測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理的課程教學(xué)改革

顏志剛 劉婷婷

摘要：測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的綜合性課程，理論部分難以理解。長(zhǎng)期以來(lái)，同學(xué)們反映課程深?yuàn)W難懂，導(dǎo)致了學(xué)習(xí)積極性銳減。為了提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量，提出了課程體系、內(nèi)容、環(huán)節(jié)、模式等方面進(jìn)行的改革措施。

關(guān)鍵詞：測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理;激發(fā)式教學(xué);項(xiàng)目引導(dǎo)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）36-0122-02

《測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理》課程是我校機(jī)械類專業(yè)本科生的基礎(chǔ)必修課，一般在大三上學(xué)期開(kāi)設(shè)。課程知識(shí)面較廣，是融合了信號(hào)及其信號(hào)分析、傳感器技術(shù)、模擬電路技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等內(nèi)容的一門綜合性課程。課程首先討論常用信號(hào)以及信號(hào)變換處理基本方法，測(cè)試系統(tǒng)的特性，常用傳感器及其信號(hào)模擬電路設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理以及常用物理量的測(cè)試方法。它涵蓋了諸多學(xué)科，尤其是在第二章的常見(jiàn)信號(hào)處理方法中，涉及了傅里葉變換、小波分析等抽象內(nèi)容。為了加深對(duì)理論部分的理解，必須通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，因此對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)要求較高。針對(duì)上述難點(diǎn)，本文首先分析以往教學(xué)模式下的缺陷，之后對(duì)我們進(jìn)行的教學(xué)模式改革進(jìn)行匯總。

一、以往教學(xué)方法的不足

1.基礎(chǔ)知識(shí)環(huán)節(jié)薄弱。測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理課程內(nèi)容涉及面很廣，是一門綜合型課程。包括信號(hào)與系統(tǒng)、檢測(cè)技術(shù)，微機(jī)原理等眾多技術(shù)，是一門多學(xué)科交叉的課程。例如在第二章測(cè)試信號(hào)的基本特性的時(shí)候，要對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換、微積分等運(yùn)算，尤其是在講解傅里葉的基本特性的時(shí)候，使用了眾多的積分變換的知識(shí)。這些都是以前所學(xué)的高等數(shù)學(xué)中的知識(shí)，而這部分內(nèi)容學(xué)生一般在大一就學(xué)過(guò)了，隔了一年多的時(shí)間，部分內(nèi)容學(xué)生都忘了，因而進(jìn)展較慢。在上課的時(shí)候，教師還得帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)以前的相關(guān)知識(shí)，造成整體教學(xué)進(jìn)度緩慢，學(xué)生學(xué)起來(lái)也比較吃力。

2.教學(xué)方法單一。以往的教學(xué)過(guò)程中，一般都是教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生跟著教師的思路一步一步學(xué)習(xí)理解。這種“填鴨式”教學(xué)方法雖然有利于教師有效的把握教學(xué)進(jìn)度和學(xué)生的掌握能力，結(jié)果是會(huì)造成學(xué)生被動(dòng)得死記硬背，理解了表象，但是難以深入的舉一反三，完全抹殺了學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性。這對(duì)后續(xù)的內(nèi)容也造成了教學(xué)內(nèi)容的脫節(jié)，難以貫穿整個(gè)知識(shí)體系。比如在講解隨機(jī)信號(hào)這一節(jié)的相關(guān)函數(shù)應(yīng)用中，對(duì)于相關(guān)函數(shù)的有關(guān)運(yùn)算，深?yuàn)W、難以理解，而且涉及到以往高數(shù)的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容，很多學(xué)生學(xué)得不是很好。大多數(shù)學(xué)生在計(jì)算的過(guò)程中，只能按照書(shū)本上的基本公式求解，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜煩瑣。

3.實(shí)驗(yàn)力度不夠。測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理課程由于涵蓋的內(nèi)容非常廣，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求比較高，涉及到信號(hào)處理、模擬信號(hào)調(diào)理等相關(guān)知識(shí)，而且實(shí)驗(yàn)難度也比較大。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是由于實(shí)驗(yàn)難度大，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備又不足，因此難以完成較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。然而如果簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，則又達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課的過(guò)程中無(wú)法與實(shí)踐相結(jié)合，與實(shí)際問(wèn)題相脫節(jié)，覺(jué)得該課程深?yuàn)W難懂，枯燥無(wú)味。二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一般要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)步驟操作，學(xué)生只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)一步一步的進(jìn)行，無(wú)法擴(kuò)寬相關(guān)知識(shí)，從點(diǎn)到線的理解;無(wú)法全面理解相關(guān)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，從而不能提高學(xué)生的積極性和主觀性。

二、深化教學(xué)改革

1.教學(xué)內(nèi)容的增加。通常情況下，教學(xué)進(jìn)程是教師以課程教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，逐步深入地講解各個(gè)章節(jié)內(nèi)容。比如講到第五章“常用傳感器”這一章節(jié)，按照大綱要求主要講解電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、光電式、熱電式等傳統(tǒng)的物性型傳感器的基本原理、特性、信號(hào)調(diào)理電路及實(shí)際應(yīng)用。這些傳感器都是傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，多少年都沒(méi)有變化，已經(jīng)相當(dāng)成熟。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，越來(lái)越多的傳統(tǒng)傳感器已無(wú)法滿足現(xiàn)代化機(jī)電裝備要求，很多綜合性能傳感器、智能型以及小型化傳感器成為了傳感器今后的發(fā)展趨勢(shì)。特別是基于多學(xué)科內(nèi)容的生物傳感器以及納米型、微小型傳感器等都在原有的傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)上有了很大的提升，應(yīng)用范圍更廣。我們?cè)谠械慕虒W(xué)大綱基礎(chǔ)上適當(dāng)增加這些新技術(shù)、新知識(shí)，使學(xué)生能夠及時(shí)了解當(dāng)前傳感器的發(fā)展方向，以提高他們的學(xué)習(xí)積極性。我們?cè)诒菊n程教學(xué)過(guò)程中增加了智能型傳感器、網(wǎng)絡(luò)型傳感器的相關(guān)知識(shí)，這類傳感器尤其在計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，它可以直接將物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，便于就地顯示和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

2.激發(fā)式教學(xué)模式的推進(jìn)。測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理是機(jī)械類本科學(xué)生的一門綜合性的課程，主要是培養(yǎng)學(xué)生掌握信號(hào)與系統(tǒng)、常用傳感器、信號(hào)調(diào)理技術(shù)、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)的專業(yè)性基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和應(yīng)用性。目前，很多學(xué)生出于就業(yè)壓力，往往側(cè)重于“短平快”的技能練習(xí)，上課不能很好地集中注意力，積極性逐漸減弱。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中適當(dāng)搜集周邊相關(guān)企業(yè)實(shí)際遇到的難題，以這些問(wèn)題入手，逐步講解解決這些問(wèn)題的思路、原理和方法，這樣極大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了良好的效果。

3.以精品課程建設(shè)為重點(diǎn)，整體優(yōu)化、突出課程的實(shí)用性。在課程教學(xué)改革中，首先應(yīng)該是以教學(xué)大綱的基本要求為準(zhǔn)則，重點(diǎn)是以基礎(chǔ)性和知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展、綜合提高為原則。課程綜合體系的建設(shè)主要以基礎(chǔ)課和教學(xué)平臺(tái)建設(shè)為重點(diǎn)，逐步帶動(dòng)專業(yè)課建設(shè)。目前已經(jīng)取得了一定的成效，測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理已分別建成校級(jí)和省級(jí)精品課程。

在課程建設(shè)工作中，課程責(zé)任人應(yīng)按照精品課的標(biāo)準(zhǔn)，制定切實(shí)可行的課程建設(shè)規(guī)劃，課題組成員通過(guò)定期檢查、評(píng)估、課程研討等措施，以加強(qiáng)課程建設(shè)工作。課程建設(shè)注重教學(xué)內(nèi)容的改革，結(jié)合班級(jí)同學(xué)對(duì)知識(shí)點(diǎn)實(shí)際掌握能力的基礎(chǔ)和本領(lǐng)域發(fā)展水平及趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，制定改革的總體方向。對(duì)于每一章節(jié)內(nèi)容，則要求在充分理解課程內(nèi)容的前、后相關(guān)課程的基礎(chǔ)上，及時(shí)進(jìn)行課程內(nèi)容的調(diào)整與優(yōu)化，把教改成果和學(xué)科當(dāng)前最新發(fā)展技術(shù)添加到教學(xué)內(nèi)容中。

4.以科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)來(lái)提高學(xué)生的實(shí)踐能力。提出“以工程案例和生產(chǎn)實(shí)踐為主線的測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)模式”，利用良好的試驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、科技創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，針對(duì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合工程題目設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)案例，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)和集成測(cè)試系統(tǒng)，重點(diǎn)培養(yǎng)創(chuàng)造意識(shí)，增強(qiáng)工程分析和實(shí)際應(yīng)用能力。在課堂講授過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際工程案例，利用教師承擔(dān)過(guò)的科研項(xiàng)目以及積累的實(shí)際應(yīng)用案例，從案例中提取出適當(dāng)難度的子問(wèn)題，作為一個(gè)小的子項(xiàng)目來(lái)讓學(xué)生實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠更加深入地感受到測(cè)試技術(shù)的基本原理價(jià)值，避免枯燥無(wú)味的書(shū)本理論分析，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。從問(wèn)題的提出，方案的制訂，到傳感器的選型、模擬信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、濾波等一系列環(huán)節(jié)，均由學(xué)生以小組為單元參與設(shè)計(jì)，每個(gè)組的設(shè)計(jì)方案均有所不同。最終學(xué)生都能很好的完成設(shè)計(jì)，指導(dǎo)教師再逐一對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，學(xué)生也很有成就感，達(dá)到了很好的學(xué)習(xí)效果。

在理論課和實(shí)驗(yàn)課程之外，我們還根據(jù)相關(guān)題材，組建課題小組，所有學(xué)生、只要對(duì)該課程感興趣的都可以參加。經(jīng)過(guò)與學(xué)院溝通，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室及儀器，開(kāi)展科研項(xiàng)目課題。大多數(shù)項(xiàng)目均與應(yīng)用緊密結(jié)合，提倡解決實(shí)際問(wèn)題。在實(shí)際項(xiàng)目難題的解決中，學(xué)生一方面加深了對(duì)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)書(shū)本理論知識(shí)的理解，另一方面培養(yǎng)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，形成了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。在這幾年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽以及校級(jí)和省級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)大賽中，本院學(xué)生均取得了較好的成績(jī)，很多同學(xué)還在核心期刊上發(fā)表多篇科技論文以及專利。

5.建設(shè)了《測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理》精品課程網(wǎng)站。在精品課程的建設(shè)中，我們非常重視現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用，重點(diǎn)制作了網(wǎng)絡(luò)課程和多媒體課件，進(jìn)行了《測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理》教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)建設(shè)。該網(wǎng)站適用于高等工科院校機(jī)械類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的課程的教師備課授課、學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)互動(dòng)使用。通過(guò)網(wǎng)站的建設(shè)，可以將重點(diǎn)內(nèi)容、圖、動(dòng)畫(huà)、虛擬儀器、仿真測(cè)試、網(wǎng)上答疑與互動(dòng)等素材有機(jī)地結(jié)合。對(duì)于書(shū)本中難以理解的理論和原理性知識(shí)以動(dòng)畫(huà)、視頻等展現(xiàn)，便于學(xué)生理解。但是在教學(xué)過(guò)程中，重點(diǎn)內(nèi)容還是要結(jié)合板書(shū)進(jìn)行深入的講訴，使學(xué)生愿意主動(dòng)參與，更好的掌握課程的理解。尤其是網(wǎng)站內(nèi)的答疑互動(dòng)環(huán)節(jié)，也使很多疑難問(wèn)題，可以方便的給同學(xué)們解答。另外，根據(jù)同學(xué)們所提出的問(wèn)題，也可以幫助教師把握同學(xué)們掌握的程度。對(duì)于共性的疑難點(diǎn)，在上課的過(guò)程中再次詳細(xì)講述，同學(xué)們便能更加深入的理解。

三、結(jié)語(yǔ)

《測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理》課程教學(xué)方法的探討，使我們深刻地認(rèn)識(shí)到原有教學(xué)方法存在的諸多不足之處。只有通過(guò)一系列的教學(xué)改革，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。這些方法同時(shí)還用在了其他的相關(guān)課程中，也取得了很好的效果。在教改過(guò)程中，我們認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有的教學(xué)方法還可以進(jìn)行更深入的完善，可以做得更好，還需要不斷努力并認(rèn)真總結(jié)。今后，我們主要在教學(xué)團(tuán)隊(duì)整體水平的提高、深化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法、完善教材建設(shè)、進(jìn)一步加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)方面努力，相信一定能取得更好的效果。

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