劉習軍　張素俠　崔福將　周安琪　李利青

摘要：實驗教學是高等教育的一個重要組成部分，提高實驗教學水平，使實驗教學形式具有靈活性、直觀性、趣味性，是提高實驗教學質量最有效的方法。在實驗教學中進行全程錄像，培養(yǎng)實驗教學操作能力，是一種既節(jié)省堂上教學學時又可保證實驗教學質量的新方法。

關鍵詞：實驗教學;高校課程;教學改革;

中圖分類號：G642.423? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）13-0388-03

一、前言

實驗與理論并重是現(xiàn)代教育重要的教學思想，怎樣全面貫徹實驗與理論并重的教學方針，如何提高學生的實驗動手能力和實驗水平，是每一位教師應該認真思考的問題。在實際的教學活動中，采取靈活多樣的教學方式，既能保證教學質量，又能提高教學效果。具體而言，實驗教學全程錄像是一種新穎的教學模式，可為學生提供真實、詳細的實驗細節(jié)，不僅有利于進行課后的復習，同時便于對實驗過程進行分析研究[1]。事實上，通過反復觀看實驗教學全程錄像可以提升學生的學習能力，激發(fā)他們的學習積極性，從感性到理性的升華，從淺顯到深刻的遞進，實現(xiàn)學生的綜合性培養(yǎng)[2]。對實驗教學方法的改進，既可提高實驗操作能力和實驗水平，又能活躍實驗教學氛圍，增強教學活動趣味性。因此，實驗全程錄像的直觀性是提升實驗教學效果的重要舉措[3]。

二、實驗教學錄像的內容

根據(jù)教育部制定的教學大綱以及天津大學“工程振動測試技術”課程教學的實際情況，綜合考慮教學的專業(yè)性、實踐性的特點，制定了有關的實驗內容，其中有基礎性實驗、創(chuàng)新性實驗、科研成果轉化成教學的實驗。

（一）基礎性實驗

1.振動系統(tǒng)認知實驗。本實驗錄像應用于課程的第二章開始前的預習，由于學生對測試系統(tǒng)不了解，通過本實驗錄像讓同學們在講解授課前，對振動系統(tǒng)的儀器設備有一個具體的實物化概念，帶著疑問和好奇來學習第二章書本內容。隨后，在講課過程中再在實驗室進行認知，實現(xiàn)從具體到抽象化概念再到具體的學習過程，不僅增加了學習興趣，激發(fā)了學習熱情，同時也有利于接受慢的同學對知識的全面消化吸收。

2.振動傳感器的安裝實驗。由于傳感器多種多樣，安裝方法各不相同，因此僅利用書本的文字和圖片講解，無法取得良好的學習效果。通過本實驗錄像使學生初步了解傳感器的安裝方法，然后現(xiàn)場展示不同傳感器的安裝方式。解決了第三章所講的傳感器的安裝問題。利用本實驗錄像對本章內容預習與復習，可加深對傳感器結構和安裝方法的了解，為今后的實際工程應用打下良好基礎。

3.振動傳感器校準實驗。測試系統(tǒng)的準確度決定了測試結果的準確性，所以對測試系統(tǒng)進行校準是實驗的重要環(huán)節(jié)。將本實驗錄像應用于講課前的預習和復習，不僅可以節(jié)省教學時間，同時可以培養(yǎng)學生的動手能力。

（二）創(chuàng)新性實驗

1.高階振動基本參數(shù)測試實驗。線性振動中應用的原理是振型疊加原理，對于此定理有理論推導，但很少有實驗驗證。本實驗就是應用第8章小波變換原理及理論對振型疊加原理的實驗驗證。此實驗不但證明了振型疊加原理，又體現(xiàn)了小波變換在解決實際工程問題中的應用[4]。

2.虛擬儀器的應用及編制實驗。虛擬儀器近年來發(fā)展很快，本實驗錄像是利用虛擬儀器平臺的應用，通過編程證實了有關數(shù)字處理中采樣定理、窗函數(shù)的應用，本實驗錄像是根據(jù)虛擬儀器編制步驟的細節(jié)錄制的，通過觀看錄像即可完成有關章節(jié)的學習，通過自學實驗錄像就能達到預期的學習目的和效果。

3.車輛橋梁耦合動態(tài)應變及沖擊系數(shù)實驗。理論聯(lián)系實際是學習的重要環(huán)節(jié)，本實驗是橋梁工程上測沖擊系數(shù)的重要實驗，應用到應變傳感器和加速度傳感器。由于是對工程問題的首次嘗試，許多新概念和新裝置需要被思考和創(chuàng)造，同時本實驗錄像也是應用數(shù)字信號處理的首例，因此，本實驗錄像對于此部分知識的學習起到關鍵作用，同時可以提高學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。

（三）科研成果轉化成教學的實驗

1.中華文物編鐘的振動特性測試實驗。振動理論的應用十分重要，本實驗是對中華文物編鐘的振動特性的測試實驗，彰顯中華文化編鐘的深奧科學原理，讓學生理解振型和節(jié)點在工程中的應用，以深化對振動理論的理解，由于實驗過程復雜，時間較長，對實驗錄像的觀看就滿足了反復學習的需要。

2.龍洗綜合振動實驗及重力波實驗。中華文物龍洗是我國的重要文物之一，不僅有重要的科學價值，而且極具藝術觀賞性，從科學角度來講，學生對平面模態(tài)比較容易接受，但對于三維的立體模態(tài)較難理解，本實驗可解釋切向激振法向振動、高頻激振低頻振動等多項奇妙的力學現(xiàn)象[5]。

3.車輛橋梁耦合系統(tǒng)模態(tài)分析實驗。利用傳遞函數(shù)對測試系統(tǒng)進行模態(tài)分析，一般應用于小型測試對象，但對于大型結構如橋梁、房屋、大型機械則需要應用環(huán)境法進行模態(tài)分析。此實驗利用車輛進行激振，對橋梁進行模態(tài)分析。這是一個工程模擬實驗，不僅鍛煉了學生的動手能力，還加深了對工程實際的了解，對知識的實際應用轉化進行了嘗試。

4.覆冰導線舞動實驗。覆冰導線的舞動是一種非線性系統(tǒng)的自激振動現(xiàn)象，只有在滿足一定的條件下才能發(fā)生，由于工程振動測試技術課程的測試方法與發(fā)生什么振動沒有關系，為了讓學生開拓眼界，增長知識，自制了本實驗裝置。通過本實驗向同學們展示了在自然界中蘊含著豐富的振動現(xiàn)象，很多力學問題有待被發(fā)掘和研究，這有利于提升學生的觀察力和能動性，增加求知欲。[6]

以上三類不同的實驗，體現(xiàn)了不同振動實驗的動力學特色，學習過程需要反復思考才能體會。通過使用錄制儀器錄像進行對教學實驗改革，為探索“工程振動測試技術”課程的新型教學模式，保證實踐教學內容的完整性和提高教學質量提供有益的經(jīng)驗。

三、實驗教學錄像的制作

近年來，隨著高科技技術的發(fā)展，出現(xiàn)了許多先進的測試儀器，為測量提供了先進的技術手段，傳統(tǒng)的測試技術正在走向數(shù)字化，同時與其他學科相互滲透和交叉，不斷加強新技術、新理論的引進和應用，為數(shù)據(jù)測量、采集和處理一體化提供了可能，真正實現(xiàn)了測試技術數(shù)字化、精密化、自動化、智能化和信息化。先進儀器用于教學實踐，在一定程度上可以使學生最快了解實驗技術手段的前沿，有助于學生盡快進入研究階段。

測試儀器雖然在不斷更新?lián)Q代，但是在數(shù)字化方面，由于計算原理是相同的，所以只要精通了一種設備的應用，其他設備的應用也就迎刃而解了。為此，在實驗教學錄像之前，首先將有關儀器設備的使用步驟和數(shù)字計算處理方法進行梳理總結，選用最常用且最具代表性的儀器設備進行錄制。介紹它的工作原理和部件的界面功能，數(shù)據(jù)采集和基本參數(shù)選取，及其常用功能和操作步驟，大部分內容能夠滿足學生熟悉儀器使用的要求。

錄像由專業(yè)人員進行儀器規(guī)范性示范操作，并且由專業(yè)人員講解，在增強學生操作的規(guī)范性，提高實驗教學效率的同時，對學生實踐技能的提升也將起到良好的作用。

四、實驗教學錄像的應用

實驗教學是高等教育實踐體系人才培養(yǎng)過程中不可缺少的重要組成部分，實驗教學能有效提高學生綜合素質，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。

近年來，多媒體實驗教學發(fā)展迅速，多媒體實驗教學改變了傳統(tǒng)教學模式，能有效地調動學生參與實驗的積極性，而且便于把不易表達的內容直觀生動地展現(xiàn)出來。在當前實驗教學中，實驗教學錄像應用主要集中在實驗操作之前的預習階段和課后復習階段。

在實驗操作之前的預習階段，實驗教學錄像的解說一般對實驗目的、實驗原理、實驗內容、儀器操作演示和數(shù)據(jù)處理等進行詳細講解。可以實現(xiàn)課前觀看，使學生在上課之前了解實驗儀器的使用，保證課上教學進度正常進行，在一定程度上彌補了課堂時間短的不足。

在實驗課之后，對于常規(guī)儀器，可通過實驗全程錄像進行課后復習。對于某些先進儀器，在實驗課學習使用后，通過錄像也可加深了解。

五、實驗教學錄像的應用效果

通過對實驗教學錄像的應用，取得了預想的效果：

（1）通過觀看實驗的全程錄像，不僅可以完成課堂上的全部實驗教學內容，而且可以使學生課后有充足的時間進行儀器使用操作的學習。

（2）通過對實驗內容的理解、儀器的使用、具體方法的歸納總結，可激發(fā)學生的探索與創(chuàng)新精神。

（3）此實驗課程不僅培養(yǎng)了學生的動手操作能力，促進了理論教學與生產(chǎn)實際相結合，也為以后進入工作環(huán)境、走向工作崗位打下了良好的專業(yè)基礎。

六、總結

應用實驗教學全程錄像，使實驗教學形式更具有靈活性和趣味性，是提高教學質量最有效的方法。在實驗教學中，不僅促進了學生在實驗過程中能集中精神認真地規(guī)范操作，能夠加強實驗教學操作能力的培養(yǎng)，成為一種既節(jié)省堂上教學學時又可保證實驗教學質量的新方法。

參考文獻：

[1]賈啟芬，張素俠，劉習軍.將工程教育融入力學課程教學之中[J].教育教學論壇，2010，（36）：27-28.

[2]陳俊翔.在線教育發(fā)展下的高校課程與教改研[J].教育教學論壇，2019，40：112-113.

[3]鐘順，賈啟芬，張素俠，等.創(chuàng)建三維力學工程教學系統(tǒng)的實踐研究[J].教育教學論壇，2012，（36）：234-235.

[4]劉習軍，相林杰，張素俠.基于小波分析的簡支梁橋損傷識別[J].振動測試與診斷，2015，35（5）：866-872.

[5]徐景滿，劉習軍，馬秋生.矩形彈性殼液耦合系統(tǒng)重力波的數(shù)值分析[J].機床與液壓，2008，（04）：63-64.

[6]劉天翼，劉習軍，霍冰.連續(xù)體覆冰導線模型的舞動實驗研究[J].實驗力學，2016，（2）：186-192.

To Improve the Quality of Experimental Teaching，the Whole Process of Experimental Teaching is Videotaped

LIU Xi-jun，ZHANG Su-xia*，CUI Fu-jiang，ZHOU An-qi，LI Li-qing

（School of Mechanical Engineering， Tianjin University，Tianjin 300354，China）

Abstract：Experimental teaching is an important part of higher education.It is the most effective way to improve the quality of experimental teaching to improve the level of experimental teaching and make experimental teaching form flexible，intuitive and interesting.In experimental teaching，the whole process of experimental teaching is videotaped，and the cultivation of experimental teaching operation ability is carried out by using the whole process ofexperimental teaching video，which is a new method that can not only save teaching hours in class but also guarantee the quality of experimental teaching.

Key words：virtual experiment;virtual experiment;college courses