劉向陽 謝侃 王寧飛

摘 要：研究生測試技術(shù)課程是本科課程的深化與延伸，強(qiáng)調(diào)以創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)為核心的知識體系廣度與探索實踐。文章以北京理工大學(xué)為例，闡述了研究生測試技術(shù)課程“航空宇航測試與試驗技術(shù)”的教學(xué)改革思路，并分析了教學(xué)改革的成效。

關(guān)鍵詞：航空宇航；測試技術(shù)；教學(xué)改革；研究生

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）11-0001-04

測試技術(shù)課是工程類專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課，對于學(xué)生的動手實踐和試驗探索能力培養(yǎng)具有非常重要的意義。該課程是一門綜合性和實踐性很強(qiáng)的課程，在教學(xué)過程中必須有效兼顧知識傳授的廣度和深度、試驗探索的理論與實踐兩對矛盾[1]。通常在本科和研究生層次上都會開設(shè)相應(yīng)的課程。

創(chuàng)新能力培養(yǎng)已成為研究生教育改革的基本問題，應(yīng)將其貫穿于包括課程教學(xué)在內(nèi)的研究生培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)[2]。研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不僅影響高等學(xué)校知識創(chuàng)新的水平， 也關(guān)系國家未來的整體創(chuàng)新能力[3]。近年來，隨著航空宇航事業(yè)的迅猛發(fā)展和公眾對航空宇航的認(rèn)知提升，研究生學(xué)歷已經(jīng)成為從事航空宇航技術(shù)工作的基本條件，越來越多的學(xué)生跨專業(yè)進(jìn)入航空宇航類專業(yè)的研究生行列。培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的航空宇航專業(yè)研究生對于提升我國航空宇航領(lǐng)域的技術(shù)實力和國際競爭力具有非常重要的意義。鑒于測試技術(shù)本身具有很強(qiáng)的實踐性，因此有必要探索能激發(fā)研究生積極思維和主動參與、具有航空宇航特色的測試技術(shù)課程教學(xué)模式，使測試技術(shù)課程教學(xué)成為培養(yǎng)研究生創(chuàng)新和實踐能力的重要環(huán)節(jié)。

關(guān)于本科階段測試技術(shù)課的教學(xué)改革和實踐，國內(nèi)諸多學(xué)者進(jìn)行了卓有成效的探索。針對機(jī)械工程與自動化及相關(guān)專業(yè)“測試技術(shù)”精品課程建設(shè)的需要，劉進(jìn)志等從教學(xué)資源建設(shè)、師資隊伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容革新、實踐教學(xué)模式改革等方面進(jìn)行了探索。王豐在“機(jī)械工程測試技術(shù)”課程體系優(yōu)化、優(yōu)質(zhì)資源開發(fā)、教學(xué)技術(shù)改進(jìn)、實驗內(nèi)容建設(shè)、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行了一系列改革與實踐[4]。以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力為目標(biāo)，李孟源等提出了強(qiáng)化測試技術(shù)實踐教學(xué)的新思路，并在河南科技大學(xué)的教學(xué)過程中進(jìn)行了實踐[5]。賀德全對通信、電子信息、測控工程專業(yè)測試技術(shù)課“現(xiàn)代測試技術(shù)及應(yīng)用”的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索，提出了課程改革的新思路[6]。王鵬等對應(yīng)用電子技術(shù)、信息工程、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的測試技術(shù)課“自動測試系統(tǒng)”課程建設(shè)進(jìn)行了探索，在教學(xué)隊伍、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)手段、教材建設(shè)、教學(xué)管理和實踐教學(xué)等方面開展了教學(xué)改革實踐[7]。

不同于本科測試技術(shù)課程，研究生測試技術(shù)課更強(qiáng)調(diào)以創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)為核心的知識體系廣度和試驗探索實踐。課程教學(xué)應(yīng)充分借鑒國外頂尖高校的先進(jìn)經(jīng)驗，強(qiáng)化前沿性、研討性和實踐性等教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生主動參與和積極思維的創(chuàng)新意識，為學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)提供充足的教學(xué)空間[8]。然而遺憾的是，如何對研究生測試技術(shù)課進(jìn)行改革以適應(yīng)創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)需求在國內(nèi)還是空白，更遑論航空宇航這樣具有鮮明專業(yè)特色的研究生測試技術(shù)課程的教學(xué)改革。

有鑒于此，本文以北京理工大學(xué) “航空宇航測試與試驗技術(shù)”課程為樣本對航空宇航類專業(yè)研究生測試技術(shù)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索。在分析該課程的培養(yǎng)需求和教學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上，本文提出了課程教學(xué)改革思路和詳細(xì)的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置，總結(jié)了依托課程網(wǎng)站、科研課題和實驗室設(shè)備進(jìn)行課程教學(xué)改革的經(jīng)驗和實踐效果，以期對國內(nèi)高校航空宇航類專業(yè)及類似專業(yè)的研究生測試技術(shù)課教學(xué)改革有所啟發(fā)。

一、培養(yǎng)需求分析

“航空宇航測試與試驗技術(shù)”是北京理工大學(xué)宇航學(xué)院為航空宇航科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，是學(xué)術(shù)型碩士研究生、全日制碩士專業(yè)學(xué)位研究生以及本科起點博士的專業(yè)必修課。課程課內(nèi)計劃學(xué)時為54學(xué)時，考核方式為平時考核與期末考試相結(jié)合的方式。其中，平時考核占70%，期末考試占30%。在測試技術(shù)、航天技術(shù)概論等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，本課程旨在構(gòu)建合理的課程知識體系，著力培養(yǎng)研究生在航空宇航領(lǐng)域的創(chuàng)新和實踐能力，為培養(yǎng)肩負(fù)航空航天事業(yè)發(fā)展重任、理論與工程并重的高層次研究人才奠定必要的基礎(chǔ)。

表1給出了近3年來課程的選課情況。需要說明的是：除表中明確列出的四個方向外，學(xué)術(shù)碩士生和本科起點博士生的研究方向還包括航空宇航制造及其自動化和振動與噪聲控制兩個方向，專業(yè)碩士生的研究方向還包括發(fā)射理論與技術(shù)、材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)和空氣動力學(xué)三個方向。因人數(shù)較少，為簡化需求分析，表中將這些方向統(tǒng)一歸入其他項。從表1可以看出，本課程的選課研究生逐年階梯式上升，課程的重要性和效果得到了研究生的廣泛認(rèn)可；選課研究生涵蓋了北京理工大學(xué)航空宇航科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的主要研究方向和三個不同層次的研究生。因此課程內(nèi)容需要精心設(shè)計，以滿足不同方向和不同層次研究生的學(xué)習(xí)需求。

與其他類型專業(yè)不同，航空宇航科學(xué)與技術(shù)是針對工程應(yīng)用背景設(shè)置的專業(yè)。各研究方向的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋很大的技術(shù)范疇，跨越機(jī)械、電子和信息等多個不同的領(lǐng)域，相應(yīng)的測試需求也存在很大的差異。表2給出了主要研究方向的專業(yè)背景和測試需求。事實上，就本科層次而言，機(jī)械、電子信息、測控與儀器等不同專業(yè)類型的測試技術(shù)課程教學(xué)的側(cè)重點和教學(xué)內(nèi)容也存在很大的差別。本課程的教學(xué)目標(biāo)需要充分考慮相關(guān)方向研究生在專業(yè)基礎(chǔ)、應(yīng)用背景和測試需求等方面的差異。

表2 主要研究方向?qū)I(yè)背景及測試需求

鑒于航空宇航科學(xué)與技術(shù)專業(yè)具有專業(yè)涉及面寬、創(chuàng)新性強(qiáng)和測試需求明確等特點，本課程的教學(xué)目標(biāo)定位在：（1）深化有關(guān)測試的基礎(chǔ)知識和理論，介紹相關(guān)研究方向測試技術(shù)發(fā)展前沿，兼顧深度與廣度、經(jīng)典與現(xiàn)代兩對矛盾，構(gòu)建合理的課程知識體系，激發(fā)研究生的主動參與熱情；（2）以測試系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試為手段，強(qiáng)化以知識應(yīng)用為特征的實踐能力培養(yǎng)；（3）以文獻(xiàn)閱讀和

探索研究為手段，通過體會和體驗方式培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)改革思路與措施

根據(jù)以上教學(xué)目標(biāo)，本課程在北京理工大學(xué)精品課程建設(shè)項目的支持下，對“航空宇航測試與試驗技術(shù)”課程的教學(xué)進(jìn)行了改革，期望通過優(yōu)化課程教學(xué)過程，適當(dāng)壓縮理論教學(xué)課堂授課內(nèi)容，借助科研和實驗室優(yōu)勢強(qiáng)化前沿性、研討性和實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，提升課程教學(xué)效果。

本課程的教學(xué)主要由理論教學(xué)、專題討論、測試系統(tǒng)設(shè)計和自選試驗四個環(huán)節(jié)組成。

根據(jù)教學(xué)計劃，理論教學(xué)應(yīng)著力于深化測試與試驗的基礎(chǔ)知識和理論以及介紹本專業(yè)測試的工程需求，主要包括測試基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用和航空航天試驗技術(shù)兩個部分。具體內(nèi)容為測試基礎(chǔ)理論、數(shù)據(jù)采集與虛擬儀器技術(shù)、測試系統(tǒng)設(shè)計及評估、航空航天試驗概述、航天測控系統(tǒng)、空間環(huán)境試驗技術(shù)、飛行試驗技術(shù)。其中，前三者主要著眼于深化測試與試驗的基礎(chǔ)知識和理論，后四者主要是幫助研究生了解其所在研究方向的測試需求。理論教學(xué)在實施過程中主要存在兩個方面的問題。一方面，選修本課程的研究生的基礎(chǔ)有較大的差異。在選修本課程的研究生中，部分是本校本專業(yè)的本科畢業(yè)生，選修過類似課程，對專業(yè)應(yīng)用背景和測試需求已有一定的了解，但也有相當(dāng)部分的研究生是跨專業(yè)的，對測試基礎(chǔ)知識和理論了解較少，對專業(yè)應(yīng)用背景和測試需求了解不多。另一方面，理論教學(xué)學(xué)時有限和不同方向的研究生興趣差異也是需要考慮的問題?；谝陨峡紤]，理論教學(xué)采用課堂講授和課后自學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行。對理論性較強(qiáng)的、各研究方向有共同興趣的內(nèi)容采用課堂講授；對其他內(nèi)容，依托精品課程項目支持建設(shè)的課程網(wǎng)站開展教學(xué)，以自學(xué)為主，通過網(wǎng)上測驗和答疑等方式幫助研究生檢驗和鞏固學(xué)習(xí)效果。

專題討論是兼具研討性和前沿性特點的綜合性重點教學(xué)環(huán)節(jié)，對構(gòu)建研究生課程知識體系廣度、提高創(chuàng)新意識以及體會創(chuàng)新過程具有重要的作用。根據(jù)研究生人數(shù)的不同，本環(huán)節(jié)占本課程的教學(xué)總學(xué)時的1/3—1/2。專題討論要求研究生結(jié)合專業(yè)方向、課題組科研項目、參研課題或者個人感興趣領(lǐng)域的測試需求進(jìn)行調(diào)研，以近5年內(nèi)發(fā)表的重要文獻(xiàn)為主，完成專題報告，并在課堂上進(jìn)行時長為20分鐘的講述以及現(xiàn)場質(zhì)詢?，F(xiàn)場質(zhì)詢時，先由其他研究生根據(jù)自己的理解提出問題，教師補(bǔ)充提問和做最后的評價總結(jié)。原則上，專題報告必須有與測試相關(guān)的思考和分析，并應(yīng)提交最終的電子文檔。教師根據(jù)研究生的報告以及現(xiàn)場回答情況給出相應(yīng)的評定成績。研究生在他人報告的現(xiàn)場質(zhì)詢環(huán)節(jié)所提出的問題的質(zhì)量將作為其成績評定的重要組成部分。為便于研究生完成選題、搜集材料以及準(zhǔn)備專題報告，教師會在課堂上結(jié)合自身的科研積累進(jìn)行相應(yīng)的專題報告，并給出選題方向和專題范例供研究生參考。

測試系統(tǒng)設(shè)計是針對實踐能力培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，目的在于強(qiáng)化測試系統(tǒng)設(shè)計能力，是在本科課程基礎(chǔ)上對研究生知識應(yīng)用能力的進(jìn)一步深化。該環(huán)節(jié)分為兩個階段。一是教師在課堂上對若干個典型設(shè)計范例由淺入深地講解，采用互動教學(xué)方式加深研究生對設(shè)計難點的理解。課堂教學(xué)時共選用3個設(shè)計范例。其中，第1個范例較簡單，教師通過仔細(xì)講解使研究生對設(shè)計流程有所了解；后面進(jìn)行更接近工程實際的兩個范例教學(xué)時，教師先給出設(shè)計題目，研究生若干人為一組討論后推薦1人作為代表在黑板上寫出設(shè)計結(jié)果，教師在課堂上組織學(xué)生對各組的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行充分討論后給出參考答案和總結(jié)，以突出設(shè)計難點和其解決思路。二是在上述基礎(chǔ)上，研究生自主選擇設(shè)計題目，教師通過對研究生提交的設(shè)計作業(yè)存在的典型問題進(jìn)行點評，有針對性地糾正存在的共性問題。

不同于本科測試技術(shù)課程的實驗環(huán)節(jié)，自選試驗環(huán)節(jié)屬于研究性的試驗項目，是兼具前沿性和實踐性特點的綜合性環(huán)節(jié)，也是研究生體驗創(chuàng)新的重要途徑。整個試驗過程，研究生自主選題，自由組合，自行組織管理。試驗沒有確定的答案和結(jié)果，要求研究生若干人（一般4—6人）1組圍繞課題組科研項目、參研課題、實驗室特定設(shè)備和自己感興趣的主題開展試驗。自選試驗中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程即是研究生體驗創(chuàng)新的過程。根據(jù)需要，學(xué)?？梢赃m當(dāng)資助研究生自行購置試驗器材，搭建測試系統(tǒng)開展試驗。教師通過選題討論、疑難解答和報告評定等方式管理和控制試驗進(jìn)程和教學(xué)質(zhì)量。

各教學(xué)環(huán)節(jié)與教學(xué)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)如圖1所示。由圖1可以看出，改革后各教學(xué)環(huán)節(jié)更有利于強(qiáng)調(diào)知識廣度和現(xiàn)代前沿的課程知識體系構(gòu)建，并且設(shè)置的測試系統(tǒng)設(shè)計、專題討論和自選試驗三個環(huán)節(jié)大幅增加了前沿性、研討性和實踐性教學(xué)內(nèi)容，有效加強(qiáng)了研究生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，形成了鮮明的航空宇航教學(xué)特色。這具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）通用與特色有機(jī)結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容、基礎(chǔ)與前沿并重的教學(xué)思路是構(gòu)建課程知識體系的保障。一方面，本課程的教學(xué)內(nèi)容在強(qiáng)調(diào)通用測試技術(shù)的基礎(chǔ)上更注重航空宇航特色，大多與專業(yè)應(yīng)用背景有關(guān)，能夠有效激發(fā)研究生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，并為研究生從事相關(guān)試驗工作奠定基礎(chǔ)。另一方面，理論教學(xué)安排注重夯實研究生的理論基礎(chǔ)，專題討論可使研究生了解先進(jìn)測試技術(shù)的發(fā)展情況及其在航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

（2）高度參與互動的教學(xué)模式是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的前提。創(chuàng)新意識是創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，獨(dú)特的互動教學(xué)模式有效激發(fā)了研究生的主動參與和積極思維的創(chuàng)新意識。本課程超過1/3的學(xué)時是圍繞專題討論展開的，課程要求研究生必須主動參與討論，同時，教師要將提問情況作為考評標(biāo)準(zhǔn)之一。此外，試驗環(huán)節(jié)也要求研究生相互協(xié)作，共同完成預(yù)定的試驗項目。

（3）理論與應(yīng)用緊密結(jié)合的教學(xué)方式是實踐能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)。測試技術(shù)課程是一門以知識應(yīng)用為導(dǎo)向的實踐型課程。本課程設(shè)置的專題討論、測試系統(tǒng)設(shè)計以及自選試驗三個環(huán)節(jié)占整個課程學(xué)時的2/3以上，為研究生應(yīng)用測試?yán)碚摵突A(chǔ)知識的學(xué)習(xí)提供了充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力的展示平臺。

三、教學(xué)改革的成效

改革后的課程學(xué)時分配及考核情況如表3所示。借助于圖2所示的具有良好互動性的課程網(wǎng)站，課程的理論教學(xué)學(xué)時被壓縮到10學(xué)時。除了《測試基礎(chǔ)理論》、《測試系統(tǒng)設(shè)計與評估》以及《航空航天試驗概述》三章在課堂上講授以外，其余的理論教學(xué)內(nèi)容均被安排為自學(xué)。這種安排方式充分保證了其他三個教學(xué)環(huán)節(jié)（特別是專題討論環(huán)節(jié)）的學(xué)時，為優(yōu)化課程教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

表4給出了近三年專題討論選題的統(tǒng)計分析結(jié)果。需要說明的是：表中的“結(jié)合研究方向”是指研究生所選的題目能夠結(jié)合本學(xué)科各研究方向的應(yīng)用需求?！敖Y(jié)合前沿”是指研究生所選的題目能夠結(jié)合測試技術(shù)的發(fā)展前沿?！敖Y(jié)合科研”是指研究生選題為所在課題組此前開展的科研工作。研究生可通過查閱前人公開發(fā)表的論文和已畢業(yè)研究生的學(xué)位論文了解，也可通過與導(dǎo)師或者高年級研究生的交流理解項目深層次的技術(shù)問題?！敖Y(jié)合課題”是指研究生所選題目與該研究生作為主要參與人參加的研究課題有關(guān)。由表中數(shù)據(jù)可以看出：絕大多數(shù)專題都能夠結(jié)合研究方向，有助于研究生對專業(yè)前沿和工程需求的理解與把握。這主要得益于專題準(zhǔn)備階段指導(dǎo)教師對選題的嚴(yán)格把關(guān)和有意引導(dǎo)研究生盡量選擇與研究方向相關(guān)的題目。專題中也有相當(dāng)比例的題目結(jié)合科研或者課題。尤其是結(jié)合課題的專題，由于研究生親自參與了課題，有深刻的實際體驗，報告效果極佳，也易于激發(fā)課堂討論。需要說明的是：結(jié)合課題的選題數(shù)量基本保持不變，這主要是后續(xù)選課的飛行器總體設(shè)計和航天器系統(tǒng)與自主技術(shù)方向研究生相對接觸試驗性質(zhì)科研項目較少以及部分研究生課題暫時沒有確定的緣故。

表5給出了2014年度自選試驗分析結(jié)果。由統(tǒng)計結(jié)果可以看出：絕大多數(shù)試驗選題都是結(jié)合科研、課題和實驗室設(shè)備進(jìn)行的，并且有相當(dāng)部分試驗使用了專業(yè)實驗室的重大實驗設(shè)備。自選試驗的調(diào)試過程對研究生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力提出了挑戰(zhàn)。通過參與自選試驗，研究生了解了先進(jìn)設(shè)備的用途和前沿課題的試驗需求。由于所參與的課題是前沿的，部分試驗獲得的結(jié)果本身就具有創(chuàng)新性。這表明，通過依托專業(yè)實驗室的科研儀器設(shè)備，自選試驗取得了良好的教學(xué)效果。

依托互動良好的課程網(wǎng)站、反映學(xué)科前沿的科研課題以及強(qiáng)大的實驗室科研設(shè)備，“航空宇航測試與試驗技術(shù)”課程教學(xué)改革壓縮了理論教學(xué)的學(xué)時，并通過專題討論、測試系統(tǒng)設(shè)計和自選試驗等三個教學(xué)環(huán)節(jié)，為研究生構(gòu)建了合理的課程知識體系，加強(qiáng)了研究生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)力度，取得了良好的教學(xué)效果。本課程的教學(xué)改革探索開辟了新的航空宇航類專業(yè)研究生測試技術(shù)課教學(xué)模式，也可為類似專業(yè)教學(xué)改革探索提供有益的借鑒和參考。

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