基于應用型人才培養的“機械工程測試技術”課程改革

湯小嬌

(唐山學院 機電工程系，河北 唐山 063000)

“機械工程測試技術”是機械專業的一門重要的技術基礎課，通過課程學習，學生可以掌握機械工程測試的基礎知識、基本理論和基本方法，具備常用機械參量測試的能力，養成一定的實驗技能和創新思維能力[1]。此課程具有綜合性強、實踐性強的特點，理論教學存在著學時少、內容多、難度大、效果差的問題[2]，而實驗教學則存在著驗證性實驗過多、實驗項目單一等問題，造成了學生對實驗興趣不大，缺乏求知欲和創新能力[3]。為改變這一狀況，提高教學質量，課程組對課程進行了深入的教學改革。

1 課程內容改革

傳統的課程內容體系是按照測試系統組成順序建立的，分成信號描述、系統特性、傳感器、信號分析處理、信號顯示記錄幾部分，這種課程內容體系將測試系統內容分裂開來，有礙于學生建立完整的測試系統的概念，不利于工程意識的培養。課程組依據機械專業人才培養目標，確定了新的課程內容體系架構，調整了授課內容與講授順序，重新組織修訂了課程大綱。

根據應用型人才培養的要求，遵循現代測試技術發展趨勢，結合多年教學探索與實踐，依據系統信息流的傳遞過程，課程組建立了“測試系統基本理論+測試系統的數學描述+測試系統性能分析+測試系統設計”的多模塊、一體化的課程內容體系，見圖1所示。

圖1 課程內容體系結構圖

該課程內容體系以測試系統設計過程為背景，以測試系統整體方案設計和應用能力培養為主線，根據學生的認知規律，按照測試系統基本理論、測試系統的數學描述、測試系統性能分析、測試系統設計幾個模塊，循序漸進式組織教學，同時引入大量的工程實例，培養學生的系統觀和工程意識，提高學生的實踐動手能力。

2 教學方法改革

由于該課程具有綜合性、實踐性強的特點，最佳的教學方法就是采用工程實例教學法。在傳統的教學過程中，教師會根據所學內容隨機地插入一些應用實例，通過這樣的方式，學生雖然學到一定的知識，但無法將不同章節的知識點關聯起來，無法建立起完整系統的知識體系。通過改革，我們采用“主工程實例與多個輔工程實例相結合”的方式，其中主工程實例是貫穿整個教學過程中的一條主線，它將各個模塊的知識點有機地結合在一起，使學生對所學知識在測試系統中的作用以及與其他環節之間的聯系有一個宏觀上的認識，這樣可以大大加強學生的工程意識。輔工程實例的作用是拓展學生的思維，開闊學生的視野，增加知識的維度與廣度。例如，以旋轉機械轉子實驗臺測試系統作為主工程實例，在授課過程中將所講內容與實例相結合，通過這個例子學生可以系統地了解測試系統的基本構成、傳感器的作用、信號的采集處理與變換的過程，掌握時域分析和頻域分析方法等知識。此外，精選了大量的輔工程實例，特別是一些比較先進的、代表未來測試技術方向的例子，如虛擬現實技術、虛擬儀器技術、航空航天中的測試技術、新型傳感器的應用等一系列的工程案例，大大地激發了學生學習的興趣，教學效果明顯改善。

多媒體教學因其信息量大、形象、生動、直觀等優點已廣泛應用于教學當中。為了充分發揮多媒體的作用，不斷對多媒體課件進行修改與完善，將文字、圖片、動畫、影片等多種信息結合在一起。利用圖片與影音相結合的方式，向同學講解傳感器、信號處理、工程實際等相關知識。利用動畫演示信號采樣、傅立葉變換、厚度監測系統等內容，這種形象生動的演示將課程內容化難為易，化繁為簡，便于學生對知識的記憶與掌握。

充分運用網絡教學優勢，促進師生之間、學生與學生之間的良性互動。網絡教學具有課堂教學無法比擬的優勢。測試技術網絡課堂，包含課程教學大綱、電子教案、網絡實驗、在線練習、網絡課件以及授課錄像等內容。網絡課堂方便學生在不同時間、不同地點根據自己的不同需要進行自主化、個性化學習。學生可以隨時查看課程的教學文件和教學資料，完成在線練習測試，就感興趣的問題展開自主討論，從而無限延伸了教學平臺，增強了教學效果。

為了使學生能夠更好地掌握所學內容，課程組編寫并不斷完善測試技術習題集，學生們可以通過例題、習題、專題研究、綜合型大作業等多種形式，加深理解并最終掌握知識。

3 實踐教學改革與建設

“機械工程測試技術”是一門實踐性很強的課程，屬于實驗科學的范疇，通過對教學活動的探討，充分認識到了只有不斷地改進理論教學和實驗教學的教學方法，根據工程實際設計教學內容，才能在教學中取得良好的效果。

實踐課教學的設計思想，一是加深學生對“機械工程測試技術”理論基礎知識的了解，增強學生的工程實踐能力、綜合應用能力和創新意識；二是注重學生工程素質的培養，實踐教學環節的設立應與工程背景緊密相連；三是注重學生創新能力的培養，鼓勵學生根據需要解決實際問題，自行設計實驗內容及選擇實驗方法。

“機械工程測試技術”實驗存在著學時少、驗證性實驗多等問題，由此提出了層次化實驗課程體系以及個性化實驗教學方法，即在完成操作實驗基礎上，打破時空限制，創建適合不同學生水平的自主選擇實驗的多媒體實驗網絡平臺。實驗課程體系共有四個層次，分別為課上必做實驗、自主選做開放實驗、網絡自選驗證實驗、自主設計開發實驗，見表1。

表1 “機械工程測試技術”層次化實驗課程體系

根據教學大綱的要求，共有4個總計8學時的課內必做實驗，其中驗證性實驗兩項，綜合性實驗一項，設計性實驗一項，分別為相關分析實驗、位移測試與系統標定實驗、應變測試實驗和振動測試實驗，為提高學生的實踐能力，在驗證性實驗中增加了硬件連接的環節，并對實驗系統進行了升級。對于“機械工程測試技術”這種實踐性很強的課程來說，4個實驗遠遠不能滿足課程教學的需要，因此實驗室全面開放。目前開設了4個開放實驗，包括基于虛擬儀器的傳送帶實驗臺的設計、頻率響應與數字濾波實驗、旋轉機械軸承座振動、電渦流傳感器應用實驗。其中一項為創新性實驗，一項為驗證性實驗，兩項為綜合性實驗。以后會開放更多的實驗，進一步提高學生的實踐能力。學生還可以通過網絡課堂下載虛擬實驗程序，在個人的計算機上進行驗證性虛擬實驗。目前，驗證性實驗包括積分環節、慣性環節、微分環節等典型環節系統特性分析實驗，信號傅立葉變換實驗，狀態監測仿真實驗，濾波器實驗等。此外，除了原來已開發完成的基于虛擬儀器的機器視覺測試系統、運動控制系統、水溫自動控制系統、熱電偶測試實驗等創新實驗外，課程組教師又指導了POV LED時鐘、機器人家庭保姆、智能嬰兒床、3D打印機、傳送帶實驗臺等創新項目。

另外，對實驗軟件系統進行了升級，重新編寫實驗教材，從實驗教材、實驗指導書到實驗報告單，形成了一整套完備的實驗文件材料。

4 鼓勵學生積極參加學科競賽，以賽促學

鼓勵學生利用課外時間結合課程內容，參加各種競賽，將課程學習從課內延伸到課外，通過實踐中的學習，激發學生的興趣和學習主動性，這樣既解決了學習中的難點問題，又加深了學生對課程內容的理解，促進了學生綜合能力的提高。課程組教師指導學生參加了各種比賽，無論是指導學生人數，還是參賽次數都比以前有了很大的提高。實踐證明，參加學科競賽可以提高學生思考問題、分析問題和解決問題的能力，可以激發學生的創新意識，提高工程實踐的能力。通過學科競賽的磨練，學生所學的知識更加扎實，通過與其他院校學生的交流，可以找到自身的不足與差距，開拓思路，找準定位，找到方向，不斷提升自己的水平。

5 結語

根據人才培養定位，基于“以人為本，學、做、創并舉”的實踐教學理念，著重培養學生創新能力和動手能力，課程組對課程內容體系、教學方法、實踐教學等進行了全方位改革：依據系統信息流建立了全新的課程內容體系；采用工程實例教學法，并將其作為一根主線貫穿整個教學過程；將先進的虛擬儀器技術和網絡技術引入課程的實驗教學之中；采用層次化、個性化、網絡化的實驗教學體系，以人為本，因材施教，加強實踐教學環節；鼓勵學生積極參加學科競賽，以賽促學。經過為期三年的改革實踐，教學質量明顯上升，學生的實踐能力、創新能力明顯提高，取得了一定的效果。

參考文獻：

[1] 徐琳，李伯全.“機械工程測試技術”課程教學改革的研究與現狀[J].中國電力教育，2014(29)：49-50.

[2] 王豐.“機械工程測試技術”精品課程建設與實踐[J].河北理工大學學報(社會科學版)，2010(9)：111-114.

[3] 崔伯第.機械工程測試技術課程教學改革與實踐[J].中國科教創新導刊，2010(34)：202.