時間：2022-08-22 13:10:11
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“測試技術”是機械工程類專業學生必須掌握的一門綜合性專業基礎課，涉及機械、電子信息、自動化、儀器儀表等多個技術領域，專業性、理論性和實踐性都很強[1-3]。目前課堂教學實施中更側重講授基本理論、概念和方法，與機械工程專業相關的應用實踐的案例比較缺乏，啟發性和互動性不夠，學生普遍反映課程理論知識深奧、空洞、抽象，傳感器缺少實物對象、枯燥無味，學習效果不明顯，與工程實際的要求差距很大[4]，因此，教學方法改革與創新勢在必行。“測試技術”課程旨在通過測試技術的學習，培養學生掌握測試技術的基本知識和技能，掌握測控系統分析和設計的基本理論和方法，能夠合理選用測試方法和裝置構建測試系統，為學生進一步學習、研究和處理機械工程技術問題打下基礎。現有的教學內容包括測試信號分析理論、傳感器和測試技術應用三大主體部分，在教學實踐中存在著以下主要問題：（1）在傳感器章節中，與傳感器測量電路所直接相關的電橋、調制與解調等內容在傳感器之后的章節中才具體講授，這樣就造成了學生在傳感器學習中缺乏相應的知識儲備，教師講課中也難以深入講授相關內容，出現了前后脫節的矛盾；（2）現有教材內容大多以單列章節的形式介紹了機械工程常見物理量的測量方法，如位移測量、振動測試、應變與力測量等內容，但是，由于受到教學課時的限制，這些內容往往不能被充分地講授，有些內容甚至需要學生自學完成，達不到設置這些教學內容的初衷；（3）現有教材中的案例設置存在著碎片化、單一化、表面化的不足，缺乏能夠將教材內容有機融合、工程背景較強、綜合性較強的機械工程測試應用實例，學生學完課程后不容易建立起比較完整的動態測試的基本概念，難以做到融會貫通，靈活地利用所學的知識搭建測試系統，實現對機械工程常見物理量的測試。針對目前課程教學中存在的不足，筆者在“測試技術”教學實踐過程中進行了一系列的研究與探索，取得了一定的成效，將其總結如下：
2重構教學結構，打破現有章節之間的限制，突出教學內容的連貫性
本課程在教學實踐中，重點圍繞傳感器這一核心章節中存在的問題，提出了“瞻前顧后”的教學思想與方法，探索重構合理的教學結構與順序：所謂“瞻前”，是指在傳感器測量電路教學中，簡要介紹與之密切相關的電橋電路、調制與解調的基本原理，幫助學生從直觀角度理解教材相關內容。待講授到信號的調理與記錄章節時，將電橋電路、調制解調的基本理論與前面所講的傳感器測量電路中的內容進行重新組合，通過傳感器測量電路來講解電橋、調制解調的工作原理與主要應用，既幫助學生深化了傳感器測量電路的知識，又理解了信號調理的基本原理與方法，實現了教學內容的前后呼應和有機統一。所謂“顧后”，是指在傳感器教學過程中，打破教材現有章節之間的界限與教材內容的固有結構，不再因循傳統地介紹各種類型傳感器的順序，而是以基本物理量的測量為授課主線，分別介紹位移的測量、振動測量、壓力測量、溫度測量、應變及力的測量等機械工程中常見物理量測量所采用的主要傳感器及其工作原理，不再遵循現有單列章節的方式去介紹，這樣就可以將教材內容有機結合、優化重構，幫助學生在學習傳感器知識的同時一并了解此類傳感器的主要應用，回歸到合理選用傳感器實現測量的基本要求，達到了雙重學習的目的，提高了教學的效率和質量。
3以系統觀點優化教材體系，突出教學內容系統性和邏輯性
“測試技術”教材在編寫體系上缺乏統一性，不同教材在章節順序和內容編排上差異較大，缺乏合理的內在邏輯。筆者在教學實踐中提出以系統論的觀點來重新優化教材的體系結構、設置教學內容的觀點，其核心思想是從宏觀上使學生能建立起機械測試系統整體的概念和框架，幫助學生掌握如何建構測量系統，如何實現信號的采集與分析，最終回歸到能夠獨立地實現對機械工程中常見參量的測量與分析。還提出了以“信號及測試裝置是什么—如何采集信號—如何分析處理信號—機械測試系統的構建與應用”的邏輯順序，重構教材結構、安排教學內容，突出課程的系統性、邏輯性和綜合性，并以這樣的順序編寫了教材大綱和講義。“測試技術”是一門實踐性和應用性很強的課程，教材中除了對于基本理論知識的敘述外，更需要突出“工程化”和“案例化”，強化學生的工程能力和創新能力，并能夠及時體現測試技術的發展趨勢。在工程案例的設計與選擇上，突破了現有教材案例的局限和不足，引入機械工程測試綜合應用實例一個章節，以車輛電子技術、機械設備狀態監測與故障診斷、機械產品性能測試等典型工程案例為應用背景，著力介紹機械工程測試技術的基本理論與方法在這些領域的主要應用。以綜合實例解構教材各章節內容，將教材章節中的關于信號的采集與傳感器選型、測試信號的處理與分析、計算機測試系統等所學內容完整體現出來進行剖析與講解，使得學生通過對綜合工程實際問題深入、系統、本質的認識和理解，達到課程學習對于培養學生能合理選用測試裝置，并初步掌握靜、動態測量的基本知識和技能的要求，達到培養分析和解決問題能力的要求。
4完善課程考核方法，探索課程目標達成狀況監控及評價機制
完善課程考核評價方法，探索課程目標達成狀況監控及評價機制：在教學實踐中，以能力評價為導向、突出學習的過程性，探索建立能力和素質等多方面結合的測試技術課程成績綜合評價體系，改變傳統的僅靠一張試卷的成績評定方式，以考核促進學生學習的動力和興趣，以考核體現學生學習的綜合效果。以學習中的問題為切入點，鼓勵學生利用課外時間結合課程內容自主設計大學生科研訓練計劃項目，參加機械創設設計競賽等。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，既解決了學習中的難點問題，同時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。開設機械系統測控實驗課程，與理論課程同步進行，將實驗內容與理論課程相銜接并進行了必要的拓展。提高了學生的興趣，改變了實驗僅作為課堂教學附屬的現象。綜合理論知識考查、課程實驗與課程設計、開放性課題研究等情況進行綜合考核，突出理論學習、實踐、創新等多方面素質和能力的考評，體現形成性評價和終結性評價相結合，建立課程群進程式、多渠道、多方式的評價機制。
5基于課程教學，培養學生分析問題和解決問題的能力
結合高等教學心理學關于知識、技能學習的相關理論，設計教學方案，制定教學目標，提高教學質量。不僅重視提高學生的知識技能，還特別注重培養學生解決問題的思想與方法，將這一思想逐步融入測試技術教學的具體環節中。一方面引導學生逐步掌握以整體觀和系統論分析解決問題的基本方法與思路，逐步學會將一個較復雜的問題分層次、分步驟去研究，幫助學生通過具體的工程項目和案例，建立起機械測試系統整體的觀念，進而建立起各章節之間的有機聯系，而不是孤立地去學習各章節的內容，進一步去學習課程中涉及的基本理論和方法，同時也進一步熟悉如何通過所學知識去解決具體工程實際問題的思路和方法。在學習中，學生感覺頻域和頻譜的概念抽象，不如時域理解起來直觀，因此要著力強調并培養學生從多個角度去分析問題、解決問題的能力。如理解信號的描述既可以從比較熟悉的時域上進行描述，同時也可以從頻域角度進行描述，需要去理解從頻域角度去分析、描述信號的優點，同時也要認識到信號不同描述之間是可以互相轉換的，將這些不同角度獲得的關于信號的信息綜合起來就可以獲得對其比較全面的認識。學習這些方法和思想，不僅對于學生理解課程本身知識極其重要，同時對于其他課程的學習、分析問題、解決問題能力的提高都有重要意義。
6結語
1.1界面的設計工作在信號分析
界面主要是通過GUI圖形用戶界面菜單的編輯器來設計的。根據信號分析的結構劃分，系統的主頁面由多個子窗體的模塊共同組成，分別為：系統簡介、信號分析、推出系統等。只要單機主頁面上面的模塊鍵就可以打開相應的子窗體。并且所有功能的模塊都是MATLAB系統應用程序，在每個子窗體模塊中還有多個典型信號，其中有方波信號、脈沖波信號等。典型信號的分析還包括實頻譜、虛頻譜、相位譜等，相關的分析還有正弦、余弦、方波、脈沖波等信號的自相關與互相關的分析；加窗處理涵蓋鋸齒波、三角波、方波等信號的窗處理，窗函數還有漢寧窗、哈明窗、矩形窗等。除此之外，在典型的信號分析中，想要保證圖形的精確性，還要進行加窗與選取采樣點工作。這樣每一個模塊的顯示的內容就會用菜單的形式很好的體現出來。
1.2通過舉例進行分析
在實際教學過程中，信號測試分析及處理就可以直接應用先前所設計完成的信號分析應用軟件，并且在輔助教學工具在實際應用過程中，只需要進行菜單電機就可以完成，就以就對分析正弦信號的譜舉例說明。給出正弦波的信號為y=8sin（10π）t，并根據數據來求出信號的實頻譜、相位譜、虛頻譜等求出。然后點擊MATLAB信號分析應用軟件，就會出現測試信號分析主頁面圖；再次點擊頁面中的正弦信號分析就可以進入正弦信號的分析主頁面圖。在選擇相應的參數時，要注意頻率在6Hz左右，取300個采樣點，漢寧窗的寬度為300，點擊繪圖就可以得出正弦波信號y=5sin（10π）t的結果。求出結果為：相頻譜、實頻譜顯示為0，虛頻譜為±3.5，雙邊幅值譜為3.5，功率譜為13.5等等。根據上述的舉例分析可了解到，設計的信號分析應用軟件具有簡便性，并且界面顯示很好，比較適合上課測驗、演示等。當然，對于測試技術試驗及工程領域此技術仍然可以很好的使用。
2合理搭配與實際應用
將MATLAB及測試信號的分析應用軟件應用在教學中可以取得很好的教學效果。對于教師而言，在上課中可以在講解同時還進行演示，對于一些比較抽象的問題就可以用仿真圖形來進行仿真演示，這樣會使分析結果非常清楚，減少了教師板書的書寫及作圖步驟所用的時間，在很大程度上提升了教學效率，教學質量也隨之提升。然而對于學生來講，軟件的應用可以幫助學生們進行深刻記憶與理解，可以作為學生預習的材料，幫助學生們解決困難習題等。此軟件的應用充分的表現出MAT-LAB的靈活性，還可以對學生們起到規范作用，學生們在教師的幫助下，可以自己設計一些工具箱，無形中提升了學生們的學習積極性。雖然MATLAB及測試信號的分析應用軟件具有很多優勢，但是在測試教學中也有其自身的特色，在進行公式推算中，相比應用板書會取得更好的效果。因為板書可以將內容保留一段時間，方便學生們進行比較分析。軟件的應用主要偏于結果，所以在以后的機械工程測試技術教學中，要將軟件應用與其他教學方法進行科學合理的搭配使用，這樣才能充分發揮出其自身優勢。
3總結
機械工程測試技術是機械類專業的一門重要的專業基礎課，該課程綜合了許多新技術、新知識，內容抽象，理論性和實踐性很強。長期以來，課程教學內容分散、雜亂，新內容新知識不能被及時擴充，總的教學學時不斷被縮減，教學方式單一，實驗和實踐教學環節非常薄弱，學生普遍反映該課程較難掌握。然而，面對測試技術在機械工程領域中的廣泛應用，為使學生能夠更好學好該門課程，適應高等教育培養創新型高素質工程應用人才的教學目標，進行《機械工程測試技術》課程的教學改革尤為必要。
二、存在問題
國外各高校非常重視《機械工程測試技術》課程教學，課堂教學與實驗教學同等重要，實驗環境比較開放，研究性和綜合性實驗比例較大，很好地培養了學生的動手能力。目前，我國的《機械工程測試技術》以課堂教學為主，實驗教學為輔，而且在教學內容、方式和實驗方面存在著一系列的問題。教學內容方面，教材老化，新知識和新技術難以及時擴充到教學中，使教學內容不能得到及時更新；目前課堂教學時間課時偏少，體現最新科技的章節內容部分沒有多余的課時進行講解。教學方式以多媒體、口述和板書為主，課堂上以教師為中心，學生被動的學習知識，很難培養出學生的創造思維和創新能力；考核方式單一，學生的考核以期末考試成績為主，基于非知識性因素平時成績為輔，學生的創新思維和動手能力得不到有效考核和體現。實驗教學方面，實驗設備陳舊，實驗手段落后，實驗內容偏少，多以原理驗證性實驗為主，研究性和綜合設計性實驗較少，不能很好地鍛煉學生的實踐能力和創新思維；考評方面，一直沿著講解、指導、批改實驗報告的模式，輕動手能力和創新思維的培養。面對機械工程測試技術快速發展，傳統的教學內容和教學模式很難適應時展的潮流。因此，以特色名校建設為契機，有必要對我校機械工程測試技術課程在教學內容、方式和實驗方面加大教學改革力度，進一步提高我校人才培養質量，強化特色名校工程內涵建設。
三、課程教學改革
本文針對該課程教學中存在的上述問題，擬在教學內容、教學方式和實驗教學三個方面開展如下改革。
（一）機械工程測試技術教學內容的優化與完善
本課程教學內容比較分散，學習中不利于掌握整個知識體系，需要在教學中應盡量淡化各知識點的分界，注重教學內容的層次性和系統性。因此，以基本理論和方法為基礎，以信號流程為主線，以測試系統框圖為骨架，將各個模塊課程內容貫穿起來，使學生建立起完整的測試系統概念。教學過程中正確處理理論知識與實踐技術的關系，對教學內容進行優化與完善，課堂教學重點放在課程的基本概念、原理和方法上，同時通過穿插講解工程應用案例，并適當介紹本學科領域的新成果和新應用，既可以使學生打下堅實的基礎又可以開闊眼界，將會大大提高學生的學習興趣和積極性。
（二）機械工程測試技術教學方法改革
目前機械工程測試技術教學方法上以“教師”為主體，學生則被動吸收知識，該模式不利于培養學生的創造性思維和創新能力，已經不能完全適應新形勢下課程教學任務。為此，需要改變灌輸式的傳統教學模式，建立以“教師”為主導和以“學生”為主體的新型教學模式，充分發揮了教師的引導作用和學生的主觀能動性。在新型教學模式指導下，采用多元化教學手段，將多媒體教學、板書、演示和實物結合起來，應用文字、圖形、聲音、動畫等多種媒體素材使抽象和枯燥的理論形象化和生動化。針對不同的內容可以采用啟發式、參與式、基于問題、工程案例剖析與課堂討論相結合的方法，在教師的引導下，注重以生活實例和工程案例設疑式地啟發學生，教師創設問題情境，提出問題，以學生為主體對實例中所涉及到的基本原理和方法展開積極課堂討論，以此調動學生的學習積極性和主動性，培養學生理論聯系實際、分析和解決實際問題的能力，激發學生獨立思考和創造性思維能力。有條件的情況下，也可以結合虛擬儀器教學平臺，在課堂上綜合運用多媒體教學系統，建立一個理論與實踐一體的網絡化教學環境，加強教師與學生的互動，提高學生的學習興趣。此外，為了使學生能夠在課后可以及時溫習和回顧課堂知識，做到融會貫通和綜合應用，在每節理論課后，為學生留出適當的作業，在規定時間內完成學習報告，教師在課堂上對學習成果進行答辯，對出現的問題及時解答，使學生對學習內容進一步的深化和提高。在理論考核方面通過出勤、作業、課堂討論和期末考試進行綜合考評，改變傳統一考定結論的弊端。
（三）機械工程測試技術實驗教學改革與創新實踐能力培養
由于機械工程測試技術課程理論性強，應用過程抽象，實驗教學是深化本課程學習的必有途徑。目前國外將機械工程測試技術定位為實驗課，實驗教學尤為重要，主要通過實驗環節提高學生的綜合素質，國內實驗教學方便有所欠缺。為培養學生的實踐動手能力，應建立以學生為中心的多層次、應用型實驗模式，將開設實驗分為基礎性實驗、驗證性、研究性和綜合性四個不同的層次，增加研究性實驗和綜合性實驗的比例，滿足學生對該課程各階段學習的不同要求，以此提高學生的綜合素質、工程實踐能力和創新精神。有條件的情況下可以組織成立研究型學習小組，在課題組教師指導和幫助下，積極參與研究項目中的一些工作，完成項目研究報告，教師對項目成果給予評定。充分利用現代計算機技術和多媒體技術，開發網上虛擬實驗系統，為學生提供開放性實驗環境，在教師指導下由學生獨立完成自主實驗。基于該自主開放式研究性實驗平臺，可以擴展課堂教學內容，開闊學生的視野，全面提升學生的動手能力和創新精神。為學生構建基于虛擬儀器的創新設計平臺，開展虛擬儀器案例教學，將虛擬實驗與理論教學有機融合在一起，激發學生的學習積極性和主動性，培養學生動手能力和解決實際問題的能力。
四、結束語
機械工程測試技術是高等院校工科類教學中不可缺少的一門課程。該課程涉及機械、電子信息、自動化、儀器儀表等多個領域，是一門專業性較強，涉及知識面很廣，應用價值很高的專業基礎課[1]。課程主要介紹了與機械工程相關的測試技術的基本概念、基本理論和應用技術，包括常用傳感器的原理與應用、測試信號調理電路、信號分析與處理、計算機測試系統、測試系統的特性、測試系統的干擾及抑制以及機械工程中常見的測試等內容[2]。由于該課程理論性較強，知識點較多，思維跨度較大且比較抽象，因此需要設置與之相匹配的教學實驗才能達到較好的教學效果。
1 教學實驗內容的設計
教學實驗是高等學校教學環節中重要的一環，是培養學生創新能力、實踐能力和工程應用的重要部分[3]。在教學過程中發現，學生在認知過程中的一個普遍現象是見小不見大，不能把握測試系統的整體結構，而關注點總是放在較小的一個知識點或是問題中。為了強化學生對測試系統的概念，了解測試技術重要的方法，在教學實驗中設計了自頂向下的實驗思想：首先通過系統認知使學生建立起機械工程測試系統的整體概念，了解組成測試系統的各個部分，明白相關知識點的適用范圍，從而做到有的放矢的學習。而后制定相對應的實驗項目，學生能夠理解各知識點的內容，明白系統各部分的關聯關系。最后再通過綜合性實驗對所學知識進行串聯和鞏固[4]。
為此，在機械工程測試技術的教學實驗中制定了基礎性實驗和綜合性實驗。
基礎性實驗主要是針對信號處理方面，其內容有：傳感器的選取、信號的基本性質、信號的采集、A/D轉換、數據處理。基礎性實驗共5部分，內容見表1。
綜合性實驗針對學生已學過的知識，建立起典型的測試系統，通過實際的測試實驗使學生了解傳感器的性能，測試電路的構成，測試軟件的應用以及數據的處理與分析。綜合性實驗的內容見表2。
2 實驗儀器
為了高質量地完成教學實驗任務，課題組選擇了較為先進的儀器來搭建實驗系統。
（1）單點式激光測振儀：Polytec高性能的單點式激光測振儀由控制器、數字式速度解碼器、自動聚焦式光學頭組成。能夠實現最小速度分辨率0.02微米/秒，最大速度+/-10米/秒的速度信號測量；最大輸出信號為+/-10 V，輸出帶520 100 KHz低通濾波和100 Hz高通濾波。
（2）加速度計：B&K壓電式加速度計是振動的絕對測量的最佳傳感器，可用于較為寬泛的頻率范圍；在很寬的動態范圍內具有良好的線性，該種傳感器不需要額外電源，具有較高的靈敏度質量比。設備參數：靈敏度10 pC/g；最大正弦振動6 000 g-peak；最大沖擊極限+/-20 000 g-peak；頻率范圍0.1 Hz～12.6 KHz。
（3）雙通道調理放大器：B&K雙通道電荷放大器，能夠實現放大增益0.1 mV/pC～3.16 V/pC；頻響范圍0.1 Hz～100 KHz；具有低通、高通濾波器；能實現過載檢測。
（4）A/D采集模塊：課題組自主研發了基于USB2.0的數據采集模塊。該模塊具有8個模擬量輸入通道，能夠實現16-bit分辨率A/D轉換器，采樣速率高達200 kS/s。該模塊采用總線供電，擁有設備狀態LED指示燈。
（5）信號分析軟件：課題組采用自主研發的信號分析軟件，該軟件采用Windows視窗風格，界面友好，使用方便，能夠實現在線檢測分析和離線數據分析。能夠實現頻譜分析、傳遞函數分析、互譜分析、互相關函數分析、包絡/倒頻譜分析等信號分析功能。軟件具有畫面設置、顯示設置、采樣參數設置、單位設置、跟蹤設置、放大器設置、預處理設置、濾波器設置、計算設置等模塊，方便使用者根據需要進行快速組合。該軟件已經在工程應用中驗證了其可靠性。
此外，課題組還搭建了振動測試平臺和動平衡測試平臺供實驗使用，這些儀器、軟件的應用能夠開拓學生的視野，提高學生的學習興趣，更重要的是實驗系統能夠使學生更好地理解系統的概念，提高對知識的認知程度。
3 實驗案例
綜合性實驗是針對學生已經學過的信號處理、測試技術和測試系統等內容，通過實驗室使學生了解典型的機械工程測試系統的構成以及各個環節所完成的工作。基于工程應用的指導思想，該部分實驗設置了撓性接管自由振動測試和微小轉子不平衡量檢測。
3.1 撓性接管自由振動測試
自由振動測試是機械工程測試的基礎，該部分實驗能讓學生了解激勵信號的產生、信號的采集、自由振動以及動態性能參數的計算。實驗裝置主要由激振器、加速度信號采集裝置、數據采集系統、計算機等組成（如圖1所示）。
實驗中，利用波形發生器產生振動譜信號，經功率放大器，由激振器產生振動信號。加速度傳感器采集響應信號，經電荷放大器和數據采集系統進入計算機，系統結構如圖2所示。圖3是通過信號分析軟件采集的自由振動信號。
通過撓性接管的自由振動測試實驗可以讓學生了解典型測試系統的結構、組成部分。通過實驗理解測試系統的設備、安裝、調試；了解信號接口的類型與連接方法；了解激勵信號的產生方法。
3.2 微小轉子不平衡量檢測
轉子的不平衡是旋轉機械故障的主要誘因，為了提高旋轉機械的品質就需要進行轉子的不平衡量檢測。該項實驗通過學生自己動手調試來完成對轉子的不平衡檢測，能夠激發學生的學習熱情，培養動手能力。圖4為微小轉子不平衡檢測實驗臺。
微小轉子不平衡檢測系統的實驗裝置由不平衡量檢測實驗臺、激光測振儀、光電式開關傳感器、采集系統和信號分析軟件構成。實驗中，變頻調速電機通過帶動皮帶輪帶動轉子旋轉，利用激光測振儀測量振動的絕對速度信號，利用光電式開關傳感器測量轉子的轉速，傳感器信號通過數據采集裝置獲取。系統原理如圖5所示。圖6為不平衡量的計算界面。
通過該項實驗，學生能夠了解轉子不平衡檢測的系統結構，激光測振儀和光電式開關傳感器的應用方法，多路信號采集的觸發方法，不平衡量的計算。
4 結束語
機械工程測試的教學實驗選擇了當前較為新式的測試儀器，讓學生了解不同測試儀器的特點和應用方法。同時，以工程導向的實驗內容，激發了學生的學習興趣，提高了動手能力。通過教學實驗，更加有利于學生鞏固所學知識，培養創新能力。
參考文獻
[1] 劉春陽，郭 愛芳.測試技術教材建設與教學模式探討[J].中國現代教育裝備，2012（17）：54-56.
[2] 韓建海，馬偉.機械工程測試技術[M].北京：清華大學出版社，2010.
隨著機電產品一體化和生產過程自動化程度的不斷提高，機械工程的測試系統越來越復雜。它已成為整個機械設備研制、開發、應用和教學過程中不可或缺的組成部分。機械工程測試系統的基本任務是從測試對象獲取反映其變化規律的動態信息，一個功能完善的機械工程測試系統由傳感器、信號轉換裝置、信號分析處理裝置和顯示與記錄等功能模塊組成，無疑，討論和設計機械工程測試系統及其構成要素，是十分有意義的。本文主要分析了虛擬儀器技術在機械工程測試中的應用狀況，望大家參考。
一、機械工程測試系統基本狀況分析
測試是測量與試驗的簡稱，測試中最基本的是測量。測量是利用各種裝置對可觀測量（或稱被測參數）進行定性和定量的過程。測試的基本任務是獲取信息。測試是發展和檢驗自然科學理論的實踐基礎。在工程技術領域，由于實際研究對象的復雜性，很多問題難以進行完善的理論分析、推導和計算，所以必須通過試驗來獲得研究對象的狀態，變化和特征等，這正是通過測試來實現的。測試技術正是研究有關測試方法、測試手段和測試理論的科學，它應用于不同的領域并在各個自然科學研究領域起著重要作用。特別是現在機械工程測試技術引起了大型工業企業和高等院校極大的重視。
測試系統的第一個環節是信號的傳感，即是將被測量的量或被觀察的量通過一個被測量傳感器或敏感元本文由收集整理件轉換成一個電的、液壓的、氣動的或其他形式的物理量，被測的或被觀察的量與被轉換的輸出量之間根據可利用的物理定律應該具有一種明確的關系。傳感器就是用來完成這種轉換的裝置。
第二個環節為信號的轉換和調理。被測物理量經傳感環節被轉換為電阻、電容、電感或者電壓、電流、電荷等電參量的變化，由于在測試過程中不可避免地遭受各種內、外干擾因素的影響，且為了用被測信號驅動顯示、記錄和控制等儀器或進一步將信號輸入計算機進行數據處理。因此經傳感后的信號尚需進過調理、放大、濾波、運算分析等一系列加工處理，以抑制干擾噪聲、提高信噪比，便于進一步傳輸和后續環節中的處理。
第三個環節是是對這些信號進行分析處理以及顯示記錄，包括信號的時域分析、頻域分析、相關分析等。原始波形顯示、處理后波形顯示等。從而還可以分析出機械運轉的工況等。 機械工程測試系統有測量、監控、試驗分析機械設備運行過程中的參數功能，但前序步驟必經信號的采集、分析才能得出。所以，本系統對于機械的后續分析作用意義重大。
二、虛擬儀器技術在機械工程測試系統中的應用現狀
科學技術的日益發展，對現在的機械工程測試系統影響很大，特別是相對于傳統的測試系統來講。以前要用特定的儀器對信號進行分析，但是利用虛擬儀器組建的機械工程測試系統卻不用專用的儀器，而是利用計算機作為連接虛擬儀器軟硬件的平臺，信號源通過調理后數據采集卡就可以獲取數據進行分析處理。現代計算機技術對機械工程測試技術和儀器的發展產生了革命性的影響。
測試系統的發展經歷了模擬測試儀器、計算機測試系統（智能儀器）及虛擬儀器三個階段。現代機械工程測試技術以計算機為中心，計算機的發展必然促進測試技術和儀器的發展。在此背景下，虛擬儀器的產生也就水到渠成。
在虛擬儀器中，軟件是虛擬儀器系統的關鍵，目前國內外這種軟件主要有美國dsp公司的dadisp軟件，以實驗后數據處理分析和表示見長美國ni公司的系列虛擬儀器開發平臺（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美國quatech公司的daslab軟件包和惠普公司的vee軟件平臺都是可以搭建虛擬測試系統的軟件平臺，以圖形化編程和界面靈活見長。華中理工大學的v198虛擬儀器系統和哈爾濱工業大學的儀器王以虛擬的單個儀器或儀器庫見長。其中，美國ni公司的labview軟件功能最為完善，labview軟件以簡單、直觀的圖形化編程方式、強大的圖形顯示和數據處理能力見長，運行速度快、開發周期短、界面靈活是其又一大優勢，最能體現虛擬儀器的風格，所以基于labview的虛擬儀器應用相當廣泛。
由于pc的功能變得越來越強大，速度快，價格低，在標準pc上連接一個或多個儀
器模塊構成測試儀器成為一種趨勢。這種儀器即為虛擬儀器。虛擬儀器的軟件開發平臺labview中，“所見即所得”的可視化技術是應用于測試領域的雛形。虛擬儀器注重測試人員在進行工作中的感覺。用仿真的面板給人以真實儀器的感覺，用豐富的曲線圖像向測試人員傳遞信息，是虛擬現實技術在機械工程測試領域中的廣泛應用趨勢。
幾個測試站點連成一個大的測試網絡，互通數據和信息，聯合分析測試結果，實現
數據和信息共享的網絡化測試是機械工程測試系統的一個發展趨勢。虛擬儀器技術是現代機械工程測試系統的發展趨勢，在豐富的虛擬儀器軟硬件產品支持下，尤其是在被譽為“科學家和工程師的語言”labview的支持下，組建一個機械工程測試系統正變得越來越容易。在技術發展日新月異的今天，為了讓測試系統就有開放性、兼容性和不斷更新的可能，利用虛擬儀器的概念組建測試系統不失為一種好的選擇。
在機械工程測試系統中，應用虛擬儀器編的越來越普遍，因為很多傳統的硬件設備在虛擬儀器中都可以用軟件代替，從而降低了大量的設備浪費，降低了成本，并且還可以直觀化的顯示其結果，將多種的傳統儀器合并到一套虛擬儀器測試系統中，有利于編程，也有利于增強測試系統的準確度。
《機械工程測試技術基礎》是機械工程專業的一門核心專業基礎課，在機械工程專業的本科教學中發揮著重要的作用。通過該課程的學習學生應該了解和掌握機械工程測試技術的理論和方法，建立起關于測試技術的完整的知識體系，獲得獨立開展科學研究所必備的測試技術的基礎理論、實驗方法以及數據分析等方面的訓練。本課程內容抽象、知識點多，需要與工程實踐緊密結合，教學難度較大。因此，通過教學改革，探索本門課程教學模式和教學方法，對于提高課程教學效果、培養學生的綜合素質具有十分重要的意義。
1 傳統課程教學存在的問題
綜合分析筆者與同行有關本門課程的教學情況，《機械工程測試技術基礎》課程教學存在的主要問題有以下幾方面。
1.1 教學模式單一
目前受教學條件、教學周期和教學規模的限制，本門課的教學普遍采用教師課堂集中灌輸式講授的方法。該方法有利于教師在規定時間內完成數學基礎、測量裝置、信號處理等大量內容的教學。雖然教師結合工程實例以改善教學效果，但學生仍多為被動接受，課堂中學生與教師的互動有限，導致學生對所學知識的作用感到茫然，學以致用的感受匱乏，不利于學生綜合能力的培養。
1.2 教學內容陳舊
《機械工程測試技術基礎》課程中主要內容包括信號描述、裝置特性、常用傳感器、信號處理、典型工程物理量測量方法、計算機測量系統、虛擬儀器等。上述內容是機械測試技術的基礎內容，在歷年的課程教學中發揮了重要作用。然而，隨著先進制造技術飛速發展，機械工程領域中的幾何量、物理量測試技術已向測量范圍極大/極小化、測量頻響高頻化、測量環境復雜化的方向發展，原有的電阻式、電容式、電感式傳感器原理及其信號處理方法，已無法充分滿足實際工程問題的技術需求，教學內容難以與時俱進，亦影響了學生的學習積極性。
1.3 實踐性環節偏少
受教學資源限制，雖然本門課配有實驗課內容，但相對講授內容的知識量，依然偏少。學生普遍反映測試技術應用及發展部分內容空洞，過于抽象，傳感器部分缺少實物對象，導致學生對課程的學習興趣不高，積極性銳減，嚴重影響教學效果，學生的工程實踐能力難以鍛煉，課程結束后學生僅能記住個別知識點，綜合解決工程測量問題的能力嚴重匱乏。
上述問題已成為影響《機械工程測試技術基礎》課程的教學效果主要因素。因此，研究機械工程測試技術基礎的教學模式和方法改革措施已勢在必行。
2 研究型教學改革
2.1 研究型教學模式
《機械工程測試技術基礎》是機械制造及其自動化專業中一門應用性較強的專業基礎課。因此，課程的教學必須與工程實際相結合，才能煥發出活力。而研究型教學模式可搭建起基礎知識講授與工程實踐能力培養的橋梁。研究型教學是與創新性教育相適應、以“學生為中心”的教學模式，是教師以課程內容和學生的學識積累為基礎，引導學生創造性地運用知識和能力，自主發現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維的新型教學模式。研究型教學模式要求教師的科研要與本科教學互相滲透，形成一個互動的統一過程，以真正有效地為社會培養出擁有系統的知識結構、具有研究意識和研究能力的本科人才。因此，將主講教師科研工作中的思維方式、研究方法、工作習慣、以及相關技術的最新進展等，與課堂教學有機結合，必將提高學生的學習積極性。
2.2 科研導向型教學方法
在研究型教學方法實施過程中，教師和學生都應當是一個探索者、發現者和學習者。教師的主要職責是幫助學生學會學習，讓學生在課程學習中變成發現、理解、評價和應用知識的主動參與者。通過研究型教學，一方面要培養學生批判性和創造性思維能力；另一方面要培養學生提出問題、分析問題、解決問題和評價問題的實際操作能力。根據多年的教學實踐情況，我們在研究型教學方法方面進行了相應的探討。
2.2.1 課前5分鐘“測量技術最新進展簡介”
在近些年的課程講授過程中，我們已將現代測量技術的最新研究進展引入課堂教學環節。不僅擴展介紹了幾何量的視覺、激光、超聲、iGPS等非接觸測量技術進展，還將力學量的壓磁、壓電、應變等測量方法的最新動態，都引入簡介內容。鑒于本門課程知識點較多，不宜過多占用基本知識的講授時間，特選擇在每次課的前5分鐘，進行相關進展的介紹。例如，簡介中提及了美國波士頓動力公司研制出的戰斗機械狗“Bigdog”（如圖1所示），重點介紹了其涉及的雙目視覺定位與空間尺寸測量技術、機器狗行走中本體與四肢的多維動態力測量技術等，學生上課興趣大增，聽課積極性極高，取得了明顯的教學效果。
2.2.2 工程測量問題導引的知識點講授
課堂教學中知識點講授仍是教學過程中的主要組成部分。如何將空洞、抽象的知識內容通過講授有效地授業于學生是一直值得探討的問題。現代大學生對新鮮事物較為敏感、學習目的性強，對于耳聞目染的科技新聞具有較強的興趣和接受能力。因此，我們在講授相關知識點時，首先從工程測量問題出發，闡述具體的測量環境、技術指標，讓學生思考如何解決此問題，然后再引出所要講授的具體知識點，最后說明該知識點在解決此問題時的重要作用。例如，在講授壓電傳感器時，首先給出軌姿控火箭脈沖推力測量的工程問題（如圖2所示），說明該推力測量范圍約5000 N，精度要求0.1%，在真空環境下測量出火箭在0.5 s內點火過程中的推力；引導學生分析該測量問題，特別指出0.5 s的測量時間對傳感器的頻響要求，提出如何選擇測量該推力的傳感器；最終引出講授壓電式傳感器的優點、基本原理和實際構成。學生對這種講課方法很感興趣，課后很長時間依然記得所講的工程實例，進而對壓電傳感器的基本內容牢牢掌握。
2.2.3 基于興趣小組學習的創新小課題教學方式
為鍛煉學生的知識應用能力，除了上述方法外，我們探討了基于興趣小組學習的創新小課題教學方式，即引導對本課程感興趣的學生，3～5人自由組成興趣小組（全憑自愿），教師根據實際工程測量項目，簡化分解出一系列小課題，供興趣小組的學生選擇。這類小課題具有明顯的工程實際背景，且課題任務本身具有一定的難度和挑戰性，學生必須經歷課后相關文獻查閱、小組方案討論、撰寫課題方案報告等研究階段，通過成員間的緊密合作才可完成課題任務。例如，設計一種單向力傳感器，要求測量范圍為100～10000 N，其中100～1000 N范圍內精度為0.1%；1000～10000 N范圍內精度為0.2%；敏感元件不限，頻響500 Hz。這類小課題要求學生緊密結合測試技術理論知識，且需充分運用之前所學的力學、材料等相關領域的基礎知識，才能解決源于具體的實際工程項目的技術問題。因此，這種教學方式吸引了一批對科研工作具有濃厚興趣的學生，使其真正做到學以致用、實踐能力和創新能力都獲得明顯提高。
關鍵詞：創新性教學；機械工程測試技術；理論教學；實踐教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）46-0056-03
創新性教學，相對傳統教學而言，是一種新的教學模式。它要求教師在繼承傳統教學中有利于培養學生創新思維的教學方法的同時，又要敢于打破傳統教學中不利于學生創新思維的教學方法[1]。《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》中明確提出，要推動人才培養機制改革，健全寓教于研的創新人才培養模式，以高水平科學研究支撐高質量人才培養。如何在人才培養體系中建立創新模式，在教學環節中實現學生自主學習能力、創新能力的提升目標，成為教學改革的關鍵。傳統的課堂教學模式是以教師為中心，學生處于被動消極學習狀態，教學手段刻板，一些涵蓋豐富專業特點和專業知識的課程，沒有用到現代的教學方法中，教師只講其工作原理，卻很少講其作用，以至于所學知識難以致用，學生對專業課程越來越沒有興趣，其結果是等到畢業時卻不知自己所學所用何處[2，3]。哈爾濱理工大學機械電子工程專業，在原有大機械培養背景下，為適應現代機械系統自動化程度的不斷提高、測試技術在機械領域中的應用日益廣泛的需求下，機械工程測試技術這門課受到越來越多的重視，但是該門課程的教學方式仍然存在著上述教學缺陷，為了改變現狀，對機械工程測試技術這門課程進行了教學改革與創新。
一、機械工程測試技術教學現狀分析
隨著新技術、新裝備的不斷發展，越來越要求學生具有較高的測控技術理論與實踐能力。機械工程測試技術是機械類專業重要的平臺課程，其特點是多學科交叉、理論和實踐緊密結合的課程。該課程教學的好壞，是實現高級機電專業技術人才培養的關鍵。因此關于機械工程測試技術課程的教學方法的研究，越來越得到教學一線老師的重視[4]。與機械工程測試相關的系列課程的教學內容包括單片機原理與應用、機器人基礎、微機接口技術等多門課程。傳統的機械工程測試技術課程，以課堂講授為主，從基礎的信號分類開始，講解信號的頻譜分析方法、測試系統特性、傳感器、信號的采集及處理，在這過程中學生利用一些實驗裝置進行同頻檢測與頻譜分析、電橋性能比較及振動測量實驗。這種教學形式看似是理論和實踐結合，互相驗證，但在實際教學過程中并不理想。主要原因在于實驗均屬于驗證性實驗，而該課程則要培養具有設計和實踐能力的人才，因此目前這種傳統教學方法很難讓學生具有實際設計與操作能力。
二、面向機械工程測試的創新性教學的內容和形式
現代教育的大方向是越來越注重理論與實踐的結合，尤其到了大三以上的年級，開始進行專業素質的培養。《機械工程測試技術》是機械類專業大三學生必修的專業平臺課，這對大四一些專業課程的學習起到承前啟后的作用，因此對該課程的教學創新有其獨到的特點。首先，任課老師應具有寬廣的知識面，即應具有測試、信號分析與處理、控制理論與實踐，并了解一定的機械設計及制造方面的知識。同時，還應與時俱進，了解最新的測控手段和發展趨勢，這是講授該課程老師所具備的基本能力。其次，要靈活運用現代教學手段，以便課堂上能夠生動地將理論聯系到實際應用。最后，在該課程的學習過程中應盡量賦予學生學以致用的思想。面向工程測試的創新性教學包括理論教學、實踐教學和考核方式的創新。通過對課程主要內容的細致分析和研究，并根據系統組成模塊對課程章節內容按照信號在測試系統中的傳輸順序將整個內容貫穿起來，從而使學生建立完整的測試系統概念。傳統的理論教學過程中，往往是先教后學，即課堂教學在先，學生復習、體驗知識在后。這種形式會出現學生應付了事和互相抄襲現象。為了改變這種現狀，創新理論教學環節強調學生要提前學習，梳理問題意識、確定研究課題、查閱相關資料、論證研究方法和可行性等，這種學習方式是學生對知識進行自我構建的過程，使教與學的關系發生深刻變化，真正實現“以人為本，因材施教”的教學思想。創新性教學方法是建立在教學思想和教學模式轉變的基礎上，以教師為主導、以學生為主體的新型教學思想和教學模式能充分發揮教師的引導作用和學生的主觀能動性。在創新性教學方法引導下，課程理論教學過程采用啟發式講授、工程案例剖析與課堂討論相結合的方法。在使用課程教材時，不應只單純的把“教材”看成“教材”，而更多的是把它當成“課材”。教學中不應該過多的把教材當作教學活動的主體，應盡量以教材為基礎加大課外知識的引入。所以，這就要求教師應該博覽群書，走在知識的前沿，給學生提供最新的信息與技術。在進行理論教學期間，充分利用現代多媒體技術，將工程應用案例與虛擬實驗技術引入到課堂。例如教師在講解緒論這一章中，播放一些應用于企業生產、軍事、航天等方面的測控技術，讓學生了解該門課程的應用范圍與前景，使學生產生強烈的學習興趣。在實踐教學創新方面，為提高教學內容的針對性，同時激發學生的學習興趣，采用以虛擬儀器為平臺的創新性教學，改變過分注重學習知識的科學性和完整性而忽視實踐性和創新性現象。虛擬儀器技術是今后儀器儀表、測試控制研究與發展的方向。發展現代科技，儀器儀表技術是重要的基礎，虛擬儀器為我們實施創新教育提供了一個具有可操作性的實踐平臺[5]。根據課程特點，以虛擬儀器為平臺，以創新為思想，設置項目任務，讓學生在完成工作任務的過程中完成理論知識的學習[6]。創新性教學特點在于把培養學生的能動性和創新能力放在首位，注重培養其獨立分析問題和解決問題的能力。在課程考核方面，不應以最終的期末試卷作為考核的基本標準，而是與平時的創新實踐結合起來。由于本課程的創新教學尚處于初步實施階段，在這期間，主要以培養創新團隊為主，創新團隊的成員所參加的各種創新實踐活動也做為最終課程考核的一部分，并占有比其他同學多20%的平時成績比例。這種激勵機制將激發同學們參加創新學習的積極性，加快學生們的實踐與動手能力的培養。
三、面向機械工程測試技術課程創新性教學的實踐
教師講授機械工程測試技術課程過程中，在講授完第二章傅里葉變換的基本理論后，就可以給學生提出運用創新思想設計一套虛擬測試系統實現各種物理量的測量，這種測試系統內容涵蓋教學目標的主要知識點，并具有循序漸進的學習認知規律。因為實際生活與工程中，物理量是多種多樣的。在老師的指引下，學生自主研究，自主管理，團結合作，開發出基于虛擬儀器平臺上的各種形式的測試系統，真正實現理論與實踐的良好結合。針對當前機械工程測試技術課程教學中存在的問題和不足，首先給出以下一些創新性教學策略：
1.課程講解中充分利用多媒體技術。和傳統板書式教學相比，多媒體技術具有傳統板書式教學無法比擬的信息量。多媒體教學設計配合多感官學習，能大大提高教學密度[7]。工程測試技術是實踐性很強的課程，因此，課堂上正確使用多媒體技術，能夠創設教學情境，引導學生進入工程應用的意境，達到學有所用的境地。將多媒體技術具體應用于機械工程測試技術課程的主要使用方法總結如下：①工程資料累積法，任課老師將與課程相關的科研與工程應用范例等資料以多媒體的形式儲存在電腦中，并鏈接于相應的課件中，教學時根據需要播放相關的內容。②原理過程分部展現法，課程中很多復雜的原理過程，如相關的測控電路，由于機械類學生對電類課程不能很好地理解和應用，這時可利用多媒體技術，將復雜的原理過程分步展示，從傳感器拾取信號的過程開始，經過調理電路，調理電路如何調理微弱的傳感器信號，然后用何種形式顯示出來等，這些過程通過多媒體形象地展示出來，即能幫助學生理解復雜的原理，又能激發學習動機。③動態控速展示法，教材中有許多靜態圖形圖像，但實際上，這些靜態圖形圖像在測試工程中大多數都是運動變化的，為了揭示這種實質上具有動態特性的圖形圖像的內涵，要使其動態化（二維或三維動畫或圖像變換），并利用播放過程中的速度控制以及定格技巧，全面深入地揭示測試原理。
2.利用“任務驅動”激發學習興趣。機械工程測試是當今最活躍的前沿學科之一，在教學過程中，不僅要使學生了解本學科的最新發展，重要的是要學生學會利用所學知識實現各種現實功能，這才是大學教育的本質。在講授理論知識的過程中，設置一些測試設計任務，讓學生在動手實踐過程中發現問題，提出問題，在老師的引導下，最后解決問題。這樣，學生的學習由被動變成主動，激發學生的學習興趣，提高學習效率，很好地培養學生自主探索和創新能力。
3.培養學生的創新意識，建立創新團隊。為了能夠真正實施基于虛擬儀器平臺的創新實踐教學，首先要培養學生的創新意識。具體的操作方法是，組建創新實踐團隊，以團隊帶動全體。創新團隊通過參加創新實驗、創新大賽等，以興趣為導向，學習相關理論，對所涉及領域有較深入的認識和全面的了解，并開發出與所學課程相關的虛擬實驗平臺。在此基礎上，帶動大多數學生的學習興趣，培養學生的創造性思維，在虛擬實驗平臺的基礎上，根據所學知識，進一步開發出與課程相關的實驗系統，如各種物理量的虛擬測量系統等。在學習和創新期間，要培養學生網絡探索與創新的能力，鼓勵學生在網上建立自主學習網頁，幫助其他學生也加入創新興趣小組來。這一活動不僅可以讓學生所學知識有“用武之地”，幫助他們提高創新實踐能力，而且這些能力對他們今后的工作和生活也具有很大的幫助。
四、以虛擬儀器為平臺面向工程測試技術課程的創新性實踐教學的實現
基于上述創新性教學策略與思想，機械工程測試技術的教學中，理論和實踐教學均引入引入了創新性教學策略與方法。在理論上，課程講解多與工程實踐相結合。實踐教學上，組織有一定學習積極性的同學組建創新實驗小組，目的是以點帶面。在進行創新性實踐教學過程中做出如下創新實踐教學設計：
1.布置設計任務。開發與課程相關的基礎虛擬實驗平臺，該平臺包含信號發生與處理、濾波、頻譜分析功能，此信號發生器可以產生正弦波、方波、三角波，并具有兩個信道。其次在此基礎上開發出虛擬噪聲信號分析測量系統，利用電腦自帶的聲音采集系統，作為虛擬噪聲信號的輸入，在試驗平臺上可以看到信號的幅值和頻率的變化，實現噪聲識別。
2.知識準備與引導。在老師的引導與建議下，學習Labview軟件，學習各種頻譜分析方法，了解各種窗函數原理、各種濾波器的原理，并學習如何應用Labview設置窗函數與濾波器。在此基礎上，設計聲音采集與信號分析虛擬測量系統，應用所學習的幅值域與頻譜分析方法對聲音信號進行分析。
3.項目實施。經過學習，認真設計后，完成的信號發生器與虛擬噪聲測試系統如圖1和圖2所示，其中，圖1是同學們開發的虛擬信號發生系統，該信號發生系統可以產生正弦信號、三角波信號、方波信號，同時可實現濾波、幅值譜和功率譜分析。圖2是虛擬噪聲測試實驗系統，該實驗系統可以模擬噪聲的產生，進行噪聲監測，利用電腦自帶的聲卡，通過麥克風模擬噪聲，對噪聲處理后，可以得到噪聲產生的頻率、幅值和相位。從處理結果可以看到濾波前后的波形變化，這樣直觀地、感性地、綜合地將所學知識融會貫通。[7]
根據創新性教學策略與方法應用于機械工程測試技術這門課程實踐表明，學生對該教學方式給予認同，一致認為這種形式的教學模式讓他們對課程的學習產生了更大的興趣，能夠幫助他們更好地學習，更好地掌握測試技術基礎理論和實際設計能力。針對機械工程測試技術課程的創新性教學的要求，任課老師應具有豐富的理論和實踐知識，要不斷地提高創新教育素養，教師的角色要從知識的重述者和傳遞者，轉變為學生學習的引導者和協作者，教學方法要變復制型為創造型，從而提高學生學習的興趣，提高學生獲取知識的效率和效果。
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關鍵詞：課程內學分制;機械工程測試技術基礎;教學模式
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）03-0040-02
“機械工程測試技術基礎”課程內容抽象，理論抽象復雜，需要與工程實踐緊密結合。隨著傳感技術、電子技術、信號處理等技術的飛速發展，測試技術新知識、新產品井噴式呈現，使本課程教學難度加大。因此，通過教學改革，探索本門課程教學模式和教學方法，對于提高課程教學效果、培養學生的綜合素質具有十分重要的意義[1]。
已經廣泛實施的學分制對學生的學習起到了積極的促進作用，但它也存在需要繼續完善之處。課程學分制實質上是把整個大學區間，以每門課程為單位劃分成了若干個相對的小區間。每一個小的區間即每門課程，所占的時間通常是一個學期，然而在長達半年時間――一個學期中，卻沒有更細的區間劃分，使得學生喪失了對目標短期進度的評價。課程內學分制的實施能夠有效地解決這個問題。
一、課程內學分制的設計
實施課程內學分制，首先應該對本課程的知識點進行認真的分析、歸納，在此基礎上，劃分出該課程相應的小課題，給出各個小課題所占的分值、考核辦法，為了促進課程內學分制的順利實施，學生在日常教學活動中的有關表現、學術行為也應該有對應的分值、考核辦法。
（一）課程內知識點小課題的凝練
結合以前的教學實踐及其他院校相關專業的教學經驗[2-3]，對《機械工程測試技術基礎》（熊詩波、黃長藝主編）相應章節的知識點認真分析、歸納，以信號流程為主線，根據人們對事物認識的規律（認識需要由感性認識上升到理性認識;對事物本質和規律的正確認識，是為了更好地指導實踐）構建本課程的教學體系，可細分為三個小課題：信號的初識、信號的獲取、信號的應用。如圖1所示。
以小課題2說明本課題的教學內容及教學目的。小課題2――信號的獲取包括測試裝置的基本特性與常用的傳感器兩部分的內容。通過本課題的教學要達到的目的：理解系統傳遞函數、頻響函數以及一、二階系統的靜、動態的特性及特性參數的測試方法，掌握實現不失真測試的條件，并能正確運用于測試裝置的分析和選擇。了解常用傳感器基本構成、工作原理、使用條件，能夠針對工程問題正確地選用合適的傳感器。
（二）小課題的分值劃分及實施細則
通過對各小課題知識學生理解接受的難易程度、與生產實際聯系的密切程度研究，將本課程中各小課題的分值劃分，如表1所示。為了促進課程內學分制的順利實施，學生在日常教學活動中的有關表現、學術行為也應該有對應的分值、考核辦法。相關內容也在表1中表示出來。
積分辦法應該在第一次上課時宣布，說明每個子項目的內容。
表1 課程內學分制各部分分值
平時隨時公布學生的積分進度，例如：每次實驗課的得分，可在學生完成后當場給他們打分，說明沒得滿分的原因。每次課后作業也給出相應的等級，教師應該把每一次大作業看作是一次與學生交流的機會，必須認真評改，根據作業完成的質量，在作業后面給出相應的分值。每次課后作業應該及時返回學生手中，達到周期性地顯示學生的學習態度、學習效果的目的，是一種對學生鞭策與督導的有效方式。
對應于每個小課題后面，給出數個測試題目。隨堂測試，根據答題質量，給出相應的分值，試卷、成績盡可能下次上課時發給學生，有問題及時反饋。每次測試完畢，學生都有一種期待，迫切想了解自己的答題結果，且對自己最近做出的反應記憶猶新，便于回顧試卷知識點，有利于提高教學效果。因此，平時每進行一次測試，教師最好在當天擠出時間閱完試卷，盡可能在第一時間了解學生的得失，同時也讓學生及時知道自己的測試情況，以便在講評前留有充分的時間探究，修正自己的問題。學生可以及時明白自己的學習效果，以達到激勵學生認真學習、提高學習興趣的目的。如此建立的進度意識，使得學生隨時明確最終通過本課程自己的努力是否足夠。重點培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，進一步發展思維能力。
鼓勵學生多種渠道補充積分。學生個體由于興趣、個人經歷的不同，所掌握的知識基礎也不同。教學中往往發現有些學生對本課程知識的掌握已經達到了較高程度，這些學生往往把時間花在其他方面，如果以固定方式積分，反而會導致他們的成績不理想。基礎知識較好的學生，允許他們以更高標準的實驗目標、小制作或參與教師的科研項目等方式，作為成果獲得相應積分。
二、課程內學分制的實施過程
以鄭州大學國際教育學院2012級本科學生為對象，在“機械工程測試技術基礎”教學過程中實施課程內學分制的教學實踐。
在日常教學活動中，逐步使學生掌握對測試與檢測技術理論和實際的分析與研究方法。循序漸進地培養學生思考、綜合、分析、解決生產實際問題的能力，充分調動了學生學習的積極性與創造性，并且提高了創新思維與創新能力的培養。在講解過程中，應該利用CAI、虛擬儀器等輔助手段生動直觀地講解。應該緊跟現代工程測試技術井噴式發展步伐，把測試信號最先進的技術、產品融入教學實踐中，使學生在綜合運用書本所學知識的基礎上，激發潛能，拓寬思路，去發現、分析與解決問題。
在每個小課題的講解過程中，盡量以生活、生產實際中的例子帶著問題探索性地講解，與學生分享解決問題的分析、思考過程;幫助學生理解深奧、枯燥的書本理論。以小課題2的教學活動為例闡述如下。
小課題2中測試裝置的基本特性部分理論緊密聯系實際，在講述上，注重基本原理、數學分析，物理概念以及實際應用之間的融會貫通，力求理論性、應用性、新穎性與易學性并舉。可多舉一些事例幫助學生理解與記憶，例如：以常用的溫度計在測試體溫時需要等待一段時間，說明：溫度計為一階系統，體溫的輸入相當于一階躍信號，一階系統對階躍信號的響應需要經過一定時間（t=3τy（t）=0.95%;t=4τ，y（t）=0.982%）才能達到穩態值。
二階系統舉例，以學生熟悉、向往、使用的小轎車減震器為例，它可以簡化為由彈簧―質量―阻尼組成的二階系統，以MATLAB軟件演示參數固有頻率ωn與阻尼ξ比取不同的數值時，該系統對階躍信號在時域、頻域的響應曲線，說明二階系統的特性;系統參數測試可結合科研項目的具體實施過程說明。
小課題2中常用的傳感器部分緊密聯系實際，重在應用，對每一種傳感器分別介紹其典型的實際應用例子，結合工程實際注重對比不同類型傳感器的優缺點和使用條件。例如：一個項目中需要對快速小車位置實施檢測。小車速度35m/s，車身長度0.6m，對比分析傳統的機械行程開關、電磁式位置開關、光電開關的結構、反應時間等特點，指出傳統的機械行程開關是接觸式測量，頭部滾輪很可能瞬時撞飛，常用的電磁式位置開關響應頻率小于100Hz，開合時間為數十微秒，響應時間較長;光電式位置開關響應頻率300Hz以上，開合時間為微秒級，捕捉到小車通過這個信號是能夠實現的，后接PLC的高速計數器功能，能夠實現對其他電氣原件的控制。注重新型傳感器的工作原理和使用條件的講授，注意新知識、新技術、新工藝、新方法的介紹，激發學生的欲望，培養學生的創新能力，使學生在學習時始終能感受到課程的先進性和工程實用性。
三、課程內學分制的實施效果
在日常教學的每個環節都按照對應的分值積分，發現學生學習熱情較高，上課聽講一絲不茍，布置課后作業6次，每個學生都能夠認真完成，偶爾忘記交作業了，下一次會給教師說明并補交。三個小課題中每一個講完后，用25―30分鐘的時間進行測試，學生對待每個小課題的測試態度端正，達到了預期效果。
學生的評價為：課堂講解生動、有吸引力，課堂氣氛活躍;授課中結合了大量的工程案例，能夠學以致用;考核及評價方式能激勵學生主動學習與鉆研;注重創新意識和獨立思考能力的培養。
課程內學分制的教學方法，對任課教師的講課水平、科研素質提出了更高的要求，課后作業、小課題測試題的批改、打分、講解，增加了任課教師的勞動量，但教學效果好了，學生對教師的評價更積極了。
四、結語
本課程內學分制實施的前提是以信號流程為主線，根據人們對事物認識的規律，構建本課程的教學體系，細分為三個小課題：信號的初識、信號的獲取、信號的應用。同時需要規定相應小課題的分值及實施細則。
在每個小課題的講解過程中，盡量以生活、生產實際中的例子帶著問題探索性地講解，與學生分享解決問題的分析、思考過程;幫助學生理解深奧、枯燥的書本理論。
在實施的過程中，每個日常教學環節都按照對應的分值積分，注重學生在整個課程學習階段的學術表現和綜合素質的正確評定，按照課程內學分制給出的學習成績更加真實地體現了學生在本課程學習過程中的學術表現。
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