張 靜 單光坤
(沈陽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110870)
“測試技術(shù)”是一門理論抽象、實踐性很強的學(xué)科基礎(chǔ)課程,課程從系統(tǒng)的觀點出發(fā),講述工程中基本的測試?yán)碚?、測試技術(shù)、試驗方法和數(shù)據(jù)分析方法[1,2]。本課程涉及機械工程、控制工程、信息技術(shù)、工程數(shù)學(xué)等多學(xué)科的知識,具有學(xué)科交叉的特點,是一門綜合性和應(yīng)用性很強的課程?,F(xiàn)行的測試技術(shù)教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度大,應(yīng)用相關(guān)技術(shù)解決實際問題能力不足。并且,隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,新的測試方法不斷涌現(xiàn),實驗課程設(shè)置沒有及時調(diào)整更新,導(dǎo)致課堂實驗內(nèi)容和工程實際脫節(jié)。因此,在教學(xué)大綱重新撰寫之際,提出三階梯式測試技術(shù)實驗方案,讓學(xué)生更加深入全面地掌握信號測試方法與分析方法,提升機械制造相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生創(chuàng)新能力與工程實踐水平,為裝備制造產(chǎn)業(yè)升級提供助力。
測試技術(shù)課程現(xiàn)行的教學(xué)計劃一般按照信號及其描述、測試裝置的基本特性、常用傳感器、信號調(diào)理與記錄、信號處理初步、位移測量、振動測試和應(yīng)力應(yīng)變測量等展開[3]。學(xué)生在學(xué)習(xí)時需要把多門課程的相關(guān)知識綜合理解才能掌握測試技術(shù)課程的某一個章節(jié)。以應(yīng)力應(yīng)變測量為例,涉及材料力學(xué)、理論力學(xué)、電工電子技術(shù)等課程的知識點。如果學(xué)生對以往知識掌握不牢、理解不深,在本課程學(xué)習(xí)中就很難跟上課程進度,學(xué)習(xí)態(tài)度不積極,很容易變成被動聽課的填鴨式教育?,F(xiàn)階段的實驗設(shè)置項目陳舊,實驗操作流程較為固定,按章操作,無法起到調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引發(fā)主動思考的作用。
隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展,測試技術(shù)手段迭代迅速,而本科教學(xué)內(nèi)容多年來改變不多,無法滿足培養(yǎng)多元化復(fù)合型和創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的需求,推行測試技術(shù)實驗改革迫在眉睫。
針對測試技術(shù)課程的教學(xué)目前存在的問題,提出幾點教學(xué)改革的措施。首先,明確實驗在課程中的重要意義和作用,除課內(nèi)實驗外,單獨設(shè)置基于測試技術(shù)的創(chuàng)新綜合實驗課程和拓展課程,豐富實驗內(nèi)容,內(nèi)容設(shè)置盡可能深入淺出,引導(dǎo)學(xué)生參與,培養(yǎng)學(xué)習(xí)的自主性,提高學(xué)習(xí)興趣;第二,在教學(xué)中充分發(fā)揮混合式教學(xué)優(yōu)點,拓展實驗的知識邊界,結(jié)合時下流行的技術(shù)手段,讓學(xué)生對生產(chǎn)實際中測試技術(shù)的應(yīng)用有更深刻的印象;第三,注重學(xué)科融合,把各個學(xué)科的知識有機整合,突出沈陽工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院辦學(xué)特色,將工程實際與科研課題中使用的測試方法及過程以虛擬實驗或視頻素材的形式展示給學(xué)生。讓學(xué)生將晦澀難學(xué)的理論與工程實際建立起感性聯(lián)系,降低理解難度,樹立學(xué)好測試技術(shù)課程的自信心。
測試技術(shù)實驗一般為課內(nèi)實驗,現(xiàn)行的教學(xué)計劃課時為8學(xué)時,包含:應(yīng)變片的使用和靜態(tài)應(yīng)變測試、位移信號測試、動態(tài)應(yīng)變測試、轉(zhuǎn)速信號測試,共4個實驗項目。實驗項目設(shè)置近十年來幾乎沒有大的調(diào)整,設(shè)置內(nèi)容傳統(tǒng)陳舊,不能結(jié)合實下流行的測試技術(shù)手段。三階梯式的實驗方案,計劃對課內(nèi)傳統(tǒng)的實驗設(shè)置進行壓縮,通過理論課提前引入、實驗課前使用線上平臺設(shè)備進行視頻培訓(xùn)等預(yù)習(xí)手段,提高學(xué)生實驗課堂的實驗效率,對課上講解和數(shù)據(jù)記錄時長進行適當(dāng)壓縮,將課內(nèi)實驗改為4學(xué)時,設(shè)置靜動態(tài)應(yīng)變測試和位移轉(zhuǎn)速信號測試兩個項目,創(chuàng)新綜合實驗增設(shè)4個虛擬仿真實驗項目,共8學(xué)時。此外線上虛擬仿真實驗平臺提供一定數(shù)量的拓展實驗,供學(xué)有余力的同學(xué)根據(jù)個人興趣選做。測試技術(shù)的三階梯式實驗方案包括課內(nèi)實驗、創(chuàng)新綜合實驗項目和拓展實驗項目,除課內(nèi)和創(chuàng)新綜合實驗項目為必修項目,拓展項目為任選項目。項目內(nèi)容比之前大為豐富,與現(xiàn)代測試方法手段聯(lián)系緊密的課程設(shè)置讓學(xué)生大大提升了學(xué)習(xí)興趣。
針對機械工程測試技術(shù)課程涉及多學(xué)科、理論知識多而雜,晦澀不易理解的特點,應(yīng)用線上線下相結(jié)合的模式開展實驗教學(xué),讓學(xué)生更好更快的理解測試技術(shù)課程知識點。
實驗課前在線上發(fā)布教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方案、公式推導(dǎo)和經(jīng)典案例視頻等信息,輔助網(wǎng)上答疑,讓學(xué)生帶著好奇和期待來到實驗課堂,充分調(diào)動學(xué)習(xí)積極性;課內(nèi)實驗中充分發(fā)揮線下授課優(yōu)勢,讓學(xué)生對傳感器和測試技術(shù)有直觀的感受,在實操中提升動手能力和團隊協(xié)作能力;創(chuàng)新綜合實驗以虛擬實驗的形式借助線上平臺展開,虛擬實驗不再受限于硬件條件,大大拓展了實驗范圍,可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和工業(yè)生產(chǎn)實際進行調(diào)整,柔性高;自選實驗部分基于工程實際和科研研究中常用的傳感器設(shè)置了相關(guān)實驗,在學(xué)生學(xué)有余力的情況下做進一步的拓展學(xué)習(xí)。線上實驗雖然內(nèi)容豐富,每個學(xué)生都可以單獨的完成實驗,但學(xué)生由于不夠熟悉實驗平臺操作技巧,在操作中往往會遇到問題,實驗無法繼續(xù)開展。針對這一問題,課程組老師們制定網(wǎng)絡(luò)答疑值班計劃,為學(xué)生提供總時長不少于12課時的線上答疑討論。
應(yīng)用線上線下相結(jié)合的實驗教學(xué)模式,既解決了無法人手一臺設(shè)備的硬件局限,又避免了虛擬實驗缺乏實物感知的問題。課前上傳資料到線上平臺、教學(xué)中加入虛擬實驗,能夠讓學(xué)生將抽象的理論公式變成直觀的圖像和數(shù)據(jù)處理結(jié)果,提升教學(xué)的趣味性[4,5]。
鑒于課程具有學(xué)科融合的特點,在教學(xué)過程中注重學(xué)科融合特點,在課前將課程需要涉及的相關(guān)學(xué)科公式、定義、術(shù)語等知識點的資料在線上平臺發(fā)布,幫助學(xué)生梳理相關(guān)知識,降低課上講解的理解難度。突出服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)學(xué)研一體化的辦學(xué)特色,課程講解和實驗項目結(jié)合教師科研課題和工程項目,提煉出既符合當(dāng)下技術(shù)測試領(lǐng)域潮流發(fā)展,學(xué)生又能較為容易理解接受的課程內(nèi)容。為進一步提升教學(xué)效果,對課程組成員組成進行優(yōu)化調(diào)整,聘任在測試領(lǐng)域相關(guān)領(lǐng)域有較為深入理論研究和工程實踐經(jīng)驗的教師承擔(dān)本門課程的授課任務(wù),讓學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)不脫離工程實際。課后的線上虛擬拓展實驗源于實際問題的簡化,注重學(xué)科融合的同時進一步突出辦學(xué)特色。
測試技術(shù)實驗教學(xué)共分三個部分:課內(nèi)實驗、創(chuàng)新綜合實驗、自選實驗。實驗內(nèi)容包含了常見的工程信號測量方法、常用的傳感器特性實驗以及應(yīng)用不同傳感器對多種物理量進行測量的實驗。實驗內(nèi)容豐富、由淺入深循序漸進,讓學(xué)生對測試技術(shù)有了更為全面的了解,具體實驗項目設(shè)置如表1所示。
表1 實驗項目設(shè)置
伴隨工業(yè)自動化水平的不斷提升,傳感器的種類越來越多,在課程學(xué)習(xí)中應(yīng)盡可能多的接觸各類傳感器,形成感性認(rèn)識,為今后從事相關(guān)方面的工作與研究奠定基礎(chǔ)。課內(nèi)實驗從前更多的是以傳感器結(jié)構(gòu)講解和實驗數(shù)據(jù)記錄為主要內(nèi)容,在位移和轉(zhuǎn)速測試部分僅使用電渦流傳感器和磁電傳感器兩種,改革后應(yīng)用多種傳感器搭建位移和轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),如表2所示。
表2 位移轉(zhuǎn)速測試實驗改革原有傳感器種類與增設(shè)種類對照表
課程思政作為本科教學(xué)的重要環(huán)節(jié),是立德樹人的關(guān)鍵舉措,然而在工科專業(yè)課程特別是實驗環(huán)節(jié)中推行難度較大[6]。究其原因,主要是對“課程思政”內(nèi)涵的理解流于形式、對“課程思政”元素的挖掘浮于表面、以及對實驗課的重視度不足等。本文僅以測試技術(shù)課程實驗環(huán)節(jié)為例,闡述課程思政的內(nèi)涵理解和元素挖掘。
“課程思政”的理念已經(jīng)提出近五年的時間,還是有許多高校教師將其和“思政課程”相混淆,認(rèn)為專業(yè)課程中無法開展“課程思政”。其實,“課程思政”是在教學(xué)中把馬克思主義觀點方法與教學(xué)過程相結(jié)合,重點在提高學(xué)生正確認(rèn)識問題、分析問題和解決問題能力。注重工程倫理教育,培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真鉆研精益求精的態(tài)度,激發(fā)科技興邦的愛國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[7]。
測試技術(shù)實驗環(huán)節(jié)從始至終貫穿著“課程思政”的思想。課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié),通過線上平臺將形式多樣的資料發(fā)給學(xué)生,其中包括與實驗內(nèi)容相關(guān)的國家科技攻關(guān)新聞資訊,激發(fā)學(xué)生愛國情懷,讓學(xué)生對實驗課程內(nèi)容感興趣,進而主動思考,善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題。安全教育環(huán)節(jié),要求學(xué)生遵守實驗室操作規(guī)程,按照設(shè)備使用要求開展實驗,愛護儀器設(shè)備,培養(yǎng)學(xué)生安全意識和責(zé)任意識。實驗過程中,提醒同學(xué)準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù),本著實事求是的態(tài)度,遇到問題解決問題,杜絕數(shù)據(jù)造假,杜絕報告抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。在創(chuàng)新實驗和拓展實驗環(huán)節(jié),借助虛擬仿真實驗平臺,線上輔導(dǎo)時注重引導(dǎo)學(xué)生獨立思考,鼓勵學(xué)生勇于克服困難,樂于接受挑戰(zhàn)。線上實驗減少了實驗耗材,體現(xiàn)了環(huán)保思想。2021版教學(xué)大綱修訂的過程中,注意體現(xiàn)課程思政,從多層次、多角度深入挖掘思政元素,與課程進行有機融合。
三階梯式測試技術(shù)實驗方案可以讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中,感覺更好學(xué)、能學(xué)好,對測試系統(tǒng)構(gòu)成和各類傳感器有直觀的感性認(rèn)識,在鍛煉動手能力、獨立思考能力、積極進取精神和團隊協(xié)作能力的同時激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力,使學(xué)生綜合素質(zhì)得以提升,展開課程思政研究,為國家裝備制造產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚綄I(yè)人才。