测试技术课堂教学改革与实践

陈永会+张学良+刘丽琴

摘要：文章针对“测试技术”课堂教学中存在的问题，构建了基于虚拟仪器的测试技术课程体系；利用基于虚拟仪器的多媒体演示教学手段和“逆向思维”教学方法，有效地激励学生的学习兴趣；通过引入工程案例，贯穿工程教育为目标的教育理念，使课堂教学更加“贴近工程、贴近实际”，以培养学生的实践能力和创新意识。

关键词：测试技术；课堂教学；虚拟仪器

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1002-4107（2014）08-0005-03

2010年6月，教育部在天津发布了“卓越工程师教育培养计划”，旨在未来10年内培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。作为参与实施卓越计划的主体——任课教师，必须对相关课程的教学内容和教学方法进行改革。只有通过每门课的教改，才能使教学“贴近工程、贴近实际”，才能实现“卓越工程师”的培养目标[1-3]。本文针对“测试技术”课程的教改经验进行总结，希望能对其他课程起到“抛砖引玉”的效果。

“测试技术”作为机械类专业的专业基础课。其特点：一是涉及学科多；二是理论基础要求加高；三是与实践结合紧密[4]。长期以来本课程存在教学内容 “散、杂、多”、教学模式单一等不足。为此，作者在总结多年课堂教学经验和借鉴其他院校教学改革经验的基础上，提出基于虚拟仪器的测试技术课堂教学改革，取得较好的效果。

一、构建系统化的课程内容体系

教学目标是教学工作的基础，教学内容应当适应教学目标。作为专业基础课的测试技术，其课程内容虽然具有“散、杂、多”的特点，但是建立一套好的内容体系，可以使这些看似杂乱无章的内容通过一条主线紧紧地联系在一起，使得教学内容变成一个有机的整体[5-6]。

课堂教学的首堂课是给学生建立本课程的内容体系，使学生了解需要掌握的内容，系统地学习本课程相关知识，引导学生更深入地学习和创新。在以往的“测试技术”课堂教学过程中，作者以一套完整的测试系统为框架，以信号流程为主线，构建如图1所示的课程内容体系。同时结合课程目录，将课程的“散”的教学内容串在一起，如同将一颗颗精美的珍珠穿成一条珍珠项链。让学生明白测试技术“散、杂、多”的特点有时并不是坏事，因为从另一方面来讲，充分体现了其内容的丰富性和多样性。这个特点能充分调动学生的主观能动性，学生以某一部分内容为突破口，深入研究，做到扬长避短。教师发现不同学生的闪光点，组织拥有不同技能的学生形成一个团队，为实践环节和创新设计打下坚实的基础和技术支持。

图1测试技术课程内容体系框图

课程内容体系的建立让学生理清思路，分清主次和因果，使学生对本课程的学习变得目的明确、逻辑清晰、思维流畅。不同的教学内容采用不同的教学方式，由浅入深，由易到难，让学生能提出问题，会用所学知识科学地分析问题，最后能用适当的方法解决问题，从而提高教学的有效性，在课堂教学中培养学生活学活用的能力。

二、创新课堂教学方法与手段

在工科院校中，针对高校教学改革注重“加强基础，拓宽口径，加强实践和创新能力培养，提高综合素质”的特点，实践环节的教学课时在逐步增加，无形中课堂教学的课时就在减少。这就使得提高教学效率和教学质量变得尤为重要，课堂教学方法和教学手段的改革和创新迫在眉睫，以帮助学生更好地获取实用知识和有用信息。

（一）运用启发式教学

采用引导和启发式教学方式。正所谓“师父领进门，修行在个人”。引导和启发式教学不仅是教学方法，更是一种教学思想，是教学原则和教学观。在明确教学目的和内容的前提下，掌握学生的现有知识水平和知识规律，运用各种教学手段调动学生的主观能动性，引导学生主动思考、主动实践，达到掌握知识和技能，增强自主学习能力的目的。

首先，抓住教学内容的切入点，激发学生的学习兴趣。在讲述每一部分内容之前，让学生明确学习它的目标以及在工程实际中的作用。从学生有感性认识的实例出发，从实际生活中寻找与本课程相联系的，学生又比较感兴趣的实例。例如，在讲到传感器原理及应用时，可以列举电子秤、地磅、水表、煤气表、微波炉、冰箱、空调等用了哪些传感器？测量了哪些物理量？如何测量？光电鼠标应用了光电位移传感器、麦克风应用了电容传声器等；数码照相机、摄像头、手机等应用了CCD传感器等等。这些实例可大大激发起学生的学习兴趣，认识到传感器的重要性和实用价值，为后续传感器原理及应用的学习做好思想准备。

其次，选择有效的讲述方法，降低学生的学习难度。好的讲述往往会使学生更容易理解所学内容，更容易举一反三、触类旁通，从而启发学生、引导学生创新性地解决问题。比如：讲解“卷积”的概念和计算过程时，多数教师采用平铺直叙的方法进行授课，先直接给出卷积的定义和计算公式，然后再解释计算公式是如何得到的（步骤为翻转，平移，乘积，积分）。这种讲解无疑只是告诉学生“卷积”的运算过程，学生没有主动地参与教学过程。作者用另外一种讲述方法效果就大不相同。即：先提出两个或者多个因式的乘积的展开这一问题，让学生说明展开方法。有90%以上学生不会使用卷积来计算，但此类问题本身就是离散卷积（步骤为翻转，平移，乘积，求和），解决了这个实际问题，学生就对离散卷积计算的步骤有了充分的掌握，连续信号的卷积就迎刃而解了，只是把求和换成积分即可。通过这种方法降低讲述内容的难度，同时在讲解时使用双手作为两个离散序列进行互动演示，学生更容易掌握，效率更高。

最后，设计启发性问题，引导学生“自我修行”。教学是“教”和“学”的相互统一，而不是相互对立。只有教没有学，那是对牛弹琴；只有学没有教，那是没有方向的盲目学习。在每一次教学内容完成之后，给学生选择一些发散性的问题，让学生们去探讨和思考，或者提出一些实际应用性的问题，让学生在动手实践中找到解决问题的方法。这些探讨、思考以及动手实践的结果会提高学生的“自我修行”能力，深刻认识到教学内容的重要性。

（二）改革课堂教学手段

Labview软件是“测试技术”课堂教学的有力工具，它丰富了多媒体CAI课件内容，将抽象的理论变得形象，枯燥的知识变得生动。学生在直观、形象、生动的多媒体材料刺激下，学习兴趣得到激发，思维潜能得到充分的挖掘和发挥。多变的课件形式能使学生充分融入课堂教学中，更好地掌握教学内容。教师使用Labview进行教学的过程中，教学内容变得更加生动活泼，教学空间得到拓宽，教学过程得到优化，教学效率得到提高，教学效果变得更好。比如，信号描述中的时域与频域间的相互变换，这是信号分析的核心内容，也是较为抽象和难以理解的。为此，借助Labview软件，“逆向思维”将信号的分解通过编程变成信号的叠加，这样更为直观、生动。这样不但可以“绕过”烦琐的傅里叶级数展开和傅里叶变换（高等数学及相关课程中已经涉及，在测试技术中，有的教师只是粗略地一笔带过）这些较为复杂和抽象的概念，同时也让学生掌握了解决问题的多种思路和方法，通过这样的对比讲解加深了学生对信号时域与频域分析及其相互关系的认识。图2所示为信号的叠加和信号的分解，通过此程序可以演示一些常见周期信号是如何叠加而成的和分解结果是什么，既生动又形象，还能达到拓展学习知识空间的目的，增强学生的学习兴趣。再如，窗函数比较，使用Matlab软件进行窗函数（如：hanning、hamming、Blackman-Harris和Flat-Top窗等）的时域和频域图形描述，讲解更具体、更有针对性，图3所示即为四种常用窗函数的时域和频域图形。为了更好地理解窗函数的作用、窗函数对分析结果带来的影响，图4所示表示了加上述四种窗函数后，频率为15Hz的正弦信号的频谱分析结果，从中可以分析出它们之间的区别和不同，结合图3就更容易理解窗函数的特性和作用。总之，通过Labview软件编程将抽象的理论内容直观地展现在动态的演示操作中，使得教学手段更丰富，学生学习更有兴趣。

抽象的概念和原理用Labview 软件来仿真，对于一些实物，“眼见为实”是一种最好的学习方法。比如，传感器部分包括传感器原理和传感器应用两部分，原理通过多媒体动画进行生动演示；而传感器结构和应用要在课堂中进行“拆解”展示，让学生自己动手组装，调试和相互对比分析。比如：“拆解”压电式加速度传感器（演示用）时，可以看到内部是由弹簧—质量块—压电陶瓷组成。“拆解”拉压力传感器（应变式）时，可以看到应变片的布置以及这些应变片是组成电桥的方式（全桥、半桥等）。这些操作为后续的实际工程案例教学打下一定的基础，学生对这类问题不但“知其然”，而且“知其所以然”。

在实践中找到真知，结合教学内容，把与教学内容密切相关的科研课题带进课堂，或在课堂教学之外，组织学生成立研究型学习小组[7]，积极参与研究项目中的一些工作。学生在参与科研项目的过程中，体会到理论知识与实践应用结合的价值，激发其内在学习动机，从中学到真知。研究型学习小组活动的开展，对学生“消化”所学知识，了解科研项目研究的过程和方法，培养学生的实践能力和创新意识起到了积极作用。

总之，教学方法和教学手段在课堂教学中起着至关重要的作用，如何改革和创新需要教师发挥自己的优势，敢于挑战，敢于创新，敢于实践。同时，改革和创新要以学生为本，立足提高学生各方面素质，培养学生对知识的综合应用能力。

社会在不断发展，科技在不断进步，教育也应该与时俱进，教育的改革和创新必须适应社会需求。测试技术课堂教学改革和实践首先是以学生为本，在有限的课堂教学时间内，实现对学生综合能力的培养，特别是对实践能力和创新意识的培养；其次，对于工科院校来说，课程教学改革和实践最为主要的目的是通过教学使学生灵活运用各种工程软件（如：Labview、Matlab等），教授学生“渔”，而非“鱼”。

参考文献：

[1]周英.落实卓越工程师教育培养计划 大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011，(8).

[2]史荣，李玉昆，任玉波等.基于CDIO 的卓越工程师试点班课程改革实践[J].教学研究，2012，(2).

[3]曾永卫，刘国荣.“卓越计划”背景下科学构建实践教学体系探析[J].中国大学教学，2011，(7).

[4]史荣，李玉昆，马筱聪.基于工程的机械工程测试技术教学改革实践[J].教学研究，2012，(6).

[5]倪献智，牟宗刚，于明.工程技术类课程教学中注重科学研究方法论的教育[J].中国大学教学，2010，(12).

[6]张凤生，王海峰，孙忠义等.机械工程测试技术课程教学改革与实践[J].教学研究，2012，(1).

[7]杨波，闫蓓.利用专业基础课程加强大学生创新素质的培养[J].北京航空航天大学学报：社会科学版，2011，(2).

收稿日期：2014-01-05

作者简介：陈永会（1975—），男，山西新绛人，太原科技大学机械工程学院副教授，主要从事测试技术、故障诊断研究。

基金项目：太原科技大学教学研究与改革项目“基于虚拟仪器的‘测试技术课堂教学方法改革研究”（201224）阶段性成果

抽象的概念和原理用Labview 软件来仿真，对于一些实物，“眼见为实”是一种最好的学习方法。比如，传感器部分包括传感器原理和传感器应用两部分，原理通过多媒体动画进行生动演示；而传感器结构和应用要在课堂中进行“拆解”展示，让学生自己动手组装，调试和相互对比分析。比如：“拆解”压电式加速度传感器（演示用）时，可以看到内部是由弹簧—质量块—压电陶瓷组成。“拆解”拉压力传感器（应变式）时，可以看到应变片的布置以及这些应变片是组成电桥的方式（全桥、半桥等）。这些操作为后续的实际工程案例教学打下一定的基础，学生对这类问题不但“知其然”，而且“知其所以然”。

在实践中找到真知，结合教学内容，把与教学内容密切相关的科研课题带进课堂，或在课堂教学之外，组织学生成立研究型学习小组[7]，积极参与研究项目中的一些工作。学生在参与科研项目的过程中，体会到理论知识与实践应用结合的价值，激发其内在学习动机，从中学到真知。研究型学习小组活动的开展，对学生“消化”所学知识，了解科研项目研究的过程和方法，培养学生的实践能力和创新意识起到了积极作用。

总之，教学方法和教学手段在课堂教学中起着至关重要的作用，如何改革和创新需要教师发挥自己的优势，敢于挑战，敢于创新，敢于实践。同时，改革和创新要以学生为本，立足提高学生各方面素质，培养学生对知识的综合应用能力。

社会在不断发展，科技在不断进步，教育也应该与时俱进，教育的改革和创新必须适应社会需求。测试技术课堂教学改革和实践首先是以学生为本，在有限的课堂教学时间内，实现对学生综合能力的培养，特别是对实践能力和创新意识的培养；其次，对于工科院校来说，课程教学改革和实践最为主要的目的是通过教学使学生灵活运用各种工程软件（如：Labview、Matlab等），教授学生“渔”，而非“鱼”。

参考文献：

[1]周英.落实卓越工程师教育培养计划 大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011，(8).

[2]史荣，李玉昆，任玉波等.基于CDIO 的卓越工程师试点班课程改革实践[J].教学研究，2012，(2).

[3]曾永卫，刘国荣.“卓越计划”背景下科学构建实践教学体系探析[J].中国大学教学，2011，(7).

[4]史荣，李玉昆，马筱聪.基于工程的机械工程测试技术教学改革实践[J].教学研究，2012，(6).

[5]倪献智，牟宗刚，于明.工程技术类课程教学中注重科学研究方法论的教育[J].中国大学教学，2010，(12).

[6]张凤生，王海峰，孙忠义等.机械工程测试技术课程教学改革与实践[J].教学研究，2012，(1).

[7]杨波，闫蓓.利用专业基础课程加强大学生创新素质的培养[J].北京航空航天大学学报：社会科学版，2011，(2).

收稿日期：2014-01-05

作者简介：陈永会（1975—），男，山西新绛人，太原科技大学机械工程学院副教授，主要从事测试技术、故障诊断研究。

基金项目：太原科技大学教学研究与改革项目“基于虚拟仪器的‘测试技术课堂教学方法改革研究”（201224）阶段性成果

抽象的概念和原理用Labview 软件来仿真，对于一些实物，“眼见为实”是一种最好的学习方法。比如，传感器部分包括传感器原理和传感器应用两部分，原理通过多媒体动画进行生动演示；而传感器结构和应用要在课堂中进行“拆解”展示，让学生自己动手组装，调试和相互对比分析。比如：“拆解”压电式加速度传感器（演示用）时，可以看到内部是由弹簧—质量块—压电陶瓷组成。“拆解”拉压力传感器（应变式）时，可以看到应变片的布置以及这些应变片是组成电桥的方式（全桥、半桥等）。这些操作为后续的实际工程案例教学打下一定的基础，学生对这类问题不但“知其然”，而且“知其所以然”。

在实践中找到真知，结合教学内容，把与教学内容密切相关的科研课题带进课堂，或在课堂教学之外，组织学生成立研究型学习小组[7]，积极参与研究项目中的一些工作。学生在参与科研项目的过程中，体会到理论知识与实践应用结合的价值，激发其内在学习动机，从中学到真知。研究型学习小组活动的开展，对学生“消化”所学知识，了解科研项目研究的过程和方法，培养学生的实践能力和创新意识起到了积极作用。

总之，教学方法和教学手段在课堂教学中起着至关重要的作用，如何改革和创新需要教师发挥自己的优势，敢于挑战，敢于创新，敢于实践。同时，改革和创新要以学生为本，立足提高学生各方面素质，培养学生对知识的综合应用能力。

社会在不断发展，科技在不断进步，教育也应该与时俱进，教育的改革和创新必须适应社会需求。测试技术课堂教学改革和实践首先是以学生为本，在有限的课堂教学时间内，实现对学生综合能力的培养，特别是对实践能力和创新意识的培养；其次，对于工科院校来说，课程教学改革和实践最为主要的目的是通过教学使学生灵活运用各种工程软件（如：Labview、Matlab等），教授学生“渔”，而非“鱼”。

参考文献：

[1]周英.落实卓越工程师教育培养计划 大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011，(8).

[2]史荣，李玉昆，任玉波等.基于CDIO 的卓越工程师试点班课程改革实践[J].教学研究，2012，(2).

[3]曾永卫，刘国荣.“卓越计划”背景下科学构建实践教学体系探析[J].中国大学教学，2011，(7).

[4]史荣，李玉昆，马筱聪.基于工程的机械工程测试技术教学改革实践[J].教学研究，2012，(6).

[5]倪献智，牟宗刚，于明.工程技术类课程教学中注重科学研究方法论的教育[J].中国大学教学，2010，(12).

[6]张凤生，王海峰，孙忠义等.机械工程测试技术课程教学改革与实践[J].教学研究，2012，(1).

[7]杨波，闫蓓.利用专业基础课程加强大学生创新素质的培养[J].北京航空航天大学学报：社会科学版，2011，(2).

收稿日期：2014-01-05

作者简介：陈永会（1975—），男，山西新绛人，太原科技大学机械工程学院副教授，主要从事测试技术、故障诊断研究。

基金项目：太原科技大学教学研究与改革项目“基于虚拟仪器的‘测试技术课堂教学方法改革研究”（201224）阶段性成果