以学生为中心的机械测试技术课程教学方法探索与研究

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　　摘  要：针对机械测试技术课程在教学中存在学生学习积极性不高、所学知识不扎实、知识难以应用等问题，运用以学生为中心、教师为主导的教学模式，调动学生学习积极性。充分利用测试技术产品资源和所从事科研项目资源，有机融入到教学中，使教学接地气、紧密联系实际，使理论、产品、应用融会贯通。建设网络教学平台，开展混合式课程教学，提高学生的学习效果和知识应用能力。
　　关键词：测试技术  以学生为中心  科研项目融合教学  混合式教学  教学改革
　　中图分类号：G642   文献标识码：A            文章编号：1672-3791（2019）05（c）-0094-03
　　机械工程测试技术课程是机械、机械电子、过程装备等专业的专业基础课。课程分为信号描述及分析、测试系统特性、传感器原理、信号调理及显示记录等四大板块，涉及数学、物理、材料力学、电子技术、计算机原理等知识。测试技术是信息技术的重要组成部分，对于培养学生信息化应用能力具有重要作用。
　　一直以来该课程教学基本上以教师为中心，达不到工程教育专业认证“以学生为中心，以学生学习成果为目标”的要求。互动教学形式单一，缺乏调动学生学习主动性的方法、手段，学生参与教学的热情低。学生缺乏学习动力，自主学习能力差，较多学生平时应付学习，考试前突击复习，只注重考试分数，忽视怎样才能学到有用知识和培养多方面能力。因此，如何激发学生学习热情和调动学习主动性值得研究。
　　1  以学生为中心，激发学习热情
　　改变以教师为中心的教学方式，运用以学生为中心，以学习效果为导向的教学理念，一切教学活动均围绕学生开展，为学生提供良好的学习情境和展示自己的平台。课堂教学其重要作用是其他教学形式无法代替的，课堂教学中教师扮演着多重角色，既是学习引导者，又是学习管理者。要善于调动学生的学习积极性，点燃他们的学习热情。每节课为学生提供丰富多彩、生动活泼、与实际应用联系密切的学习内容，使学生认识到所学知识与实际的紧密联系。要想使课堂教学效果达到预期，这需要每节课都认真考虑和落实实施。
　　通过多种形式的教学手段和方式进行，努力为学生提供丰富多彩和生动活泼的教学内容，按照条理清晰、重点突出和联系实际应用的要求组织课堂教学。设计课堂教学情境，根据每一章的具体内容，设计相应的活动场景，包括引出什么问题、列举身边什么熟悉的事物、播放相应的视频或录音、讲授相应要点及思路、提问及分组讨论什么问题、各组反馈、教师点评、梳理思路等。营造一个宽松的学习氛围，提倡批判性思维。
　　为了提高学习效果，要发挥好课前、课中、课后3个环节作用。课前安排预习材料，预习材料包括：讲授内容、应用情况、重难点、导学图，对应网络教学平台学习资源，学生问题标注或提出。课中一部分时间根据此次课内容及特点，突出要点和重点，精讲，讲授时采用案例式、问题导向式等教学方式，结合小组讨论;另一部分时间采用互动式教学方法，由学生个人或学习小组提问，教师答疑解惑，归纳总结。在课堂教学过程中，教师随时抛出某个问题，让学生讨论回答。学生在听课中随时提出问题，教师答疑。课后布置作业，安排与此次课相关的学习资料。为了调动学生学习积极性，提高学生创新精神、分析解决问题能力和应用知识能力，需要将测试技术产品资源和科研项目融合到教学中。
　　2  产品资源及科研项目融入教学
　　测试技术课程应用性强，与实际联系密切，在机械、机电、装备等工程中具有广泛的应用。常用传感器是课程中重要的一章，教材中主要讲原理、结构、特点，而实际产品性能指标介绍极少，学生学习后停留在书本上。另外，缺乏具体的测试技术实例，学生所学知识不接地气，知识不能相互联系，难以转化为应用能力。学生难以将测试技术理论、产品性能到工程应用形成一套系統清晰的知识链，因此，所学知识孤岛化、碎片化，缺乏分析和解决实际问题的能力。为此，将产品信息及科研项目融入教学中，提高学生的学习效果和应用能力。
　　2.1 测试技术产品融入教学
　　传感器在测试技术中占据重要地位，电子技术迅猛发展和市场的巨大需求，推动传感器产品的快速壮大。20多年的教学和科研工作经历使用过许多传感器产品，积累了丰富的传感器资料，包括：各种位移、速度、加速度传感器，压力、力、扭矩、液位、转速、转角等传感器，加之各种传感器产品网站信息量很大，这些为学生学习提供了很好的条件。为了解决学生学习效果停留理论上、停留在考试分数上的问题，必须将理论与测试技术产品对接。将产品融入到电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式、光电式等传感器教学内容中，通过电子文档、产品网站等形式讲解。传感器产品资源为学生打开了一个学习传感器的知识宝库，打开了通往实际应用的大门，使学生眼界大开，理解深刻。例如，在讲授电涡流传感器时，引入电涡流传感器产品资料，阅读产品网站资料，引导学生分析和理解电涡流传感器量程与探头直径关系、静态特性、频率响应、具体安装注意问题等，同时，为扩展学生的视野，引导学生认识和学习一体化电涡流传感器产品资料，学生能够深入领会电涡流传感器知识，将传感器原理与实际传感器联系起来，领会传感器技术指标及应用情况，激发学习兴趣，提高学习效果。
　　2.2 科研项目融入教学
　　案例教学法能为学生提供真实的测试场景和系统性知识。长期的科研工作，积累了丰富的实际现场测试素材，将这些科研项目融入到相应的教学章节中。例如，将薄板连铸机结晶器振动台振动曲线测试及分析项目融入教学，收到良好的教学效果。
　　依据为工厂提供的结晶器振动测试分析报告，为什么要测试、测试方案如何考虑、怎样测、测试结果解读等。从结晶器振动台介绍，连铸过程对结晶器振动台要求，存在什么问题，采用哪些测试方法和原理测试，传感器选择，测试系统组成，传感器及仪器的性能指标解释说明，显示记录仪器如何构成，测试中出现过什么情况，是什么原因造成的。解释结晶器不同振动频率下振动曲线差异的原因，讲解该信号进行时域和频域分析的目的，最终得出测试结论等。通过曲线时域频域分析，可以评价结晶器振动台工作状况，各测点振动偏差多少，再联系振动台驱动液压缸及连杆机构，说明振动台振动偏差产生的原因及解决措施。这样完整的测试技术实例，实实在在来源于实际生产，学生带着兴趣学习，从实例教学中系统地掌握测试技术知识，包括差动变压器式电感传感器原理、静态特性、动态特性、信号调理器、时域分析、FFT分析、相关分析等各部分内容，具有系统性、完整性、直观性。 　　在组织实例教学中，充分运用多媒体教学手段，展示现场测试的照片、现场测试过程视频、产品说明书、传感器特性曲线、测试曲线、测试报告等资料，使学生全方位、多角度感知实际测试工作，从而领会课程知识体系和知识要点，达到融会贯通的效果。
　　为了提高学生的工程实践能力，将该实例进一步拓展，提出问题：实例中振动位移测试还可采用哪些类型传感器测试？解释原理，说明优缺点。分组进行讨论，通过课程学习及查阅资料，达到掌握所学知识、提高工程实践能力的目的。
　　在讲授应变测量、振动测量原理时，结合科研活动列举了许多具体的现场测试实例。在讲授压电式加速度传感器时，以大型风力发电机主传动系统振动测试科研项目为例，讲解测试的目的意义，风力发电机机械系统结构，振动特点，传感器安装、测试系统组成、传感器绝缘不好带来的问题、信号传输等，通过大量的现场照片、科研过程资料，使学生系统全面地理解压电式传感器原理特点及应用。
　　科研项目融入教学，调动了学生的学习热情，扩大了学生们的知识面，增大课堂的信息量。使学生感到学有所用、理论联系实际，有利于学生完整、准确、系统地理解课程内容。使学生能够将零散的知识，集中在一个实例中感悟、感知、領会、掌握。
　　3  开展混合式教学，提高学生效果
　　网络教学平台为延伸课程学习提供了很好的条件，是课堂的延伸。课堂教学主要是引导好学生的学习，开展好互动教学，组织学生进行讨论，激发学生学习兴趣，调动学生学习主动性，课堂上没必要什么都讲，应该精讲、重点讲，有些内容学生可以通过课后在网络教学平台学习。建设好课程教学平台，为学生提供丰富多彩的学习资源，开展线上互动教学。
　　混合式教学模式是对网络教学和传统课堂教学两种教学方式的混合，发挥各自的优势，为学生提供灵活的学习时间和方式，从而达到更好的教学效果。教师为主导，以学生为中心，采用混合式教学模式，需要把课堂教学和课外教学规划好。课内学习要充分发挥课堂教学的优势，组织好课堂，设计好讲授环节、讨论内容和自学部分。课外学习具有很大的灵活性和自主性，要最大限度为学生提供生动形象、紧密联系实际、联系工程应用的学习资源，引导学生掌握本课程知识体系、各部分知识间的相互联系，引导学生学习课本以外先进测试技术。按照课程大纲，将每一节内容分为讲授、讨论和自学，教师引导好学生的学习。讲授部分留出学生思考或讨论的时间，以教学大纲指导学生的自学，使其清楚哪些需要了解、哪些是要掌握的。教师尽最大的努力去提高学生自主学习的效果，使学生带着好奇心、带着兴趣主动去学习。
　　利用网络教学平台建设课程资源，丰富学生的学习，延伸学习时间和空间，如：习题与答案库、常见问题解答、测试中出现问题分析、测试实例视频录像、传感器或测试系统产品网站链接、实际工程测试分析报告、工厂振动测试记录信号、振动测试分析软件（学生可下载，从时域频域方面分析实际测试信号）、虚拟信号分析软件、交流讨论等内容。
　　建立学习反馈机制，包括：疑难问题、教师讲课方式、讲授内容、讲课条理性、互动情况、讨论、课外学习资源、讲课态度、课堂组织、课后辅导、作业批改等各方面进行反馈，教师及时回复学生关注的问题，并改进教学中存在的问题。
　　教师依据学生在上课和网络教学平台的参与情况及作业完成质量，全面考核学生的平时成绩。平时成绩占课堂成绩40%，其中网络教学平台学习占平时成绩65%（课程论坛20%+学习笔记10%+在线时长10%+教学材料20%+在线测试5%）。加大平时成绩所占比例，鼓励学生加强课后学习。
　　4  结语
　　测试技术课程运用以学生为中心、以提高学习效果为导向教学理念，采用产品信息及科研项目融入教学方法，开展混合式教学，调动了学生学习的积极性，扩展了学生的视野，教学内容紧密联系实际、紧密联系应用，使学生能够深入地理解和掌握所学知识，使测试技术课程与产品、应用互相贯通，全面提高学生应用知识的能力和分析解决问题的能力。
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