基于测试技术的三阶梯式实验方案探究

2021-05-26单光坤

化工时刊 2021年12期

张静单光坤

(沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳 110870)

“测试技术”是一门理论抽象、实践性很强的学科基础课程,课程从系统的观点出发，讲述工程中基本的测试理论、测试技术、试验方法和数据分析方法[1，2]。本课程涉及机械工程、控制工程、信息技术、工程数学等多学科的知识，具有学科交叉的特点，是一门综合性和应用性很强的课程。现行的测试技术教学过程中学生普遍反映学习难度大，应用相关技术解决实际问题能力不足。并且，随着工业技术的发展，新的测试方法不断涌现，实验课程设置没有及时调整更新，导致课堂实验内容和工程实际脱节。因此，在教学大纲重新撰写之际，提出三阶梯式测试技术实验方案，让学生更加深入全面地掌握信号测试方法与分析方法，提升机械制造相关专业毕业生创新能力与工程实践水平，为装备制造产业升级提供助力。

1 测试技术实验教学的现状

测试技术课程现行的教学计划一般按照信号及其描述、测试装置的基本特性、常用传感器、信号调理与记录、信号处理初步、位移测量、振动测试和应力应变测量等展开[3]。学生在学习时需要把多门课程的相关知识综合理解才能掌握测试技术课程的某一个章节。以应力应变测量为例，涉及材料力学、理论力学、电工电子技术等课程的知识点。如果学生对以往知识掌握不牢、理解不深，在本课程学习中就很难跟上课程进度，学习态度不积极，很容易变成被动听课的填鸭式教育。现阶段的实验设置项目陈旧，实验操作流程较为固定，按章操作，无法起到调动学生学习兴趣、引发主动思考的作用。

随着信息技术飞速发展，测试技术手段迭代迅速，而本科教学内容多年来改变不多，无法满足培养多元化复合型和创新型工程技术人才的需求，推行测试技术实验改革迫在眉睫。

2 教学模式与改革措施

针对测试技术课程的教学目前存在的问题，提出几点教学改革的措施。首先，明确实验在课程中的重要意义和作用，除课内实验外，单独设置基于测试技术的创新综合实验课程和拓展课程，丰富实验内容，内容设置尽可能深入浅出，引导学生参与，培养学习的自主性，提高学习兴趣；第二，在教学中充分发挥混合式教学优点，拓展实验的知识边界，结合时下流行的技术手段，让学生对生产实际中测试技术的应用有更深刻的印象；第三，注重学科融合，把各个学科的知识有机整合，突出沈阳工业大学机械工程学院办学特色，将工程实际与科研课题中使用的测试方法及过程以虚拟实验或视频素材的形式展示给学生。让学生将晦涩难学的理论与工程实际建立起感性联系，降低理解难度，树立学好测试技术课程的自信心。

2.1 丰富实验内容，提高学习兴趣

测试技术实验一般为课内实验，现行的教学计划课时为8学时，包含：应变片的使用和静态应变测试、位移信号测试、动态应变测试、转速信号测试，共4个实验项目。实验项目设置近十年来几乎没有大的调整，设置内容传统陈旧，不能结合实下流行的测试技术手段。三阶梯式的实验方案，计划对课内传统的实验设置进行压缩，通过理论课提前引入、实验课前使用线上平台设备进行视频培训等预习手段，提高学生实验课堂的实验效率，对课上讲解和数据记录时长进行适当压缩，将课内实验改为4学时，设置静动态应变测试和位移转速信号测试两个项目，创新综合实验增设4个虚拟仿真实验项目，共8学时。此外线上虚拟仿真实验平台提供一定数量的拓展实验，供学有余力的同学根据个人兴趣选做。测试技术的三阶梯式实验方案包括课内实验、创新综合实验项目和拓展实验项目，除课内和创新综合实验项目为必修项目，拓展项目为任选项目。项目内容比之前大为丰富，与现代测试方法手段联系紧密的课程设置让学生大大提升了学习兴趣。

2.2 线上线下相结合的教学模式

针对机械工程测试技术课程涉及多学科、理论知识多而杂，晦涩不易理解的特点，应用线上线下相结合的模式开展实验教学，让学生更好更快的理解测试技术课程知识点。

实验课前在线上发布教学目标、教学方案、公式推导和经典案例视频等信息，辅助网上答疑，让学生带着好奇和期待来到实验课堂，充分调动学习积极性；课内实验中充分发挥线下授课优势，让学生对传感器和测试技术有直观的感受，在实操中提升动手能力和团队协作能力；创新综合实验以虚拟实验的形式借助线上平台展开，虚拟实验不再受限于硬件条件，大大拓展了实验范围，可以根据教学目标和工业生产实际进行调整，柔性高；自选实验部分基于工程实际和科研研究中常用的传感器设置了相关实验，在学生学有余力的情况下做进一步的拓展学习。线上实验虽然内容丰富，每个学生都可以单独的完成实验，但学生由于不够熟悉实验平台操作技巧，在操作中往往会遇到问题，实验无法继续开展。针对这一问题，课程组老师们制定网络答疑值班计划，为学生提供总时长不少于12课时的线上答疑讨论。

应用线上线下相结合的实验教学模式，既解决了无法人手一台设备的硬件局限，又避免了虚拟实验缺乏实物感知的问题。课前上传资料到线上平台、教学中加入虚拟实验，能够让学生将抽象的理论公式变成直观的图像和数据处理结果，提升教学的趣味性[4，5]。

2.3 注重学科融合，突出办学特色

鉴于课程具有学科融合的特点，在教学过程中注重学科融合特点，在课前将课程需要涉及的相关学科公式、定义、术语等知识点的资料在线上平台发布，帮助学生梳理相关知识，降低课上讲解的理解难度。突出服务地方经济发展、产学研一体化的办学特色，课程讲解和实验项目结合教师科研课题和工程项目，提炼出既符合当下技术测试领域潮流发展，学生又能较为容易理解接受的课程内容。为进一步提升教学效果，对课程组成员组成进行优化调整，聘任在测试领域相关领域有较为深入理论研究和工程实践经验的教师承担本门课程的授课任务，让学生的课堂学习不脱离工程实际。课后的线上虚拟拓展实验源于实际问题的简化，注重学科融合的同时进一步突出办学特色。

3 测试技术实验教学设计

3.1 实验内容

测试技术实验教学共分三个部分：课内实验、创新综合实验、自选实验。实验内容包含了常见的工程信号测量方法、常用的传感器特性实验以及应用不同传感器对多种物理量进行测量的实验。实验内容丰富、由浅入深循序渐进，让学生对测试技术有了更为全面的了解，具体实验项目设置如表1所示。

表1 实验项目设置

3.2 拓展实验传感器类别

伴随工业自动化水平的不断提升，传感器的种类越来越多，在课程学习中应尽可能多的接触各类传感器，形成感性认识，为今后从事相关方面的工作与研究奠定基础。课内实验从前更多的是以传感器结构讲解和实验数据记录为主要内容，在位移和转速测试部分仅使用电涡流传感器和磁电传感器两种，改革后应用多种传感器搭建位移和转速测量系统，如表2所示。

表2 位移转速测试实验改革原有传感器种类与增设种类对照表

3.3 实验环节中的课程思政

课程思政作为本科教学的重要环节，是立德树人的关键举措，然而在工科专业课程特别是实验环节中推行难度较大[6]。究其原因，主要是对“课程思政”内涵的理解流于形式、对“课程思政”元素的挖掘浮于表面、以及对实验课的重视度不足等。本文仅以测试技术课程实验环节为例，阐述课程思政的内涵理解和元素挖掘。

“课程思政”的理念已经提出近五年的时间，还是有许多高校教师将其和“思政课程”相混淆，认为专业课程中无法开展“课程思政”。其实，“课程思政”是在教学中把马克思主义观点方法与教学过程相结合，重点在提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题能力。注重工程伦理教育，培养学生认真钻研精益求精的态度，激发科技兴邦的爱国情怀和使命担当[7]。

测试技术实验环节从始至终贯穿着“课程思政”的思想。课前预习环节，通过线上平台将形式多样的资料发给学生，其中包括与实验内容相关的国家科技攻关新闻资讯，激发学生爱国情怀，让学生对实验课程内容感兴趣，进而主动思考，善于发现问题、提出问题和解决问题。安全教育环节，要求学生遵守实验室操作规程，按照设备使用要求开展实验，爱护仪器设备，培养学生安全意识和责任意识。实验过程中，提醒同学准确记录数据，本着实事求是的态度，遇到问题解决问题，杜绝数据造假，杜绝报告抄袭等学术不端行为。在创新实验和拓展实验环节，借助虚拟仿真实验平台，线上辅导时注重引导学生独立思考，鼓励学生勇于克服困难，乐于接受挑战。线上实验减少了实验耗材，体现了环保思想。2021版教学大纲修订的过程中，注意体现课程思政，从多层次、多角度深入挖掘思政元素，与课程进行有机融合。