《测试信号分析与处理》教学方法初探与实践

　　【摘要】“测试信号分析与处理”课程是测控技术与仪器专业开设的专业课，指出教学过程中存在的主要问题，分析了产生问题的主要原因；阐述了教学内容、教学方法以及教学考核评价方面的改革和探讨。多年的教学实践过程表明，“测试信号分析与处理”的教学改革有助于提高学生的专业创新能力。
　　【关键词】测试信号分析与处理；教学方法；教学实践
　　Teaching Probe and Practice to Test Signal Analysis and Processing
　　QIU Xiong-er LIU Xin-bo LI Hui
　　（Shaoyang University，Shaoyang，Shaoyang Hunan 422000，China）
　　【Abstract】The test signal analysis and processing course is a professional course of students in the measurement technology and instrument majors. It points out the main problems existing in the teaching process，analyzes the main causes of the problems，expounds the teaching contents，teaching methods and teaching evaluation reform and discussion.The teaching reform of “test signal analysis and processing” is helpful to improve students’ professional innovation ability in years of teaching practice.
　　【Key words】Test signal analysis and processing；Teaching approach；Teaching practice
　　0 引言
　　“测试信号分析与处理”是测控技术与仪器专业的重要专业课，测试是科学的基础，从某种意义上讲，没有测试就没有科学。测试技术是科技工作人员的感官、思维延拓和深化。测试是测量和试验的总称，通过实验的方法找到被测量的量值和性质的过程。随着信息科学技术的快速发展，测试信号分析与处理技术在工程应用中越来越受到重视，因此全国大部分有测控技术与仪器专业的理工类大专院校都开设了“测试信号分析与处理”课程，我校也在2010年后将本课程作为测控本科大四学生的专业必修课程。该课程注重应用性，强调实践性，重點在基本概念和物理意义的理解上，传统灌输式的教学方法极易使学生感觉枯燥乏味[1-2]，结合我校的专业培养目标和教学实际情况的特点，对教学内容、教学方法及教学考核评价等方面进行了改革尝试。
　　1 课程教学体会
　　1.1 教材选择授课目的有所不同
　　该课程是仪器仪表类，将理论知识和测试应用技术混合在一起，教具相对匮乏，课程内容抽象性强等[2]，受我校测控技术与仪器专业突出电气测控仪器类，限制学时为40课时，一般情况下涉及仪器仪表类知识应是光学、机械、电子、计算机四类学科技术相交叉、相互配合的产物，而我校学生只在大学物理课学过基础知识，机械知识只会简单的工程制图原理、计算机的知识也普遍基础欠缺，唯一有点优势的是电气电子类，但是以前的课程设计和实验都侧重于简单的微机控制系统，并不具备仪器仪表类的典型特征，和实际生产过程中复杂的测控系统很难直接关联，仪器仪表类课程知识基本上是一门课程可能涉及某个行业，其应用背景跨度较大。加上邵阳是欠发达地区，而大部分学生的家庭没有相关的行业背景作为支撑，学生自然就对行业的认知度较差，选好教材是重要的一环。因此根据我校的实际教学情况，采用了华中科技大学出版社出版、由蔡共宣主编的《测试信号分析与处理》，该书的特点是大部分内容简练易懂，配有课后练习，学生可以通过习题的练习来掌握各个知识点，其中第六章有正确选用和分析测试装置及测量系统，有关力、压力、噪声、振动等常见参量的测量方法非常实用。
　　1.2 授课内容有所不同
　　该课程要求测控技术与仪器专业本科学生在40学时内掌握测试信号分析与处理的基础知识并适应时代潮流、实现学以致用，使学生真正掌握测试理论的课堂教学与行业现有仪器仪表的有机结合，教师必须对所授内容进行去粗存精的提炼，多课程知识进行整合[2]。在授课过程中，对测试信号分析与处理的授课内容进行了合理的筛选，精简部分内容的同时又适当补充相关的新知识、新方法、新技术等前沿知识，以产品专题方式进行讲授，如振动测试专题等。使学生对动态与静态测试、测试信号的分析、数据的处理等有关问题有一个较系统的思路与概念，同时初步掌握测试用的标准信号的基本特性以及常用的分析方法。又如常用的几类传感器的工作原理与测量电路等在“检测与传感技术”、“测控电路”等课程中已学习过，可作简单的回顾和复习，重点讲解各种传感器的型号、使用特性，如何正确选用各类传感器。相关分析以及功率谱等内容在“信号与系统”中已经讲过原理，现重点在如何应用相关分析以及功率谱进行测试分析，掌握信号强度、频谱分析、相干分析与相关分析的基本原理与使用方法，掌握功率谱密度函数及其工程实际应用，同时配以应用实例及相应的习题，教学效果良好。
　　2 教学方法改革与实践
　　2.1 教学手段改革
　　在教学中，为了提高教学生动性、实效性和内容的丰富性，课堂教学的主要方式是多媒体教学，并以板书相辅，同时采用微课、慕课等网络课程辅助教学。这种传统板书与现代科学技术相结合的方式更体现以人为本。多媒体教学文字生动、声音优美、图像靓丽，网络的微课一般以一个知识点作为一段视频，学生自主学习，能透彻地理解，而慕课充分利用现代网络技术，在一个网络平台上简短生动的视频、直观易懂、形象生动的动画等多媒体形式提高互动性，提高学生的学习兴趣[3]，有益于学生对知识的理解、掌握；同时多媒体教学内容丰富，知识量大，学生有时难以跟上进度和讲解的思路，适当辅以传统黑板板书，尤其课程的重点、难点内容，为了学生跟上教师的思路并做好笔记，节约学生的探索时间，更有益于形成学生知识的系统性。同时教师根据课程知识点的重要性，发挥自身作为理工类教师的优点，选用合适的教学方式。如相关分析、相干运算、有限长序列的卷积运算等、可以利用采用熟悉的FLASH软件、CAD软件、Proteus软件设计出精美的动画，当然也可以利用微课的方式，再辅以 Matlab 软件进行运行实践，这些知识点本来抽象难懂，通过这种设计就直观形象起来。学生的学习兴趣、学习效率也相应的提高了，同时学生的思维空间得到拓展。而在需要演算与推导的理论、概念上实用于黑板板书。这样现代科技与传统手段相结合，取其各自的优点，相得益彰，达到较好的教学实效。此外，在学校网站上创建了测试信号分析与处理慕课站点，把课堂的PPT课件、微课、课程的视频等内容全部上传课程网站，学生利用网站可以自由学习，同时网上提问、做作业、习题、考试等。教师利用的账户登录网站，有些教师有个人主页，可以在个人网页上进行答疑、辅导、批改作业，甚至可以采用QQ、微信、邮箱等进行师生交流、慕课站点可以改革传统考试方式，在网站上组织学生参加课程考试等，更加人性化解决了好学生和差学生对教学内容的不同理解程度，把因材施教落到实处。