機(jī)械類測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及改革初探

汪興興　莊麗陽　呂帥帥

摘 要：針對(duì)機(jī)械類測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)的特點(diǎn)，綜述了測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究現(xiàn)狀，分析了地方本科院校的測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體情況，圍繞測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書修訂、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系、實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法等五個(gè)方面實(shí)施了有益的改革和探索， 構(gòu)建了良好的實(shí)驗(yàn)條件，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：測(cè)試技術(shù) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 實(shí)踐教學(xué) 改革 考核機(jī)制

中圖分類號(hào)：G420；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（b）-00197-03

測(cè)試技術(shù)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，在前置電工電子、控制工程基礎(chǔ)等課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生能合理選用測(cè)試裝置并初步掌握進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試所需的基本知識(shí)和技能，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和處理機(jī)械工程技術(shù)問題打下基礎(chǔ)[1]。該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，對(duì)于課程是理論與實(shí)踐教學(xué)安排，國(guó)內(nèi)外存在很大不同；通過互聯(lián)網(wǎng)查閱國(guó)內(nèi)代表高校的機(jī)械樓專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，發(fā)現(xiàn)不同學(xué)校之間也存在學(xué)時(shí)多少和實(shí)驗(yàn)占比的很大差別。該文在概述現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，結(jié)合該校的實(shí)際情況，論述了測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革措施。

1 測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究進(jìn)展

焦敬品等[2]通過互聯(lián)網(wǎng)、電子期刊等途徑廣泛收集教改信息得出：測(cè)試技術(shù)在美國(guó)定位為實(shí)驗(yàn)課，教學(xué)目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，教學(xué)法上實(shí)行課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重；測(cè)試技術(shù)在我國(guó)定位為專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，課程教學(xué)目的以向?qū)W生傳授知識(shí)為主，教學(xué)上以教師課堂講授為中心，有少量的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。王清[3]將測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排為基礎(chǔ)訓(xùn)練性、創(chuàng)新設(shè)計(jì)性和綜合性等三類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以改變傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)模式。張欣悅[4]提出應(yīng)把傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與虛擬儀器技術(shù)結(jié)合，大大提高了測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能和柔性，從而使得教授的測(cè)試技術(shù)課程內(nèi)容和國(guó)際新技術(shù)接軌。劉吉軒等[5]將測(cè)試技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)劃分為基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和探索實(shí)驗(yàn)等三個(gè)層次的“層次化”實(shí)驗(yàn)?？恒y霞等[6]指出了測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)存在的具體問題：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置少；實(shí)驗(yàn)過程中缺少主動(dòng)性和創(chuàng)新性；學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊；實(shí)驗(yàn)的考核方式不能反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，并針?duì)所述問題進(jìn)行了相關(guān)的教學(xué)改革與實(shí)踐。史榮等[7]指出在測(cè)試技術(shù)課程試驗(yàn)內(nèi)容上要增強(qiáng)工程性，實(shí)驗(yàn)室要對(duì)學(xué)生進(jìn)行開放，給學(xué)生提供更寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與更長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。張雙雙等[8]結(jié)合機(jī)械專業(yè)的實(shí)際情況，針對(duì)“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程現(xiàn)狀，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)并重的教學(xué)體系。

1.2 本校測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.2.1 多專業(yè)多層次化教學(xué)需求

南通大學(xué)機(jī)械類專業(yè)包括機(jī)械工程、機(jī)械工程及自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化四個(gè)機(jī)械類專業(yè)，近幾年招生計(jì)劃是一本、二本、三本同時(shí)招生，且存在逐年動(dòng)態(tài)調(diào)整招生專業(yè)和層次的現(xiàn)實(shí)。測(cè)試技術(shù)作為一門機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是面向四個(gè)機(jī)械類專業(yè)3個(gè)層次學(xué)生同時(shí)開設(shè)的課程，南通大學(xué)機(jī)械類專業(yè)的現(xiàn)行招生計(jì)劃對(duì)測(cè)試技術(shù)提出了適應(yīng)多專業(yè)多層次化教學(xué)需求。

1.2.2 教材內(nèi)容多與課時(shí)少的矛盾

目前該校機(jī)械類專業(yè)授課選用教材為熊詩波等主編的《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》教材[1]；教材內(nèi)容包括信號(hào)及其描述，測(cè)試裝置的基本特性，常用傳感器與敏感元件，信號(hào)的調(diào)理與記錄，信號(hào)處理初步，位移測(cè)量，振動(dòng)測(cè)試，聲與聲發(fā)射測(cè)量，應(yīng)變、力與扭矩測(cè)量，流體參量的測(cè)量，計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)與虛擬儀器等十一章，內(nèi)容全面且豐富；而本校規(guī)定測(cè)試技術(shù)理論教學(xué)時(shí)間為32學(xué)時(shí)，存在著教材內(nèi)容多與課時(shí)少的矛盾。但由于教學(xué)計(jì)劃給定的學(xué)時(shí)有限，授課理論教師不可能安排全部?jī)?nèi)容，而是挑選了測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)部分內(nèi)容講解，主要是測(cè)試技術(shù)概論和教材前五章內(nèi)容，最后簡(jiǎn)單介紹教材最后一章計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)與虛擬儀器簡(jiǎn)介，培養(yǎng)學(xué)生基本測(cè)試技術(shù)知識(shí)，而教材中間各種物理量的測(cè)量五章內(nèi)容由學(xué)生課后自學(xué)為主；理論教學(xué)學(xué)時(shí)不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)更不可能充足，傳感器的種類、信號(hào)分析方法、需要測(cè)量的物理量較多， 由于課程學(xué)時(shí)又不允許，在有限的6學(xué)時(shí)內(nèi)，僅安排了金屬箔式應(yīng)變片性能及電橋特性、差動(dòng)變壓器的特性及應(yīng)用、電容傳感器特性3個(gè)實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)高度集中

南通大學(xué)機(jī)械類專業(yè)測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)計(jì)劃安排在本科生第七學(xué)期第1～14周，每周一次課，每次授課3個(gè)學(xué)時(shí)，理論授課時(shí)間有序。而實(shí)驗(yàn)課通常要安排在理論課的基礎(chǔ)內(nèi)容講解之后，一般要集中安排在第10～12周，實(shí)驗(yàn)授課時(shí)間相對(duì)集中。此外，本校機(jī)械類專業(yè)一個(gè)年級(jí)通常有10個(gè)班級(jí)，所在學(xué)院會(huì)安排多位老師開展理論教學(xué)，每周按計(jì)劃上課即可；但僅安排一位實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括：安排實(shí)驗(yàn)、通知學(xué)生、組織和開展實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、以及實(shí)驗(yàn)考核全部實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師一個(gè)人要在3周內(nèi)完成10個(gè)班級(jí)30個(gè)批次60學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，任務(wù)高度集中，工作強(qiáng)度大。

1.2.4 多廠家多型號(hào)設(shè)備共用

實(shí)施教學(xué)改革前，測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室硬件條件一般，測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)設(shè)備主要依托浙江大學(xué)CSY10型、CSY10A型和CSY2001B型老中新三代傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，配套信號(hào)測(cè)試分析設(shè)備有寧波中策和江蘇綠楊兩個(gè)廠家的雙蹤示波器，一臺(tái)演示實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)，萬用表等。多廠家多型號(hào)設(shè)備共用于測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，針對(duì)傳感器設(shè)備要講三種型號(hào)設(shè)備的基本注意點(diǎn)，針對(duì)雙蹤示波器要講兩個(gè)廠家設(shè)備的基本操作方法，設(shè)備基本講解占用時(shí)間長(zhǎng)，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)僅有2學(xué)時(shí)共80 min時(shí)間，從而導(dǎo)致學(xué)時(shí)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不足，常常出現(xiàn)拖堂現(xiàn)象。

2 測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)改革初探

實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)于理論教學(xué)具有直觀性、實(shí)踐性、綜合性、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性等特點(diǎn)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力與實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，具體從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書修訂、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系、實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法等五個(gè)方面實(shí)施了有益的改革和探索。

2.1 測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

近幾年，經(jīng)過學(xué)校與學(xué)院的資助建設(shè)，南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院“測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”實(shí)現(xiàn)了主體設(shè)備的更新與換代，徹底擺脫了多廠家多型號(hào)設(shè)備共用問題。測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)主要依托設(shè)備“傳感器系統(tǒng)綜合試驗(yàn)儀器”，由三代同堂使用的狀況，逐漸改善到目前的全部使用最新一代產(chǎn)品“CSY2001B型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)”實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；與此同時(shí)，輔助信號(hào)測(cè)試分析設(shè)備“示波器”也得到了全面更新與換代，全部使用江蘇綠楊公司YB4328型雙蹤示波器；計(jì)算機(jī)也實(shí)現(xiàn)了全面配置，三臺(tái)主要設(shè)備達(dá)到了1∶1標(biāo)準(zhǔn)化匹配，共計(jì)16套，基本滿足了每班一批、兩人一組的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

2.2 測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書修訂

學(xué)生專業(yè)培養(yǎng)方案限制了測(cè)試技術(shù)課程的授課學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，課程授課教學(xué)大綱決定了測(cè)試技術(shù)的授課內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排。通過測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，設(shè)備得到了更新?lián)Q代，同時(shí)試驗(yàn)儀器的外形、模塊等也發(fā)生了巨大變化。原有的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書無法匹配全新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，因此，根據(jù)新設(shè)備的特性及教學(xué)大綱的要求，綜合考慮不同層次的學(xué)生的需求，重新編寫測(cè)試技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，主要內(nèi)容仍由金屬箔式應(yīng)變片性能及電橋特性、差動(dòng)變壓器的特性及應(yīng)用、電容傳感器特性3個(gè)實(shí)驗(yàn)組成，增加了前言 “實(shí)驗(yàn)操作基本注意事項(xiàng)”，以及附錄“實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介”，解決目前測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書陳舊的問題。

2.3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系的改革探索

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及新設(shè)備特性，對(duì)3個(gè)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的先后順序進(jìn)行了調(diào)整，將操作相對(duì)容易“電容傳感器特性”提前至第1個(gè)實(shí)驗(yàn)，為首次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目留下了充足的講解時(shí)間，以便清楚講述各實(shí)驗(yàn)設(shè)備特性和功能，同時(shí)為3次實(shí)驗(yàn)提出總體要求。通過第1次實(shí)驗(yàn)，不僅讓學(xué)生了解電容傳感器特性，而且讓學(xué)生建立測(cè)試系統(tǒng)的總體框架（如圖1所示）概念，明確后續(xù)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生課前完成預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)工作；第2次實(shí)驗(yàn)安排金屬箔式應(yīng)變片性能及電橋特性，讓學(xué)生掌握金屬箔式應(yīng)變片性能，充分認(rèn)識(shí)信號(hào)處理電橋的特性，建立測(cè)試系統(tǒng)微觀電路的意識(shí)；第3次實(shí)驗(yàn)安排差動(dòng)變壓器的特性及應(yīng)用，讓學(xué)生掌握差動(dòng)變壓器的特性，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，從而培養(yǎng)學(xué)生測(cè)試系統(tǒng)搭建與實(shí)現(xiàn)的技能。

2.4 實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制的探索與建設(shè)

在改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制方面，改變以往考核中采用的“粗線條”式考核方法，采用“分類細(xì)化”式的考核方法，減小考核過程中帶來的不公平不公正現(xiàn)象，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，充分提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。改革前，主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)依據(jù)，實(shí)驗(yàn)操作過程中經(jīng)常出現(xiàn)一組同學(xué)做，多組同學(xué)觀望的現(xiàn)象；改革后，構(gòu)建了上課考勤、隨堂操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告三方面的考核體系，如圖2所示，上課考勤占比20%，隨堂操作占比40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比40%。

2.5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的改進(jìn)與實(shí)踐

首先，立足工程實(shí)踐，采用啟發(fā)式、探究式教學(xué)方法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，嫁接“測(cè)試技術(shù)”領(lǐng)域工程項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的“主動(dòng)權(quán)”交給學(xué)生；其次，倡導(dǎo)學(xué)生熱愛思考、主動(dòng)參與、樂于探索、勤于動(dòng)手、勇于創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的科學(xué)素質(zhì)以及交流協(xié)作的能力。對(duì)于第1個(gè)“電容傳感器特性”實(shí)驗(yàn)，主要是在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟等完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的難度不大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性較強(qiáng)。接下來第2個(gè)實(shí)驗(yàn)“金屬箔式應(yīng)變片性能及電橋特性”，采用啟發(fā)式和探究式教學(xué)方法，要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前完成測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，操作過程中完成測(cè)試系統(tǒng)的搭建和數(shù)據(jù)測(cè)試。最后一次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，結(jié)合教師在“測(cè)試技術(shù)”領(lǐng)域工程項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握差動(dòng)變壓器的特性，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，從而培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生合理選用測(cè)試裝置并初步掌握測(cè)試所需的基本知識(shí)和技能。此外，在實(shí)驗(yàn)過程中，要求隨堂操作檢查合格的同學(xué)及時(shí)整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)和離開實(shí)驗(yàn)室，打斷其他組同學(xué)觀望的念頭，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性。

2.6 測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果分析

通過近幾年的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，徹底更新了相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的修訂，緊跟設(shè)備更新?lián)Q代的步伐，為測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了切實(shí)可行的指導(dǎo)素材。通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系的改革探索，優(yōu)化了測(cè)試技術(shù)3個(gè)實(shí)驗(yàn)的先后順序，明確了各個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，為學(xué)生在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提高了必要的條件。通過實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制的探索與建設(shè)，構(gòu)建了相對(duì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核體系，為實(shí)現(xiàn)公平公正考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)提供了可行的機(jī)制。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的改進(jìn)與實(shí)踐，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)過程中及實(shí)驗(yàn)后三方面的積極性，為到達(dá)測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量要求提供了可靠的保障。

3 結(jié)論與展望

綜述了測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究現(xiàn)狀，分析了地方本科院校的測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體情況，圍繞測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書修訂、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系、實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法等5個(gè)方面實(shí)施了有益的改革和探索， 構(gòu)建了良好的實(shí)驗(yàn)條件，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，滿足了現(xiàn)階段測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。

為了適應(yīng)測(cè)試基礎(chǔ)器件的飛速發(fā)展，接軌國(guó)際工程教育，測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)改革不僅僅要圍繞測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)實(shí)施改革，更應(yīng)該圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，通盤考慮，綜合布局機(jī)械類專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方案，細(xì)化各門課程的前后銜接，同步建設(shè)課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課程外開放性實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相統(tǒng)一的教學(xué)體系，在培養(yǎng)學(xué)生的同時(shí)促進(jìn)教師發(fā)展。

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