利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)全程錄像，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

劉習(xí)軍　張素俠　崔福將　周安琪　李利青

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育的一個(gè)重要組成部分，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式具有靈活性、直觀性、趣味性，是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量最有效的方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行全程錄像，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作能力，是一種既節(jié)省堂上教學(xué)學(xué)時(shí)又可保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的新方法。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);高校課程;教學(xué)改革;

中圖分類號(hào)：G642.423? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）13-0388-03

一、前言

實(shí)驗(yàn)與理論并重是現(xiàn)代教育重要的教學(xué)思想，怎樣全面貫徹實(shí)驗(yàn)與理論并重的教學(xué)方針，如何提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)水平，是每一位教師應(yīng)該認(rèn)真思考的問(wèn)題。在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，采取靈活多樣的教學(xué)方式，既能保證教學(xué)質(zhì)量，又能提高教學(xué)效果。具體而言，實(shí)驗(yàn)教學(xué)全程錄像是一種新穎的教學(xué)模式，可為學(xué)生提供真實(shí)、詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，不僅有利于進(jìn)行課后的復(fù)習(xí)，同時(shí)便于對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析研究[1]。事實(shí)上，通過(guò)反復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)教學(xué)全程錄像可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性，從感性到理性的升華，從淺顯到深刻的遞進(jìn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的綜合性培養(yǎng)[2]。對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)，既可提高實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)水平，又能活躍實(shí)驗(yàn)教學(xué)氛圍，增強(qiáng)教學(xué)活動(dòng)趣味性。因此，實(shí)驗(yàn)全程錄像的直觀性是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要舉措[3]。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像的內(nèi)容

根據(jù)教育部制定的教學(xué)大綱以及天津大學(xué)“工程振動(dòng)測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)的實(shí)際情況，綜合考慮教學(xué)的專業(yè)性、實(shí)踐性的特點(diǎn)，制定了有關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其中有基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、科研成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)的實(shí)驗(yàn)。

（一）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

1.振動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)錄像應(yīng)用于課程的第二章開(kāi)始前的預(yù)習(xí)，由于學(xué)生對(duì)測(cè)試系統(tǒng)不了解，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)錄像讓同學(xué)們?cè)谥v解授課前，對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的儀器設(shè)備有一個(gè)具體的實(shí)物化概念，帶著疑問(wèn)和好奇來(lái)學(xué)習(xí)第二章書(shū)本內(nèi)容。隨后，在講課過(guò)程中再在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)從具體到抽象化概念再到具體的學(xué)習(xí)過(guò)程，不僅增加了學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)也有利于接受慢的同學(xué)對(duì)知識(shí)的全面消化吸收。

2.振動(dòng)傳感器的安裝實(shí)驗(yàn)。由于傳感器多種多樣，安裝方法各不相同，因此僅利用書(shū)本的文字和圖片講解，無(wú)法取得良好的學(xué)習(xí)效果。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)錄像使學(xué)生初步了解傳感器的安裝方法，然后現(xiàn)場(chǎng)展示不同傳感器的安裝方式。解決了第三章所講的傳感器的安裝問(wèn)題。利用本實(shí)驗(yàn)錄像對(duì)本章內(nèi)容預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)，可加深對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)和安裝方法的了解，為今后的實(shí)際工程應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

3.振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度決定了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)是實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。將本實(shí)驗(yàn)錄像應(yīng)用于講課前的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，不僅可以節(jié)省教學(xué)時(shí)間，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

（二）創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

1.高階振動(dòng)基本參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。線性振動(dòng)中應(yīng)用的原理是振型疊加原理，對(duì)于此定理有理論推導(dǎo)，但很少有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本實(shí)驗(yàn)就是應(yīng)用第8章小波變換原理及理論對(duì)振型疊加原理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。此實(shí)驗(yàn)不但證明了振型疊加原理，又體現(xiàn)了小波變換在解決實(shí)際工程問(wèn)題中的應(yīng)用[4]。

2.虛擬儀器的應(yīng)用及編制實(shí)驗(yàn)。虛擬儀器近年來(lái)發(fā)展很快，本實(shí)驗(yàn)錄像是利用虛擬儀器平臺(tái)的應(yīng)用，通過(guò)編程證實(shí)了有關(guān)數(shù)字處理中采樣定理、窗函數(shù)的應(yīng)用，本實(shí)驗(yàn)錄像是根據(jù)虛擬儀器編制步驟的細(xì)節(jié)錄制的，通過(guò)觀看錄像即可完成有關(guān)章節(jié)的學(xué)習(xí)，通過(guò)自學(xué)實(shí)驗(yàn)錄像就能達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目的和效果。

3.車輛橋梁耦合動(dòng)態(tài)應(yīng)變及沖擊系數(shù)實(shí)驗(yàn)。理論聯(lián)系實(shí)際是學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，本實(shí)驗(yàn)是橋梁工程上測(cè)沖擊系數(shù)的重要實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用到應(yīng)變傳感器和加速度傳感器。由于是對(duì)工程問(wèn)題的首次嘗試，許多新概念和新裝置需要被思考和創(chuàng)造，同時(shí)本實(shí)驗(yàn)錄像也是應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理的首例，因此，本實(shí)驗(yàn)錄像對(duì)于此部分知識(shí)的學(xué)習(xí)起到關(guān)鍵作用，同時(shí)可以提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。

（三）科研成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)的實(shí)驗(yàn)

1.中華文物編鐘的振動(dòng)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。振動(dòng)理論的應(yīng)用十分重要，本實(shí)驗(yàn)是對(duì)中華文物編鐘的振動(dòng)特性的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，彰顯中華文化編鐘的深?yuàn)W科學(xué)原理，讓學(xué)生理解振型和節(jié)點(diǎn)在工程中的應(yīng)用，以深化對(duì)振動(dòng)理論的理解，由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)錄像的觀看就滿足了反復(fù)學(xué)習(xí)的需要。

2.龍洗綜合振動(dòng)實(shí)驗(yàn)及重力波實(shí)驗(yàn)。中華文物龍洗是我國(guó)的重要文物之一，不僅有重要的科學(xué)價(jià)值，而且極具藝術(shù)觀賞性，從科學(xué)角度來(lái)講，學(xué)生對(duì)平面模態(tài)比較容易接受，但對(duì)于三維的立體模態(tài)較難理解，本實(shí)驗(yàn)可解釋切向激振法向振動(dòng)、高頻激振低頻振動(dòng)等多項(xiàng)奇妙的力學(xué)現(xiàn)象[5]。

3.車輛橋梁耦合系統(tǒng)模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)。利用傳遞函數(shù)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，一般應(yīng)用于小型測(cè)試對(duì)象，但對(duì)于大型結(jié)構(gòu)如橋梁、房屋、大型機(jī)械則需要應(yīng)用環(huán)境法進(jìn)行模態(tài)分析。此實(shí)驗(yàn)利用車輛進(jìn)行激振，對(duì)橋梁進(jìn)行模態(tài)分析。這是一個(gè)工程模擬實(shí)驗(yàn)，不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，還加深了對(duì)工程實(shí)際的了解，對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)化進(jìn)行了嘗試。

4.覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)實(shí)驗(yàn)。覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)是一種非線性系統(tǒng)的自激振動(dòng)現(xiàn)象，只有在滿足一定的條件下才能發(fā)生，由于工程振動(dòng)測(cè)試技術(shù)課程的測(cè)試方法與發(fā)生什么振動(dòng)沒(méi)有關(guān)系，為了讓學(xué)生開(kāi)拓眼界，增長(zhǎng)知識(shí)，自制了本實(shí)驗(yàn)裝置。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)向同學(xué)們展示了在自然界中蘊(yùn)含著豐富的振動(dòng)現(xiàn)象，很多力學(xué)問(wèn)題有待被發(fā)掘和研究，這有利于提升學(xué)生的觀察力和能動(dòng)性，增加求知欲。[6]

以上三類不同的實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了不同振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力學(xué)特色，學(xué)習(xí)過(guò)程需要反復(fù)思考才能體會(huì)。通過(guò)使用錄制儀器錄像進(jìn)行對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革，為探索“工程振動(dòng)測(cè)試技術(shù)”課程的新型教學(xué)模式，保證實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的完整性和提高教學(xué)質(zhì)量提供有益的經(jīng)驗(yàn)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像的制作

近年來(lái)，隨著高科技技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的測(cè)試儀器，為測(cè)量提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)正在走向數(shù)字化，同時(shí)與其他學(xué)科相互滲透和交叉，不斷加強(qiáng)新技術(shù)、新理論的引進(jìn)和應(yīng)用，為數(shù)據(jù)測(cè)量、采集和處理一體化提供了可能，真正實(shí)現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)數(shù)字化、精密化、自動(dòng)化、智能化和信息化。先進(jìn)儀器用于教學(xué)實(shí)踐，在一定程度上可以使學(xué)生最快了解實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段的前沿，有助于學(xué)生盡快進(jìn)入研究階段。

測(cè)試儀器雖然在不斷更新?lián)Q代，但是在數(shù)字化方面，由于計(jì)算原理是相同的，所以只要精通了一種設(shè)備的應(yīng)用，其他設(shè)備的應(yīng)用也就迎刃而解了。為此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像之前，首先將有關(guān)儀器設(shè)備的使用步驟和數(shù)字計(jì)算處理方法進(jìn)行梳理總結(jié)，選用最常用且最具代表性的儀器設(shè)備進(jìn)行錄制。介紹它的工作原理和部件的界面功能，數(shù)據(jù)采集和基本參數(shù)選取，及其常用功能和操作步驟，大部分內(nèi)容能夠滿足學(xué)生熟悉儀器使用的要求。

錄像由專業(yè)人員進(jìn)行儀器規(guī)范性示范操作，并且由專業(yè)人員講解，在增強(qiáng)學(xué)生操作的規(guī)范性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的同時(shí)，對(duì)學(xué)生實(shí)踐技能的提升也將起到良好的作用。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育實(shí)踐體系人才培養(yǎng)過(guò)程中不可缺少的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能有效提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

近年來(lái)，多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展迅速，多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，而且便于把不易表達(dá)的內(nèi)容直觀生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)。在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像應(yīng)用主要集中在實(shí)驗(yàn)操作之前的預(yù)習(xí)階段和課后復(fù)習(xí)階段。

在實(shí)驗(yàn)操作之前的預(yù)習(xí)階段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像的解說(shuō)一般對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器操作演示和數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行詳細(xì)講解?？梢詫?shí)現(xiàn)課前觀看，使學(xué)生在上課之前了解實(shí)驗(yàn)儀器的使用，保證課上教學(xué)進(jìn)度正常進(jìn)行，在一定程度上彌補(bǔ)了課堂時(shí)間短的不足。

在實(shí)驗(yàn)課之后，對(duì)于常規(guī)儀器，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)全程錄像進(jìn)行課后復(fù)習(xí)。對(duì)于某些先進(jìn)儀器，在實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)使用后，通過(guò)錄像也可加深了解。

五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像的應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像的應(yīng)用，取得了預(yù)想的效果：

（1）通過(guò)觀看實(shí)驗(yàn)的全程錄像，不僅可以完成課堂上的全部實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，而且可以使學(xué)生課后有充足的時(shí)間進(jìn)行儀器使用操作的學(xué)習(xí)。

（2）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解、儀器的使用、具體方法的歸納總結(jié)，可激發(fā)學(xué)生的探索與創(chuàng)新精神。

（3）此實(shí)驗(yàn)課程不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，促進(jìn)了理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，也為以后進(jìn)入工作環(huán)境、走向工作崗位打下了良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

六、總結(jié)

應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)全程錄像，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式更具有靈活性和趣味性，是提高教學(xué)質(zhì)量最有效的方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅促進(jìn)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能集中精神認(rèn)真地規(guī)范操作，能夠加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作能力的培養(yǎng)，成為一種既節(jié)省堂上教學(xué)學(xué)時(shí)又可保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的新方法。

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To Improve the Quality of Experimental Teaching，the Whole Process of Experimental Teaching is Videotaped

LIU Xi-jun，ZHANG Su-xia*，CUI Fu-jiang，ZHOU An-qi，LI Li-qing

（School of Mechanical Engineering， Tianjin University，Tianjin 300354，China）

Abstract：Experimental teaching is an important part of higher education.It is the most effective way to improve the quality of experimental teaching to improve the level of experimental teaching and make experimental teaching form flexible，intuitive and interesting.In experimental teaching，the whole process of experimental teaching is videotaped，and the cultivation of experimental teaching operation ability is carried out by using the whole process ofexperimental teaching video，which is a new method that can not only save teaching hours in class but also guarantee the quality of experimental teaching.

Key words：virtual experiment;virtual experiment;college courses