(xué)目標(biāo)設(shè)立為如下幾方面：1.建立動態(tài)測試的工程思想；2.掌握常用的工程測試方法和技術(shù)；3.掌握工程中常用的信號處理方法。

在實際工程中，所需要被測量的信號往往都是隨時間變化而變化的動態(tài)信號，或者說，工程中所需要的有用信息往往都是通過分析動態(tài)信號獲得的。例如，在檢測摩托車舒適性的測試過程中，路面給摩托車車身的激勵反應(yīng)為駕駛位置的振動情況，路面越崎嶇不平，駕駛位置的顛簸越嚴(yán)重，振動情況越明顯，舒適性越差。這一過程，車身的振動情況是隨著路面的起伏情況連續(xù)發(fā)生變化的，因此，測得的振動信號也是連續(xù)發(fā)生變化的。如果在這一過程中，只依靠簡單的靜態(tài)測量是無法獲取所需要信息的。在以往的教學(xué)過程中，我們對動態(tài)測試強調(diào)得不夠，而在實際工程中，很多都涉及動態(tài)測試。因此，自2013年之后，我們在整個課程的教學(xué)和實驗中貫穿動態(tài)測試的概念，進而建立學(xué)生的動態(tài)工程思想。

在建立學(xué)生的動態(tài)工程思想的基礎(chǔ)之上，我們同時通過工程實例總結(jié)出測試的一般過程，通過測試的一般過程將每一個環(huán)節(jié)、步驟中所涉及的信息獲取技術(shù)（傳感技術(shù)）、信號預(yù)處理方法、時域頻域分析方法、信號處理方法等有機融合，使學(xué)生能夠?qū)こ虦y試的基本概念、方法、技術(shù)等有一個完整的認識和了解。同時，對目前工程上應(yīng)用最廣泛的儀器設(shè)備、測試方法等有一個系統(tǒng)掌握。

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，利用計算機對測試結(jié)果進行信息處理已成為工程測試中必不可少的環(huán)節(jié)。在以往的教學(xué)中，我們往往忽略了有關(guān)利用計算機進行信息處理的部分，僅對相關(guān)的概念進行介紹。然而，從實際應(yīng)用出發(fā)，目前的測試已經(jīng)離不開信息處理技術(shù)了。因此，我們將教學(xué)目標(biāo)進行調(diào)整，將工程中常用的信號處理方法也作為教學(xué)目標(biāo)之一，通過對常用信息處理方式的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握Labview等常用虛擬儀器及信息處理方法。

三、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

測試過程一般包含被測信號的拾取、轉(zhuǎn)換、放大、傳輸、處理、分析等環(huán)節(jié)，有時為了能夠從被測對象提取所需要的信息，需要采用適當(dāng)?shù)姆绞綄Ρ粶y對象進行激勵，使其特征信息能夠表現(xiàn)出來，以便于信號的檢測。因此，一個測試系統(tǒng)應(yīng)該具有如下功能：將被測對象置于預(yù)定狀態(tài)下，并對被測對象所輸出的特征信息進行拾取、轉(zhuǎn)換、放大、分析處理、顯示記錄等。在此基礎(chǔ)上所建立的測試系統(tǒng)一般包含如下幾個環(huán)節(jié)：試驗裝置、傳感器、信號調(diào)理電路、信號分析處理裝置和顯示記錄等，具體如圖1所示。

由該過程可將教學(xué)內(nèi)容進行如下安排，具體如表1所示。

調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容與之前的教學(xué)內(nèi)容相比，具有以下特點。

首先，章節(jié)之間聯(lián)系更加緊密，更突出了測試過程中各個環(huán)節(jié)中所應(yīng)用到的相關(guān)技術(shù)之間的聯(lián)系和關(guān)系。這主要是由于章節(jié)的安排是按照一般工程測試的流程以及主要環(huán)節(jié)來編制的，這樣就使得原本繁雜、分散的內(nèi)容有機地結(jié)合在一起，每一章節(jié)之間都有明確的關(guān)聯(lián)性，有助于學(xué)生建立整體、系統(tǒng)的知識框架結(jié)構(gòu)，能幫助學(xué)生盡快入門，提高學(xué)生對該門課的興趣和學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

其次，每一個有關(guān)技術(shù)的理論講解，都有對應(yīng)的實際工程應(yīng)用，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在每一章內(nèi)容中，都相應(yīng)的增加了具體的工程實例，這些例子都是有實際的工程背景，來自教師科研或研究方向。通過具體的工程實例，學(xué)生可以很好地了解和理解工程中測試的作用、測試的基本方法、原理以及操作過程，建立學(xué)生的“工程思想”，提高學(xué)生利用工程思想分析問題解決問題的能力。工程實例的增加有助于學(xué)生建立更加形象的認知，擺脫枯燥的理論教授，提高學(xué)生對課程的興趣，也為理論與實踐相結(jié)合提供了良好的平臺。

再次，增加了信號處理的內(nèi)容。在以往的測試技術(shù)授課過程中，重點在傳感器的使用以及后續(xù)硬件電路原理的介紹。此次改革，增加了信號處理的內(nèi)容，除了講授常見信號處理電路和方法（如電橋、信號的調(diào)制與解調(diào)、濾波、信號分析等），還增加了許多工程常用的信號分析和處理的軟硬件方法，例如程控增益放大器、多路復(fù)用、數(shù)字濾波、同源信號時差檢測、Hilbert變換與調(diào)幅解調(diào)、時頻域數(shù)據(jù)處理方法等。這些軟硬件方法在實際工程中比較常用，目的是讓學(xué)生對常用技術(shù)有一定的了解，避免出現(xiàn)“學(xué)到的和工作后用到的不一致”的現(xiàn)狀。

最后，增加了工程測試的典型應(yīng)用。這一部分是將機械工程中常用的被測量及其測量方法、信號處理方法等加以總結(jié)，鞏固之前所有章節(jié)所學(xué)內(nèi)容，提供學(xué)生主動思考、分析和綜合應(yīng)用的理論知識的能力。

四、結(jié)論

測試技術(shù)課程經(jīng)過為期兩年的改革，目前已經(jīng)取得一定的成效。學(xué)生加大了對常用傳感器的了解，對傳感器輸出的信號如何進行預(yù)調(diào)也有了清晰的認識。同時，學(xué)生對于復(fù)雜難懂的信號處理知識已經(jīng)不在有陌生或排斥的情緒，有一部分學(xué)生能夠合理利用信號處理知識對采集到的信號進行各種算法處理，這極大地提高了學(xué)生們對課程學(xué)習(xí)的興趣?？梢哉f這兩年的測試技術(shù)課程改革是成功的，但是在實驗方面的改革仍有待加強。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 劉在倫，王東偉，侯祎華，等. 《機械工程測試技術(shù)》教學(xué)改革探討[J] .大學(xué)教育，2015（7）：108.

[2] 王清. 《機械工程測試技術(shù)》教學(xué)改革探討[J]. 科技信息，2008（17）：500.

[3] 張佐營.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革與實踐[J]. 中國電力教育，2014（29）：51-52.

[責(zé)任編輯：陳 明]