基于理论与工程实践相结合的测试技术教学模式研究

吴静静，尤丽华

（江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122）

为实现高等教育培养具有创新和实践能力的高级专门人才的目标，学者们对其进行了深入的研究并提出了相关教学思想。近年来，由美国著名心理学家杜威创立的“问题教学法”演变而来的“研究性教学模式”成为国内外的教育人士推崇的教学方法［1］。研究性教学模式旨在通过项目研究过程培养学生的知识运用能力，强调学生参与研究工作，培养学生的科研能力。此外，2010年提出的“卓越工程师教育培养计划”（即卓越计划）旨在培养一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才［2］。研究性教学模式和卓越计划从某种程度上引导教学模式向“重项目实践”的方向发展。然而在教学实践的过程中，也出现了部分理解有偏差的情况，例如，过于强调“以项目案例为主线”，导致学生轻视理论学习，甚至“知难而退”，对于大学生的发散思维和抽象逻辑思维能力的培养是不利的。

测试技术是面向机械工程及自动化专业的本科生开设的一门专业核心课程，课程涉及内容广，理论性和工程应用性均很强。本文在《测试技术》的教学过程中主张采用“理论教学”和“工程实践”相结合的教学模式，强调理论与实践并重，引导学生重视理论学习，培养学生理论学习的兴趣，确保学生在充分理解理论知识的同时进行项目实践，帮助学生建立扎实的知识结构，在工程实践中举一反三。

1 浅析研究型教学

研究性教学模式和卓越计划从本质上来说都是在实践“研究型教学”的教育思想。“研究型教学”强调以学生为中心，在研究学习的过程中，引导学生自主学习知识，掌握知识，创造性的应用知识，提高学习，创造和实践能力。理论知识具有抽象性和高度概括性，一旦学生真正理解就很容易在实践中对其泛化，即具备举一反三解决实际工程项目的能力。从某种意义上说，“研究型教学”是为了更好地让学生在工程实践中掌握抽象的概念和知识，培养学生的抽象思维能力，为真正培养学生创新应用和理论研究的能力打下基础。因此，“研究型教学”主旨应该是理论与实践相结合，两者相互促进，相辅相成。

2 理论与工程实践结合的教学模式

下面以《测试技术》课程的教学实践为例说明理论和工程实践结合的教学模式的具体措施。

2.1 重视理论教学，建立深厚的知识结构

教育心理学家加涅提出的学习的八个阶段的第一个阶段就是动机阶段，指教师关注诱因动机帮助学生形成积极的学习期望或动机以促进学生学习［3］。“好的开始是成功的一半”，因此在教学实践中帮助学生建立良好的学习动机至关重要。《测试技术》课程中信号处理与分析，测试系统动态特性，以及传感器原理等基础理论知识抽象，晦涩难懂，学生极易产生畏难情绪。鉴于此，在学生接触这些知识内容时，教师应能指出重点明确要求引导学生重视理论学习，还要使学生充分认识理论的工程应用背景，从而深化知识结构，提高理论学习的主动性。例如，在学习信号相关分析时应设计3个环节：（1）明确重点，要求学生重点掌握信号相关数学模型，相关函数的性质等理论知识；（2）明确所处知识结构的位置，与傅里叶变换处理确定性信号不同，信号相关分析技术是随机信号分析的有力工具；（3）体现工程应用，如信号相关在机械加工表面粗糙度的测量，地下输油管道破损处的探测等工程应用，但均依据相关函数的性质。通过这3个环节强调相关分析的重要性，从而引导学生产生积极的学习动机。

2.2 合理设计理论教学方法，增强学习信心

《测试技术》的理论知识点覆盖了较多的抽象的基本概念和数学函数，如信号分析和测试系统性能等章节中的傅里叶级数和系统频率响应函数等知识点。对于高度抽象的教学内容，引入物理模型和演绎推理示范教学均有助于学生对知识点的理解式学习和掌握。

（1）引入物理模型。教师在讲授时可以尽量引入知识点的物理模型，使问题形象化。例如图1给出了信号相关分析的物理模型示意图，分析了当输出信号混合了干扰信号时，如何在仅能观测输出信号的情况下检测出实际的输入信号，或者如何判断输入与输出的依赖关系。教师指出相关分析理论可以用来解决这两个问题，进而强调相关分析的实质是研究两个信号的相似性的一种理论。物理模型的引入能够帮助学生直观了解理论的实质，具备一定的先备知识，避免理解困难产生畏惧或放弃的心理。

图1 相关分析的物理模型示意图

（2）理论演绎的示范教学。教学过程中，对于一些数学函数和结论，教师往往因为课时少而略去讲授。然而，在理论教学中，对于难点内容，教师如能灵活运用教学方法，设计理论推导的示范教学环节，并在演绎推导过程中设置一定的问题引导学生思考和解答，能够很好地培养学生的观察能力和逻辑思维能力，增强学生的学习信心。例如，在相关分析的教学过程中，笔者设计了图2并示范了相关函数的详细推导过程，指出相关函数是时移变量τ的函数，使学生更容易理解相关函数的内涵和性质。

图2 相关函数原理示意图

2.3 充分开展案例教学和实验教学，深化理解，举一反三

理论学习能够使学生感知和理解知识，而只有更加深刻的理解，才能对知识进行有效记忆，转移和应用。为了培养学生深刻性思维和创造性，案例教学和实验教学是重要的教学措施。案例教学法能够将抽象的理论变为直观的具体载体的实现。从中学生可以认识到理论在实际应用中的各种变式，有利于学生主动总结规律和对比更好地掌握理论知识。如，在相关分析的学习中，可以引入钢带运动速度的非接触测量（图3）和汽车振源分析（图4）两个案例。由案例1，学生可以直观总结相关分析应用的关键在于构建相关函数曲线，而相关函数形成的必要条件包含了延时器和相关器。由相关函数的性质可以得出相关曲线的峰值点对应的时移量即为钢带上通过已知距离的两点的运动时间，从而实现非接触测量。与此类似，案例2是相关函数性质应用的另一个实例。案例的对比教学能够使学生深化理解，培养举一反三的创造性应用知识的能力。

图3 相关分析案例1

图4 相关分析案例2

此外，综合性实验的实施与实验指导能够培养学生动手操作的能力［4］，例如机床齿轮箱故障分析，旋转机械轴承故障分析等。实验内容的设置可以按照课程内容设置层次化的教学内容，帮助学生更好地理解基本概念［5］。

2.4 组织项目实践课题，自学和课堂学习相结合

课堂教学和实验教学的课时是有限的，创造应用能力的培养还需借助项目实践课题，充分调动学生的主观能动性，将学习延伸至课堂以外。教师可以设计一些难易适中的实践项目供学生分组练习，例如基于LabVIEW的信号发生器的编制，基于LabVIEW的傅里叶变换虚拟实验平台，测力传感器设计等课题。在项目课题进行的过程中，教师需要定期了解学生进展情况并及时反馈意见，促进学生在掌握理论知识的同时形成技能，提高学生独立学习和解决问题的能力。

3 结束语

针对研究型教学应用现状中出现的“重实践轻理论”，提出“理论教学和工程实践并重”的教学模式。该教学模式重视理论教学，通过引入物理模型，灵活运用教学法如对比法、提问法等示范抽象知识点的推理过程，帮助学生理解，提高学生的学习信心；同时，合理设计案例，实验和工程应用小课题引导学生在实践中进一步深化理解理论知识，促进学生创造性的应用知识。《测试技术》课程教学实践表明，基于理论和工程实践结合的教学模式能够较好地促进学生建立良好的理论知识结构，提高学习信心和兴趣，有助于培养学生良好的抽象思维能力和动手能力。

［1］ 叶明，陆永华.基于理论与项目实践相结合的测试技术研究性教学模式实践与思考［J］.教育教学论坛，2013（11）：218－219.

［2］ 陈翔，鞠小林.卓越计划驱动下的软件测试技术课程教学改革［J］.计算机教育，2013（13）：14－17.

［3］ 谭顶良.高等教育心理学［M］.南京：河海大学出版社，2006.

［4］ 文成，周传德.机械工程测试技术“案例和实验并举”教学模式探索［J］.中国现代教育装备，2009（1）：61－63.

［5］ 刘吉轩，张小栋，陈花玲.测试技术层次化实验教学改革与实践［J］.实验室研究与探索，2013，32（1）：125－128.