“測試技術基礎”課程教學改革探索＊

王睿

（武漢華夏理工學院，湖北 武漢 430223）

隨著工程技術信息化的發(fā)展，測試技術與機械工程形成了緊密的結合，成了機械工程領域不可或缺的組成部分?！皽y試技術基礎”課程作為機械類專業(yè)學生必修的專業(yè)基礎課，由于涉及的知識面較廣，理論性和實踐性都較強，學生普遍反映難度較大。為了實現(xiàn)培養(yǎng)應用技術型人才的培養(yǎng)目標，對“測試技術基礎”課程教學過程中遇到的問題進行總結，并提出解決措施，以提高學生的學習積極性和創(chuàng)新能力。

1 “測試技術基礎”課程教學的現(xiàn)狀分析

先修課程基礎薄弱。“測試技術基礎”是一門綜合性較強的課程，涉及到“高等數(shù)學”“電工電子技術”“控制工程”等先修課程，如信號及信號分析需要“高等數(shù)學”中傅里葉變換、積分運算等知識點和測試系統(tǒng)的基本特性需要控制工程中傳遞函數(shù)的知識點等。如果學生前期學習基礎不牢靠，會影響到本門課程中對知識點的理解，而學時有限，教師不可能將之前的學科內容再重新講一遍，學習基礎差的同學會因為跟不上進度而失去學習的積極性。

教學內容安排先虛后實，不符合學生認知規(guī)律。傳統(tǒng)的“測試技術基礎”課程的教材按照信號及信號分析、測試系統(tǒng)的基本特性、常用傳感器、模擬信號處理、數(shù)字信號處理、記錄及顯示裝置、典型物理量的測量的順序來編排。如果按照教材的順序進行講解，前面章節(jié)的學習內容比較抽象，學生普遍反映難度較大而失去了學習興趣，同時各個章節(jié)分別講解不能讓學生很好地融會貫通[1]。

教學內容與現(xiàn)代先進技術脫軌。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，測試技術發(fā)展較快，而“測試技術基礎”課程仍停留在介紹電阻、電容、電感、磁電等傳感器的工作原理和振動、位移等基本物理量的測量上，不能讓學生了解到前沿技術，開闊視野。

教學方法單調枯燥。課堂上以教師講授為主，學生處于被動學習的狀態(tài)，學生很難集中注意力聽完一整節(jié)課。這種灌輸性的教學方法使學生失去學習興趣和探索精神，無法真正地掌握所學知識。

實驗項目類型單一。傳統(tǒng)的“測試技術基礎”實驗項目為驗證型實驗，在實驗課前，由教師發(fā)布實驗指導書，學生到實驗室后根據(jù)教師講解的實驗目的、實驗原理和實驗步驟按部就班的進行操作和數(shù)據(jù)記錄，課后提交實驗報告。在整個實驗過程中實驗結果都在預料之中，現(xiàn)象明顯，學生不需要思考，使實驗課失去了激發(fā)學生探索精神的作用。

針對以上現(xiàn)象，本文從教學方法、教學內容和實驗教學幾個方面對“測試技術基礎”課程進行以下探索和改革。

2 “測試技術基礎”課程教學的改革措施

2.1 教學方法改革

用啟發(fā)式教學，引導學生思考。在教學的過程中，通過提問的方式引導學生思考，讓學生帶著問題來學習。例如，在講授傳感器時，提問生活中使用的電容屏手機和電阻屏手機有什么區(qū)別，在明確這兩種手機分別使用到電容傳感器和電阻傳感器后，進一步提問手機屏幕在使用時電容、電阻變化受哪些因素的影響，電容和電阻傳感器還可以進行哪些物理量的測量，引導學生明白接觸式和非接觸式傳感器的區(qū)別及這些傳感器在生產(chǎn)生活中的應用[2]。通過啟發(fā)式的教學，加深學生對知識點的理解，調動學生的學習主動性。

采用多種現(xiàn)代教學手段，如學習通、雨課堂等學習平臺，將在線教育和實體課堂的優(yōu)勢相融合。課前，教師發(fā)布課件、實驗指導書或相關視頻，讓學生提前了解課程內容或實驗項目的目的、原理和步驟，教師可以查看學生的預習情況；課中，通過雨課堂設置選擇題、投票題等，對一些教學重點、實驗操作及注意事項進行考查，通過彈幕、發(fā)紅包等方式增強課堂趣味性，搭建教師與學生溝通的橋梁；課后，針對學生在討論區(qū)提出的問題及準確的后臺測驗、作業(yè)數(shù)據(jù)進行總結分析，了解學生的薄弱環(huán)節(jié)，對癥下藥，并將結論通過雨課堂推送給學生，進行有針對性、有重點的教學。

通過工程案例培養(yǎng)學生的工程意識。結合課程教學大綱，案例選擇來自于企業(yè)生產(chǎn)實際或者教師的科研項目。例如，在信號及信號分析章節(jié)，選用企業(yè)生產(chǎn)實際中齒輪箱故障診斷的案例，通過對齒輪箱的振動信號進行頻譜分析，確定各頻率分量，然后根據(jù)機床轉速和傳動鏈，找出故障齒輪。采用工程案例不僅提高了學生的學習興趣，也讓學生了解到如何將課本所學知識運用于工程實踐中。

有針對性地使用仿真軟件、動畫、視頻、圖片等輔助教學手段。如信號及信號分析章節(jié)，使用仿真軟件實現(xiàn)信號的合成與分解，變抽象為具體，加深學生對知識點的理解；在常用傳感器的章節(jié)，通過圖片呈現(xiàn)傳感器的實物，通過動畫演示傳感器的工作原理，通過視頻展示傳感器的應用，這種直觀的方式，不僅增加了學生的知識量，還便于學生理解和記憶。通過小組討論的方式使學生在學習的過程中由被動變主動。如常用傳感器章節(jié)，將學生分組，每組3～4 人，分別對不同類型的傳感器的結構、工作原理和應用進行調研并寫出報告的形式，讓學生上臺對自己組分配的傳感器進行講解。這種方式以學生為主導，不僅增強了學生對知識點的記憶和學習興趣，還鍛煉了學生的口頭表達能力和查閱資料的能力。

2.2 教學內容改革

增強學生對先修課程的知識點的掌握程度。在課前通過測驗要求學生對先修課程的知識點進行復習回顧。在進行培養(yǎng)大綱討論時，要求“高等數(shù)學”“電工電子技術”“控制工程”等課程對“測試技術基礎”課程所需要的知識點進行重點講解。以測試系統(tǒng)的動態(tài)特性為例，教師首先對系統(tǒng)傳遞函數(shù)的內容進行詳細講解，學生在后面的學習中，對測試系統(tǒng)的動態(tài)響應特性的理解就容易一些。

調整教學順序，降低學習難度。按照學生的認知規(guī)律，先實后虛，對章節(jié)內容重新進行設置。可以先講授測試系統(tǒng)的組成部分，傳感器、信號調理裝置、顯示記錄裝置的基礎知識，在對測試系統(tǒng)的硬件構成有一定了解后，針對具體的物理量，將信號分析、測試裝置的特性等內容與實際應用結合在一起，讓學生明白這門課程學習后具體可以做什么及怎么做。在教學過程中，弱化理論學習，對傅里葉變換、頻率響應函數(shù)部分，重點講解物理意義，減少數(shù)學公式的推導，在完成教學目標的前提下，盡可能降低學習難度，激發(fā)學生的學習興趣[3]。

加強各個章節(jié)的聯(lián)系，強化學生系統(tǒng)化思維。如將傳感器和信號調理兩個部分融合為一章：在測試信號的獲取與調理技術部分，可以在介紹各種傳感器的工作原理及應用的同時，介紹其匹配的電橋、濾波等典型的調理電路，讓學生能在實際應用中正確的搭建測試系統(tǒng)。

與現(xiàn)代先進技術接軌，學習現(xiàn)代測試技術。如激光、光纖等光電技術，紅外、超聲波、工業(yè)CT 等無損檢測技術，LabVIEW、MATLAB 等計算機技術。介紹測試技術向自動化和智能化發(fā)展的新趨勢，以及計算機在測試技術中的應用與發(fā)展，幫助學生學會運用所學的測試技術知識構建或設計現(xiàn)代的測試系統(tǒng)。

2.3 實驗教學改革

開發(fā)不同類型的實驗項目（如綜合性實驗、設計性實驗、驗證性實驗），讓學生參與到實驗過程中，由被動變主動，對理論知識加深理解，提高創(chuàng)新能力和動手能力。

對實驗項目進行擴展并聯(lián)系實際應用。在金屬箔式應變片電橋電路特性實驗中，驗證金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋的性能及相互之間的關系，并在此基礎上進行擴展。如金屬箔式應變片的溫度影響實驗，讓學生了解溫度對應變片測試系統(tǒng)的影響，掌握金屬箔式應變片受溫度影響的消除方法。直流全橋的應用——電子秤實驗，讓學生了解應變片直流全橋的應用及電路的標定，通過實驗設備實現(xiàn)電子秤的測量，大大提高了學生的學習興趣。

開設開放性的實驗項目。電渦流式傳感器特性與應用實驗，對同一種傳感器實現(xiàn)多種物理量的測量（位移、轉速、振動、被測體材質等）；振動測量實驗，對同一種物理量實現(xiàn)多種傳感器的測量（差動變壓器、霍爾式傳感器、壓電式傳感器、光纖位移傳感器），增強學生對傳感器的應用的理解，針對不同的物理量的測量，選擇合適的測量方法和安裝方式。

利用計算機測試技術LabVIEW 和MATLAB 軟件開發(fā)虛擬仿真實驗項目。讓學生根據(jù)不同類型的周期信號頻譜的特點使用MATLAB 軟件自己編制程序實現(xiàn)周期信號的合成，使學生熟悉典型信號的波形和頻譜特征，并能夠從信號頻譜中讀取所需的信息。通過LabVIEW 軟件編程設計仿真信號頻譜分析儀，可產(chǎn)生并觀察正弦波、方波、三角波仿真信號波形，同時設置不同的信號頻率、幅度、采樣頻率、總采樣點數(shù)，觀察信號經(jīng)過FFT 后的幅值譜，實現(xiàn)信號的分析與處理，將抽象的理論知識具體化，同時提高學生利用現(xiàn)代計算機測試技術的能力，與現(xiàn)代先進技術接軌。

3 總結

通過采用現(xiàn)代化教學手段、整合教學內容、擴展實驗類型等方式對“測試技術基礎”課程教學進行改革，與之前傳統(tǒng)的教學相比，提高了學生對課程的參與程度和重視程度，教學效果得到明顯改善，符合應用技術型大學的定位，培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新能力和實踐能力的工程技術人才。