方从富，李远

（华侨大学 机电及自动化学院，福建 厦门）

一 引言

“新工科”是为应对国际竞争新形势和满足国家战略新需求而提出的新型工程教育模式，其核心是科学、人文、工程的交叉融合，培养新时代发展需求的“新工科”创新人才[1]。战略性、创新性、系统性和开放性是“新工科”的基本特征，建设任务的重点是教、学、实践和创新[2]。课程作为“新工科”人才培养的核心要素，它是影响学生发展最直接的中介和变量，课程教学质量将直接影响人才培养的质量。随着“新工科”教育改革的不断推进，需要进一步深化课程教学改革，以应对“新工科”人才的培养需求。

机械工程是以自然科学和技术科学为理论基础，研究和解决与机械和动力生产有关的应用学科。随着我国工业自动化、信息化和智能化发展水平的逐渐提高，需要运用测试技术来完成大量的信息检测、信息提取和信息控制任务，既服务于国家战略需求，又服务于百姓智慧生活。机械工程测试技术正是这门以机械工程需求为背景、以测试技术为手段、以获取有用信息为根本任务的专业基础课程，其特点一是多学科交叉融合性，涉及电子、信息、计算机、机械、物理、数学等多学科；二是厚基础理论性，涉及信号和测试系统等基础理论知识；三是较强实践创新性，涉及传感器、典型机械量测量和虚拟仪器等工程应用。理论和实践是学生学习专业知识的重要基础，也是能力和素质培养的重要环节。随着机械行业的快速发展，尤其是信息技术、通信技术、网络技术、计算机技术等的高速发展，测试技术的新知识、新内容和新方法也在不断涌现，测试技术课程在机械制造业信息化和人才培养中起着越来越重要的作用。为适应“新工科”发展背景和需求，培养符合机械工程行业需求的高素质工程人才，需要立足于教、学、实践和创新改革重点，亟待深化改革机械工程测试技术课程教学[3]。在原有的课程内容、实验环节、教学方法和考核方式等基础上，增添重构教学内容，合理设计实验环节，优化改进教学方法，完善课程考核体系，从而提升课程教学质量和教学效果，进而实现知识能力素质一体化培养。

二 课程构成与教学中面临的问题

以往机械工程测试技术课程构成主要包括理论和实验两大部分内容，其中理论部分包括绪论、信号基础、测试系统基本特性、传感器测量原理、信号调理技术、信号处理技术、信号记录与处理、位移测量、力测量、温度测量、振动测量共十一个部分内容；实验部分包括现代测试系统、LabVIEW编程和虚拟实验三个部分内容。教学所用教材为熊诗波主编的《机械工程测试技术基础》，该教材由绪论、信号及其描述、测试装置的基本特性、常用传感器与敏感元件、信号的调理与记录、信号处理初步、测量仪器与数字接口、智能仪器与虚拟仪器、位移测量、振动测量、声学测量、应变/力/扭矩测量、流体参数测量共十三个章节。根据课程教学内容和所用教材，在教学过程中面临以下问题。

（一） 课程内容庞杂难学，教材内容相对滞后

教学中，发现学生学习起来困难，探求其原因主要包括两点：其一是课程理论较为厚重，理论与实验联系不紧密。在信号分析基础和测试系统特性教学中，由于理论知识涉及公式推演，知识抽象不直观，学生学习较为吃力，知识掌握不够熟练[4]。在传感器测量原理、信号调理技术等后续章节学习中，课程知识点分散冗杂，且涉及基本理论知识的灵活运用，学生对知识驾驭度不够，难以从信号主线的角度融合运用理论知识和实验知识。其二是教材内容滞后，且各章节联系不够紧密，内容更加分散杂乱，学生自主学习效果不理想。究其原因是庞杂难学的课程内容往往让学生难以清楚认知课程教学主线，造成学生学习知识的割裂感和难度，进而影响学生对知识的掌握度和驾驭度。

（二） 实验环节过于单一，创新训练相对缺乏

在以往的课程教学中，实验环节主要是以虚代实或以实代虚。特别是以虚代实的实验环节，主要通过虚拟仪器LabVIEW等软件进行编程仿真实验，由于多为验证性仿真实验，教学内容主要集中在对编程操作步骤的讲解，仿真内容也是根据设计好的实验方案进行讲解，学生机械化完成虚拟仿真实验，这虽然有助于课程知识的理解，但是缺乏实践创新的培养[5]。不论是以虚代实还是以实代虚的实验环节，都会让学生割裂虚拟仪器仿真与实际操作间的联系，学生往往知其然而不知其所以然，难以有效培养学生的主动思考能力和创新训练能力，实验环节训练效果往往不甚理想。

（三） 教学方法形式传统，思维训练引导不够

以往的机械工程测试技术课程还是以教师为中心进行课程教学，教学形式主要以板书、PPT和传感器实物等对教材进行讲解教学。课堂教学由教师对全体学生进行理论讲解，这虽然能有效把握教学进度和控制课堂节奏，但易产生“填鸭式”教学，缺乏引导学生进行思维能力锻炼。虽然教师也在课堂以提问和探讨等方式与学生进行交流，但是学生往往难以跟上教师节奏，这不但造成不少学生对不理解的知识缺乏提问的意识和勇气，也造成被提问的学生难以有效回答问题。长此以往，整个教学过程中学生的知识吸取和思维训练将无法得到有效的保障，学生学习兴趣逐渐缺失，也易形成课堂低头族、手机族等不良学风。

（四） 课程思政重视不够，素质培养相对缺失

在落实立德树人教育中，培养什么人、怎么培养人、为谁培养人是人才培养的关键核心，明确指出价值观塑造是第一要务[6]。然而，在以往的机械工程测试技术课程教学中，虽然教师在测试技术概述部分进行了测试技术地位与重要作用介绍，并用案例图片等进行展示教学，但缺乏让学生参与其中的代入感和责任感，且在后续课程教学中主要讲授课程知识本身和实践能力培养，很少涉及价值观方面的引导和培养。虽然课程教学中也会涉及部分思政教育，但是课程思政主线不明，对学生价值观的塑造效果不理想。

（五） 课程考核体系僵化，综合能力难以体现

根据新时代高等教育的要求，课程考核应该以知识、能力、素质作为衡量学生学习成绩的唯一标准。在以往的课程考核中，学生成绩以期末考试成绩为主，约占总成绩的70%，而平时成绩是以课程作业和课程实验为主，约占总成绩的30%。在平时成绩考核中，课程作业存在参考抄袭，课程实验只求完成，学生心中只考虑保证平时的基本成绩，根本不考虑知识掌握度和实验创新。在期末考试前，学生往往会死记硬背课程知识和典型例题，只求在期末考试中取得好成绩，至于课程知识是否真正掌握，往往不予关注。在期末考试季，学生在教室进行通宵达旦的复习场景屡见不鲜。这种僵化的考核体系扼杀了学生综合能力的培养，也对平时认真学习思考和创新的学生不公平，他们最终的课程成绩很可能比不上死记硬背的学生。为了体现学生的综合能力，建立多元化和全程化考核方式是十分必要的[7]。

三 课程教学改革思路

针对机械工程测试技术课程构成特点和教学中存在的问题，立足教学、实践、创新的改革重点，从课程内容、实验教学、教学方法、考核形式等角度对该课程进行教学改革。

（一） 重构课程内容，融入课程思政

面对庞杂难学的教材内容，结合传感器测试技术的进步与发展，从信号主线出发，立足信息获取的课程任务和立德树人的教学任务，将教学内容和思政内容融为一体，最终课程内容重塑为六个章节模块，分别为测试技术概述、测试信号基础、信号测试系统与传感器、信号调理与处理技术、典型机械量测量和虚拟仪器与应用。总学时36，其中理论30学时，实验6学时。课程内容与教学设计安排如表1。

表1 课程教学内容与教学设计安排

在结构上，课程六个章节模块内容整体上呈现总分总结构，其中第一章测试技术概述为总，重点介绍工程测试目的、需求、应用和发展，并通过引入日常民生、国家需求和科技前沿等案例素材，如抗疫巡逻机器人温度测量、智能手机传感检测、陆海空对地立体探测技术、可穿戴汗液检测技术等，让学生建立课程的测试观，激发学生的学习兴趣和动力，树立学生的家国情怀和责任担当；第二章测试信号基础、第三章信号测试系统与传感器和第四章信号调理与处理技术为分，以理论教学为主，主要讲授信号基础、测试系统特性、传感器原理和信号调理与处理等理论知识，并穿插具体应用场景，让理论学习与实践应用紧密联系起来，如信号时频域分析的波形识别、主轴转速测量、机床振动监测，测试系统分析的麦克风尖锐声、桥梁固有频率测量、测力仪零漂，信号调制处理的电视图像扭曲、手机通话声音不稳定、信号远距离/无线传输等等，让学生从信号的角度出发，掌握信号特征、测试系统特性、传感器原理和信号调理处理等理论知识，树立信号思考意识，培养工程意识、系统思维和钻研精神；第五章典型机械量测量和第六章虚拟仪器与应用为总，以实际运用和实验教学为主，主要教学振动、力、温度等典型机械量测量和虚拟仪器LabVIEW编程应用，实验环节采用虚实结合的方式进行，实操实验让学生测量实际信号，虚拟实验让学生编程分析信号，从而让学生从总体上完成整个测试过程，实现学中做和做中学，融会贯通课程庞杂知识体系，培养学生工程素养和实践创新能力。

（二） 改革实验教学，采用虚实相济

针对以往的单一实验教学或虚拟仿真教学，课程实验采用虚实结合的方式进行实验环节改革。在第五章教学后期中，设计4课时的实验教学内容，以典型数控车削加工为对象，以加工过程典型力、温度、振动等机械量进行测试实验，考查学生对测试环境、测试需求、传感器、测试系统等分析选择，采集正确的测试信号；在学习第六章内容后，利用2课时进行LabVIEW图形化编程，完成测试信号分析，并给出合理的测试结论。虚实结合实践环节能够将信号测试过程和信号分析过程进行有机联系，让学生能够从完成整体测试的角度体验测试过程，这对课程知识的理解运用具有重要现实意义。由于课程实验是从课题研究转化而来，学生能够真实感受科学研究带来的新鲜感，激发科研创新兴趣[8]。此外，通过严谨的实验操作训练和细致的数据分析，还可以培养学生踏实钻研的工匠精神和小组团队的协作能力。

（三） 改革教学方法，采用多样教学

针对以往以板书、PPT、实物展示等教学方法带来的不足，结合学生实际学习情况，从教学形式和教学方法上进行多样化改革。在教学形式上，主要采用课堂理论教学、实验操作教学、小组报告、师生互动、生生互动和生生协作等形式，打破沉默课堂，激发学生兴趣，将知识输入转变为知识输出，突出思维锻炼、能力培养和价值观塑造。

在课程教学过程中，根据每个章节模块的教学任务设置不同的测试需求场景案例，采用问题引导、讨论互动、报告交流等方式进行课程教学。在第一章节模块中，在解释测试技术相关概念后，从百姓智慧生活到国家航空航天，利用空气质量检测、人体温度测量、智能电子产品、生产过程检测、航天军事监测、学生科创作品等具体案例的展示交流，让学生从具体测试需求场景中体会测试技术的重要性，激发学习激情，明确学习目标，树立家国情怀和责任担当。在第二到第四章节模块中，针对理论难以理解的问题，如信号调制与解调过程，一方面通过直观演示和问答交流，感受公式推导过程以及公式背后的物理意义和适用范围；另一方面通过动态应变测量、机车调度信号检测等工程问题的讨论、聚焦、抽象和提纯，感受实际问题背后隐含的公式原理，从而将理论公式与工程问题建立联系，让枯燥的知识显得有血有肉，在传授知识的同时，也培养学生工程意识和严谨治学态度。在第五和第六章节模块中，主要教学测试技术的应用，如典型机械量测量和实验训练。针对典型机械量测量，因机械量众多，不同场景测试同种机械量的方式也不尽相同，如温度测量场景就有切削温度、磨削温度、人体温度、大气温度，等等，课堂上无法逐一讲解。故，在教学中，通常选取两到三个典型机械量，进行需求分析、传感器选择、测试系统搭建和测试实施等内容，引导学生如何针对具体场景进行思考分析，并开展测试工作。然后，对学生进行4～6人分组，每组根据选题进行准备和汇报，其他组的同学负责提问，教师最后点评并记录学生参与情况。这种教学形式可以很好地提高学生学习积极性、探索性和创新性，学习氛围浓烈。在实验训练部分，根据前面的分组，采用虚实相济的形式进行车削过程测力测温综合实验，学生间能够良好协作互动，动手能力和信号分析能力得到有效锻炼，增强了学生对课程知识的理解和运用，也培养了学生的工程素养。

（四） 改革考核标准，建立多元体系

针对以往期末考试为主、作业实验考核为辅的考核形式，课程考核成绩采用期末考试和过程考核并重的原则，进一步加大过程考核比例，将期末考试成绩占比降为60%，过程考核成绩占比提升至40%。在期末考试环节，设置选择题、填空题、简答题、分析题和综述题五类题型，其中选择题、填空题、简答题以理论知识掌握为主，分析题和综述题以知识应用为主，并且考题选择紧密联系社会实际，融入思政教育元素，如农业扶贫的温室测试、新能源汽车的诊断测试、工程桥梁涡振、军用步话机原理等等。在过程考核环节，将课堂出勤作为常规项，实行扣分不加分原则。过程考核主要涉及四个部分：其一是课程作业，以作业提交情况和完成度作为依据，占过程考核10%；其二是课堂表现，以课堂参与提问、互动、交流情况作为依据，占过程考核20%；其三是小组报告，以小组分工和小组报告质量作为依据，占过程考核20%；其四是综合实验，以实际实验操作和虚拟实验分析情况作为依据，占过程考核50%。通过课堂出勤、课程作业、课程表现、小组报告、综合实验和期末考试六个层面，建立一套多元化的课程考核体系，可以更为有效地体现学生的综合能力，更加契合知识、能力和素质的一体化培养目标。

四 课程教学改革成效

对机械工程测试技术课程进行课程内容、实践环节、教学方法和课程考核等方面进行深化改革，其主要目的是打破沉默课堂、转教为学、加强知识能力素质的培养。近年来，通过课程教学的持续深化改革，学生学习激情明显提高，针对不懂的知识和实际问题，不少学生通过微信、QQ以及面聊等各种方式进行询问交流。课程考核成绩较以前也有较大提升，尤其是在具体问题分析上，经常会有较为新颖的观点。由科研课题转化的虚实相济实验也大大激发学生的科研兴趣，参与本硕培养的学生比例增加，部分学生在大四就已正式进入课题组，进行科学研究。学生参与科创的激情也明显增加，在传感器创新创业大赛、大学生挑战杯、机械创新大赛、大学生工程训练大赛等赛事中成绩优异，先后获得国家级奖项13项，省级奖项26项。参赛作品不少都与测试技术相关，如基于机器视觉的激光熔覆再制造系统、新型测螨仪、X-bond多方位环形探测机器人、新能源汽车火灾安全状态早期探测预警系统、养殖场环境参数无线监控系统设计、自供电可换气带双摄像头电焊面罩等等，这反映了学生对工程需求的关注、测试知识的转化和科学创新的探索。此外，不少学生主动提出做与测试相关的毕业设计题目，发挥知识掌握优势。由此可见，立足教、学、实践、创新的课程教学改革重点，可以有效地提高课程教学质量和教学效果。

五 结语

在“新工科”教育背景下，高等教育中心从教师转为学生，打破沉默的课程教学和僵化的课程考核体系，突出学生知识、能力和素质的一体化培养，这既是当前国际竞争新形势和国家战略的新需求，也是发展新经济的新要求。本文从机械工程测试技术课程构成和教学中存在问题入手，从重塑课程内容、改革实验教学、改革教学方法、改革课程考核等几个层面进行课程教学改革。重塑的课程内容有利于学生把握课程知识脉络和塑造情感价值观，虚实相济的实验环节有利于促进学生知识理解和知识运用，多样化的教学方法有利于学生互动思考和实践创新，多元化的课程考核体系有利于反映学生综合能力。课程的教学改革契合知识能力素质的培养目标，可为新时代高等教育的课程教学改革提供一定的参考。