李 健 ，杜彥斌 ，陳 鵬

（重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400067）

“新工科”建設(shè)計(jì)劃于2017 年全面啟動(dòng)，其打破了傳統(tǒng)學(xué)科界限，在傳統(tǒng)的工科專業(yè)中加入大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)科之間的深度交叉與融合[1]?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提及，深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，大力推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型優(yōu)化升級(jí)，實(shí)施智能制造工程，推動(dòng)制造業(yè)高端化和智能化發(fā)展；《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出了智能制造的路徑和目標(biāo)，明確了基于智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和產(chǎn)業(yè)變革，而智能制造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)感知與處理，即數(shù)據(jù)處理與傳感器技術(shù)[2-3]。因此，在“新工科”與“智能制造”背景下，作為機(jī)電類專業(yè)核心課程的“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”，其在專業(yè)課程體系中的地位愈發(fā)重要[4]。課題組基于“新工科”與“智能制造”背景，根據(jù)機(jī)電類專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，分析“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，探討課程實(shí)際教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)過程中存在的問題，并對(duì)教學(xué)過程中的改革措施和實(shí)踐方法進(jìn)行探討。

1 “測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介

1.1 課程特點(diǎn)

“傳感與檢測(cè)技術(shù)”是智能制造等專業(yè)的核心課程，將傳感器技術(shù)和機(jī)械工程檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，傳授學(xué)生面向機(jī)械工程的傳感及檢測(cè)技術(shù)的基本知識(shí)和技能，掌握傳感與檢測(cè)系統(tǒng)的組成原理、分析設(shè)計(jì)及應(yīng)用的基本方法；使學(xué)生能合理選用傳感器設(shè)計(jì)和構(gòu)建檢測(cè)系統(tǒng)，能通過檢測(cè)到的信號(hào)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象的性能和狀態(tài)等進(jìn)行分析和計(jì)算。該課程的主要特點(diǎn)是概念抽象、不容易理解、對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高、理論推導(dǎo)較多、枯燥無味，但是該課程卻是非常重要的核心課程，對(duì)于豐富學(xué)生的學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)至關(guān)重要。

1.2 教學(xué)目標(biāo)

針對(duì)“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)、專業(yè)建設(shè)目標(biāo)和學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)本課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了分析與凝練，提出了3個(gè)教學(xué)目標(biāo)。

1）學(xué)生應(yīng)掌握面向機(jī)電工程的傳感與檢測(cè)技術(shù)基本理論和基本知識(shí)，掌握檢測(cè)和試驗(yàn)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基本方法，包括系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、信號(hào)采集、信號(hào)分析、系統(tǒng)的基本特性分析、傳感器原理等，能夠綜合運(yùn)用工程力學(xué)、機(jī)械原理、電氣和電子技術(shù)等知識(shí)對(duì)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和分析。

2）學(xué)生能夠綜合運(yùn)用機(jī)械、電氣電子、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的理論知識(shí)，針對(duì)特定的機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，制定合理的測(cè)試方案；能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，合理選用傳感器和測(cè)試設(shè)備構(gòu)建機(jī)電測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)特定機(jī)電設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和控制。

3）學(xué)生能夠運(yùn)用所制定的測(cè)試方案和所構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)正確地采集測(cè)試數(shù)據(jù)，能夠?qū)y(cè)試信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的時(shí)域或頻域分析，從而對(duì)特定機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行定性或定量分析。

2 課程教學(xué)存在的問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容多且課時(shí)不足

“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程是在“高等數(shù)學(xué)”“控制工程基礎(chǔ)”“大學(xué)物理”“電路原理”“電子技術(shù)基礎(chǔ)”等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開設(shè)的課程。該課程涉及信號(hào)處理、測(cè)試系統(tǒng)特性、常用傳感器介紹以及信號(hào)變換電路等內(nèi)容，需要學(xué)生具有數(shù)學(xué)、控制原理以及電路等多學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，教學(xué)內(nèi)容繁多[5]。

隨著“新工科”建設(shè)以及地方高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的提出，高校為了培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力，增設(shè)專業(yè)實(shí)踐課程，很多專業(yè)課程的教學(xué)課時(shí)被壓縮，其中包括“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程。以重慶工商大學(xué)為例，“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程在機(jī)械電子工程專業(yè)中課時(shí)僅為48 學(xué)時(shí)，面對(duì)重要且繁多的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)課時(shí)十分緊張。

2.2 教學(xué)模式單一

“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”是一門理論性較強(qiáng)的課程，特別是“信號(hào)處理”與“測(cè)試系統(tǒng)特性”等相關(guān)章節(jié)，涉及信號(hào)的數(shù)字化、信號(hào)的頻譜與功率譜分析、測(cè)試裝置的傳遞函數(shù)等內(nèi)容，存在關(guān)于傅里葉級(jí)數(shù)變換、拉普拉斯變換等大量抽象難懂的數(shù)學(xué)推導(dǎo)?，F(xiàn)階段教學(xué)過程中，雖然多媒體教學(xué)已經(jīng)普及，但是針對(duì)該課程中復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，主要教學(xué)手段依然是在PPT 中展示數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)過程，為了便于學(xué)生對(duì)公式的理解，還需要在黑板上對(duì)重要數(shù)學(xué)公式進(jìn)行板書推導(dǎo)。然而，面對(duì)晦澀難懂的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，學(xué)生學(xué)起來枯燥無味，雖然學(xué)生熟悉數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，但是對(duì)于理論的理解依然云里霧里，無法理解其物理實(shí)質(zhì)，導(dǎo)致教學(xué)效果較差。

2.3 實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少

由于課程課時(shí)偏少和實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的限制，本課程在實(shí)際教學(xué)過程中只側(cè)重于理論教學(xué)，或者教師僅僅在課堂上講解一下相關(guān)的儀器設(shè)備，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)各種測(cè)試儀器和設(shè)備的理解停留在圖片和文字上面。對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)和設(shè)備真正的樣子和工作過程，只能通過想象，這種情況下，非常不利于學(xué)生對(duì)課程理論的掌握和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

校企合作資源利用度不夠。本課程的課程性質(zhì)決定了其與實(shí)際工程聯(lián)系緊密，校企合作平臺(tái)為課程相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知提供了較佳的工程資源[6]。然而，在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生很少接觸到工程中實(shí)際的測(cè)試系統(tǒng)，而對(duì)于實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)工作過程的了解對(duì)于提升學(xué)生的課程認(rèn)知至關(guān)重要。而且，對(duì)于任課教師，因?yàn)榇蠖鄶?shù)教師博士畢業(yè)后即進(jìn)入學(xué)校任職，雖然具有豐富的理論知識(shí)，但是其工程經(jīng)驗(yàn)不足[7]。

因此，實(shí)訓(xùn)條件、校企合作資源以及師資經(jīng)驗(yàn)的不足，嚴(yán)重影響了該課程教學(xué)效果和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

3 混合教學(xué)模式改革

3.1 “雙線”結(jié)合教學(xué)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，線上線下結(jié)合的“雙線”教學(xué)成為高校豐富教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑[8-9]。針對(duì)課程教學(xué)課時(shí)不足的問題，充分利用中國(guó)大學(xué)MOOC（慕課）教學(xué)平臺(tái)，選取較為優(yōu)秀的慕課（如華中科技大學(xué)何松齡錄制的“工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程），推薦給學(xué)生作為預(yù)習(xí)資料，同時(shí)以問答題的形式協(xié)助學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)[10]。通過這樣的方式，有助于學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解，提高課堂學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果。“線上”學(xué)習(xí)是“線下”高效教學(xué)的基礎(chǔ)，通過“雙線”結(jié)合教學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)用有限的課時(shí)達(dá)到理想的教學(xué)效果。

以“周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開”章節(jié)為例，通過企業(yè)微信，向?qū)W生提出問題：“周期信號(hào)與傅里葉三角函數(shù)展開的關(guān)系？”。學(xué)生帶著該問題，觀看由華中科技大學(xué)何松齡錄制的“工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程視頻中“周期信號(hào)與離散頻譜”章節(jié)視頻，并對(duì)問題進(jìn)行思考。

3.2 多元融合教學(xué)

課堂理論教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)教學(xué)模式單一的問題，采用板書+多媒體課件+錄播視頻+對(duì)分課堂多元融合的方法。

1）板書、多媒體課件與錄播視頻相結(jié)合。針對(duì)每一個(gè)教學(xué)目標(biāo)，用板書對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)進(jìn)行梳理，利用多媒體課件針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入細(xì)致的講解，同時(shí)對(duì)于數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過程，需要用板書帶領(lǐng)學(xué)生一起推導(dǎo)計(jì)算，便于學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)模型的理解。然后，充分利用動(dòng)畫或視頻，對(duì)復(fù)雜數(shù)學(xué)變換的過程進(jìn)行展示，使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)模型的變換過程有更直觀的認(rèn)識(shí)。通過此種方式，學(xué)生在課前和線上預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，課堂上通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和關(guān)鍵數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，再結(jié)合數(shù)學(xué)變換過程的動(dòng)畫展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通。

2）對(duì)分課堂教學(xué)方法。對(duì)分課堂是課堂時(shí)間一半用于講授教學(xué)、一半用于學(xué)生討論的課堂模式[11-12]。針對(duì)教學(xué)課時(shí)不足的問題，將對(duì)分課堂的四個(gè)階段“講授、獨(dú)立學(xué)習(xí)、獨(dú)立做作業(yè)、課題討論”分為兩部分，“講授”和“課堂討論”設(shè)置為當(dāng)堂對(duì)分，而“獨(dú)立學(xué)習(xí)”和“獨(dú)立做作業(yè)”屬于課后線上學(xué)習(xí)。講授環(huán)節(jié)，授課時(shí)間僅為一半課時(shí)，降低了對(duì)學(xué)生專注力的要求。課堂討論環(huán)節(jié)分為分組討論環(huán)節(jié)和全班討論環(huán)節(jié)，分組討論即學(xué)生自主交流，分享對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，探討模型背后的物理過程。全班討論為師生互動(dòng)交流，隨機(jī)抽取1～2 個(gè)小組，講解對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，其余小組可以進(jìn)行提問或者補(bǔ)充發(fā)言，最后教師進(jìn)行總結(jié)。以“周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開”章節(jié)為例，首先，學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)有了初步認(rèn)識(shí)，在線上（課堂）講授階段，通過PPT 展示傅里葉級(jí)數(shù)變換過程，并通過板書帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)傅里葉級(jí)數(shù)變換過程進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算的掌握程度。通過特定的周期函數(shù)傅里葉三角函數(shù)展開的動(dòng)畫視頻，展示隨著諧波頻率的增加，周期函數(shù)擬合效果的變化情況，以加深學(xué)生對(duì)傅里葉級(jí)數(shù)三角函數(shù)展開的物理意義的理解。其次，進(jìn)行課堂分組討論，通過小組討論，讓小組學(xué)生之間分享對(duì)傅里葉級(jí)數(shù)三角函數(shù)展開的理解，以及信號(hào)分析的意義。最后，進(jìn)行全班討論，選定小組發(fā)言，其余小組補(bǔ)充和討論。最后，教師對(duì)學(xué)生的發(fā)言進(jìn)行補(bǔ)充，并做總結(jié)。

3.3 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

通過對(duì)校內(nèi)實(shí)踐資源和校企合作平臺(tái)資源的利用，充分發(fā)揮虛擬仿真平臺(tái)、系統(tǒng)綜合試驗(yàn)平臺(tái)以及企業(yè)工程資源和人才資源的優(yōu)勢(shì)，加深學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)的理解，掌握理論知識(shí)在工程實(shí)踐中的具體應(yīng)用過程，強(qiáng)化學(xué)生的工程思維，保證專業(yè)教學(xué)目標(biāo)和人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

1）校內(nèi)實(shí)踐資源。課程實(shí)踐環(huán)節(jié)是對(duì)課堂理論學(xué)習(xí)非常必要的補(bǔ)充，有利于學(xué)生加深對(duì)抽象化理論知識(shí)的理解，進(jìn)一步提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，本課程與工程實(shí)踐緊密相連，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。因此，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可充分利用學(xué)?，F(xiàn)有資源，如虛擬仿真平臺(tái)（LabVIEW）以及測(cè)試系統(tǒng)綜合試驗(yàn)平臺(tái)等。例如，在測(cè)試系統(tǒng)案例分析章節(jié)，利用LabVIEW 平臺(tái)搭建溫度測(cè)量虛擬系統(tǒng)，讓學(xué)生直觀感受測(cè)試系統(tǒng)工作過程，然后在測(cè)試系統(tǒng)綜合試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)物系統(tǒng)的搭建，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

2）校企合作平臺(tái)資源。為了充分利用校企合作平臺(tái)資源，在課程正常教學(xué)期間，理論教學(xué)與企業(yè)平臺(tái)實(shí)訓(xùn)穿插進(jìn)行，對(duì)于企業(yè)平臺(tái)資源的利用，可以通過車間工作視頻、企業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任兼職導(dǎo)師等方式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，注意加強(qiáng)對(duì)任課教師實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和能力的培養(yǎng)，趁寒暑假期間，組織任課教師赴企業(yè)參加培訓(xùn)等，提高任課教師的綜合素質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過分析“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)和課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出了現(xiàn)階段教學(xué)存在的問題，即“教學(xué)內(nèi)容多且課時(shí)不足”“教學(xué)模式過于單一”“實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少”。針對(duì)“教學(xué)內(nèi)容多且課時(shí)不足”的問題，提出了“雙線”結(jié)合以及多元融合的教學(xué)方法，充分利用中國(guó)大學(xué)MOOC 教學(xué)平臺(tái)的“線上”教學(xué)資源，讓學(xué)生自主預(yù)習(xí)，提高“線下”教學(xué)的效果，在有限的課時(shí)內(nèi)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。針對(duì)“教學(xué)模式過于單一”的問題，提出多元融合的教學(xué)模式，采用板書和多媒體課件對(duì)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)進(jìn)行梳理，采用動(dòng)畫或視頻，對(duì)復(fù)雜數(shù)學(xué)模型變換的過程進(jìn)行展示，加深學(xué)生的理解，采用對(duì)分課堂教學(xué)方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。針對(duì)“實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少”的問題，充分利用學(xué)校虛擬仿真平臺(tái)資源和校企合作基地的實(shí)際工程和人才資源，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和工程思維的培養(yǎng)程度，同時(shí)提高任課教師工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和素養(yǎng)。通過上述方法，可有效解決現(xiàn)階段“測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)中存在的一些不足，進(jìn)而為將來的課程改革提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。