“测试技术基础”课程教学改革探索＊

王睿

（武汉华夏理工学院，湖北 武汉 430223）

随着工程技术信息化的发展，测试技术与机械工程形成了紧密的结合，成了机械工程领域不可或缺的组成部分。“测试技术基础”课程作为机械类专业学生必修的专业基础课，由于涉及的知识面较广，理论性和实践性都较强，学生普遍反映难度较大。为了实现培养应用技术型人才的培养目标，对“测试技术基础”课程教学过程中遇到的问题进行总结，并提出解决措施，以提高学生的学习积极性和创新能力。

1 “测试技术基础”课程教学的现状分析

先修课程基础薄弱。“测试技术基础”是一门综合性较强的课程，涉及到“高等数学”“电工电子技术”“控制工程”等先修课程，如信号及信号分析需要“高等数学”中傅里叶变换、积分运算等知识点和测试系统的基本特性需要控制工程中传递函数的知识点等。如果学生前期学习基础不牢靠，会影响到本门课程中对知识点的理解，而学时有限，教师不可能将之前的学科内容再重新讲一遍，学习基础差的同学会因为跟不上进度而失去学习的积极性。

教学内容安排先虚后实，不符合学生认知规律。传统的“测试技术基础”课程的教材按照信号及信号分析、测试系统的基本特性、常用传感器、模拟信号处理、数字信号处理、记录及显示装置、典型物理量的测量的顺序来编排。如果按照教材的顺序进行讲解，前面章节的学习内容比较抽象，学生普遍反映难度较大而失去了学习兴趣，同时各个章节分别讲解不能让学生很好地融会贯通[1]。

教学内容与现代先进技术脱轨。随着科学技术的迅猛发展，测试技术发展较快，而“测试技术基础”课程仍停留在介绍电阻、电容、电感、磁电等传感器的工作原理和振动、位移等基本物理量的测量上，不能让学生了解到前沿技术，开阔视野。

教学方法单调枯燥。课堂上以教师讲授为主，学生处于被动学习的状态，学生很难集中注意力听完一整节课。这种灌输性的教学方法使学生失去学习兴趣和探索精神，无法真正地掌握所学知识。

实验项目类型单一。传统的“测试技术基础”实验项目为验证型实验，在实验课前，由教师发布实验指导书，学生到实验室后根据教师讲解的实验目的、实验原理和实验步骤按部就班的进行操作和数据记录，课后提交实验报告。在整个实验过程中实验结果都在预料之中，现象明显，学生不需要思考，使实验课失去了激发学生探索精神的作用。

针对以上现象，本文从教学方法、教学内容和实验教学几个方面对“测试技术基础”课程进行以下探索和改革。

2 “测试技术基础”课程教学的改革措施

2.1 教学方法改革

用启发式教学，引导学生思考。在教学的过程中，通过提问的方式引导学生思考，让学生带着问题来学习。例如，在讲授传感器时，提问生活中使用的电容屏手机和电阻屏手机有什么区别，在明确这两种手机分别使用到电容传感器和电阻传感器后，进一步提问手机屏幕在使用时电容、电阻变化受哪些因素的影响，电容和电阻传感器还可以进行哪些物理量的测量，引导学生明白接触式和非接触式传感器的区别及这些传感器在生产生活中的应用[2]。通过启发式的教学，加深学生对知识点的理解，调动学生的学习主动性。

采用多种现代教学手段，如学习通、雨课堂等学习平台，将在线教育和实体课堂的优势相融合。课前，教师发布课件、实验指导书或相关视频，让学生提前了解课程内容或实验项目的目的、原理和步骤，教师可以查看学生的预习情况；课中，通过雨课堂设置选择题、投票题等，对一些教学重点、实验操作及注意事项进行考查，通过弹幕、发红包等方式增强课堂趣味性，搭建教师与学生沟通的桥梁；课后，针对学生在讨论区提出的问题及准确的后台测验、作业数据进行总结分析，了解学生的薄弱环节，对症下药，并将结论通过雨课堂推送给学生，进行有针对性、有重点的教学。

通过工程案例培养学生的工程意识。结合课程教学大纲，案例选择来自于企业生产实际或者教师的科研项目。例如，在信号及信号分析章节，选用企业生产实际中齿轮箱故障诊断的案例，通过对齿轮箱的振动信号进行频谱分析，确定各频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。采用工程案例不仅提高了学生的学习兴趣，也让学生了解到如何将课本所学知识运用于工程实践中。

有针对性地使用仿真软件、动画、视频、图片等辅助教学手段。如信号及信号分析章节，使用仿真软件实现信号的合成与分解，变抽象为具体，加深学生对知识点的理解；在常用传感器的章节，通过图片呈现传感器的实物，通过动画演示传感器的工作原理，通过视频展示传感器的应用，这种直观的方式，不仅增加了学生的知识量，还便于学生理解和记忆。通过小组讨论的方式使学生在学习的过程中由被动变主动。如常用传感器章节，将学生分组，每组3～4 人，分别对不同类型的传感器的结构、工作原理和应用进行调研并写出报告的形式，让学生上台对自己组分配的传感器进行讲解。这种方式以学生为主导，不仅增强了学生对知识点的记忆和学习兴趣，还锻炼了学生的口头表达能力和查阅资料的能力。

2.2 教学内容改革

增强学生对先修课程的知识点的掌握程度。在课前通过测验要求学生对先修课程的知识点进行复习回顾。在进行培养大纲讨论时，要求“高等数学”“电工电子技术”“控制工程”等课程对“测试技术基础”课程所需要的知识点进行重点讲解。以测试系统的动态特性为例，教师首先对系统传递函数的内容进行详细讲解，学生在后面的学习中，对测试系统的动态响应特性的理解就容易一些。

调整教学顺序，降低学习难度。按照学生的认知规律，先实后虚，对章节内容重新进行设置。可以先讲授测试系统的组成部分，传感器、信号调理装置、显示记录装置的基础知识，在对测试系统的硬件构成有一定了解后，针对具体的物理量，将信号分析、测试装置的特性等内容与实际应用结合在一起，让学生明白这门课程学习后具体可以做什么及怎么做。在教学过程中，弱化理论学习，对傅里叶变换、频率响应函数部分，重点讲解物理意义，减少数学公式的推导，在完成教学目标的前提下，尽可能降低学习难度，激发学生的学习兴趣[3]。

加强各个章节的联系，强化学生系统化思维。如将传感器和信号调理两个部分融合为一章：在测试信号的获取与调理技术部分，可以在介绍各种传感器的工作原理及应用的同时，介绍其匹配的电桥、滤波等典型的调理电路，让学生能在实际应用中正确的搭建测试系统。

与现代先进技术接轨，学习现代测试技术。如激光、光纤等光电技术，红外、超声波、工业CT 等无损检测技术，LabVIEW、MATLAB 等计算机技术。介绍测试技术向自动化和智能化发展的新趋势，以及计算机在测试技术中的应用与发展，帮助学生学会运用所学的测试技术知识构建或设计现代的测试系统。

2.3 实验教学改革

开发不同类型的实验项目（如综合性实验、设计性实验、验证性实验），让学生参与到实验过程中，由被动变主动，对理论知识加深理解，提高创新能力和动手能力。

对实验项目进行扩展并联系实际应用。在金属箔式应变片电桥电路特性实验中，验证金属箔式应变片单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系，并在此基础上进行扩展。如金属箔式应变片的温度影响实验，让学生了解温度对应变片测试系统的影响，掌握金属箔式应变片受温度影响的消除方法。直流全桥的应用——电子秤实验，让学生了解应变片直流全桥的应用及电路的标定，通过实验设备实现电子秤的测量，大大提高了学生的学习兴趣。

开设开放性的实验项目。电涡流式传感器特性与应用实验，对同一种传感器实现多种物理量的测量（位移、转速、振动、被测体材质等）；振动测量实验，对同一种物理量实现多种传感器的测量（差动变压器、霍尔式传感器、压电式传感器、光纤位移传感器），增强学生对传感器的应用的理解，针对不同的物理量的测量，选择合适的测量方法和安装方式。

利用计算机测试技术LabVIEW 和MATLAB 软件开发虚拟仿真实验项目。让学生根据不同类型的周期信号频谱的特点使用MATLAB 软件自己编制程序实现周期信号的合成，使学生熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。通过LabVIEW 软件编程设计仿真信号频谱分析仪，可产生并观察正弦波、方波、三角波仿真信号波形，同时设置不同的信号频率、幅度、采样频率、总采样点数，观察信号经过FFT 后的幅值谱，实现信号的分析与处理，将抽象的理论知识具体化，同时提高学生利用现代计算机测试技术的能力，与现代先进技术接轨。

3 总结

通过采用现代化教学手段、整合教学内容、扩展实验类型等方式对“测试技术基础”课程教学进行改革，与之前传统的教学相比，提高了学生对课程的参与程度和重视程度，教学效果得到明显改善，符合应用技术型大学的定位，培养出更多具有创新能力和实践能力的工程技术人才。