研究生課程工程測(cè)試及信息處理的改革實(shí)踐

趙燕　戴蓉　劉傳波　陳禎

摘要 研究生教育課程設(shè)置改革的實(shí)質(zhì)就是要探索在課程學(xué)習(xí)的過程中，培養(yǎng)學(xué)生在解決工程實(shí)際問題過程中對(duì)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行整合集成創(chuàng)新、形成解決方案的能力，從而使得課程的學(xué)習(xí)達(dá)到牽引學(xué)生進(jìn)入到科研實(shí)踐的引橋的目的，問題意識(shí)的啟蒙便成為科研思維的“能量倉”，為他們今后從事科研工作積累加速前行的“能量”。

關(guān)鍵詞 工程測(cè)試 研究生課程 改革實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.08.026

Graduate Course Engineering Test and Information

Processing Reform Practice

ZHAO Yan， DAI Rong， LIU Chuanbo， CHEN Zhen

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430070）

Abstract The essence of graduate education curriculum reform is to explore ?how to cultivate students' ability of innovation，the formation of integrated solutions in solving practical engineering problems in the process in the course of the process of learning， so that learning is to become an ?approach of drawing students into scientific research and practice， and the enlightenment of problem consciousness has become the"energy storage"of ?scientific thinking for their future research work.

Key words engineering test; graduate courses; reform practice

工程測(cè)試與信號(hào)處理課程是我院機(jī)械工程和儀器科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)碩士專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課與學(xué)位課，主要講授測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成和測(cè)試信號(hào)處理相關(guān)知識(shí)，以及典型工程量感測(cè)方法及系統(tǒng)等內(nèi)容。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握進(jìn)行工程測(cè)試所需要的傳感檢測(cè)技術(shù)、測(cè)量信號(hào)處理技術(shù)、工程測(cè)量系統(tǒng)及應(yīng)用等方面的知識(shí)和方法，培養(yǎng)學(xué)生正確設(shè)計(jì)、合理配置測(cè)試系統(tǒng)、提供測(cè)控系統(tǒng)解決方案的能力。該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力等方面有著重要作用。

課程學(xué)習(xí)是研究生學(xué)習(xí)過程中的的重要組成部分，是引導(dǎo)學(xué)生邁入專業(yè)領(lǐng)域、培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)能力的引橋。為達(dá)到課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)，幾年來，針對(duì)工程測(cè)試及信息處理課程在教學(xué)中存在的只重視理論和知識(shí)的講授，而輕視工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，將知識(shí)的傳授置于教學(xué)的中心位置的現(xiàn)象，我們開展了本課程的教學(xué)方法改革和課程建設(shè)。

1 課程的發(fā)展與現(xiàn)狀

武漢理工大學(xué)是全國較早在研究生中開設(shè)“工程測(cè)試與信號(hào)處理”課程的院校之一。在1998年率先在機(jī)械工程碩士專業(yè)中開設(shè)了“測(cè)試與信息處理”課程。2002年，課程由機(jī)械專業(yè)的一般專業(yè)課升級(jí)為專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程和學(xué)位課。同時(shí)，為了強(qiáng)化碩士研究生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，“測(cè)試與信息處理”課程更名為“工程測(cè)試與信號(hào)處理”。

長期以來，我們的教材所沿襲的，基本上是應(yīng)試教育思想，“以講授知識(shí)為主”的教育觀念根深蒂固。①教材則注重基礎(chǔ)理論、公式推導(dǎo)、內(nèi)容系統(tǒng)性，對(duì)科研和工程項(xiàng)目案例反映少，即使有一些例子，也只是將完整的項(xiàng)目拋去，只取項(xiàng)目中的相關(guān)部分的內(nèi)容，如：信號(hào)處理方法部分，會(huì)舉出相關(guān)分析的例子、頻率分析的例子等，但缺乏整個(gè)項(xiàng)目的全貌。在這種教學(xué)模式之下，學(xué)生對(duì)所講授的內(nèi)容常常產(chǎn)生困惑感—— “我學(xué)的知識(shí)有用嗎？能夠用在什么地方呢？怎么用呢？”長此以往的結(jié)果是使學(xué)生逐步失去了學(xué)習(xí)的動(dòng)力和好奇心，只關(guān)心考試的結(jié)果。

如何引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)對(duì)工程應(yīng)用和科學(xué)研究的重要性，通過將針對(duì)性強(qiáng)、直觀性強(qiáng)的典型工程應(yīng)用和科學(xué)研究案例引入教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和好奇心，使他們逐步了解和體會(huì)基礎(chǔ)理論知識(shí)在科學(xué)研究和工程實(shí)踐中的不可分割的作用，建立面向工程觀的教育理念，這是本課程改革要達(dá)到主要目的。

2 課程改革的實(shí)踐

對(duì)研究生而言，了解工程實(shí)踐活動(dòng)中對(duì)解決問題時(shí)知識(shí)的集成與應(yīng)用創(chuàng)新的過程比僅僅“知道”知識(shí)更重要。②科學(xué)研究和工程實(shí)踐活動(dòng)為學(xué)生提供了一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的“訓(xùn)練場(chǎng)”，而課程的學(xué)習(xí)則成為學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)踐活動(dòng)的引橋，“問題”意識(shí)的啟蒙就成為科研思維的“儲(chǔ)能倉”。所以，研究生課程改革的實(shí)質(zhì)就是要探索能否在課程的教學(xué)過程中，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生在科研及工程實(shí)踐活動(dòng)中獨(dú)立思考與探索的精神、以及知識(shí)挖掘、集成、應(yīng)用與創(chuàng)新能力的養(yǎng)成。

為了將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，增強(qiáng)研究生整體素質(zhì)和工程綜合實(shí)踐能力，依靠學(xué)校的重視和大力資金投入，我們依托國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心——機(jī)電工程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，建成了“傳感器及工程應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)室”、“振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)”、“快速可重組傳感器測(cè)試虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”等多個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。利用這些教學(xué)資源，采取實(shí)虛結(jié)合的手段可以為學(xué)生提供約30多個(gè)工程實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)來代替因?qū)W生理論基礎(chǔ)不足和缺乏工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而造成的難懂、抽象和枯燥的習(xí)題，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與感，取得了很好的教學(xué)效果。

通過建設(shè)上述立體化不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、將涵蓋本課程重要知識(shí)點(diǎn)的典型科研項(xiàng)目提煉后引入到教材和課堂中，改變學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)為主動(dòng)了解如何將專業(yè)知識(shí)在解決工程實(shí)際問題中進(jìn)行整合集成創(chuàng)新、形成解決方案的過程，從而使得課程的學(xué)習(xí)達(dá)到牽引學(xué)生進(jìn)入到科研實(shí)踐的引橋的目的，為他們今后從事科研工作積累加速前行的“能量”。

我們還將據(jù)教師在車輛性能測(cè)試技術(shù)、機(jī)械故障診斷、傳感器設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研究理論和成果，提煉為課程的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)內(nèi)容，逐步完善以工程測(cè)試典型項(xiàng)目為主線的教學(xué)內(nèi)容。例如，我們選取了典型的串起測(cè)控技術(shù)各重要的理論和基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的“列車縱向沖動(dòng)的檢測(cè)”作為振動(dòng)測(cè)試實(shí)例，教材中將此內(nèi)容單獨(dú)成章，改變以往將多個(gè)涉及局部知識(shí)的案例“灑”在各章的內(nèi)容中的做法。主要教學(xué)內(nèi)容包括：列車縱向沖動(dòng)既有評(píng)價(jià)指標(biāo)與測(cè)量方法分析（1學(xué)時(shí)）、縱向沖動(dòng)關(guān)鍵影響因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析（2學(xué)時(shí)）、智能檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建（3學(xué)時(shí)）、振動(dòng)信號(hào)的采集與分析（2學(xué)時(shí)）。通過這個(gè)關(guān)于列車縱向沖動(dòng)的測(cè)試實(shí)例，講述工程測(cè)量與數(shù)據(jù)處理的全過程，包括問題的分析、測(cè)量對(duì)象已有理論分析的研究、測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建、測(cè)量結(jié)果的處理以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)律性分析。

教學(xué)基本要求是是學(xué)生掌握測(cè)量與數(shù)據(jù)分析的過程及振動(dòng)測(cè)量的方法。掌握對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的分析與設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納及相關(guān)規(guī)律的挖掘。

通過案例教學(xué)，將工程測(cè)試技術(shù)的理論用科研項(xiàng)目的研發(fā)過程串起來，學(xué)生“看”到了從何處入手來構(gòu)建一個(gè)面向?qū)ο螅ㄟ@里是列車縱向沖動(dòng)）的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)中軟硬件的相關(guān)知識(shí)、測(cè)試結(jié)果的分析方法如相關(guān)分析法、能量分析法、頻率分析法等是如何用于列車縱向沖動(dòng)測(cè)試中的？ 懂得了理論知識(shí)是有用武之地的，不是空洞的。

3 教材的改革

目前我國研究生課程設(shè)置的目標(biāo)還處于“知識(shí)本位”的狀態(tài)，這也導(dǎo)致大多數(shù)研究生教材的內(nèi)容只注重基礎(chǔ)理論知識(shí)的介紹而缺乏以實(shí)際“問題”為導(dǎo)向引發(fā)的理論和應(yīng)用過程的交融、提煉和探討，結(jié)果是教材內(nèi)容趨于“本科化”，失去了激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的思考、辯駁、整合、集成的作用。

所以，在教材的改革上，我們嘗試將科研案例轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)內(nèi)容，如將列車縱向沖動(dòng)的檢測(cè)作為振動(dòng)測(cè)試實(shí)例一章的內(nèi)容，并依據(jù)列車縱向沖動(dòng)的檢測(cè)項(xiàng)目科研工作的實(shí)施規(guī)律展開內(nèi)容的講述，例如，對(duì)振動(dòng)測(cè)試實(shí)例的內(nèi)容編寫中，首先告訴學(xué)生對(duì)列車縱向沖動(dòng)的檢測(cè)這樣的一個(gè)實(shí)際問題，先得分析該問題的相關(guān)背景，前人對(duì)該問題的研究及評(píng)價(jià)方法，再通過自己研究關(guān)鍵影響因素（以確定主要測(cè)量參數(shù)）、搭建測(cè)試的軟/硬件系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后是對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)而找出有關(guān)的規(guī)律。這樣，在課程內(nèi)容上，就將如何“解決問題”（科研工作的目的）作為本課程教材的主線條。這就使得《工程測(cè)試與信息處理》教材側(cè)重于提高學(xué)生研究工作的能力。

教材共分兩部分：工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)和工程測(cè)試技術(shù)應(yīng)用。第一部分講解工程測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)理論，內(nèi)容共分6章。第1～6章介紹測(cè)量與試驗(yàn)的概念及相互關(guān)系，測(cè)試方法的分類與非電量測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成，測(cè)量與標(biāo)定的關(guān)系，測(cè)試的輸入與輸出結(jié)果的表達(dá)，測(cè)試系統(tǒng)基本硬件構(gòu)成，測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)及測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試的性能，測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)特性的技術(shù)指標(biāo)、不失真測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成的條件，數(shù)字信號(hào)處理及小波分析。第7章為振動(dòng)測(cè)試—系統(tǒng)構(gòu)建及信號(hào)處理方法，第8章為溫度測(cè)試—系統(tǒng)構(gòu)建及信號(hào)處理方法，這兩章屬于科研項(xiàng)目的提煉，目的是用案例串聯(lián)前幾章的基礎(chǔ)理論知識(shí)，讓學(xué)生清楚地學(xué)習(xí)到從何處入手來構(gòu)建一個(gè)面向?qū)ο螅ㄈ缌熊嚳v向沖動(dòng)振動(dòng)或溫度）測(cè)試系統(tǒng)、構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)中軟硬件（如傳感器、信號(hào)變換器、顯示裝置等）的相關(guān)知識(shí)、測(cè)試結(jié)果的分析方法（如相關(guān)分析法、能量分析法、頻率分析法等）是如何用于列車縱向沖動(dòng)（或溫度）測(cè)試結(jié)果的分析中的？改變了以往理論知識(shí)脫離實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)象，有利于拓展學(xué)生的工程測(cè)試技術(shù)應(yīng)用能力。

回顧課程的發(fā)展和成長，是一個(gè)不斷“與時(shí)俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新”的過程。展望未來，有信心迎接新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，努力做好研究生的教學(xué)工作，為我國研究生教育的發(fā)展作貢獻(xiàn)。

注釋

① 王一博.以科研能力為導(dǎo)向：研究生教育課程改革的理性選擇.學(xué)位與研究生教育，2012（10）.

② 伯頓·克拉克.探究的場(chǎng)所——現(xiàn)代大學(xué)的科研和研究生教育[M].王承緒，譯.杭州：浙江教育出版社，2001.