基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程改革

湯小嬌

(唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”是機(jī)械專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握機(jī)械工程測(cè)試的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本方法，具備常用機(jī)械參量測(cè)試的能力，養(yǎng)成一定的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維能力[1]。此課程具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，理論教學(xué)存在著學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、難度大、效果差的問題[2]，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則存在著驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一等問題，造成了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)興趣不大，缺乏求知欲和創(chuàng)新能力[3]。為改變這一狀況，提高教學(xué)質(zhì)量，課程組對(duì)課程進(jìn)行了深入的教學(xué)改革。

1 課程內(nèi)容改革

傳統(tǒng)的課程內(nèi)容體系是按照測(cè)試系統(tǒng)組成順序建立的，分成信號(hào)描述、系統(tǒng)特性、傳感器、信號(hào)分析處理、信號(hào)顯示記錄幾部分，這種課程內(nèi)容體系將測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)容分裂開來，有礙于學(xué)生建立完整的測(cè)試系統(tǒng)的概念，不利于工程意識(shí)的培養(yǎng)。課程組依據(jù)機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，確定了新的課程內(nèi)容體系架構(gòu)，調(diào)整了授課內(nèi)容與講授順序，重新組織修訂了課程大綱。

根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，遵循現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合多年教學(xué)探索與實(shí)踐，依據(jù)系統(tǒng)信息流的傳遞過程，課程組建立了“測(cè)試系統(tǒng)基本理論+測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述+測(cè)試系統(tǒng)性能分析+測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的多模塊、一體化的課程內(nèi)容體系，見圖1所示。

圖1 課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)圖

該課程內(nèi)容體系以測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程為背景，以測(cè)試系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，按照測(cè)試系統(tǒng)基本理論、測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、測(cè)試系統(tǒng)性能分析、測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾個(gè)模塊，循序漸進(jìn)式組織教學(xué)，同時(shí)引入大量的工程實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀和工程意識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

2 教學(xué)方法改革

由于該課程具有綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，最佳的教學(xué)方法就是采用工程實(shí)例教學(xué)法。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，教師會(huì)根據(jù)所學(xué)內(nèi)容隨機(jī)地插入一些應(yīng)用實(shí)例，通過這樣的方式，學(xué)生雖然學(xué)到一定的知識(shí)，但無法將不同章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來，無法建立起完整系統(tǒng)的知識(shí)體系。通過改革，我們采用“主工程實(shí)例與多個(gè)輔工程實(shí)例相結(jié)合”的方式，其中主工程實(shí)例是貫穿整個(gè)教學(xué)過程中的一條主線，它將各個(gè)模塊的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在一起，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)在測(cè)試系統(tǒng)中的作用以及與其他環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系有一個(gè)宏觀上的認(rèn)識(shí)，這樣可以大大加強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)。輔工程實(shí)例的作用是拓展學(xué)生的思維，開闊學(xué)生的視野，增加知識(shí)的維度與廣度。例如，以旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)作為主工程實(shí)例，在授課過程中將所講內(nèi)容與實(shí)例相結(jié)合，通過這個(gè)例子學(xué)生可以系統(tǒng)地了解測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)成、傳感器的作用、信號(hào)的采集處理與變換的過程，掌握時(shí)域分析和頻域分析方法等知識(shí)。此外，精選了大量的輔工程實(shí)例，特別是一些比較先進(jìn)的、代表未來測(cè)試技術(shù)方向的例子，如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、航空航天中的測(cè)試技術(shù)、新型傳感器的應(yīng)用等一系列的工程案例，大大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，教學(xué)效果明顯改善。

多媒體教學(xué)因其信息量大、形象、生動(dòng)、直觀等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于教學(xué)當(dāng)中。為了充分發(fā)揮多媒體的作用，不斷對(duì)多媒體課件進(jìn)行修改與完善，將文字、圖片、動(dòng)畫、影片等多種信息結(jié)合在一起。利用圖片與影音相結(jié)合的方式，向同學(xué)講解傳感器、信號(hào)處理、工程實(shí)際等相關(guān)知識(shí)。利用動(dòng)畫演示信號(hào)采樣、傅立葉變換、厚度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等內(nèi)容，這種形象生動(dòng)的演示將課程內(nèi)容化難為易，化繁為簡(jiǎn)，便于學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶與掌握。

充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)師生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的良性互動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有課堂教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。測(cè)試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課堂，包含課程教學(xué)大綱、電子教案、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、在線練習(xí)、網(wǎng)絡(luò)課件以及授課錄像等內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)課堂方便學(xué)生在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)根據(jù)自己的不同需要進(jìn)行自主化、個(gè)性化學(xué)習(xí)。學(xué)生可以隨時(shí)查看課程的教學(xué)文件和教學(xué)資料，完成在線練習(xí)測(cè)試，就感興趣的問題展開自主討論，從而無限延伸了教學(xué)平臺(tái)，增強(qiáng)了教學(xué)效果。

為了使學(xué)生能夠更好地掌握所學(xué)內(nèi)容，課程組編寫并不斷完善測(cè)試技術(shù)習(xí)題集，學(xué)生們可以通過例題、習(xí)題、專題研究、綜合型大作業(yè)等多種形式，加深理解并最終掌握知識(shí)。

3 實(shí)踐教學(xué)改革與建設(shè)

“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，屬于實(shí)驗(yàn)科學(xué)的范疇，通過對(duì)教學(xué)活動(dòng)的探討，充分認(rèn)識(shí)到了只有不斷地改進(jìn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方法，根據(jù)工程實(shí)際設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，才能在教學(xué)中取得良好的效果。

實(shí)踐課教學(xué)的設(shè)計(jì)思想，一是加深學(xué)生對(duì)“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”理論基礎(chǔ)知識(shí)的了解，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)；二是注重學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)立應(yīng)與工程背景緊密相連；三是注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)需要解決實(shí)際問題，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及選擇實(shí)驗(yàn)方法。

“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”實(shí)驗(yàn)存在著學(xué)時(shí)少、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多等問題，由此提出了層次化實(shí)驗(yàn)課程體系以及個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，即在完成操作實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，打破時(shí)空限制，創(chuàng)建適合不同學(xué)生水平的自主選擇實(shí)驗(yàn)的多媒體實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)課程體系共有四個(gè)層次，分別為課上必做實(shí)驗(yàn)、自主選做開放實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)自選驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、自主設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)驗(yàn)，見表1。

表1 “機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”層次化實(shí)驗(yàn)課程體系

根據(jù)教學(xué)大綱的要求，共有4個(gè)總計(jì)8學(xué)時(shí)的課內(nèi)必做實(shí)驗(yàn)，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)兩項(xiàng)，綜合性實(shí)驗(yàn)一項(xiàng)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一項(xiàng)，分別為相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)、位移測(cè)試與系統(tǒng)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)和振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，為提高學(xué)生的實(shí)踐能力，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中增加了硬件連接的環(huán)節(jié)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)。對(duì)于“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”這種實(shí)踐性很強(qiáng)的課程來說，4個(gè)實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足課程教學(xué)的需要，因此實(shí)驗(yàn)室全面開放。目前開設(shè)了4個(gè)開放實(shí)驗(yàn)，包括基于虛擬儀器的傳送帶實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、頻率響應(yīng)與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承座振動(dòng)、電渦流傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。其中一項(xiàng)為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，一項(xiàng)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，兩項(xiàng)為綜合性實(shí)驗(yàn)。以后會(huì)開放更多的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力。學(xué)生還可以通過網(wǎng)絡(luò)課堂下載虛擬實(shí)驗(yàn)程序，在個(gè)人的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)。目前，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)等典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)特性分析實(shí)驗(yàn)，信號(hào)傅立葉變換實(shí)驗(yàn)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)，濾波器實(shí)驗(yàn)等。此外，除了原來已開發(fā)完成的基于虛擬儀器的機(jī)器視覺測(cè)試系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)、熱電偶測(cè)試實(shí)驗(yàn)等創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)外，課程組教師又指導(dǎo)了POV LED時(shí)鐘、機(jī)器人家庭保姆、智能嬰兒床、3D打印機(jī)、傳送帶實(shí)驗(yàn)臺(tái)等創(chuàng)新項(xiàng)目。

另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，重新編寫實(shí)驗(yàn)教材，從實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書到實(shí)驗(yàn)報(bào)告單，形成了一整套完備的實(shí)驗(yàn)文件材料。

4 鼓勵(lì)學(xué)生積極參加學(xué)科競(jìng)賽，以賽促學(xué)

鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間結(jié)合課程內(nèi)容，參加各種競(jìng)賽，將課程學(xué)習(xí)從課內(nèi)延伸到課外，通過實(shí)踐中的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，這樣既解決了學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)問題，又加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的提高。課程組教師指導(dǎo)學(xué)生參加了各種比賽，無論是指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)，還是參賽次數(shù)都比以前有了很大的提高。實(shí)踐證明，參加學(xué)科競(jìng)賽可以提高學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高工程實(shí)踐的能力。通過學(xué)科競(jìng)賽的磨練，學(xué)生所學(xué)的知識(shí)更加扎實(shí)，通過與其他院校學(xué)生的交流，可以找到自身的不足與差距，開拓思路，找準(zhǔn)定位，找到方向，不斷提升自己的水平。

5 結(jié)語

根據(jù)人才培養(yǎng)定位，基于“以人為本，學(xué)、做、創(chuàng)并舉”的實(shí)踐教學(xué)理念，著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，課程組對(duì)課程內(nèi)容體系、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等進(jìn)行了全方位改革：依據(jù)系統(tǒng)信息流建立了全新的課程內(nèi)容體系；采用工程實(shí)例教學(xué)法，并將其作為一根主線貫穿整個(gè)教學(xué)過程；將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中；采用層次化、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以人為本，因材施教，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)；鼓勵(lì)學(xué)生積極參加學(xué)科競(jìng)賽，以賽促學(xué)。經(jīng)過為期三年的改革實(shí)踐，教學(xué)質(zhì)量明顯上升，學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力明顯提高，取得了一定的效果。

參考文獻(xiàn)：

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