新工科背景下應(yīng)用型本科院校測試技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探討

韋慧玲

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程與自動化學(xué)院，廣東 佛山 528000）

在智能制造大背景下，為了應(yīng)對新一輪的產(chǎn)業(yè)升級，教育部于2017年在復(fù)旦大學(xué)召開的高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會上提出了我國高等工程教育的新工科發(fā)展規(guī)劃綱要［1］。新工科將高等院校細(xì)分為了工科優(yōu)勢高校、地方院校以及綜合性高校。同年，在北京召開的“新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議”［2］上指出，地方院校要與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對接，促進(jìn)地方產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。2018年，教育部發(fā)布了首批新工科研究與實踐項目。

盡管新工科建設(shè)對地方應(yīng)用型本科院校的工科人才提出了新的要求，但是地方高校現(xiàn)有的工科人才培養(yǎng)體系還是存在一定的問題［3-4］。尤其是跟地方產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的匹配度不高、適應(yīng)性不強(qiáng)，面向地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)的融入性不強(qiáng)。應(yīng)用型本科院校沒有根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢、特征及其人才需求去調(diào)整教學(xué)活動，優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)計劃，導(dǎo)致人才培養(yǎng)計劃與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人才需求等脫離［5］。在新工科建設(shè)背景下，地方高校應(yīng)當(dāng)緊跟地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展，主動適應(yīng)地方產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)傳統(tǒng)工科專業(yè)優(yōu)化升級，對接地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，為地方培養(yǎng)高質(zhì)量的綜合性技術(shù)人才，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

《測試技術(shù)基礎(chǔ)》是機(jī)械制造及其自動化專業(yè)以及相關(guān)理工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，是后續(xù)學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)，是新工科背景下機(jī)器人、人工智能等新專業(yè)的核心課程，也是急需進(jìn)行教學(xué)改革探討的課程。該門課程理論性和實踐性都很強(qiáng)，不僅有比較多的基礎(chǔ)概念，同時還需要進(jìn)行大量的理論計算，需要學(xué)生具有很好的高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等基礎(chǔ)知識。目前，應(yīng)用型本科院校的《測試技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)置普遍重理論輕實踐，實踐課時安排較少，學(xué)生反映對一些需要通過實踐加深理解的知識點掌握不到位，學(xué)生學(xué)習(xí)困難，教學(xué)效果不理想。為此，本文針對新工科背景下人才培養(yǎng)的要求，探討《測試技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)方式方法改革，為地方應(yīng)用型本科院?！稖y試技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)提供參考，為新工科人才培養(yǎng)提供思路。

一、《測試技術(shù)基礎(chǔ)》課程現(xiàn)狀分析

《測試技術(shù)基礎(chǔ)》主要包括信號的分類及頻譜分析、測試系統(tǒng)的基本特性、常用傳感器、信號變換及調(diào)理、隨機(jī)信號相關(guān)和功率譜分析、記錄及顯示儀、機(jī)械振動測試與分析、現(xiàn)代測試技術(shù)等內(nèi)容。根據(jù)日常教學(xué)觀察和學(xué)生反饋，學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程時遇到不少問題。下面分幾個方面進(jìn)行具體闡述。

一是教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理的問題。從教學(xué)內(nèi)容總體上看，各個章節(jié)聯(lián)系不夠緊密，缺乏承上啟下的邏輯關(guān)系，給學(xué)生一種雜亂分散的感覺。同時，課程內(nèi)容側(cè)重于原理性介紹，理論性很強(qiáng)，涉及大量的知識點，學(xué)生學(xué)習(xí)起來困難重重。比如學(xué)習(xí)信號的分類及頻譜分析這一部分，大量的概念和知識點，又缺乏實際的應(yīng)用產(chǎn)品介紹，使得學(xué)生對知識點缺乏感性認(rèn)識，學(xué)習(xí)理論知識后不知如何應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高。對于測試系統(tǒng)的基本特性部分，學(xué)生反映該部分內(nèi)容概念繁多、公式推導(dǎo)冗長、拉普拉斯變換難以理解、應(yīng)用計算煩瑣等，由于還沒有上實踐課和課堂虛擬仿真演示，學(xué)生對測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性沒有感性的認(rèn)知。常用傳感器這部分內(nèi)容包括電阻、電容、電感、電磁、光電、新材料等多學(xué)科交叉知識。該部分內(nèi)容主要是介紹傳感器結(jié)構(gòu)、工作原理以及應(yīng)用。雖然學(xué)起來比較容易，學(xué)生也能明白各種傳感器的測量原理和應(yīng)用領(lǐng)域，但是由于實踐課的限制，學(xué)生還沒有具備應(yīng)用傳感器解決實際問題的能力［6］。信號處理分析主要包括信號分類、頻譜分析、信號變換及調(diào)理、隨機(jī)信號相關(guān)、信號記錄和顯示等內(nèi)容［7］，這部分內(nèi)容包含大量的基礎(chǔ)概念和數(shù)學(xué)公式、圖像、電路電子等，學(xué)生學(xué)習(xí)起來普遍比較困難。而對于機(jī)械振動測試與分析、現(xiàn)代測試技術(shù)這兩部分內(nèi)容，由于缺乏實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生難以真正理解現(xiàn)代測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)越性。以上這些理論知識目前的教學(xué)模式都是以教師講授為主，過程太空泛，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性都不高。

二是實踐與理論相脫離。在新工科背景下社會對工科人才的需求，《測試技術(shù)基礎(chǔ)》這門課程培養(yǎng)的人才應(yīng)該是掌握過硬的理論專業(yè)知識以及熟練的實際操作技能。然而，目前的課程設(shè)置中主要以驗證性實驗為主，設(shè)計性和綜合性實驗教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱，學(xué)生只是按照實驗步驟要求去復(fù)現(xiàn)實驗，卻沒有掌握實驗的原理及其實際生產(chǎn)應(yīng)用，無法培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新創(chuàng)造思維。同時，理論課和實踐課安排不合理。目前的狀況是先上完34學(xué)時的理論課再上6學(xué)時的實踐課，導(dǎo)致理論和實踐完全脫離，學(xué)生無法理論聯(lián)系實際鞏固知識。而美國的大學(xué)是每周安排一次理論課和一次實踐課。其次，理論授課和實踐環(huán)節(jié)授課不是同一位老師，這就導(dǎo)致了實踐環(huán)節(jié)的老師無法了解學(xué)生理論知識的掌握程度，而理論課程的老師也無法了解學(xué)生的實操技能訓(xùn)練效果，直接導(dǎo)致學(xué)生、老師、課程三者無法構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，難以發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中存在的問題，無法根據(jù)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式方法，更加無法精確掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。最后，地方本科院校由于資金缺乏、場地有限、實驗室不規(guī)范、測試技術(shù)教具不足等原因，嚴(yán)重壓縮了實踐課時。

三是課時安排不合理?！稖y試技術(shù)基礎(chǔ)》是一門理論+實踐的課程，總課時要充足同時理論課時與實操課時要平衡。當(dāng)前的課時安排是34理論課時加6課時實驗課時。而美國的大學(xué)將《測試技術(shù)基礎(chǔ)》定位為實驗課程，通過實踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生的綜合能力，課時安排上是每周一次2小時的理論教學(xué)和3小時的實踐環(huán)節(jié)［8］。同時，目前測試技術(shù)發(fā)展迅速，新知識新方法新儀器不斷涌現(xiàn)，需要學(xué)習(xí)的新內(nèi)容越來越多，課時和教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重不匹配的問題就會凸顯出來，急需解決。

另外，還存在其他一些問題，比如目前測試技術(shù)教材種類比較多，選擇內(nèi)容多且深的教材對于地方本科院校學(xué)生來講學(xué)習(xí)起來難度比較大，容易打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。應(yīng)該根據(jù)地方本科院校的學(xué)生水平選擇合適教材，才能讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來不吃力。

二、《測試技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)改革措施

針對以上出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理、重理論輕實踐、課時安排不合理等問題，本文提出以下幾點改革措施，旨在提高《測試技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。

針對教學(xué)內(nèi)容深淺不一，學(xué)生難以理解的問題。思維導(dǎo)圖式案例教學(xué)結(jié)合線上慕課、精品課程等線上優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，通過線下線上相結(jié)合的教學(xué)模式應(yīng)該會激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)質(zhì)量。首先，通過一個案例授課，以解決實際問題為導(dǎo)向，按照逆推思維，把一個完整的測試系統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)組成、基本概念、工作原理、常用傳感器、信號分析、圖像顯示等大框架內(nèi)容傳輸給學(xué)生，然后再用思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生把更細(xì)的內(nèi)容不斷擴(kuò)充進(jìn)來，把知識點擴(kuò)散，形成一棵主干清晰、層次分明、枝葉繁茂的知識樹。這樣學(xué)生就不會覺得知識點繁多雜亂，而是理解了知識點之間的邏輯層次關(guān)系，更好掌握理解。同時，引導(dǎo)學(xué)生課后觀看慕課、精品課程等線上優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，及時對知識點進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，通過線上實驗課程演示讓學(xué)生感性認(rèn)識信號的變化。同時，從實際應(yīng)用角度出發(fā)，給學(xué)生介紹一些新興的測試手段，比如無損檢測技術(shù)、光電非接觸式檢測技術(shù)等，讓學(xué)生在掌握傳統(tǒng)測試技術(shù)知識的基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握更先進(jìn)的測試技術(shù)原理及方法。

針對重理論輕實踐的問題，提出增設(shè)《測試技術(shù)基礎(chǔ)》課堂虛擬仿真演示、實操調(diào)試等課程實踐教學(xué)內(nèi)容和技能訓(xùn)練手段，同時鼓勵學(xué)生理論聯(lián)系實踐開展測試技術(shù)的應(yīng)用等措施，提高學(xué)生的課程參與度，培養(yǎng)學(xué)生的實操能力。充分利用現(xiàn)代計算機(jī)測試技術(shù)的優(yōu)勢，通過LabVIEW、MATLAB等虛擬軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)對《測試技術(shù)基礎(chǔ)》虛擬仿真演示，讓學(xué)生自己編程實現(xiàn)信號的顯示和采集，提高學(xué)生的編程能力和解決實際問題的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，理論課和實踐環(huán)節(jié)應(yīng)該是交叉進(jìn)行，每周上一次理論課和一次實踐環(huán)節(jié)，這樣學(xué)生把學(xué)到的理論知識在實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行鞏固加深，不明白的地方能及時跟老師交流溝通。

針對教學(xué)課時安排不合理的問題，在參考國外大學(xué)的課時安排后，根據(jù)教材內(nèi)容要求，適當(dāng)調(diào)整理論課和實踐環(huán)節(jié)課時間分配，在保證老師有充足的時間把重點、難點問題解釋清楚，同時保證了實踐環(huán)節(jié)的時間，每個學(xué)生至少能把一個測試系統(tǒng)實際操作一遍，加深學(xué)生對理論知識的理解。這樣，學(xué)生有足夠的實驗時間，把被動接受老師的講授到主動設(shè)計測試方案、選擇合適傳感器、采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施等，學(xué)生全程參與了實驗，既加深了對理論知識的理解，又鍛煉了學(xué)生的動手能力和思考能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

三、結(jié)論

本文針對測試技術(shù)基礎(chǔ)目前存在的問題進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了一些改革的措施。通過案例教學(xué)、慕課輔助、線上線下相結(jié)合的多元化課程教學(xué)模式和增加實踐課時、理論課程穿插實踐環(huán)節(jié)等教學(xué)方法，既能加深了學(xué)生對測試技術(shù)基礎(chǔ)知識點的理解，又能提高學(xué)生的實踐能力和解決實際問題的能力?！稖y試技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)探討，促進(jìn)我們不斷地進(jìn)行教學(xué)反思，跟上科技發(fā)展的腳步，不斷調(diào)整教學(xué)方式方法，培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的高質(zhì)量新工科人才。教學(xué)改革是一個長期的過程，需要不斷探索與實踐。