研究生“检测技术与信号处理”课程教学效果的提升策略

明廷锋+张永祥

摘    要：“检测技术与信号处理”是机械工程、材料科学与工程、轮机工程等专业硕士研究生的专业课程，涉及学生面较广。文章从“检测技术与信号处理”课程的性质与特点出发，从精选与整合课程内容、改进教学方法与策略、变革课程考核方式三个方面提出了提升该门课程教学效果的策略。

关键词：研究生;教学效果;检测技术与信号处理

中图分类号：G643          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2015）07-0007-02

一、课程性质与特点

（一）课程性质

“检测技术与信号处理”是海军工程大学2007年研究生培养方案制（修）订时，为适应海军建设发展和军事训练转变对高层次军事人才培养的需要，进一步优化人才培养顶层设计，提高学科建设水平和高层次人才培养质量，而在机械工程学科专业设立的一门硕士研究生学科专业课程，属于“测试技术”类课程。经过多年的课程建设，每期选修本门的研究生从2人已增加到了12人以上，并在大学2012年组织的新一轮研究生培养方案的制（修）订工作中，被纳入了材料科学与工程、轮机工程等学科专业的硕士研究生课程设置中[1]。可见，随着工程上各研究领域对测试（检测）工作需求的不断增加，本课程也越来越受到重视。本文结合课程教学组多年的教学实践，以提高课程教学效果为目的，从研究生课程教学的特点出发，探讨了本门课程教学改进方法。

（二）课程特点

“测试技术”属于信息科学范畴，涵盖信号获取技术（即传感器技术）、误差分析理论、测试计量技术、信号处理技术、抗干扰技术等，涉及物理、化学、机械和电子等学科知识的交叉融合，研究领域广泛，内容抽象，实践性强。对于高校的机械、仪器、测控、自动化、信息等专业，“测试技术”类课程为必开设课程，一般分本科和研究生两个教学阶段。本科阶段要求学生掌握“测试技术”相关的基本概念和基础知识，能应用所学进行简单的工程实践;研究生阶段则更加注重培养自主学习能力、问题分析能力和科研创新能力。因而，二者的培养目标和教学方式有所不同。

通过对选修本门课的历届研究生学习基础的分析比较，发现在本科阶段已修过“测试技术”相似课程的学生数量占一半左右，学时数一般较少（30学时左右）。本科为“机械设计及自动化”等专业的研究生一般都具备相关学习基础，但由于随后缺少实践运用，使得知识遗忘较严重。对于其他专业，例如“轮机工程”、“材料工程”等，部分高校则未开设“测试技术”相似的课程。由此可见，本课程既要考虑授课内容的基础性，又要涉及其先进性，还要兼顾专业性和面向应用对象的特点。

二、教学效果提升策略

（一）精选整合课程内容

“检测技术与信号处理”课程的内容丰富，如何适应当前研究生培养目标，教学内容的精选非常关键。通过与相关专业教师和选课研究生交流，综合各相关专业的需求、积累的教学经验，以及教学效果总结，课程教学组成员认为课程的主要内容应包含以下几方面。

一是测试基础知识。该部分内容是课程开篇的必备基础知识，包括测试的基本概念、不确定度分析、测试系统特性分析等。重点应掌握后两部分知识点。

二是数字信号处理。主要介绍信号的定义和分类、信号采集与数据预处理、信号的时域分析法、谱分析技术、现代信号分析方法等。重点讲授信号分析处理相关知识。

三是传感器技术。从工作原理和结构上分别介绍压电式、电磁式、光电式、热电式、半导体等各类传感器。重点阐述传感器的性能特点和应用。

四是信号调理。从特性分析和应用特点两方面，深入阐述传感器信号输出后的信号隔离、放大、滤波、调制解调和信号转换（电流/电压和电压/频率）方面的内容。

五是测试技术应用。结合测试系统构成和信号处理技术，讨论对海军舰船主要机电装备进行状态检测的实施办法。通过案例分析，使学生在掌握本门课程基本知识的基础上，学会分析和完成一般的测试任务。

上述课程教学内容确定后，在暂无自编教材的基础上，教科书可优选内容相近的优秀（重点）公开教材，组织编写教学参考资料，并制订中外参考资料目录。同时，教学方法的改进方面也需要针对研究生的教学特点开展实施。

（二）改进教学方法与策略

研究生与本科生不同，总体上思维活跃，已具备了一些相关的基础知识，并具备较强的求知欲、接受能力和自学能力。根据研究生培养目标和学习特点，以及研究生课程特点和课程内容，在教学中可采用讲授、讲座、研讨、自学等几种方式，其授课过程应更倾向于“导”，即引导和指导，而非本科阶段的“讲授”。

“检测技术与信号处理”课程内容理论性较强，实践性要求突出，综合考虑研究生的“学缘”情况，课程教学组采用的教学方法是以研究生为主体，专题研讨为牵引，课堂教学与实验教学相结合。课程讲授、实验教学和专题研讨学时比例为2：2：1。设计教学方法时，需注意如下方面。

1.精选内容，侧重前沿知识

讲授课程时，应当避免“满堂灌”和追求内容“全面”。鉴于部分研究生已有相关知识，可减少基本概念和基础知识的授课学时，如测量的基础概念、信号的定义和分类、常用传感器的工作原理等。注意教学内容的发展，课程讲授应与时俱进，重点在于新兴的和实用的测试技术上，如测量不确定度、新型传感器、现代信号处理等。教师可结合课题组研究成果，引入最新文献，根据研究生专业的不同，补充授课内容，保持内容的前沿性，使研究生学到有益的知识，并了解课程相关知识发展的前沿问题。

2.培养阅读能力，组织专题研讨

突出学生为主体的自主学习。授课教师推荐相关参考文献，并强调研究生不仅应完成课前教科书内容的泛读，还要根据自己的学科专业的某一方向或将从事的课题研究，从传感、测试以及信号处理等方面查阅资料和深入阅读，分析总结，制作课件，然后在课堂上进行宣讲交流，并接受质询和点评。

第一，教师提前布置研讨主题的范围，指导研究生进行研讨资料准备。期间不做任何学术方面的限定或评价，以免影响学生的选题和后续准备。

第二，研究生在课堂上宣讲自己的专题。通过宣讲交流，研究生的自学能力、学术水平、课件制作、表达能力、仪态形象、现场驾驭能力等将得到一定程度的锻炼。专题汇报内容要求全面、规范，时间控制在15—20分钟。

第三，针对研究生专题汇报内容，课程参与者（教师、学生等）均可向汇报人提问，尤其是研究生，每人必须提出至少一个观点或质疑。从而激发双方主动思考、辨析和讨论，使台下研究生不是课堂上“被动的听众”，而是专题研讨的参与者和研究者。

第四，教师负责做好阶段性的专题研讨简短总结，对于讨论中有关学术问题的争论，一般不做“对”还是“错”的定论评价，避免在潜意识下影响研究生自由活跃的学术交流氛围。

专题研讨结束后，要求每一位研究生根据汇报过程中的研讨意见，将本人的汇报内容整理后上交。装订成册，作为资料保存，亦可作为课程考核的一部分。此外，可以根据课程的整体安排情况，选择舰船设备液位检测、舰船机械测试、非平稳信号处理等若干个基础、重点和难点问题进行专题讲座，使研究生对测试技术在海军舰船装备的应用情况、进展以及有待解决的前沿课题有一定的了解。由2—3名教师主讲，结合自己的科研成果，通过若干个专题讲座来达到教学目的。

3.强调主动实验，重视研究过程

“检测技术与信号处理”课程内容属于跨学科交叉融合，理论知识抽象，不易理解，必须辅以实验教学。大部分高校开设的实验以验证性项目为主，不能锻炼和提高学生解决实际问题的能力。本课程依托轮机工程实验室现有的试验台架和实验条件，例如柴油机性能实验平台、旋转机械故障模拟平台、齿轮—滚动轴承实验平台、3560C型B & K振动噪声测试仪等。实验项目设定以自主创新的综合性实验为主，传统验证性实验为辅;强调培养研究生的主动参与、动手实践和综合创新解决问题的能力。研究生作为主体要参与实验的各环节（实验项目设计、检测方法制定、疑难问题分析和事后讨论总结等）;教师则作为辅助技术人员，为学生指引正确的研究实施方向，提供技术支持和解惑答疑，帮助学生树立面对工程测试问题时的信心。另外，教师还应特别重视培养研究生在实验研究过程中的严谨细致的作风和团队协作的意识。

（三）变革课程考核方式

课程考核方面是以专题研讨报告、实验项目报告以及期末开卷考试三部分的综合成绩作为最后考核成绩，各部分分值所占比例为：专题研讨报告占40%;实验项目报告占30%;期末考试成绩占30%。研究生如果能够撰写出与“测试技术”相关的独创性学术论文，亦可作为考核加分的参考。

“检测技术与信号处理”课程的教学方法通过几年的不断改进，取得了一定的效果。研究生主要来自于机械工程、材料科学与工程和轮机工程三个专业，虽然彼此专业知识背景不同，但是本课程通过强调以研究生为主体的教学模式，增强了不同学科之间的交流，取长补短。研究生普遍反映通过该课程的学习，拓展了知识视野，学习积极性、自学能力、思维能力、写作能力、研究与创新能力、学术交流能力等多方面能力都得到了培养和增强。

课程教学的改革是一项长期的需要不断坚持的工作，授课教师应该密切关注学术动态，了解学术前沿，不断更新教学内容和改进教学方法，才能激发研究生的学习主动性，传授给学生该领域的技术能力，获得更好的教学效果，从而为部队培养高层次的创新性和实用性人才。

参考文献：

[1]海军工程大学学术学位硕士研究生培养方案[Z].武汉：

海军工程大学，2012，12.