新工科背景下信号测试类课程教学改革探究

摘  要：作为过程装备与控制工程专业的核心主干课程，信号测试类课程对学生实践创新能力、综合应用能力的培养具有重要作用，是新工科建设背景下高素质应用型人才知识体系的重要模块。然而，面对新阶段下的新形势、新要求，测试类课程仍未出现新突破。该文根据常州大学的办学定位和过程装备与控制工程专业的培养目标，对信号测试与处理课程的特点进行阐述，并聚焦教学设计、教学内容、教学方法和课程评价四个重点方面对该课程的教学现状进行深刻剖析。基于新工科建设培养复合型创新人才的本质要求，针对性地提出具体的课程建设思路，为新工科背景下测试类课程的教学改革提供参考和应用实践。

关键词：新工科;信号测试与处理;教学现状;教学实践;过程装备与控制工程

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）01-0151-05

Abstract： As the core specialty courses of process equipment and control engineering major， signal testing courses play an important role in cultivating students' practical innovation ability and comprehensive application ability， and are an important module of cultivating high-quality application-oriented talents under the background of new engineering construction. However， in face of the new situation and new requirements at the new stage， there is still no new breakthrough in testing courses. According to the orientation of Changzhou University and the training program of process equipment and control engineering major， this paper expounds the characteristics of the Signal Testing and Processing course， and deeply analyzes the teaching situation of the course focusing on the four key aspects of teaching design， teaching content， teaching methods， and course evaluation. Based on the essential requirements of the new engineering construction to cultivate innovative talents with multiple abilities， specific curriculum construction ideas are put forward purposefully， which would provide reference and application practice for the teaching reform of testing courses under the background of new engineering.

Keywords： new engineering; Signal Testing and Processing; teaching situation; teaching practice; process equipment and control engineering

党的十八大以来，国际社会发展趋势复杂多变，为迅速响应中国式现代化的本质要求和战略安排，科技和产业结构发生巨大变革，一批以互联网与工业智能为中心的工科专业迅速涌现，尤以云计算、大数据和区块链、人工智能和智能科学与技术等最具代表性[1]。为贯彻落实习近平总书记在教育方面的重要论述，支撑国家重大发展战略、助推高等教育强国建设进程，我国率先提出了“新工科”概念。经过科学系统的研讨部署，形成了以“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”为典型的新工科建设三部曲[2]。将新兴工科专业注入传统工科专业并进行升级改造，旨在培养具备国际竞争力、实践创新能力强、综合素质高的复合型新工科人才[3]，全力打造引领全球工程教育的中国品牌、中国范式。

作为国家特色专业、首批国家级一流专业建设点和江苏省“十二五”重点专业，常州大学过程装备与控制工程专业积极响应新工科建设，以特色鲜明、优势突出的专业培养方案为抓手，以创新创业模块、智能制造模块与跨学科课程、科教/产教融合课程为具体手段，以培养具备新工科式、基于学科交叉与融合实践能力和创新能力的高素质创新型专业人才为目标，系统推进新型工科与传统工科融合发展的步伐，努力提升培养在流程工业中胜任过程装备的开发设计、运行监测、安全维护等工作的应用型人才的能力。

作为一种工程教育新型模式，新工科建设强化教、学、实践和创新的有机融合，将人才培养的“硬任务”抓实在课程上，把学生能力提升的“突破口”体现在教学质量中。常州大学以顺应现代流程工业的发展为契机，设置了一门机械、过程和控制等多学科交叉的专业——过程装备与控制工程。而作为机械工程基础研究、产品设计和研发的重要支撑点，信号处理技术在我国实施信息化带动工业化战略过程中的桥梁作用稳步增强，在智能制造和人才培养中的引领作用不断凸显。在常州大学过程装备与控制工程专业2022版培养方案中，信号测试与处理课程首次被列为专业核心与主干课程，同时也被列为跨学科课程和科教/产教融合课程。该课程以工程测试中测试信号的检测和处理方法为研究对象，以系统介绍过程测试中所必需的基础知识为主线，使学生在获取系统扎实的信号测试处理基础知识的同时，还具备解决与机械设备测试与分析相关的工程问题并提出合理应对方案的综合应用能力。

如图1所示，面对信号测试与处理课程授课中的新形势、新情况、新任务，传统填鸭式的讲授方法和重理论的应试教学已然不能适应新工科背景下新型人才培养模式的发展，亟需在教学设计、教学内容、教学方法和评价机制等方面进行全面反思和深刻改革。因此，本文通过分析信号测试与处理课程特点及教学现状，结合新工科建设目标和常州大学过程装备与控制工程专业2022版培养方案，通过教学实践探究适用于该课程的教学改革方法，以满足过程装备行业对交叉复合型人才的需求。

一  课程特点及教学现状

（一）  课程思政渗透不足，意识形态短缺

2017年，中共中央、国务院印发《关于加强和改进新形势下高校思想政治工作的意见》（以下简称《意见》），《意见》明确指出，高校教师在开展教育教学活动的同时，必须重视理想信念和社会主义核心价值观教育，尤其是习近平新时代中国特色社会主义思想的传达落实，以培养德才兼备之人。在《意见》的指导下，高校纷纷要求教师在专业培养方案和教学大纲中增加思政元素，但很多教师未能深刻感悟到《意见》的决定性意义，无法做到把准政治方向、保持政治定力，思政教育的重要性无法充分意识，重课程轻思政的思想依旧存在，在实际教学过程中出现将思政元素生搬硬套、敷衍了事的现象;有些教师在课程教育教学过程中忽视课程知识点与思政元素的共通之处，将课程知识点与思政元素割裂分开，单独讲授。此外，思政教育理念与时俱进，教师需要投入大量时间和精力进行自身思想境界的提升，但高校教师专注自身工作，未进行充分学习研讨，也没有依据教学内容开展行之有效的思政融合实践。这些做法容易造成思政教学效果不明显，还容易导致学生对思想政治教育教学活动存在不满甚至抵触情绪。信号测试与处理课程专业性强，与多学科均有交叉融合，课程思政设计难度大，与课程知识点的结合较为困难。虽然授课过程中也会强调测试技术的重要地位和作用，但缺乏让学生感同身受的真实感，缺乏对学生价值观和主流意识形态的有效引导。

（二）  教学内容庞杂繁多，知识体系散乱

信号测试与处理课程是一门学科交叉融合课程，先验知识体系涉及面广，导致教学内容庞杂繁多，对高等数学积分和微分公式推演能力要求较高。高等数学和大学物理等课程在学生大学一年级进行学习，但该课程在学生大学三年级开课，二者时间间隔较长，很多学生对先修课程所学知识点印象模糊，较为生疏。基础知识薄弱，导致学生对理论推导部分接受能力较差，教学进度缓慢。若任课教师花费较多时间带领学生重新进行高等数学公式推导，就会占用专业知识学时，那么对课程知识点的讲授效果势必会大打折扣，且枯燥无聊的公式推演也会导致学生课堂学习的主动性和积极性低下，给任课教师带来较大的授课压力。此外，信号测试与处理课程共有五个章节内容，课程教材选用熊诗波主编的《机械工程测试技术基础》，该教材含绪论、信号及其描述、测试装置的基本特性、常用传感器与敏感元件、信号的调理与记录、信号处理初步、测量仪器与数字接口、智能仪器与虚拟仪器、位移测量、振动测试、声学测量、应变/力/扭矩测量和流体参数测量共十三个章节[4]，基本能全面覆盖本课程所学内容。但由于本课程课时有限，理论课时只有32学时，不可能将教材各个章节全部讲述，只能挑选部分章节进行重点讲解。在有限的课时内，将原本完整的知识体系拆解进行部分讲述，将会破坏原本知识体系的完整性，削弱前后章节知识点之间的连贯性，增加学生对把握课程整体逻辑的难度，导致知识体系缺乏主线，散乱不聚焦。

（三）  教学方法形式传统，工程意识薄弱

信号课程教学采用教师讲授为主的传统模式，以教师板书、PPT展示等方式对课程知识点进行讲解授课。教师在课堂中占据主导地位，带领学生一步步跟随教师思路进行学习理解。信号课程理论知识多，教师在课堂上密集输出，学生密集输入，再加之课程任务量大，师生互动较少，导致学生的课堂参与度较低，课堂氛围不活跃。这种传统的注入式教学虽然有助于教师把握教学进度，及时掌握学生学习情况，但在一定程度上扼杀了学生的主动创造能力，难以培养学生的学习兴趣，导致学生对本课程的学习主动性差，那么如何在课堂上引发学生对课程知识的深刻理解和积极思考，改革传统教学模式值得考量。此外，信号课程多为理论知识，且较为深奥难懂，教师自然较为注重理论知识体系的讲解，往往容易忽视对学生工程意识的培养。学生在日常生活中很难接触到实际工程案例中具象的信号分析及处理问题，对类似问题缺少直观认识，那么对相关理论知识的理解往往停留在表面，很难做到理论与实践的融会贯通，也不利于培养学生提出问题-分析问题-解决问题的工科思维方式。

（四）  教学评价机制单一，素质培养不足

信号课程考核采取以期末成绩为主，平时成绩为辅的方式，平时成绩侧重上课出勤和平时作业两部分，期末成绩重点考查学生对课程知识点的掌握程度，在总成绩中的占比较大。这种传统考核方式下，学生只注重期末考试，认为只要期末成绩不挂科就万事大吉，期末考试前学生死记硬背、通宵复习的现象屡见不鲜。平时课堂出勤率不高，即使来上课的同学认真听讲的比例也比较低，课堂上低头玩手机的现象普遍存在。课后作业相似度高，抄袭痕迹明显，对待平时成绩采取“佛系”心态，至于课程内容是否真正学以致用，往往抛诸脑后。尤其是新冠感染疫情期间线上授课，教师对学生的听课情况更加难以掌握，教学效果更不尽如人意。课堂表现差，平时作业应付了事，期末刷刷题，学生实际对课程的理解和掌握程度达不到预期教学目标，对本专业培养目标难以实现应有的广度和深度，不利于个人自主学习能力、创新能力和实践动手能力的提升。因此，这种单一的教学评价机制存在一定问题，不仅难以完成本课程教学目标，还难以满足新工科背景下对学生综合能力培养的需求。

二  新工科背景下课程教学实践

针对信号测试与处理课程特点和教学现状，立足新工科背景下的人才培养要求，结合常州大学过程装备与控制工程专业的培养方案，从课程思政、教学内容、教学方式和课程考核四个角度对该课程进行教学探索。