机械工程测试技术课程的案例式教学实践
刘奇元+陈卫国+曾武军
[摘 要]机械工程测试技术是一门面向应用、实践性强的课程，其涉及范围广，知识面多。为在有限的课时范围内让学生掌握更多的知识点，案例式教学是一种比较好的教学方案。在案例式教学的实施过程中，应充分利用课前、课中和课后对案例的选择、探究与评价来完成教学知识的传授和学生能力的培养。近十年的课程教学和近两年的案例式课程改革表明，课程的案例式教学有效提升了教学质量，锻炼了学生的工程应用能力和科研分析能力，深受学生的欢迎。
[关键词]机械工程；测试技术；案例式教学；课程改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）04-0079-02
引言
机械工程测试技术是一门面向应用、具有很强实践性的课程，是机械类专业本科生的主要技术课程。该课程涉及机械、传感、电工电子、控制技术、物理、工程数学等多种知识[1][2]，具有多学科交叉的特性，涉及范围广，知识面多，理论知识抽象难以理解，实践教学又由于实验条件的限制难以接近工程实际。[3][4]随着课程体制的改革与深化，增大课程知识点，压缩学时数成为趋势。如何在有限的课时范围内让学生掌握机械工程测试技术课程中更多的知识点，案例式教学是一种比较好的解决方案。
一、案例式教学的开展
案例式教学是指教师根据教学要求，设计相应的教学案例，组织学生针对案例内容，运用所学知识进行思考、分析和讨论，从而提升学生分析问题、解决问题的能力。[5]案例式教学自古就有[6][7]，早在春秋战国的时候，诸子百家在与弟子传道过程中就经常使用民间故事阐述义理。古希腊著名思想家、哲学家苏格拉底和柏拉图师生间也时常利用一个又一个故事通过对话的方式来说事明理。目前，全球兴起的案例教学法起源于19世纪七八十年代哈佛法学院兰戴尔院长的倡导。[8]案例教学是将案例融入教学过程中，以案例为基础，通过教师与学生的互动，达到教学的目的。
案例式教学在实施过程中，大致可分成课前案例的收集与选择、课中案例的讲解与探究和课后案例的分析与评价三个阶段。
（一）课前案例的收集与选择
案例式教学的核心在于教学的案例选择。案例选择合适，教学过程中学生的积极性就很高，教学效果就会事半功倍；案例选择不当，教学任务就无法有效完成，学生学习的积极性也会大打折扣。当前机械工程测试技术课程中的教学案例多而杂，在目前教学课时量大幅压缩的背景下，课堂上案例太多，学生应接不暇，积极性不高；教材中的教学案例包含的知识点比较单一，大部分案例仅牵涉教学中的一个知识点，无法与前后的知识点形成联系，教学过程容易割裂整个知识链；教材中一些教学案例基于理论，脱离工程实际，脱离工程实际的案例会让学生眼高手低，一旦遇到实际问题，他们难以有效地及时解决。机械工程测试技术课程中的案例应基于现有的教学课时量，结合学校现有实验实践环境，结合工程实际和科研项目，在有限的案例里尽量多地反映更加全面的知识点。
（二）课中案例的讲解与探究
案例式教学对教师的要求很高，它不仅要求教师对教学案例有全面深入的理解，还要求教师在课堂中把控学生的情绪和积极性。教师在对教学案例讲解的过程中，应注重理论知识的系统化，结合教材，考虑知识体系的前后连贯，理清案例的分析思路，引导学生参与到案例过程中，让学生能自主地进行探究。针对具体的教学案例，应从理论到应用，让学生掌握相应的理论知识。在机械工程测试技术课程中特别要注意信号处理的相关概念及理论，应用过程中需考虑现场传感器的选择和安装、现场的噪声等干扰消除，后续测信号处理电路的搭建。整个案例的讲解与分析能让学生有种身临其境的状态，可以调动学生的参与积极性，激发学生的兴趣。作为教师，必须及时把控学生的学习进度，不能纠结于某个小问题，也不能让学生在课堂中天马行空，脱离教学核心内容。
（三）课后案例的分析與评价
案例式教学课后还需对教学案例以及教学过程中的学生表现进行全面剖析。教师应利用找各类学生谈话、问卷调查、课后思考题等方式掌握教学案例的适用度，弄清理好的案例应如何更进一步地深入与拓展，课堂上无法进行的案例是由什么原因引起的，是案例吸引度不够还是超出了学生可理解的范围。从质与量两个方面，从教师与学生两个角度去分析案例选择及开展的可行性及适用度，通过对教学案例的不断分析、反思与总结，建构起科学充足的教学案例资源，不断完善案例式教学方法。
二、案例式教学实例
机械工程测试技术课程教学案例不能太多太杂，应基于现有的教学课时量，结合现有的学校实验实践环境，结合工程实际，同时还可以结合科研项目，在有限的案例里尽量多地反映更加全面的知识点。机械工程测试技术课程的内容主要包含信号处理和传感器两大部分。信号处理偏于理论，传感器侧重于实践，在案例的选择与分析中应考虑信号处理和传感器两个方面的内容，理论与实践相结合。
（一）案例一：机器人工作过程的分析与实现
课程教学的有效开展，离不开学校的实验室资源。只有因地制宜，充分利用实验室资源，才能使课程的效用达到最佳。笔者结合本学院现有的实验室条件，选用机器人作为教学案例。目前，学院已建立了工业机器人实验室、机器人工作室。在工业机器人实验室中，可以利用焊接、搬运工业机器人，让学生掌握工业机器人的工作原理，特别是工业机器人的关节位姿、速度加速度、工件位置的检测及后续的信号处理与控制。在机器人工作室中，利用“创意之星”机器人套件，学生可以搭建各类创意机器人，可以学会红外线传感器、灰度传感器、霍尔传感器、图像、声音等各类传感器的实际应用，并利用机器人擂台赛等赛事，摈弃书本的枯燥，体验创新的乐趣，这样既掌握了知识又锻炼了能力。
在该案例的教学中，应先基于教材，让学生了解一些特定传感器如霍尔传感器、红外传感器的工作原理与工程应用，了解位置、速度、力等参数的测试方法，让学生掌握电桥、调制等基本的信号处理方法。基于现有的实验室条件，可以利用焊接、搬运工业机器人，让学生掌握工业机器人的工作原理，通过编程让学生了解工业机器人的运作方式；可以利用“创意之星”等机器人套件，让学生搭建各类富有创造力的机器人，体验创新的乐趣，并利用各类机器人赛事，如机器人创意赛、机器人擂台赛、大学生机器人赛等，在比赛中学习成长。
（二）案例二：零件加工表面质量的在线测试
科学研究是对未知领域的探究。在条件许可的情况下，可以在课程教学中将科研项目作为部分教学案例，让学生了解一些科研知识，掌握一些科研方法，这能为其进一步深造及探知未来打下基础。如某国家重大科技专项中的子课题，就要求对零件加工表面质量进行在线测试，这也是需要解决的工厂实际问题。随着机械加工自动化程度的提高，很多零件由抽检改为必检，这对零件加工表面的在线测量提出了越来越高的要求。
针对这个案例，笔者提出一系列问题给学生思考及讨论：测试的方案应如何设定？应选择什么类型的传感器进行测试？传感器测试的原理是什么？使用该类传感器时应注意什么？测试的后续电路怎么接？如何排除测试干扰？利用这些问题一步一步引导学生进行科研项目的开展及实际工程问题的具体解决。该案例侧重项目开展，目的是让学生接触工程实际，接近科技前沿，将教材内容延伸，让学生结合最新技术，创新性地开展项目研究。
三、结束语
在机械制造业信息化和创新型人才培养中，机械工程测试技术课程起着极为重要的作用。随着课程教学的改革，教学课时量的压缩成为一种趋势。案例式教学是在课时量压缩的前提下依然可以保证教学内容和教学效果的一种有效的教学方法。经过近十年的机械工程测试技术课程教学实践和近两年的案例式课程改革，通过各种案例的积累和优化，笔者充分感觉到课堂气氛活跃了，学生的学习兴趣提高了。学生普遍反映，通过机械工程测试技术课程的案例式教学，他们不仅掌握了课本知识，而且工程应用能力和科研分析能力也得到了锻炼。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 石磊.案例教学法在《机械工程测试技术》的应用[J].机电技术，2011（5）：147-148.
[2] 徐琳，李伯全.“機械工程测试技术”课程教学改革的研究与现状[J].中国电力教育，2014（29）：49-50.
[3] 郝鸿雁，刘叶华.工程案例导入在机械工程测试技术教学中的应用[J].大学教育，2014（3）：102-103.
[4] 张凤生，王海峰，孙忠义，等.机械工程测试技术课程教学改革与实践[J].教学研究，2012（1）：92-94.
[5] 文成，周传德.机械工程测试技术“案例和实验并举”教学模式探索[J].中国现代教育装备，2013（1）：61-63.
[6] 刘建新，卢厚清.案例教学法的起源、特点与应用研究[J]. 南京工程学院学报（社会科学版），2011（1）：60-64.
[7] 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.
[8] 万猛，李晓辉.问解案例教学法[J].中国大学教学，2014（3）：73-79.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]机械工程测试技术是一门面向应用、实践性强的课程，其涉及范围广，知识面多。为在有限的课时范围内让学生掌握更多的知识点，案例式教学是一种比较好的教学方案。在案例式教学的实施过程中，应充分利用课前、课中和课后对案例的选择、探究与评价来完成教学知识的传授和学生能力的培养。近十年的课程教学和近两年的案例式课程改革表明，课程的案例式教学有效提升了教学质量，锻炼了学生的工程应用能力和科研分析能力，深受学生的欢迎。
[关键词]机械工程；测试技术；案例式教学；课程改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）04-0079-02
引言
机械工程测试技术是一门面向应用、具有很强实践性的课程，是机械类专业本科生的主要技术课程。该课程涉及机械、传感、电工电子、控制技术、物理、工程数学等多种知识[1][2]，具有多学科交叉的特性，涉及范围广，知识面多，理论知识抽象难以理解，实践教学又由于实验条件的限制难以接近工程实际。[3][4]随着课程体制的改革与深化，增大课程知识点，压缩学时数成为趋势。如何在有限的课时范围内让学生掌握机械工程测试技术课程中更多的知识点，案例式教学是一种比较好的解决方案。
一、案例式教学的开展
案例式教学是指教师根据教学要求，设计相应的教学案例，组织学生针对案例内容，运用所学知识进行思考、分析和讨论，从而提升学生分析问题、解决问题的能力。[5]案例式教学自古就有[6][7]，早在春秋战国的时候，诸子百家在与弟子传道过程中就经常使用民间故事阐述义理。古希腊著名思想家、哲学家苏格拉底和柏拉图师生间也时常利用一个又一个故事通过对话的方式来说事明理。目前，全球兴起的案例教学法起源于19世纪七八十年代哈佛法学院兰戴尔院长的倡导。[8]案例教学是将案例融入教学过程中，以案例为基础，通过教师与学生的互动，达到教学的目的。
案例式教学在实施过程中，大致可分成课前案例的收集与选择、课中案例的讲解与探究和课后案例的分析与评价三个阶段。
（一）课前案例的收集与选择
案例式教学的核心在于教学的案例选择。案例选择合适，教学过程中学生的积极性就很高，教学效果就会事半功倍；案例选择不当，教学任务就无法有效完成，学生学习的积极性也会大打折扣。当前机械工程测试技术课程中的教学案例多而杂，在目前教学课时量大幅压缩的背景下，课堂上案例太多，学生应接不暇，积极性不高；教材中的教学案例包含的知识点比较单一，大部分案例仅牵涉教学中的一个知识点，无法与前后的知识点形成联系，教学过程容易割裂整个知识链；教材中一些教学案例基于理论，脱离工程实际，脱离工程实际的案例会让学生眼高手低，一旦遇到实际问题，他们难以有效地及时解决。机械工程测试技术课程中的案例应基于现有的教学课时量，结合学校现有实验实践环境，结合工程实际和科研项目，在有限的案例里尽量多地反映更加全面的知识点。
（二）课中案例的讲解与探究
案例式教学对教师的要求很高，它不仅要求教师对教学案例有全面深入的理解，还要求教师在课堂中把控学生的情绪和积极性。教师在对教学案例讲解的过程中，应注重理论知识的系统化，结合教材，考虑知识体系的前后连贯，理清案例的分析思路，引导学生参与到案例过程中，让学生能自主地进行探究。针对具体的教学案例，应从理论到应用，让学生掌握相应的理论知识。在机械工程测试技术课程中特别要注意信号处理的相关概念及理论，应用过程中需考虑现场传感器的选择和安装、现场的噪声等干扰消除，后续测信号处理电路的搭建。整个案例的讲解与分析能让学生有种身临其境的状态，可以调动学生的参与积极性，激发学生的兴趣。作为教师，必须及时把控学生的学习进度，不能纠结于某个小问题，也不能让学生在课堂中天马行空，脱离教学核心内容。
（三）课后案例的分析與评价
案例式教学课后还需对教学案例以及教学过程中的学生表现进行全面剖析。教师应利用找各类学生谈话、问卷调查、课后思考题等方式掌握教学案例的适用度，弄清理好的案例应如何更进一步地深入与拓展，课堂上无法进行的案例是由什么原因引起的，是案例吸引度不够还是超出了学生可理解的范围。从质与量两个方面，从教师与学生两个角度去分析案例选择及开展的可行性及适用度，通过对教学案例的不断分析、反思与总结，建构起科学充足的教学案例资源，不断完善案例式教学方法。
二、案例式教学实例
机械工程测试技术课程教学案例不能太多太杂，应基于现有的教学课时量，结合现有的学校实验实践环境，结合工程实际，同时还可以结合科研项目，在有限的案例里尽量多地反映更加全面的知识点。机械工程测试技术课程的内容主要包含信号处理和传感器两大部分。信号处理偏于理论，传感器侧重于实践，在案例的选择与分析中应考虑信号处理和传感器两个方面的内容，理论与实践相结合。
（一）案例一：机器人工作过程的分析与实现
课程教学的有效开展，离不开学校的实验室资源。只有因地制宜，充分利用实验室资源，才能使课程的效用达到最佳。笔者结合本学院现有的实验室条件，选用机器人作为教学案例。目前，学院已建立了工业机器人实验室、机器人工作室。在工业机器人实验室中，可以利用焊接、搬运工业机器人，让学生掌握工业机器人的工作原理，特别是工业机器人的关节位姿、速度加速度、工件位置的检测及后续的信号处理与控制。在机器人工作室中，利用“创意之星”机器人套件，学生可以搭建各类创意机器人，可以学会红外线传感器、灰度传感器、霍尔传感器、图像、声音等各类传感器的实际应用，并利用机器人擂台赛等赛事，摈弃书本的枯燥，体验创新的乐趣，这样既掌握了知识又锻炼了能力。
在该案例的教学中，应先基于教材，让学生了解一些特定传感器如霍尔传感器、红外传感器的工作原理与工程应用，了解位置、速度、力等参数的测试方法，让学生掌握电桥、调制等基本的信号处理方法。基于现有的实验室条件，可以利用焊接、搬运工业机器人，让学生掌握工业机器人的工作原理，通过编程让学生了解工业机器人的运作方式；可以利用“创意之星”等机器人套件，让学生搭建各类富有创造力的机器人，体验创新的乐趣，并利用各类机器人赛事，如机器人创意赛、机器人擂台赛、大学生机器人赛等，在比赛中学习成长。
（二）案例二：零件加工表面质量的在线测试
科学研究是对未知领域的探究。在条件许可的情况下，可以在课程教学中将科研项目作为部分教学案例，让学生了解一些科研知识，掌握一些科研方法，这能为其进一步深造及探知未来打下基础。如某国家重大科技专项中的子课题，就要求对零件加工表面质量进行在线测试，这也是需要解决的工厂实际问题。随着机械加工自动化程度的提高，很多零件由抽检改为必检，这对零件加工表面的在线测量提出了越来越高的要求。
针对这个案例，笔者提出一系列问题给学生思考及讨论：测试的方案应如何设定？应选择什么类型的传感器进行测试？传感器测试的原理是什么？使用该类传感器时应注意什么？测试的后续电路怎么接？如何排除测试干扰？利用这些问题一步一步引导学生进行科研项目的开展及实际工程问题的具体解决。该案例侧重项目开展，目的是让学生接触工程实际，接近科技前沿，将教材内容延伸，让学生结合最新技术，创新性地开展项目研究。
三、结束语
在机械制造业信息化和创新型人才培养中，机械工程测试技术课程起着极为重要的作用。随着课程教学的改革，教学课时量的压缩成为一种趋势。案例式教学是在课时量压缩的前提下依然可以保证教学内容和教学效果的一种有效的教学方法。经过近十年的机械工程测试技术课程教学实践和近两年的案例式课程改革，通过各种案例的积累和优化，笔者充分感觉到课堂气氛活跃了，学生的学习兴趣提高了。学生普遍反映，通过机械工程测试技术课程的案例式教学，他们不仅掌握了课本知识，而且工程应用能力和科研分析能力也得到了锻炼。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 石磊.案例教学法在《机械工程测试技术》的应用[J].机电技术，2011（5）：147-148.
[2] 徐琳，李伯全.“機械工程测试技术”课程教学改革的研究与现状[J].中国电力教育，2014（29）：49-50.
[3] 郝鸿雁，刘叶华.工程案例导入在机械工程测试技术教学中的应用[J].大学教育，2014（3）：102-103.
[4] 张凤生，王海峰，孙忠义，等.机械工程测试技术课程教学改革与实践[J].教学研究，2012（1）：92-94.
[5] 文成，周传德.机械工程测试技术“案例和实验并举”教学模式探索[J].中国现代教育装备，2013（1）：61-63.
[6] 刘建新，卢厚清.案例教学法的起源、特点与应用研究[J]. 南京工程学院学报（社会科学版），2011（1）：60-64.
[7] 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.
[8] 万猛，李晓辉.问解案例教学法[J].中国大学教学，2014（3）：73-79.
[责任编辑：陈 明]
