郝曉曦+楊敏

[摘 要]測(cè)試技術(shù)是機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。分析機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，結(jié)合五邑大學(xué)地方性院校的特點(diǎn)，改革測(cè)試技術(shù)課程，加大學(xué)生對(duì)常用傳感器的了解和應(yīng)用，學(xué)生對(duì)傳感器輸出的信號(hào)如何進(jìn)行預(yù)調(diào)有了清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)復(fù)雜難懂的信號(hào)處理知識(shí)已不陌生。大部分學(xué)生能夠合理利用信號(hào)處理知識(shí)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行各種算法處理，課程學(xué)習(xí)的興趣也得到提高。

[關(guān)鍵詞]測(cè)試技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)內(nèi)容

[中圖分類(lèi)號(hào)] G423 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）06-0123-03

測(cè)試技術(shù)是機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。該課程理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，并具有很強(qiáng)的技術(shù)性，是本科生后繼課程和研究生課程的基礎(chǔ)，在專(zhuān)業(yè)課程體系中占有重要地位。

一、測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀

從課程內(nèi)容方面看，測(cè)試技術(shù)將很多新技術(shù)和新知識(shí)融為一體，既有廣度又有深度，其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：1.多學(xué)科滲透，涉及數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號(hào)處理等多方面知識(shí)，課程所講授內(nèi)容相對(duì)來(lái)說(shuō)比較分散；2.計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，如信號(hào)的分析處理與系統(tǒng)的響應(yīng)特性等內(nèi)容，理論性強(qiáng)，計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，公式推導(dǎo)多，概念難理解；3.實(shí)踐性強(qiáng)，各種傳感器、測(cè)試儀器的熟悉、測(cè)試方法的掌握、測(cè)試系統(tǒng)的組建和使用等僅靠傳統(tǒng)的理論課堂教學(xué)難以達(dá)到預(yù)期的效果，因此需要實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為輔助；4.總學(xué)時(shí)有限，新內(nèi)容越來(lái)越多，而課程的理論學(xué)時(shí)僅有40學(xué)時(shí)，這對(duì)于在教學(xué)中不斷增加與測(cè)試技術(shù)相關(guān)的新內(nèi)容是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的?；谡n程的以上特點(diǎn)，為適應(yīng)新形勢(shì)下的教學(xué)要求，必須確保教學(xué)質(zhì)量，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生的工程意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

從教學(xué)方面看，現(xiàn)在的測(cè)試技術(shù)教學(xué)存在以下問(wèn)題。1.內(nèi)容比較陳舊。教材還沿用5年前自主編制的教材，與工程實(shí)踐結(jié)合不夠密切。比如在講傳感技術(shù)這一章節(jié)時(shí)，只是單一從傳感器的原理、測(cè)試電路等內(nèi)容進(jìn)行了介紹，對(duì)目前同類(lèi)傳感器的發(fā)展?fàn)顩r、工程應(yīng)用程度等介紹相對(duì)較少。這使得學(xué)生無(wú)法對(duì)最新的傳感器技術(shù)和工程應(yīng)用情況有全面的認(rèn)識(shí)和了解。同時(shí)，由于課時(shí)的局限性，授課教師無(wú)法將最新的測(cè)試系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)及時(shí)擴(kuò)充到教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容不能得到及時(shí)更新。2.教學(xué)方法主要是以課堂教學(xué)為主，學(xué)生被動(dòng)接受。學(xué)生由于之前的基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢，因此常會(huì)感到理論知識(shí)枯燥難懂，課程學(xué)習(xí)的積極性不夠高。3.目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程主要是以演示實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，即在做實(shí)驗(yàn)之前，教師將所需完成的實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理方法等都做了詳盡的交代，甚至提供了方案、電路原理圖、數(shù)據(jù)表格乃至數(shù)據(jù)處理程序等，學(xué)生只要按固定步驟操作即可。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式雖然能使得學(xué)生較快地掌握教材和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但卻影響了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，激發(fā)不了學(xué)生求知的欲望，失去了“實(shí)驗(yàn)”真正的意義，只剩下機(jī)械模仿性的“操作”。

從上不難看出，學(xué)生在學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)這門(mén)課時(shí)往往是按部就班，無(wú)法靈活應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題，更無(wú)法在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新。為了改變測(cè)試技術(shù)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)現(xiàn)況，本次教學(xué)改革采用基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法等方面進(jìn)行探索和嘗試，希望借此教學(xué)改革提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)的業(yè)務(wù)能力。

測(cè)試技術(shù)課程內(nèi)容的最大特點(diǎn)就是綜合性強(qiáng)、涉及內(nèi)容廣泛、信息容量大、技術(shù)性強(qiáng)、技術(shù)更新快。五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院自2013年起已經(jīng)開(kāi)展關(guān)于測(cè)試技術(shù)課程的教學(xué)改革。從教學(xué)目標(biāo)、課內(nèi)教學(xué)內(nèi)容和課外教學(xué)內(nèi)容等三個(gè)方面做了大的調(diào)整。

二、教學(xué)目標(biāo)的制訂

考慮到五邑大學(xué)測(cè)試技術(shù)授課的對(duì)象主要是機(jī)電工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的本科學(xué)生，他們學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)主要是用于工程應(yīng)用。因此，教學(xué)目標(biāo)設(shè)立為如下幾方面：1.建立動(dòng)態(tài)測(cè)試的工程思想；2.掌握常用的工程測(cè)試方法和技術(shù)；3.掌握工程中常用的信號(hào)處理方法。

在實(shí)際工程中，所需要被測(cè)量的信號(hào)往往都是隨時(shí)間變化而變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，或者說(shuō)，工程中所需要的有用信息往往都是通過(guò)分析動(dòng)態(tài)信號(hào)獲得的。例如，在檢測(cè)摩托車(chē)舒適性的測(cè)試過(guò)程中，路面給摩托車(chē)車(chē)身的激勵(lì)反應(yīng)為駕駛位置的振動(dòng)情況，路面越崎嶇不平，駕駛位置的顛簸越嚴(yán)重，振動(dòng)情況越明顯，舒適性越差。這一過(guò)程，車(chē)身的振動(dòng)情況是隨著路面的起伏情況連續(xù)發(fā)生變化的，因此，測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)也是連續(xù)發(fā)生變化的。如果在這一過(guò)程中，只依靠簡(jiǎn)單的靜態(tài)測(cè)量是無(wú)法獲取所需要信息的。在以往的教學(xué)過(guò)程中，我們對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)試強(qiáng)調(diào)得不夠，而在實(shí)際工程中，很多都涉及動(dòng)態(tài)測(cè)試。因此，自2013年之后，我們?cè)谡麄€(gè)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中貫穿動(dòng)態(tài)測(cè)試的概念，進(jìn)而建立學(xué)生的動(dòng)態(tài)工程思想。

在建立學(xué)生的動(dòng)態(tài)工程思想的基礎(chǔ)之上，我們同時(shí)通過(guò)工程實(shí)例總結(jié)出測(cè)試的一般過(guò)程，通過(guò)測(cè)試的一般過(guò)程將每一個(gè)環(huán)節(jié)、步驟中所涉及的信息獲取技術(shù)（傳感技術(shù)）、信號(hào)預(yù)處理方法、時(shí)域頻域分析方法、信號(hào)處理方法等有機(jī)融合，使學(xué)生能夠?qū)こ虦y(cè)試的基本概念、方法、技術(shù)等有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)和了解。同時(shí)，對(duì)目前工程上應(yīng)用最廣泛的儀器設(shè)備、測(cè)試方法等有一個(gè)系統(tǒng)掌握。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行信息處理已成為工程測(cè)試中必不可少的環(huán)節(jié)。在以往的教學(xué)中，我們往往忽略了有關(guān)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的部分，僅對(duì)相關(guān)的概念進(jìn)行介紹。然而，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，目前的測(cè)試已經(jīng)離不開(kāi)信息處理技術(shù)了。因此，我們將教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，將工程中常用的信號(hào)處理方法也作為教學(xué)目標(biāo)之一，通過(guò)對(duì)常用信息處理方式的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握Labview等常用虛擬儀器及信息處理方法。

三、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

測(cè)試過(guò)程一般包含被測(cè)信號(hào)的拾取、轉(zhuǎn)換、放大、傳輸、處理、分析等環(huán)節(jié)，有時(shí)為了能夠從被測(cè)對(duì)象提取所需要的信息，需要采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行激勵(lì)，使其特征信息能夠表現(xiàn)出來(lái)，以便于信號(hào)的檢測(cè)。因此，一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有如下功能：將被測(cè)對(duì)象置于預(yù)定狀態(tài)下，并對(duì)被測(cè)對(duì)象所輸出的特征信息進(jìn)行拾取、轉(zhuǎn)換、放大、分析處理、顯示記錄等。在此基礎(chǔ)上所建立的測(cè)試系統(tǒng)一般包含如下幾個(gè)環(huán)節(jié)：試驗(yàn)裝置、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)分析處理裝置和顯示記錄等，具體如圖1所示。

由該過(guò)程可將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行如下安排，具體如表1所示。

調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容與之前的教學(xué)內(nèi)容相比，具有以下特點(diǎn)。

首先，章節(jié)之間聯(lián)系更加緊密，更突出了測(cè)試過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)中所應(yīng)用到的相關(guān)技術(shù)之間的聯(lián)系和關(guān)系。這主要是由于章節(jié)的安排是按照一般工程測(cè)試的流程以及主要環(huán)節(jié)來(lái)編制的，這樣就使得原本繁雜、分散的內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合在一起，每一章節(jié)之間都有明確的關(guān)聯(lián)性，有助于學(xué)生建立整體、系統(tǒng)的知識(shí)框架結(jié)構(gòu)，能幫助學(xué)生盡快入門(mén)，提高學(xué)生對(duì)該門(mén)課的興趣和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

其次，每一個(gè)有關(guān)技術(shù)的理論講解，都有對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程應(yīng)用，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在每一章內(nèi)容中，都相應(yīng)的增加了具體的工程實(shí)例，這些例子都是有實(shí)際的工程背景，來(lái)自教師科研或研究方向。通過(guò)具體的工程實(shí)例，學(xué)生可以很好地了解和理解工程中測(cè)試的作用、測(cè)試的基本方法、原理以及操作過(guò)程，建立學(xué)生的“工程思想”，提高學(xué)生利用工程思想分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。工程實(shí)例的增加有助于學(xué)生建立更加形象的認(rèn)知，擺脫枯燥的理論教授，提高學(xué)生對(duì)課程的興趣，也為理論與實(shí)踐相結(jié)合提供了良好的平臺(tái)。

再次，增加了信號(hào)處理的內(nèi)容。在以往的測(cè)試技術(shù)授課過(guò)程中，重點(diǎn)在傳感器的使用以及后續(xù)硬件電路原理的介紹。此次改革，增加了信號(hào)處理的內(nèi)容，除了講授常見(jiàn)信號(hào)處理電路和方法（如電橋、信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、濾波、信號(hào)分析等），還增加了許多工程常用的信號(hào)分析和處理的軟硬件方法，例如程控增益放大器、多路復(fù)用、數(shù)字濾波、同源信號(hào)時(shí)差檢測(cè)、Hilbert變換與調(diào)幅解調(diào)、時(shí)頻域數(shù)據(jù)處理方法等。這些軟硬件方法在實(shí)際工程中比較常用，目的是讓學(xué)生對(duì)常用技術(shù)有一定的了解，避免出現(xiàn)“學(xué)到的和工作后用到的不一致”的現(xiàn)狀。

最后，增加了工程測(cè)試的典型應(yīng)用。這一部分是將機(jī)械工程中常用的被測(cè)量及其測(cè)量方法、信號(hào)處理方法等加以總結(jié)，鞏固之前所有章節(jié)所學(xué)內(nèi)容，提供學(xué)生主動(dòng)思考、分析和綜合應(yīng)用的理論知識(shí)的能力。

四、結(jié)論

測(cè)試技術(shù)課程經(jīng)過(guò)為期兩年的改革，目前已經(jīng)取得一定的成效。學(xué)生加大了對(duì)常用傳感器的了解，對(duì)傳感器輸出的信號(hào)如何進(jìn)行預(yù)調(diào)也有了清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生對(duì)于復(fù)雜難懂的信號(hào)處理知識(shí)已經(jīng)不在有陌生或排斥的情緒，有一部分學(xué)生能夠合理利用信號(hào)處理知識(shí)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行各種算法處理，這極大地提高了學(xué)生們對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。可以說(shuō)這兩年的測(cè)試技術(shù)課程改革是成功的，但是在實(shí)驗(yàn)方面的改革仍有待加強(qiáng)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 劉在倫，王東偉，侯祎華，等. 《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》教學(xué)改革探討[J] .大學(xué)教育，2015（7）：108.

[2] 王清. 《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》教學(xué)改革探討[J]. 科技信息，2008（17）：500.

[3] 張佐營(yíng).機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 中國(guó)電力教育，2014（29）：51-52.

[責(zé)任編輯：陳 明]