基于測試技術的三階梯式實驗方案探究

張 靜 單光坤

(沈陽工業大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110870)

“測試技術”是一門理論抽象、實踐性很強的學科基礎課程,課程從系統的觀點出發，講述工程中基本的測試理論、測試技術、試驗方法和數據分析方法[1，2]。本課程涉及機械工程、控制工程、信息技術、工程數學等多學科的知識，具有學科交叉的特點，是一門綜合性和應用性很強的課程?，F行的測試技術教學過程中學生普遍反映學習難度大，應用相關技術解決實際問題能力不足。并且，隨著工業技術的發展，新的測試方法不斷涌現，實驗課程設置沒有及時調整更新，導致課堂實驗內容和工程實際脫節。因此，在教學大綱重新撰寫之際，提出三階梯式測試技術實驗方案，讓學生更加深入全面地掌握信號測試方法與分析方法，提升機械制造相關專業畢業生創新能力與工程實踐水平，為裝備制造產業升級提供助力。

1 測試技術實驗教學的現狀

測試技術課程現行的教學計劃一般按照信號及其描述、測試裝置的基本特性、常用傳感器、信號調理與記錄、信號處理初步、位移測量、振動測試和應力應變測量等展開[3]。學生在學習時需要把多門課程的相關知識綜合理解才能掌握測試技術課程的某一個章節。以應力應變測量為例，涉及材料力學、理論力學、電工電子技術等課程的知識點。如果學生對以往知識掌握不牢、理解不深，在本課程學習中就很難跟上課程進度，學習態度不積極，很容易變成被動聽課的填鴨式教育?，F階段的實驗設置項目陳舊，實驗操作流程較為固定，按章操作，無法起到調動學生學習興趣、引發主動思考的作用。

隨著信息技術飛速發展，測試技術手段迭代迅速，而本科教學內容多年來改變不多，無法滿足培養多元化復合型和創新型工程技術人才的需求，推行測試技術實驗改革迫在眉睫。

2 教學模式與改革措施

針對測試技術課程的教學目前存在的問題，提出幾點教學改革的措施。首先，明確實驗在課程中的重要意義和作用，除課內實驗外，單獨設置基于測試技術的創新綜合實驗課程和拓展課程，豐富實驗內容，內容設置盡可能深入淺出，引導學生參與，培養學習的自主性，提高學習興趣；第二，在教學中充分發揮混合式教學優點，拓展實驗的知識邊界，結合時下流行的技術手段，讓學生對生產實際中測試技術的應用有更深刻的印象；第三，注重學科融合，把各個學科的知識有機整合，突出沈陽工業大學機械工程學院辦學特色，將工程實際與科研課題中使用的測試方法及過程以虛擬實驗或視頻素材的形式展示給學生。讓學生將晦澀難學的理論與工程實際建立起感性聯系，降低理解難度，樹立學好測試技術課程的自信心。

2.1 豐富實驗內容，提高學習興趣

測試技術實驗一般為課內實驗，現行的教學計劃課時為8學時，包含：應變片的使用和靜態應變測試、位移信號測試、動態應變測試、轉速信號測試，共4個實驗項目。實驗項目設置近十年來幾乎沒有大的調整，設置內容傳統陳舊，不能結合實下流行的測試技術手段。三階梯式的實驗方案，計劃對課內傳統的實驗設置進行壓縮，通過理論課提前引入、實驗課前使用線上平臺設備進行視頻培訓等預習手段，提高學生實驗課堂的實驗效率，對課上講解和數據記錄時長進行適當壓縮，將課內實驗改為4學時，設置靜動態應變測試和位移轉速信號測試兩個項目，創新綜合實驗增設4個虛擬仿真實驗項目，共8學時。此外線上虛擬仿真實驗平臺提供一定數量的拓展實驗，供學有余力的同學根據個人興趣選做。測試技術的三階梯式實驗方案包括課內實驗、創新綜合實驗項目和拓展實驗項目，除課內和創新綜合實驗項目為必修項目，拓展項目為任選項目。項目內容比之前大為豐富，與現代測試方法手段聯系緊密的課程設置讓學生大大提升了學習興趣。

2.2 線上線下相結合的教學模式

針對機械工程測試技術課程涉及多學科、理論知識多而雜，晦澀不易理解的特點，應用線上線下相結合的模式開展實驗教學，讓學生更好更快的理解測試技術課程知識點。

實驗課前在線上發布教學目標、教學方案、公式推導和經典案例視頻等信息，輔助網上答疑，讓學生帶著好奇和期待來到實驗課堂，充分調動學習積極性；課內實驗中充分發揮線下授課優勢，讓學生對傳感器和測試技術有直觀的感受，在實操中提升動手能力和團隊協作能力；創新綜合實驗以虛擬實驗的形式借助線上平臺展開，虛擬實驗不再受限于硬件條件，大大拓展了實驗范圍，可以根據教學目標和工業生產實際進行調整，柔性高；自選實驗部分基于工程實際和科研研究中常用的傳感器設置了相關實驗，在學生學有余力的情況下做進一步的拓展學習。線上實驗雖然內容豐富，每個學生都可以單獨的完成實驗，但學生由于不夠熟悉實驗平臺操作技巧，在操作中往往會遇到問題，實驗無法繼續開展。針對這一問題，課程組老師們制定網絡答疑值班計劃，為學生提供總時長不少于12課時的線上答疑討論。

應用線上線下相結合的實驗教學模式，既解決了無法人手一臺設備的硬件局限，又避免了虛擬實驗缺乏實物感知的問題。課前上傳資料到線上平臺、教學中加入虛擬實驗，能夠讓學生將抽象的理論公式變成直觀的圖像和數據處理結果，提升教學的趣味性[4，5]。

2.3 注重學科融合，突出辦學特色

鑒于課程具有學科融合的特點，在教學過程中注重學科融合特點，在課前將課程需要涉及的相關學科公式、定義、術語等知識點的資料在線上平臺發布，幫助學生梳理相關知識，降低課上講解的理解難度。突出服務地方經濟發展、產學研一體化的辦學特色，課程講解和實驗項目結合教師科研課題和工程項目，提煉出既符合當下技術測試領域潮流發展，學生又能較為容易理解接受的課程內容。為進一步提升教學效果，對課程組成員組成進行優化調整，聘任在測試領域相關領域有較為深入理論研究和工程實踐經驗的教師承擔本門課程的授課任務，讓學生的課堂學習不脫離工程實際。課后的線上虛擬拓展實驗源于實際問題的簡化，注重學科融合的同時進一步突出辦學特色。

3 測試技術實驗教學設計

3.1 實驗內容

測試技術實驗教學共分三個部分：課內實驗、創新綜合實驗、自選實驗。實驗內容包含了常見的工程信號測量方法、常用的傳感器特性實驗以及應用不同傳感器對多種物理量進行測量的實驗。實驗內容豐富、由淺入深循序漸進，讓學生對測試技術有了更為全面的了解，具體實驗項目設置如表1所示。

表1 實驗項目設置

3.2 拓展實驗傳感器類別

伴隨工業自動化水平的不斷提升，傳感器的種類越來越多，在課程學習中應盡可能多的接觸各類傳感器，形成感性認識，為今后從事相關方面的工作與研究奠定基礎。課內實驗從前更多的是以傳感器結構講解和實驗數據記錄為主要內容，在位移和轉速測試部分僅使用電渦流傳感器和磁電傳感器兩種，改革后應用多種傳感器搭建位移和轉速測量系統，如表2所示。

表2 位移轉速測試實驗改革原有傳感器種類與增設種類對照表

3.3 實驗環節中的課程思政

課程思政作為本科教學的重要環節，是立德樹人的關鍵舉措，然而在工科專業課程特別是實驗環節中推行難度較大[6]。究其原因，主要是對“課程思政”內涵的理解流于形式、對“課程思政”元素的挖掘浮于表面、以及對實驗課的重視度不足等。本文僅以測試技術課程實驗環節為例，闡述課程思政的內涵理解和元素挖掘。

“課程思政”的理念已經提出近五年的時間，還是有許多高校教師將其和“思政課程”相混淆，認為專業課程中無法開展“課程思政”。其實，“課程思政”是在教學中把馬克思主義觀點方法與教學過程相結合，重點在提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題能力。注重工程倫理教育，培養學生認真鉆研精益求精的態度，激發科技興邦的愛國情懷和使命擔當[7]。

測試技術實驗環節從始至終貫穿著“課程思政”的思想。課前預習環節，通過線上平臺將形式多樣的資料發給學生，其中包括與實驗內容相關的國家科技攻關新聞資訊，激發學生愛國情懷，讓學生對實驗課程內容感興趣，進而主動思考，善于發現問題、提出問題和解決問題。安全教育環節，要求學生遵守實驗室操作規程，按照設備使用要求開展實驗，愛護儀器設備，培養學生安全意識和責任意識。實驗過程中，提醒同學準確記錄數據，本著實事求是的態度，遇到問題解決問題，杜絕數據造假，杜絕報告抄襲等學術不端行為。在創新實驗和拓展實驗環節，借助虛擬仿真實驗平臺，線上輔導時注重引導學生獨立思考，鼓勵學生勇于克服困難，樂于接受挑戰。線上實驗減少了實驗耗材，體現了環保思想。2021版教學大綱修訂的過程中，注意體現課程思政，從多層次、多角度深入挖掘思政元素，與課程進行有機融合。

4 結語

三階梯式測試技術實驗方案可以讓學生在課程學習中，感覺更好學、能學好，對測試系統構成和各類傳感器有直觀的感性認識，在鍛煉動手能力、獨立思考能力、積極進取精神和團隊協作能力的同時激發學生的創造力，使學生綜合素質得以提升，展開課程思政研究，為國家裝備制造產業培養德才兼備的高水平專業人才。