研究生课程工程测试及信息处理的改革实践

【摘要】ZHAO Yan， DAI Rong， LIU Chuanbo， CHEN Zhen （School of Mechanical and Electrical Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430070） Abstract The e...

摘要 研究生教育课程设置改革的实质就是要探索在课程学习的过程中，培养学生在解决工程实际问题过程中对专业知识进行整合集成创新、形成解决方案的能力，从而使得课程的学习达到牵引学生进入到科研实践的引桥的目的，问题意识的启蒙便成为科研思维的“能量仓”，为他们今后从事科研工作积累加速前行的“能量”。

关键词 工程测试 研究生课程 改革实践

中图分类号：G643 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.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

工程测试与信号处理课程是我院机械工程和仪器科学与技术两个硕士专业的专业基础课与学位课，主要讲授测试系统构成和测试信号处理相关知识，以及典型工程量感测方法及系统等内容。通过本课程的学习，使学生掌握进行工程测试所需要的传感检测技术、测量信号处理技术、工程测量系统及应用等方面的知识和方法，培养学生正确设计、合理配置测试系统、提供测控系统解决方案的能力。该课程对培养学生的实验动手能力、创新能力等方面有着重要作用。

课程学习是研究生学习过程中的的重要组成部分，是引导学生迈入专业领域、培养专业素养和专业能力的引桥。为达到课程学习的目标，几年来，针对工程测试及信息处理课程在教学中存在的只重视理论和知识的讲授，而轻视工程实践能力的培养，将知识的传授置于教学的中心位置的现象，我们开展了本课程的教学方法改革和课程建设。

1 课程的发展与现状

武汉理工大学是全国较早在研究生中开设“工程测试与信号处理”课程的院校之一。在1998年率先在机械工程硕士专业中开设了“测试与信息处理”课程。2002年，课程由机械专业的一般专业课升级为专业技术基础课程和学位课。同时，为了强化硕士研究生创新能力和工程实践能力的培养，“测试与信息处理”课程更名为“工程测试与信号处理”。

长期以来，我们的教材所沿袭的，基本上是应试教育思想，“以讲授知识为主”的教育观念根深蒂固。①教材则注重基础理论、公式推导、内容系统性，对科研和工程项目案例反映少，即使有一些例子，也只是将完整的项目抛去，只取项目中的相关部分的内容，如：信号处理方法部分，会举出相关分析的例子、频率分析的例子等，但缺乏整个项目的全貌。在这种教学模式之下，学生对所讲授的内容常常产生困惑感―― “我学的知识有用吗？能够用在什么地方呢？怎么用呢？”长此以往的结果是使学生逐步失去了学习的动力和好奇心，只关心考试的结果。

如何引导学生认识到学习基础理论知识对工程应用和科学研究的重要性，通过将针对性强、直观性强的典型工程应用和科学研究案例引入教学中，激发学生的学习动力和好奇心，使他们逐步了解和体会基础理论知识在科学研究和工程实践中的不可分割的作用，建立面向工程观的教育理念，这是本课程改革要达到主要目的。

2 课程改革的实践

对研究生而言，了解工程实践活动中对解决问题时知识的集成与应用创新的过程比仅仅“知道”知识更重要。②科学研究和工程实践活动为学生提供了一个发现问题、分析问题和解决问题的“训练场”，而课程的学习则成为学生进入科研实践活动的引桥，“问题”意识的启蒙就成为科研思维的“储能仓”。所以，研究生课程改革的实质就是要探索能否在课程的教学过程中，引导和培养学生在科研及工程实践活动中独立思考与探索的精神、以及知识挖掘、集成、应用与创新能力的养成。

为了将理论与实践有机结合，增强研究生整体素质和工程综合实践能力，依靠学校的重视和大力资金投入，我们依托国家级实验教学示范中心――机电工程实验实训中心，建成了“传感器及工程应用综合实验室”、“振动测试系统”、“快速可重组传感器测试虚拟实验平台”等多个综合性实验平台。利用这些教学资源，采取实虚结合的手段可以为学生提供约30多个工程实物实验与仿真实验，用实验来代替因学生理论基础不足和缺乏工程实际经验而造成的难懂、抽象和枯燥的习题，极大地提高了学生的学习兴趣和参与感，取得了很好的教学效果。

通过建设上述立体化不同层次的实验项目、将涵盖本课程重要知识点的典型科研项目提炼后引入到教材和课堂中，改变学生被动接受知识为主动了解如何将专业知识在解决工程实际问题中进行整合集成创新、形成解决方案的过程，从而使得课程的学习达到牵引学生进入到科研实践的引桥的目的，为他们今后从事科研工作积累加速前行的“能量”。

我们还将据教师在车辆性能测试技术、机械故障诊断、传感器设计等领域的研究理论和成果，提炼为课程的实验和教学内容，逐步完善以工程测试典型项目为主线的教学内容。例如，我们选取了典型的串起测控技术各重要的理论和基础知识点的“列车纵向冲动的检测”作为振动测试实例，教材中将此内容单独成章，改变以往将多个涉及局部知识的案例“洒”在各章的内容中的做法。主要教学内容包括：列车纵向冲动既有评价指标与测量方法分析（1学时）、纵向冲动关键影响因素及评价标准分析（2学时）、智能检测系统的构建（3学时）、振动信号的采集与分析（2学时）。通过这个关于列车纵向冲动的测试实例，讲述工程测量与数据处理的全过程，包括问题的分析、测量对象已有理论分析的研究、测试系统的构建、测量结果的处理以及实验数据的规律性分析。

教学基本要求是是学生掌握测量与数据分析的过程及振动测量的方法。掌握对实验方案的分析与设计，对实验数据的归纳及相关规律的挖掘。

通过案例教学，将工程测试技术的理论用科研项目的研发过程串起来，学生“看”到了从何处入手来构建一个面向对象（这里是列车纵向冲动）的振动测试系统、构建的测试系统中软硬件的相关知识、测试结果的分析方法如相关分析法、能量分析法、频率分析法等是如何用于列车纵向冲动测试中的？ 懂得了理论知识是有用武之地的，不是空洞的。

3 教材的改革

目前我国研究生课程设置的目标还处于“知识本位”的状态，这也导致大多数研究生教材的内容只注重基础理论知识的介绍而缺乏以实际“问题”为导向引发的理论和应用过程的交融、提炼和探讨，结果是教材内容趋于“本科化”，失去了激发学生对知识的思考、辩驳、整合、集成的作用。

所以，在教材的改革上，我们尝试将科研案例转变为教学内容，如将列车纵向冲动的检测作为振动测试实例一章的内容，并依据列车纵向冲动的检测项目科研工作的实施规律展开内容的讲述，例如，对振动测试实例的内容编写中，首先告诉学生对列车纵向冲动的检测这样的一个实际问题，先得分析该问题的相关背景，前人对该问题的研究及评价方法，再通过自己研究关键影响因素（以确定主要测量参数）、搭建测试的软/硬件系统进行测量，对测量的数据进行处理，最后是对测量的数据进行分析并进而找出有关的规律。这样，在课程内容上，就将如何“解决问题”（科研工作的目的）作为本课程教材的主线条。这就使得《工程测试与信息处理》教材侧重于提高学生研究工作的能力。

教材共分两部分：工程测试技术基础和工程测试技术应用。第一部分讲解工程测试技术的基础理论，内容共分6章。第1～6章介绍测量与试验的概念及相互关系，测试方法的分类与非电量测试系统的构成，测量与标定的关系，测试的输入与输出结果的表达，测试系统基本硬件构成，测试系统动力学基础及测试系统动态测试的性能，测试系统动特性的技术指标、不失真测试系统构成的条件，数字信号处理及小波分析。第7章为振动测试―系统构建及信号处理方法，第8章为温度测试―系统构建及信号处理方法，这两章属于科研项目的提炼，目的是用案例串联前几章的基础理论知识，让学生清楚地学习到从何处入手来构建一个面向对象（如列车纵向冲动振动或温度）测试系统、构建的测试系统中软硬件（如传感器、信号变换器、显示装置等）的相关知识、测试结果的分析方法（如相关分析法、能量分析法、频率分析法等）是如何用于列车纵向冲动（或温度）测试结果的分析中的？改变了以往理论知识脱离实际应用的现象，有利于拓展学生的工程测试技术应用能力。

回顾课程的发展和成长，是一个不断“与时俱进，开拓创新”的过程。展望未来，有信心迎接新的机遇和挑战，努力做好研究生的教学工作，为我国研究生教育的发展作贡献。

注释

① 王一博.以科研能力为导向：研究生教育课程改革的理性选择.学位与研究生教育，2012（10）.

② 伯顿・克拉克.探究的场所――现代大学的科研和研究生教育[M].王承绪，译.杭州：浙江教育出版社，2001.