实践导向教学方法在研究生课程中的应用研究

摘要：针对机械工程方向全日制专业学位研究生应用能力培养，探讨以实践为导向的创新教学方法，以“机械信号处理及其应用”课程为例，介绍了课程教学的设计和优化，提出了实现实践导向教学的“案例-理论-实践”模式的案例法和“理论-实验-实践”模式的实验法，通过教学实践取得良好效果，为专业学位研究生应用能力培养提供了一种有效方法。

关键词：实践导向；教学方法；专业学位；研究生课程

作者简介：李力（1964-），女，湖南汨罗人，三峡大学机械与材料学院，教授；曾德学（1988-），男，湖北十堰人，三峡大学机械与材料学院硕士研究生。（湖北 宜昌 443002）

基金项目：本文系教育部卓越工程师教育培养计划项目、2012年三峡大学研究生课程建设项目的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0079-02

为优化研究生教育类型和结构，适应国家经济社会发展对应用型、高层次专门人才的需要，自2009年起，教育部决定面向应届毕业生招收专业学位研究生，并实行全日制培养，2010年又提出未来五年将实现硕士研究生教育从以培养学术型人才为主向以培养应用型人才为主的战略性转变。这些决定表明：发展全日制专业学位研究生（以下简称“专业学位”）教育已成为我国研究生教育的一种必然趋势。[1，2]

相对处于同一层次的学术学位教育，专业学位教育是培养具有扎实理论基础，并适应特定行业或职业实际工作需要的应用型高层次专门人才，即培养学生具有特定的职业指向性。因此，专业学位教育要求更加注重工程实践能力的培养，在教学方法、教学内容、授予学位的标准和要求等方面均应该与现行学术学位研究生培养模式完全不同。[3，4]鉴于此，本文针对机械工程方向的专业学位研究生的应用能力培养问题，以“机械信号处理及其应用”课程为例，探讨一种以实践为导向的创新教学方法，通过采用案例和实验教学法，优化课程教学内容，改革教学方式，以期达到强化实践应用能力培养目标。

一、实践导向教学方法

“实践导向”一词源自德文handlungsorientierung，20世纪90年代初，在世界各国开始研究、讨论及实践。根据以理论为主线还是以实践为主线，可以把课程教学分为两种模式，即知识导向模式和实践导向模式。实践导向模式的教学可概括为：使学生同时用脑、心、手进行学习的一种教学法，它强调知识体系以“实践”，即以知识的应用为主线，这种教学法在高等教育中可理解为以职业活动或工程应用为导向，以能力为本位的教学法。在我国，实践导向教学较多地应用在高职教育领域，由于高职教育是培养是实用型、技能型、解决实际问题、符合社会需求的人才，因此，实践导向教学在高职教育人才培养中起到重要作用。[5，6]在研究生教育层面，由于专业学位教育的目标是培养具有扎实理论基础，适应特定行业或职业实际工作需要的应用型高层次专门人才，而实践导向教学方法正是强调知识的应用，因此，这种方法适用于专业学位研究生的课程教学。

实现以实践为导向的教学可通过多种形式，如案例式、项目式、启发式、实验式、研究式等，本文介绍其中的案例式和实验式。案例教学法是指利用真实的事件（案例）为基础进行课堂教学的过程，是利用案例作为教学媒介的一种教学方法。为实现实践导向教学法，将案例教学法设计为“案例—理论—实践”的模式，将案例作为课堂教学的出发点，实践作为落脚点，教学过程始终坚持通过探究案例去学习理论，通过学习理论获得实践能力。

实验教学法通常是指让学生自己动手去观察、验证某一现象。在研究生教育中，为实现实践导向教学法，将实验教学法设计为“理论—实验—实践”的模式，该模式使学生通过实验观察已知或未知现象验证和掌握理论知识，然后利用理论分析结果指导解决实际问题。

二、教学改革与应用

1.课程改革的背景

“机械信号处理及其应用”是机械工程方向专业学位研究生的一门专业基础课，内容包括机械信号的测量和预处理、时域和频域分析方法、时频域分析方法等，课程内容涉及比较深奥的信号处理理论以及应用理论解决问题的方法。由于选修该课程的研究生基本上都是本科应届毕业生，他们在本科阶段接受的主要是课堂和书本式教育，应用知识少，动手能力不足，因此，学习该课程应该注重解决两方面问题：一是如何将数学变换与其工程意义联系起来；二是如何将信号处理技术与工程实际应用结合起来。同时，为适应专业学位教育，还应对课程教学内容和方法上进行设计和优化。

根据专业学位教育培养工程实践能力的目标要求，对课程教学内容和过程改革方法是：第一，课程基本知识框架采用讲授形式，加强学生基础知识，初步建立信号处理方法及其工程意义；第二，采用实践导向教学法，培养学生自主学习能力、动手能力和思维能力，同时加强课堂教学效果；第三，通过工程应用讲授，培养学生将理论知识与实践知识融会贯通，达到工程能力培养的目标。在实施导向教学上，设计了“案例—理论—实践”的案例教学法和“理论—实验—实践”的实验教学法。

2.案例教学法的应用

“案例—理论—实践”模式的案例教学法，教师主要做好三个方面工作：一是针对理论知识选择合适的案例，吸引和激发学生兴趣；二是通过讲授理论理解案例内涵，引导学生思考；三是后续教学深化和丰富案例，指导学生应用。以“机械信号处理及其应用”课程中的傅里叶变换相关内容介绍案例法的教学过程。

傅里叶变换是信号处理中一种重要算法，它是信号处理的基础，也是学习拉普拉斯变换、Z变换等的基础，学生必须掌握。傅里叶变换是学生熟悉的一种变换，但实际上又是一种令人感到陌生的变换。傅里叶变换知识已在本科阶段不同课程中涉及，例如，“高等数学”在级数的章节中从数学的角度讨论过傅里叶级数；“积分变换”也从数学角度介绍过连续傅里叶变换和拉普拉斯变换；“机械工程控制基础”从工程角度介绍傅里叶变换（频率响应函数）和拉普拉斯变换（传递函数）。然而，由于这些前续课程对傅里叶变换知识介绍相对独立和分散，学生的记忆只是一些数学公式，没有建立起几种变换之间关系以及它们的工程意义，因此，在“机械信号处理及其应用”课程中再次提出傅里叶变换，学生自然想着傅里叶变换是一堆数学变换公式，为难情绪油然而生。在这种情况下，如何将傅里叶变换引入到信号处理中来，确实需要一定的有效方法。

采用案例法讲解傅里叶变换，首先设计的案例是让学生采集熟悉的一段信号（如自己说话或唱歌的声音信号），观察信号的时域波形和频谱。利用案例讲授信号波形幅值变化和频谱频率特征，吸引学生学习兴趣。然后指导学生观察不同信号的波形和频谱变化情况，强调信号时域和频域是反映其不同侧面，特别对复杂信号只利用一种形式不能完整描述特征，如同人正面侧面照相一样，引导学生思考。最后讲解理论，强调傅里叶变换是信号时域描述和频域描述的转换工具，如同一个点的直角坐标与极坐标转换采用一组数学公式一样，傅里叶变换就是时域与频域转换的一组数学公式。这个案例使学生很快理解了傅里叶变换在信号处理中的物理意义，从而避免了陷入傅里叶变换公式的困惑之中。学生掌握了傅里叶变换理论知识后，将来在分析机械信号频谱查找产生特征频率对应零部件的工程应用中，进一步获得应用知识和实践能力，这就是一个“案例—理论—实践”的教学过程。

3.实验教学法的应用

“理论—实验—实践”模式的实验教学法，教师主要做好两个方面工作：一是针对理论设计合适的实验，学生用来验证和理解知识；二是设计项目，引导学生动手实践，将理论与实践结合。通过课程中的“频谱”相关内容介绍实验教学法的教学应用。

频谱是信号描述的一种频域分析方法，理论基础是傅里叶变换，通过傅里叶变换可将一个以时间为自变量的时域信号变换成以频率为自变量的频域信号，即频谱。为观察频谱，基于Matlab软件设计一个编程实验，让学生动手编程产生信号，显示波形和观察频谱，验证知识，理解频谱内涵。为培养学生应用频谱分析的能力，在编程实验基础上设计了基于声音信号、齿轮箱信号等实际信号的实践项目。项目要求学生编制方案采集信号，对信号进行适当地预处理后利用前续Matlab编程实验对信号进行频谱分析，提取信号的频率特征，获得一些有益结果，完成后将分析结果在讨论课上做PPT演示汇报。通过这些实验和项目的教学设计，学生学到了知识，锻炼了能力，与此同时，课程讲授变得生动有趣。这就是一个“理论—实验—实践”模式的教学过程。

从上述两个实例可知，实践导向教学法可以提高学生的学习兴趣，培养学生的应用能力，同时，使课堂讲授变得生动活泼。

三、结论

全日制专业学位研究生是适应当前国家经济社会发展、培养应用型高层次专门人才的一种研究生教育模式，它与学术学位研究生教育属同一层次。由于两者培养目标完全不同，如何借鉴学术学位教育办好专业学位教育值得深入研究和实践。为此，本文针对机械工程方向的专业学位研究生教育，探讨课程教学改革方法，提出以实践为导向的“案例-理论-实践”模式的案例教学法和“理论—实验—实践”模式的实验教学法，并以“机械信号处理及其应用”课程为例进行了教学应用与实践，取得了良好效果，对专业学位研究生应用能力培养起着积极作用。

参考文献：

[1]高文波.全日制硕士专业学位研究生教育探析[J].中国电力教育，2010，（36）：59-61.

[2]李姚矿.娄敏，全日制专业学位研究生培养模式探讨[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2012，26（1）：128-133.

[3]张吉雄.全日制硕士专业学位研究生培养模式探究——以矿业工程为例[J].黑龙江高教研究，2011，（11）：119-121.

[4]何岭松.两年制硕士研究生课程教学改革探索—— “工程数字信号处理算法与实践”课程改革实践[J].学位与研究生教育，2008，（7）：61-65.

[5]唐自政.从“知识导向”到“实践导向”——应用型本科高校法学教育人才培养模式改革初探[J].皖西学院学报，2011，27（1）：67-69.

[6]吴高臣，刘爽.实践导向：案例教学法研究[J].黑龙江高教研究，2011，（12）：178-181.