《机械工程测试技术》研究型教学模式改革探讨
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（c）-0095-02
《机械工程测试技术基础》是机械工程专业的一门核心专业基础课，在机械工程专业的本科教学中发挥着重要的作用。通过该课程的学习学生应该了解和掌握机械工程测试技术的理论和方法，建立起关于测试技术的完整的知识体系，获得独立开展科学研究所必备的测试技术的基础理论、实验方法以及数据分析等方面的训练。本课程内容抽象、知识点多，需要与工程实践紧密结合，教学难度较大。因此，通过教学改革，探索本门课程教学模式和教学方法，对于提高课程教学效果、培养学生的综合素质具有十分重要的意义。
1 传统课程教学存在的问题
综合分析笔者与同行有关本门课程的教学情况，《机械工程测试技术基础》课程教学存在的主要问题有以下几方面。
1.1 教学模式单一
目前受教学条件、教学周期和教学规模的限制，本门课的教学普遍采用教师课堂集中灌输式讲授的方法。该方法有利于教师在规定时间内完成数学基础、测量装置、信号处理等大量内容的教学。虽然教师结合工程实例以改善教学效果，但学生仍多为被动接受，课堂中学生与教师的互动有限，导致学生对所学知识的作用感到茫然，学以致用的感受匮乏，不利于学生综合能力的培养。
1.2 教学内容陈旧
《机械工程测试技术基础》课程中主要内容包括信号描述、装置特性、常用传感器、信号处理、典型工程物理量测量方法、计算机测量系统、虚拟仪器等。上述内容是机械测试技术的基础内容，在历年的课程教学中发挥了重要作用。然而，随着先进制造技术飞速发展，机械工程领域中的几何量、物理量测试技术已向测量范围极大/极小化、测量频响高频化、测量环境复杂化的方向发展，原有的电阻式、电容式、电感式传感器原理及其信号处理方法，已无法充分满足实际工程问题的技术需求，教学内容难以与时俱进，亦影响了学生的学习积极性。
1.3 实践性环节偏少
受教学资源限制，虽然本门课配有实验课内容，但相对讲授内容的知识量，依然偏少。学生普遍反映测试技术应用及发展部分内容空洞，过于抽象，传感器部分缺少实物对象，导致学生对课程的学习兴趣不高，积极性锐减，严重影响教学效果，学生的工程实践能力难以锻炼，课程结束后学生仅能记住个别知识点，综合解决工程测量问题的能力严重匮乏。
上述问题已成为影响《机械工程测试技术基础》课程的教学效果主要因素。因此，研究机械工程测试技术基础的教学模式和方法改革措施已势在必行。
2 研究型教学改革
2.1 研究型教学模式
《机械工程测试技术基础》是机械制造及其自动化专业中一门应用性较强的专业基础课。因此，课程的教学必须与工程实际相结合，才能焕发出活力。而研究型教学模式可搭建起基础知识讲授与工程实践能力培养的桥梁。研究型教学是与创新性教育相适应、以“学生为中心”的教学模式，是教师以课程内容和学生的学识积累为基础，引导学生创造性地运用知识和能力，自主发现问题、研究问题和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维的新型教学模式。研究型教学模式要求教师的科研要与本科教学互相渗透，形成一个互动的统一过程，以真正有效地为社会培养出拥有系统的知识结构、具有研究意识和研究能力的本科人才。因此，将主讲教师科研工作中的思维方式、研究方法、工作习惯、以及相关技术的最新进展等，与课堂教学有机结合，必将提高学生的学习积极性。
2.2 科研导向型教学方法
在研究型教学方法实施过程中，教师和学生都应当是一个探索者、发现者和学习者。教师的主要职责是帮助学生学会学习，让学生在课程学习中变成发现、理解、评价和应用知识的主动参与者。通过研究型教学，一方面要培养学生批判性和创造性思维能力；另一方面要培养学生提出问题、分析问题、解决问题和评价问题的实际操作能力。根据多年的教学实践情况，我们在研究型教学方法方面进行了相应的探讨。
2.2.1 课前5分钟“测量技术最新进展简介”
在近些年的课程讲授过程中，我们已将现代测量技术的最新研究进展引入课堂教学环节。不仅扩展介绍了几何量的视觉、激光、超声、iGPS等非接触测量技术进展，还将力学量的压磁、压电、应变等测量方法的最新动态，都引入简介内容。鉴于本门课程知识点较多，不宜过多占用基本知识的讲授时间，特选择在每次课的前5分钟，进行相关进展的介绍。例如，简介中提及了美国波士顿动力公司研制出的战斗机械狗“Bigdog”（如图1所示），重点介绍了其涉及的双目视觉定位与空间尺寸测量技术、机器狗行走中本体与四肢的多维动态力测量技术等，学生上课兴趣大增，听课积极性极高，取得了明显的教学效果。
2.2.2 工程测量问题导引的知识点讲授
课堂教学中知识点讲授仍是教学过程中的主要组成部分。如何将空洞、抽象的知识内容通过讲授有效地授业于学生是一直值得探讨的问题。现代大学生对新鲜事物较为敏感、学习目的性强，对于耳闻目染的科技新闻具有较强的兴趣和接受能力。因此，我们在讲授相关知识点时，首先从工程测量问题出发，阐述具体的测量环境、技术指标，让学生思考如何解决此问题，然后再引出所要讲授的具体知识点，最后说明该知识点在解决此问题时的重要作用。例如，在讲授压电传感器时，首先给出轨姿控火箭脉冲推力测量的工程问题（如图2所示），说明该推力测量范围约5000 N，精度要求0.1%，在真空环境下测量出火箭在0.5 s内点火过程中的推力；引导学生分析该测量问题，特别指出0.5 s的测量时间对传感器的频响要求，提出如何选择测量该推力的传感器；最终引出讲授压电式传感器的优点、基本原理和实际构成。学生对这种讲课方法很感兴趣，课后很长时间依然记得所讲的工程实例，进而对压电传感器的基本内容牢牢掌握。 2.2.3 基于兴趣小组学习的创新小课题教学方式
为锻炼学生的知识应用能力，除了上述方法外，我们探讨了基于兴趣小组学习的创新小课题教学方式，即引导对本课程感兴趣的学生，3～5人自由组成兴趣小组（全凭自愿），教师根据实际工程测量项目，简化分解出一系列小课题，供兴趣小组的学生选择。这类小课题具有明显的工程实际背景，且课题任务本身具有一定的难度和挑战性，学生必须经历课后相关文献查阅、小组方案讨论、撰写课题方案报告等研究阶段，通过成员间的紧密合作才可完成课题任务。例如，设计一种单向力传感器，要求测量范围为100～10000 N，其中100～1000 N范围内精度为0.1%；1000～10000 N范围内精度为0.2%；敏感元件不限，频响500 Hz。这类小课题要求学生紧密结合测试技术理论知识，且需充分运用之前所学的力学、材料等相关领域的基础知识，才能解决源于具体的实际工程项目的技术问题。因此，这种教学方式吸引了一批对科研工作具有浓厚兴趣的学生，使其真正做到学以致用、实践能力和创新能力都获得明显提高。
3 结语
《机械工程测试技术基础》研究型教学模式的探讨取得了较好地教学效果，也使我们更加深刻地认识到，只有与时俱进地进行教学改革，才能提高教学质量，培养出具有研究意识和研究能力的本科人才。在教学改革过程中还需结合实际情况，探讨研究型教学模式下的考核方法和考核标准，扩充实验课内容，完善研究型教学方法，进一步提高《机械工程测试技术基础》的教学水平。
