《测试信号分析与处理》教学方法初探与实践

?测试信号分析与处理?教学方法初探与实践邱雄迩刘新波李辉【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说明，“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TeachingProbeandPracticetoTestSignalAnalysisandProcessingQIUXiong-erLIUXin-boLIHuiShaoyangUniversity，Shaoyang，ShaoyangHunan422000，China【Abstract】Thetestsignalanalysisandprocessingcourseisaprofessionalcourseofstudentsinthemeasurementtechnologyandinstrumentmajors.Itpointsoutthemainproblemsexistingintheteachingprocess，analyzesthemaincausesoftheproblems，expoundstheteachingcontents，teachingmethodsandteachingevaluationreformanddiscussion.Theteachingreformof“testsignalanalysisandprocessingishelpfultoimprovestudentsprofessionalinnovationabilityinyearsofteachingpractice.【Keywords】Testsignalanalysisandprocessing；Teachingapproach；Teachingpractice0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，测试是科学的根底，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开展，测试信号分析与处理技术在工程应用中越来越受到重视，因此全国大局部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2021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，重點在根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根底知识，机械知识只会简单的工程制图原理、计算机的知识也普遍根底欠缺，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根本上是一门课程可能涉及某个行业，其应用背景跨度较大。加上邵阳是欠兴旺地区，而大局部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?，该书的特点是大局部内容简练易懂，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根底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，精简局部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根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，可作简单的回忆和复习，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根本原理与使用方法，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表达以人为本。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，选用适宜的教学方式。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，到达较好的教学实效。此外，在学校网站上创立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。2.2加强实验教学配合课题理论教学的同时加强实验教学，提高实践教学的针对性与时效性。为了加强实践教学环节，学校从中央财政工程中拨款150万购置了浙江天煌公司的仪器设备，从软件和硬件两方面进行了实验配置，新购置智能仪器及虚拟仪器仪表综合实验装置4台、DSP全数字变频调速实验/开发平台4台，如利用实验/开发平台和数字信号处理器DSP芯片来共同完成实验，实验室建设初期购置的数字信号处理器DSP芯片是TI公司的F2407和F2407A，2021年又购置了性能更优越的DSP芯片F2812。利用数字信号处理器DSP芯片来完成实验，包含快速傅里叶变换的数字信号处理器的实现等实验【3】，改变了最初的课程实验以演示性、验证性为主的局面，新增了综合性实验工程3项、设计性实验2项、创新性实验1项，以工程实际背景为例寻求多元化的解决方式，如在第六章中的振动的测试既表达了根底知识、又拓展了学生的思维、同时还锻炼了学生的操作能力。力保先进性的同时为学生的毕业设计和教师的科研提供根底。2.3以科研促教学在国家大力提倡全社会的创新能力的培养的气氛下，大学生是最富有创新能力的人群，如何提高大学生的创新能力是目前高校急需解决的问题。而现阶段实践是培养高素质创新人才中比较重要的一环，对于理工科而言高水平的科学研究需要创新能力，有创新才能培养出高质量的毕业生，培养合格的技术人才。因此主讲教师应明确教学与科研的相互关系，教学是科研的基石，科研是教学关键的助推剂，只有将科研工作的最新进展、科研的严谨思想与创新思维有机地融入教学中，既可丰富教学内容，又让学生在学习在参与科研工作的同时学好根底知识，可以树立科学的思维，逐渐培养学生的必需的创新能力，满足科研的需求，逐步形成創新人才所需的高素养，成为社会所需的创新型人才.因此专业教师科研工程多，科研成果多，必定对课程内容十分熟悉，对课程的内容的理解有自己独到的成分，同时不断接触测试技术的新技术、新理论、新思想、新方法，了解测控技术的前沿动态，将这些知识传授给学生，让学生参与教师的科研工程，实践创新能力自然得到提升，真正做到科研教学相长。2.4课程考核评价改革此前的教学评价以单向性评价为主，由教师单向评价学生，常采用的方式是卷面+平时成绩+实验成绩的方法，“测试信号分析与处理课程的挂科率一直居高不下。原因何在，除了局部学生上课不认真听讲、实验不好好做等主观因素外，还存在客观因素是现行的模式注重于考核学生的根本理论、概念，强调知识的记忆能力与公式运算能力，学生的主要精力花在做习题、记忆公式上，实验也是已验证性为主，实际上伤害了学生的积极性，也不可能培养设计创新能力。因此，该课程在申请精品资源课程的同时适时在考核评价进行了改革，采取多向性、多元化的手段进行评价，还是以教师评价学生为主，同时增加学生的网上评教，同行听课、互评。现行的教师评价采用学生评价+同行评价+学校督导组评价，同时出台配套的奖惩制度，鼓励教师不断进步，潜心研究教学，寻找更新颖、更完善的方法来提高教学实效。学生的成绩采用综合成绩，采用知识+能力+学风来综合评定。其中笔试力保命题时传统客观题的根底性与全面性的同时主要考核学生分析问题解决问题的能力，并配有拓展题和创新型题，力求区分不同层次的学生有不同的考试成绩，同时又能平等地对待每一位学生，争取全面客观正确地反映学生的水平；平时成绩以查阅、搜集资料、课堂出勤、上课表现和课后作业为主，激发学生学习的积极性，鼓励学生平时表现，一点一滴做起，防止学生考前突击，引领学生遇到困难想方法多方位思考、多渠道解决的能力；实验以解决工程实际案例、学生的软件和硬件实现能力以及创新设计能力进行考核。在这种评价模式下，既提高了学生评价的灵活程度，也鼓励了教师，同时培养学生的学习兴趣，深受师生欢迎与好评。3结束语面对“测试信号分析与处理的教学课时较少、教学要求相对较高；近五年的教学实践中，在课程内容、教学手段、实验教学、课程考核评价改革坚持不懈地探索并付诸实践，为学生营造了一个良好的、符合当前测控技术与仪器专业人才培养的环境，在教学内容、教学方法以及教学考核评价方面的改革和探讨是有助于提高学生的专业创新能力。【参考文献】【1】吴晓雨，殷复莲，杨磊.用科研实践提高本科生教学质量和创新能力J.中国电力教育，202134：24-25.【2】魏树国.用多媒体改革?工程测试与信息处理?教学探讨J.中国信息界，20218：61-62.【3】邱雄迩，李辉.数字信号处理课程教学改革探索与实践J.考试周刊，2021，104：5-6.责任编辑：田吉捷