案例教學法在測試技術課堂教學中的應用

陳永會

［摘要］在卓越工程師教育培養計劃的大背景下，各個學科以及課程的教學改革勢在必行。對于測試技術課程來說，抓住典型測試方法與概念，結合實際測試和故障診斷案例，采用案例教學的方法，能夠激發學生本課程的學習興趣，以實際應用來啟發學生提出問題、分析問題、解決問題，使得學生不但可以學會本課程的知識，而且可以靈活運用所學專業知識解決問題，同時培養和提高學生的專業創新能力。

［關鍵詞］案例教學法頻譜細化分析教學改革

［中圖分類號］G642.0［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）12-0118-022010年6月，教育部在天津發布了“卓越工程師教育培養計劃”，旨在在未來10年內培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。作為參與實施卓越計劃的主體——任課教師，必須對相關課程的教學內容和教學方法進行改革。只有通過每門課程的教改，才能使教學“貼近工程、貼近實際”，才能實現“卓越工程師“的培養目標。本文針對測試技術課程教學中的案例教學方法進行總結，希望能對其他課程起到“拋磚引玉”的效果。

根據多年的教學經驗以及大量教學實踐表明：灌輸教育無法調動學生的學習主動性，無法讓學生自主的學習，不利于學生的綜合能力和創新意識的培養。因此，測試技術課堂教學改革主要解決如何提高學生的學習積極性，如何培養學生應用專業知識解決實際問題的能力，如何培養適合我國國情的具有創新意識的“卓越工程師”。案例教學法就是在此基礎上提出、分析、研究，并付諸實施的，案例教學法的實施是一個涉及學生、代課教師以及相關學科教師的共同探索和研究的復雜工程。它要求學生能夠從所學課程中提煉出一些經典案例，學生作為親身經歷者不僅要對案例所涉及的學科或課程相當了解，加深了相關的基礎知識的理解和掌握，將所學知識貫穿在一起，同時鍛煉和培養了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力；培養了學生的專業創新意識。教師也可以從中了解到學生的興趣和愛好，通過敏銳的觀察和分析，捕捉學生的亮點和優勢，并且將其作為平時考核的依據，避免僅僅通過最終的考試成績作為唯一的評定標準。

一、案例教學法實踐

以下介紹使用案例教學法來解釋測試技術中的一些較為抽象的概念和內容，同時這也是課程中的難點和重點問題，是必須理解和掌握的。“頻譜分析中的細化分析原理及應用”是學習頻譜分析應用中的重要內容，但學生較難理解“細化”和“放大”的區別。本問題的講解首先從“銑床齒輪傳動的故障診斷”案例出發，圖1為銑床加工過程中振動信號的頻譜圖。從圖1中可以看出，在600?700Hz的頻帶中“類似”（其實就是）調制信號的頻譜（即齒輪嚙合頻率作為主頻，軸的旋轉頻率作為邊頻的結果），由于不能準確地描述頻率（因頻率分辨率太低），所以需要進行細化分析以準確的描述三個峰值點的頻率，并且確定準確的邊頻值。要求學生提出解決此問題的方法，大部分同學說可以通過放大該頻帶得到具體數值，如圖2所示。從圖2中可以看出，這樣處理并沒有改變頻率分辨率（圖中右側的?f），也就是說從圖1和圖2中所提取的數據值是相同的。然而將600?700Hz頻帶的信號進行細化分析后，結果如圖3所示，圖中的頻率分辨率由原來的2.9326Hz變為0.1021Hz，相當于細化30倍，這樣從中提取的數據將變得非常準確（可以得到作為主頻的齒輪嚙合頻率為642.24Hz，作為邊頻的軸的旋轉頻率為24.7Hz），更加有利于分析故障。以此案例作為講述細化分析基本原理和分析步驟的導入或者細化分析的應用，都可以起到事半功倍的效果，將抽象的原理和概念具體化，學生從中可以更好地理解“細化”和“放大”的區別和不同。在講此案例之前，學生要對銑床齒輪傳動系統以及齒輪傳動特性有深入的了解（機械制造技術裝備及設計課程中已經學習了），通過搜集這些資料可以鞏固之前所學知識，建立了課程之間的聯系。

在測試技術課程教學中，還有部分概念是比較抽象的，比如卷積。卷積是一種數學運算，但在測試技術中應用較為廣泛，因而在本課程中也是一個重要的概念。“卷積及其應用”的講解大多數是從連續信號的卷積開始，給出信號的卷積公式和步驟。然而通過案例教學法來講解，可以引入兩個多項式的乘積的算法，如（3x3+2x2+4x+5）（2x+3）。學生的計算思路大多數是乘積，然后同類項合并。但是這種運算是典型的離散信號的卷積計算，可以將兩個因式的系數作為數組［3 2 4 5］和［2 3］，按照卷積的計算步驟（翻轉、平移、乘積、求和）進行計算得到數組［6 13 14 22 15］，即可得到計算結果6x4+13x3+14x2+22x+15。雖然此案例計算簡單，但是可以使學生很好地理解卷積運算的真諦和應用價值，拓寬學生的思維，培養學生的創新意識。

總之，在案例教學的過程中，學生體會到理論知識與實踐應用結合的價值，激發其內在學習動力，從中學到真知，對“消化”所學知識，了解解決問題的過程和方法，培養了自身的實踐能力和創新意識。同時，教師在設計案例時應注意：1.案例應強調學生發揮自身優勢，敢于挑戰，敢于創新，敢于實踐；2.案例設計應符合學生專業培養要求，立足提高學生的綜合素質，培養學生對知識的綜合應用能力和創新意識為目的；3.案例應簡潔明了，易于理解，能將復雜問題簡單化；4.作為工科院校，工程案例對于培養學生利用專業知識解決專業問題能力至關重要。

二、結束語

社會在不斷發展，科技在不斷進步，教育也應該與時俱進，教育的改革和創新必須適應社會需求。在案例教學的實施過程中，堅持學生的學習主體作用，發揮學生的主觀能動性，以教師的導向作用促進學生的自我成長；其次，對于工科院校來說，案例教學的目的是通過教學改革教授學生“漁”，而非“魚”，逐步培養學生運用所學專業知識解決專業問題的能力。實踐表明，案例教學的實施之后，學生的參與教學的積極性提高了，應用專業知識的水平上升了，解決復雜問題的能力，教學效果有了明顯改善，實現了教與學的雙贏。

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［責任編輯：左蕓］