测试技术课程内容的教学改革

郝晓曦+杨敏

[摘 要]测试技术是机械工程及自动化专业及相关专业的一门重要专业基础课。分析机械工程专业测试技术课程教学中存在的问题，结合五邑大学地方性院校的特点，改革测试技术课程，加大学生对常用传感器的了解和应用，学生对传感器输出的信号如何进行预调有了清晰的认识，对复杂难懂的信号处理知识已不陌生。大部分学生能够合理利用信号处理知识对采集到的信号进行各种算法处理，课程学习的兴趣也得到提高。

[关键词]测试技术；教学改革；教学内容

[中图分类号] G423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）06-0123-03

测试技术是机械工程及自动化专业及相关专业的一门重要专业基础课。该课程理论性和实践性都很强，并具有很强的技术性，是本科生后继课程和研究生课程的基础，在专业课程体系中占有重要地位。

一、测试技术现状

从课程内容方面看，测试技术将很多新技术和新知识融为一体，既有广度又有深度，其特点主要有以下几点：1.多学科渗透，涉及数学、物理学、力学、电子学、材料学、计算机科学、信号处理等多方面知识，课程所讲授内容相对来说比较分散；2.计算过程复杂，如信号的分析处理与系统的响应特性等内容，理论性强，计算相对复杂，公式推导多，概念难理解；3.实践性强，各种传感器、测试仪器的熟悉、测试方法的掌握、测试系统的组建和使用等仅靠传统的理论课堂教学难以达到预期的效果，因此需要实验教学作为辅助；4.总学时有限，新内容越来越多，而课程的理论学时仅有40学时，这对于在教学中不断增加与测试技术相关的新内容是远远不够的。基于课程的以上特点，为适应新形势下的教学要求，必须确保教学质量，充分调动学生的学习积极性、提高学生的工程意识、培养学生的实际动手能力。

从教学方面看，现在的测试技术教学存在以下问题。1.内容比较陈旧。教材还沿用5年前自主编制的教材，与工程实践结合不够密切。比如在讲传感技术这一章节时，只是单一从传感器的原理、测试电路等内容进行了介绍，对目前同类传感器的发展状况、工程应用程度等介绍相对较少。这使得学生无法对最新的传感器技术和工程应用情况有全面的认识和了解。同时，由于课时的局限性，授课教师无法将最新的测试系统知识点及时扩充到教学中，教学内容不能得到及时更新。2.教学方法主要是以课堂教学为主，学生被动接受。学生由于之前的基础知识掌握不牢，因此常会感到理论知识枯燥难懂，课程学习的积极性不够高。3.目前，实验教学过程主要是以演示实验和验证性实验为主，即在做实验之前，教师将所需完成的实验从实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容以及实验步骤、数据处理方法等都做了详尽的交代，甚至提供了方案、电路原理图、数据表格乃至数据处理程序等，学生只要按固定步骤操作即可。这种传统的教学模式虽然能使得学生较快地掌握教材和实验内容，但却影响了学生创新思维的培养，激发不了学生求知的欲望，失去了“实验”真正的意义，只剩下机械模仿性的“操作”。

从上不难看出，学生在学习测试技术这门课时往往是按部就班，无法灵活应用专业知识解决实际工程问题，更无法在此基础上创新。为了改变测试技术这门课程的学习现况，本次教学改革采用基于问题的学习（PBL）的教学模式，从教学内容设计和方法、实验教学内容和方法等方面进行探索和尝试，希望借此教学改革提升教学团队的业务能力。

测试技术课程内容的最大特点就是综合性强、涉及内容广泛、信息容量大、技术性强、技术更新快。五邑大学机电工程学院自2013年起已经开展关于测试技术课程的教学改革。从教学目标、课内教学内容和课外教学内容等三个方面做了大的调整。

二、教学目标的制订

考虑到五邑大学测试技术授课的对象主要是机电工程及其自动化专业的本科学生，他们学习测试技术主要是用于工程应用。因此，教学目标设立为如下几方面：1.建立动态测试的工程思想；2.掌握常用的工程测试方法和技术；3.掌握工程中常用的信号处理方法。

在实际工程中，所需要被测量的信号往往都是随时间变化而变化的动态信号，或者说，工程中所需要的有用信息往往都是通过分析动态信号获得的。例如，在检测摩托车舒适性的测试过程中，路面给摩托车车身的激励反应为驾驶位置的振动情况，路面越崎岖不平，驾驶位置的颠簸越严重，振动情况越明显，舒适性越差。这一过程，车身的振动情况是随着路面的起伏情况连续发生变化的，因此，测得的振动信号也是连续发生变化的。如果在这一过程中，只依靠简单的静态测量是无法获取所需要信息的。在以往的教学过程中，我们对动态测试强调得不够，而在实际工程中，很多都涉及动态测试。因此，自2013年之后，我们在整个课程的教学和实验中贯穿动态测试的概念，进而建立学生的动态工程思想。

在建立学生的动态工程思想的基础之上，我们同时通过工程实例总结出测试的一般过程，通过测试的一般过程将每一个环节、步骤中所涉及的信息获取技术（传感技术）、信号预处理方法、时域频域分析方法、信号处理方法等有机融合，使学生能够对工程测试的基本概念、方法、技术等有一个完整的认识和了解。同时，对目前工程上应用最广泛的仪器设备、测试方法等有一个系统掌握。

随着计算机技术的不断发展，利用计算机对测试结果进行信息处理已成为工程测试中必不可少的环节。在以往的教学中，我们往往忽略了有关利用计算机进行信息处理的部分，仅对相关的概念进行介绍。然而，从实际应用出发，目前的测试已经离不开信息处理技术了。因此，我们将教学目标进行调整，将工程中常用的信号处理方法也作为教学目标之一，通过对常用信息处理方式的学习，使学生掌握Labview等常用虚拟仪器及信息处理方法。

三、教学内容的调整

测试过程一般包含被测信号的拾取、转换、放大、传输、处理、分析等环节，有时为了能够从被测对象提取所需要的信息，需要采用适当的方式对被测对象进行激励，使其特征信息能够表现出来，以便于信号的检测。因此，一个测试系统应该具有如下功能：将被测对象置于预定状态下，并对被测对象所输出的特征信息进行拾取、转换、放大、分析处理、显示记录等。在此基础上所建立的测试系统一般包含如下几个环节：试验装置、传感器、信号调理电路、信号分析处理装置和显示记录等，具体如图1所示。

由该过程可将教学内容进行如下安排，具体如表1所示。

调整后的教学内容与之前的教学内容相比，具有以下特点。

首先，章节之间联系更加紧密，更突出了测试过程中各个环节中所应用到的相关技术之间的联系和关系。这主要是由于章节的安排是按照一般工程测试的流程以及主要环节来编制的，这样就使得原本繁杂、分散的内容有机地结合在一起，每一章节之间都有明确的关联性，有助于学生建立整体、系统的知识框架结构，能帮助学生尽快入门，提高学生对该门课的兴趣和学习的主动性和积极性。

其次，每一个有关技术的理论讲解，都有对应的实际工程应用，能提高学生的学习兴趣。在每一章内容中，都相应的增加了具体的工程实例，这些例子都是有实际的工程背景，来自教师科研或研究方向。通过具体的工程实例，学生可以很好地了解和理解工程中测试的作用、测试的基本方法、原理以及操作过程，建立学生的“工程思想”，提高学生利用工程思想分析问题解决问题的能力。工程实例的增加有助于学生建立更加形象的认知，摆脱枯燥的理论教授，提高学生对课程的兴趣，也为理论与实践相结合提供了良好的平台。

再次，增加了信号处理的内容。在以往的测试技术授课过程中，重点在传感器的使用以及后续硬件电路原理的介绍。此次改革，增加了信号处理的内容，除了讲授常见信号处理电路和方法（如电桥、信号的调制与解调、滤波、信号分析等），还增加了许多工程常用的信号分析和处理的软硬件方法，例如程控增益放大器、多路复用、数字滤波、同源信号时差检测、Hilbert变换与调幅解调、时频域数据处理方法等。这些软硬件方法在实际工程中比较常用，目的是让学生对常用技术有一定的了解，避免出现“学到的和工作后用到的不一致”的现状。

最后，增加了工程测试的典型应用。这一部分是将机械工程中常用的被测量及其测量方法、信号处理方法等加以总结，巩固之前所有章节所学内容，提供学生主动思考、分析和综合应用的理论知识的能力。

四、结论

测试技术课程经过为期两年的改革，目前已经取得一定的成效。学生加大了对常用传感器的了解，对传感器输出的信号如何进行预调也有了清晰的认识。同时，学生对于复杂难懂的信号处理知识已经不在有陌生或排斥的情绪，有一部分学生能够合理利用信号处理知识对采集到的信号进行各种算法处理，这极大地提高了学生们对课程学习的兴趣。可以说这两年的测试技术课程改革是成功的，但是在实验方面的改革仍有待加强。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 刘在伦，王东伟，侯祎华，等. 《机械工程测试技术》教学改革探讨[J] .大学教育，2015（7）：108.

[2] 王清. 《机械工程测试技术》教学改革探讨[J]. 科技信息，2008（17）：500.

[3] 张佐营.机械工程测试技术基础课程的教学改革与实践[J]. 中国电力教育，2014（29）：51-52.

[责任编辑：陈 明]