以項目案例為主線的測試技術教學模式

[摘 要] 結合測試技術課程內容特點與多年的課程教學實踐，針對該課程教學中存在的問題，提出了一種以項目案例為主線的測試技術課程教學模式。闡述了該模式的設計思路，并以實例說明了該模式的應用。教學實踐表明：該教學模式有效的提高了學生的學習興趣，強化了學生發現問題、解決問題的能動性，也培養了學生以工程項目為核心的思維方式、研究意識、團隊協作精神以及實踐動手能力，不僅有利于教學目標的實現，也為工程應用型人才培養打下了扎實的基礎。

[關鍵詞] 項目案例；工程應用；測試技術；教學模式

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）03-0095-03

0 引言

測試技術是用來檢測和處理各種信息的一門綜合技術，在科學研究、工業生產、醫療衛生、文化教育、國防等各個領域都起著重要的作用[1]。因此，《測試技術》被定為我國高校機電工程類專業的專業基礎課[2]。云南農業大學《測試技術》課程的前身是20世紀80年代為農業機械化本科專業開設的《農機測試技術》，目前面向農機、機制、工業、電氣、車輛、熱動6個本科專業和農業機械化、農村電氣、能源工程3個碩士專業開課。在信息技術快速發展的背景下，為培養適應現代化建設需要的具有創新精神和工程應用能力的高素質應用型人才，要求學生通過本課程的學習，掌握測試系統的設計和分析方法，能夠針對各專業領域中的工程問題選用合適的傳感器，構建完整的測試系統，并能對測試系統的性能進行分析，對測得的數據進行處理，具有從測量信號中解讀測量信息的能力。

1 課程內容特點與教學中存在的問題

1.1 測試技術課程內容特點

測試技術是一門涉及傳感器技術、數據處理、儀器儀表、計算機技術等多學科和技術的新興綜合性學科[2]。測試技術課程內容主要包括信號分析、測試系統靜動態響應特性、常用傳感器、信號調理、記錄及存儲儀器、測量誤差分析及數據處理、典型非電參量的測量、自動測試系統（ATS）等內容。測試技術課程理論性較強，也比較抽象，涉及《電工技術》、《電子技術》、《概率論與數理統計》、《控制工程基礎》、《大學物理》、《材料力學》等課程知識內容[3]。同時該課程也是一門實踐性很強的課程，要求學生能夠針對特定的測試任務進行測試系統的設計、實現、調試和測試，并對測試結果進行分析評價。通過本課程的學習，可以使學生初步具有利用測試技術基礎知識和技能來分析、解決工程實際問題的能力，為今后學習《機電一體化技術》、《數控技術基礎》、《汽車電子控制技術》、《電氣控制系統》等課程以及畢業設計打下堅實的基礎。

1.2 課程教學中存在的問題

在測試技術的教學過程中，過去有學生反映測試技術應用及發展部分空洞，傳感器部分沒有實物對象、枯燥無味、很神秘，信號分析理論部分深奧難懂、書本內容串不起來、學了知識不會應用等。造成以上問題的原因，與課程原有教學模式有直接的關系。以前的課堂教學側重理論知識講授，課堂信息量少且單調，少量的實踐性環節也是根據教學內容開設的驗證性實驗。教學活動的基本模式是以教師為主導的傳授式教學，教師講，學生聽，教學過程中學生的參與以及師生間、學生間的互動很少，導致學生對課程作用認識不足，影響教學效果。

上述問題說明，原有的測試技術課程教學模式已經不能滿足現代機電工程類專業教育發展的需求，主要體現在以下幾個方面：（1）隨著信息技術的快速發展，新技術、新儀器設備不斷涌現，課程內容顯得有些陳舊和呆板，與工程項目上的應用有較大差距；（2）新教學計劃的制定使課程總學時越來越少，而新內容則越來越多；（3）課程面向多個專業的學生開課，如果教師仍以書本教材為主進行傳授式教學，教學內容較難與測試技術的專業應用相符合，導致學生對課程作用認識不足；（4）按傳統的教學方法，課程內容相對來說比較分散、雜亂，不利于學生發現問題、解決問題能力的培養，也難以建立以工程項目為核心的思維方式，學生所學知識停留在書本上，應用能力和創新能力不強。為解決這些問題，作者借鑒Project Based-Learning （PBL）、Querying Based- Learning （QBL）等國外高校的教學思想，提出以項目案例為主線的測試技術教學模式。

2 以項目案例為主線的測試技術課程教學 模式

2.1 教學模式的設計思路

根據測試技術的主要教學內容與教學目標，將教師承擔、參與的科研和工程項目中與測試技術有關的成果內容整理成教學案例，應用在課程的理論教學過程中。這些項目案例就產生在學生身邊，由上課教師直接參與完成，教師講的時候更為詳細、具體、真實，學生聽的時候更有親切的參與感，有的項目成果還可在實驗室進行使用和學習。以這些項目案例為平臺，更好的進行師生之間有關測試技術和測試設備方面的交流，促進學生學習理論知識和實踐動手能力的主動性和積極性。

在提高了學生的學習興趣和主觀能動性后，通過開設實驗課，給學生提供實踐動手的機會，解決學生“做什么、怎么做、能不能做好”的問題。所開設的實驗項目要緊密結合測試技術主要內容，具有確定的測試任務和工程項目性質，又能讓學生在教學計劃內能夠完成，具有可以長期實施的可擴展性和可操作性。實驗項目不能僅僅是驗證性或演示性的，應該是具有設計性、系統性、綜合性的實作實驗。

2.2 以項目案例為主線的理論教學體系及應用

測試技術課程理論教學32學時，教學計劃內實驗8學時，總學時數為40學時。書本教材選用近期出版的21世紀高等學校機電類專業規劃教材，電子教材使用自己采編的電子課件，在理論教學過程中以電子課件為主、書本教材為輔。

課程理論教學內容及學時分配為：緒論（2學時）、信號分析基礎（8學時）、傳感器測量原理（8學時）、測試系統特性（4學時）、信號調理技術（2學時）、數字信號處理（2學時）、自動化測試系統（4學時）、虛擬儀器技術（2學時）。

在理論教學過程中，任課教師將自己承擔或參與的科研和工程項目、學位論文中與測試技術相關的內容整理成項目案例并進行系統的介紹和講解，所選項目案例可根據學生專業進行調整。

以緒論這一章為例，農機專業的學生選擇“1KS-22型雙軸開溝機工作性能測試”或“植煙地土壤深松機研制開發應用”案例，車輛工程專業的學生選擇“基于USB數據采集的車輛試驗系統研究”案例，電氣工程及其自動化專業的學生選擇“溫室氣候中溫濕度智能控制系統研究”案例，機械設計及其制造專業學生選擇“更新四沖程內燃機能量轉換機構的理論研究與試驗”案例。這些項目案例重點講解項目概況、所用的儀器設備和技術、項目實施中的難點和關鍵技術，以引導學生將測試技術和所學專業進行聯系，提高學生對課程作用的認可度。

2.3 擬工程項目化的實踐教學體系及應用

根據實驗室現有設備和條件，并考慮學生專業和人數，以及長期實施的可操作性等因素，確定以彈性體的應力應變測試為項目，進行測試技術擬工程化項目的系統性實作訓練。課程教學計劃內開設的實驗項目及學時分配為：應變式測力傳感器的設計制作（2學時）、應力應變的靜態測試實驗（2學時）、應力應變的動態測試實驗（2學時）、應力應變的計算機測試實驗（2學時）。實驗教材采用自編的《測試技術實驗指導書》。

實驗項目由指導老師提供不同型號的應變計等電子元器件、各種不同材料和結構的彈性體等輔助材料以及相應的測試儀器設備，學生每4人為1個項目小組，設計、構建和實現給定項目的測試系統。彈性體的材料、結構和應變計由學生自主選擇，并進行相應的傳感器設計制作。學生要在規定的教學時間內，分別完成應變式測力傳感器的設計制作、應力應變的靜態和動態測試，以及基于計算機測試系統的應力應變測試任務。這4個實驗項目相互關聯、相互驗證，具有綜合性、設計性和實作性的特點，形成了一個小型的、擬工程化的測試項目。在教學計劃外，學生可訪問課程的網絡虛擬實驗室，自主選擇信號分析、信號處理、虛擬儀器設計、遠程測控等實驗項目進行模擬訓練。對于選擇并完成網絡虛擬實驗項目、提交了實驗結果和實驗報告的學生，任課老師會在課程考核成績上予以加分。

3 以項目案例為主線的教學模式的實踐與 效果

基于該教學模式，云南農業大學工程技術學院在教學手段和教學內容表現形式上也進行了三項改革。第一，采編了課程的多媒體課件。用多媒體來豐富課程內容和表現形式，并加入了大量項目案例的圖片、數據資料，使過去因沒有實物對象（如傳感器部分）而抽象難學的內容變得具體、形象；第二，建設了測試技術網上虛擬實驗室，構造了信號分析和模擬測試實驗環境。學生可以通過大量模擬仿真實驗，使深奧的理論變得生動、易懂；第三，改革了課程考核標準，強調實踐動手能力和獨立思考能力的考核。課程期末卷面考核占60%，實驗考核占30%，課堂討論占10%。

3.1 該教學模式的實踐情況

項目案例為主線的教學模式從2005年9月開始，契機是教學團隊為科研項目“1KS-22型雙軸開溝機設計研究”進行田間試驗，并對開溝機消耗功率等性能指標進行測試，工作完成后，將測試情況在課堂進行講解，獲得學生歡迎。到2008年9月形成固定的教學模式，到目前為止，整理并應用了教學團隊教師科研和工程項目、學位論文轉換得來的理論教學項目案例12項，收集整理了其它案例25項，具有豐富多彩的圖片資料、詳實的數據信息。目前，該模式已面向2006～2010級農業機械及其自動化等6個本科專業約1200人進行了現代測試技術課程理論和實驗教學，面向2010～2012級農業機械化工程等3個碩士專業56人開設了《現代工程測試技術》課程理論和實驗教學。

3.2 教學模式的實踐效果

教學實踐表明，以項目案例為主線的測試技術教學模式，有效的提高了學生學習的積極性，促進了學生的學習自主性，達到了較好的教學效果。主要表現在以下幾個方面。首先，測試技術理論教學中的項目案例來源于學生認識、了解的任課教師，也與學生所學專業相關，學生有親切感和真實感，從而可以真切的理解測試技術的重要性和應用前景。同時，也讓學生了解了測試項目和工程的一般流程，加強了學生學習的積極性、目的性。

其次，在教學計劃內的實驗項目具有連續性和系統性，組合起來就是一個小型的工程項目，為培養具有創新精神的工程應用型人才打下扎實的基礎。由于每組學生設計制作的傳感器是不同的，測試對象也不同，避免了學生應付實驗、相互抄襲實驗報告的情況。通過該系列實驗操作的訓練，一方面打破了以往認為學生測試技術是“高科技”、“深奧”、“枯燥”、“難學”的印象，形成了“我也可以做一個傳感器，我也可以系統的完成一個有確定測試目標的測試任務”的成就感；另一方面，在實作中遇到的問題或是“失敗”的測試結果（部分學生的測試結果達不到實際測試工作的要求），使學生明白：要成功的完成一項測試任務需要系統的學習測試技術的理論知識，更需要耐心細致的實踐操作。

再次，在教學計劃外，課程的網絡虛擬實驗室給學生提供了一個不定時、不定實驗場地、不定實驗人數要求的模擬訓練環境。該實驗室不受實驗設備臺套數、實驗時間、學生人數等客觀實驗教學條件的限制，有效緩解了實驗學生人數多與實驗臺套數少、學生需要實踐訓練的時間多與安排的實驗學時少等矛盾。

最后，2008～2012屆，共有30名本科畢業生、6名碩士畢業生的畢業論文在實驗室完成或在教學團隊協助下完成，其中有4篇本科學位論文被評為校級優秀本科畢業論文。

4 結束語

以促進學生學習主觀能動性，培養學生以工程項目為核心的思維和工作方式，提高學生動手能力為目標，教學團隊提出并實踐了以項目案例為主線的測試技術教學模式。該教學模式在課堂上運用具有實際工程應用背景的項目案例來激發學生的學習興趣，課后學生則通過完成擬工程項目化的綜合性實驗來驗證所學知識和技能，將枯燥的公式推導和解題過程變為有趣的學習過程。教學實踐表明，該模式能較好的激發學生的學習興趣，為實現培養工程應用型大學生的目標打下了堅實的基礎，取得了較好的教學效果。

參考文獻

[1]熊詩波，黃長藝.機械工程測試技術基礎（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2011：3-8.

[2]趙華，呂德永.“基于問題”的測試技術課程教學方法探索與實踐[J].高教論壇，2011，（3）：82-84.

[3]王清元，盧貴忠，趙玉清.《現代測試技術》教學方法的探討[J].云南農業教學研究，2005，（6）：28-29.