機(jī)械故障診斷課程教學(xué)改革探析

冷軍發(fā) 荊雙喜

河南理工大學(xué) 河南焦作 454000

機(jī)械故障診斷課程教學(xué)改革探析

冷軍發(fā) 荊雙喜

河南理工大學(xué) 河南焦作 454000

針對機(jī)械故障診斷課程教學(xué)內(nèi)容陳舊、結(jié)構(gòu)不合理和教學(xué)方法呆板、枯燥等存在的問題，提出了該課程教學(xué)改革的一些措施，建立以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的，基于故障診斷理論、技術(shù)方法和工程應(yīng)用研究的一體教學(xué)模式，以提高教學(xué)質(zhì)量。

機(jī)械故障診斷；教學(xué)改革；案例教學(xué)法

Abstract: In the view of many problems of the outdated teaching contents, irrational structure and stiff teaching method, some measures of teaching reform in this course of mechanical fault diagnosis were put forward. In order to improve the teaching quality, the integrated teaching model , which takes the students as the main part, teachers as the leading role, was constructed at the basis of the fault diagnosis theory, technology & method and engineering application study.

Key words: mechanical fault diagnosis; teaching reform; case teaching method

機(jī)械故障診斷課程屬專業(yè)課，與機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械振動學(xué)等課程銜接緊密，并直接與生產(chǎn)實(shí)踐、科學(xué)研究和日常生活緊密相關(guān)。近年來，隨著傳感檢測技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)等的突破性研究，機(jī)械故障診斷課程從理論、方法到應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)生了很大的改變。要求本課程的講授要知識面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，結(jié)合新理論、新方法及新的使用領(lǐng)域，使學(xué)生了解前沿動態(tài)。本課程傳統(tǒng)的教育內(nèi)容、方式、方法有許多值得認(rèn)同的優(yōu)點(diǎn)，但也存在明顯的不足，例如，教學(xué)內(nèi)容滯后、不合理，教學(xué)方法呆板，缺乏對學(xué)生動手能力和主動思考的培養(yǎng)。筆者認(rèn)為，本課程教學(xué)改革應(yīng)該圍繞提高教學(xué)質(zhì)量為中心展開，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，以案例教學(xué)、討論式教學(xué)等多種方式的研究性教學(xué)為手段，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 課程教學(xué)存在的問題

1.1 課程教學(xué)內(nèi)容存在的問題

機(jī)械故障診斷屬于專業(yè)課程教育，其理論性、技術(shù)性與應(yīng)用性是緊密結(jié)合的，教學(xué)內(nèi)容與方法必須適應(yīng)其理論、技術(shù)方法及應(yīng)用的最新研究成果。而本課程的教學(xué)結(jié)構(gòu)不盡合理，教學(xué)內(nèi)容一成不變，跟不上故障診斷技術(shù)的最新發(fā)展，沒有科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的氣息，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)有些課程沒開，即使開了，由于師資和辦學(xué)條件有限，教授時(shí)也只是點(diǎn)到為止，不能深入下去，這就必然造成學(xué)生的理論知識缺乏或基礎(chǔ)不牢固等現(xiàn)象。如，沒有開設(shè)機(jī)械振動學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)或信號處理技術(shù)等課程，而開設(shè)機(jī)械故障診斷課程，這樣對機(jī)械故障的一些振動機(jī)理問題不能解決，只能在字面上初步了解一下，顯然這是不行的。因此對專業(yè)課的開設(shè)必須考慮到該課程涉及哪些具體的關(guān)鍵知識點(diǎn)，應(yīng)在課前講授。

(2)開設(shè)的課程安排不盡合理，如，在機(jī)械故障診斷課程方面，應(yīng)先開設(shè)機(jī)械振動學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)和信號處理技術(shù)等相關(guān)課程，即使是在同一學(xué)期內(nèi)開設(shè)，也要將這些課程開設(shè)在先，而后開設(shè)機(jī)械故障診斷課程。

(3)課程教學(xué)內(nèi)容陳舊。教學(xué)講授的內(nèi)容基本停留在20世紀(jì)90年代的內(nèi)容，極少涉及現(xiàn)代故障診斷理論和國內(nèi)外的發(fā)展動態(tài)。

(4)課程所涉及的先開課程往往相互獨(dú)立，沒有統(tǒng)一聯(lián)系起來。各課程之間缺少銜接與配合，往往是學(xué)了下門課又忘了上門課程。

1.2 課程教學(xué)方法存在的問題

傳統(tǒng)的機(jī)械故障診斷課程和其他大多數(shù)的專業(yè)課程一樣，教學(xué)方法存在諸多弊端：呆板、枯燥、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低。具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

(1)傳統(tǒng)的“板書”教學(xué)，效率低、效果差、浪費(fèi)時(shí)間，課堂信息量不足，而且不利于師生的身體健康。

(2)教學(xué)是以教師、課堂、書本為中心的教學(xué)模式，普遍存在著“滿堂灌”“照本宣科”“學(xué)過即忘”等現(xiàn)象，窒息了學(xué)生的積極思維和創(chuàng)新能力。

2 課程教學(xué)改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

在課程內(nèi)容改革方面，要改變本課程內(nèi)容“繁、難、偏、舊”和偏重書本知識的現(xiàn)狀，加強(qiáng)課程內(nèi)容與現(xiàn)代工程應(yīng)用及最新研究領(lǐng)域的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和經(jīng)驗(yàn)，精選學(xué)生以后參加工作必備的專業(yè)知識和技能。

一方面要刪繁就簡，不斷更新課程內(nèi)容。刪除脫離學(xué)生認(rèn)知水平、違背學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的內(nèi)容，刪除陳舊落后內(nèi)容，刪除重復(fù)的內(nèi)容，使課程內(nèi)容精而新，體現(xiàn)故障診斷技術(shù)發(fā)展和設(shè)備維修技術(shù)的需要。另一方面要積極開發(fā)課程資源，不斷拓寬課程所涉及的新內(nèi)容。

針對本課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，對其進(jìn)行以下方面的綜合優(yōu)化和改革。

(1)課程教學(xué)時(shí)增加一些關(guān)于本課程的最新研究動態(tài)，包括故障機(jī)理研究、最新的故障信號處理技術(shù)研究，如小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、遺傳算法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解等，故障診斷儀器、系統(tǒng)（如傳感器、簡易測振儀、聲級計(jì)、溫度計(jì)、脈沖計(jì)、放大器、采樣器等）的研究動態(tài)。另外，還增加故障診斷技術(shù)在石油、化工、交通、航空航天、發(fā)電、采礦等領(lǐng)域機(jī)械設(shè)備故障診斷的實(shí)際工程應(yīng)用。

(2)優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)。將機(jī)械故障診斷課程所涉及的所有知識點(diǎn)：數(shù)學(xué)（高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等）、力學(xué)（理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械振動學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、彈性力學(xué)等）、摩擦學(xué)、信號處理技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件編程（Matlab編程、LabVIEW編程或VC編程等）等按照課程的重要性、開課的先后順序進(jìn)行模塊化教學(xué)。當(dāng)然，由于機(jī)械故障診斷課程學(xué)時(shí)有限，大多已學(xué)過的課程只能稍做提示，幫助學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行梳理，并綜合為一個(gè)整體來講授。

2.2 教學(xué)方法改革

教學(xué)方式轉(zhuǎn)變應(yīng)從教師教育思想轉(zhuǎn)變開始，首先樹立教師從事教育事業(yè)的責(zé)任心與自豪感，其次是建立以學(xué)生自主、主動的學(xué)習(xí)方式，最后是積極開展課外實(shí)踐訓(xùn)練。課堂教學(xué)與課外實(shí)踐訓(xùn)練結(jié)合，這是實(shí)行教學(xué)互動的一種形式。

針對本課程，具體來說，我們提出以下改革措施提高教學(xué)質(zhì)量：

2.2.1 順應(yīng)時(shí)代變化，采用多媒體、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化教學(xué)

采用多媒體教學(xué)優(yōu)勢在于：把學(xué)生的視覺、聽覺和思維調(diào)動起來，使學(xué)生在新鮮、好奇中完成學(xué)習(xí)任務(wù)；多媒體教學(xué)“新穎、環(huán)保、高效、信息量大、資源共享及網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)”等優(yōu)點(diǎn)，在課堂教學(xué)中可以將新理論、新方法和最新的研究成果以及大量的工程應(yīng)用案例通過多媒體形式傳授給學(xué)生，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為此，可以充分利用我校良好的現(xiàn)代教育技術(shù)和校園互聯(lián)網(wǎng)，建立多媒體網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化教學(xué)平臺，形成課堂內(nèi)外的互動教學(xué)空間，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

2.2.2 采用啟發(fā)式教學(xué)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)

機(jī)械故障診斷課程的教學(xué)過程是培養(yǎng)學(xué)生將以往所學(xué)的知識連貫融匯起來，將其應(yīng)用于機(jī)械故障診斷中，是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。在實(shí)際的教學(xué)中應(yīng)該處理好“教”與“學(xué)”的關(guān)系，加強(qiáng)與學(xué)生的互動，讓學(xué)生的思維能跟上教學(xué)內(nèi)容的節(jié)奏。啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、思考問題并隨時(shí)提問，給學(xué)生有思考問題的時(shí)間，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，變被動接收為主動學(xué)習(xí)。如講齒輪箱故障診斷時(shí)，設(shè)問：“一對齒輪相互嚙合時(shí)，其嚙合剛度是不變的，還是變化的；若是變化的，按什么規(guī)律變化？”學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性被調(diào)動起來。學(xué)生回答的，教師要加以鼓勵(lì)，學(xué)生沒說出來的，教師要加以補(bǔ)充，這樣就會有很好的講課效果。

2.2.3 加強(qiáng)綜合性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力

機(jī)械故障診斷課程內(nèi)容多而雜，各部分相互聯(lián)系強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大。因此，需要在吃透全面內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合性教學(xué)。綜合性教學(xué)可以加深學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)的認(rèn)識和理解，使教學(xué)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、聯(lián)系加強(qiáng)、思路清晰、重點(diǎn)突出。從課程的整體內(nèi)容來看，除緒論部分外，每一章基本上分為基本知識、基本理論和基本技術(shù)3個(gè)方面，3個(gè)方面都相互統(tǒng)一的整體，從而加強(qiáng)課程的整體性、系統(tǒng)性，增強(qiáng)知識的邏輯性、條理性，消除散亂感，便于學(xué)生的理解和掌握。如，對于“轉(zhuǎn)子不平衡”的學(xué)習(xí)可采用圖1所示的綜合教學(xué)模型：

圖1 “轉(zhuǎn)子不平衡”綜合性教學(xué)模型

從綜合性教學(xué)模型可知，振動機(jī)理分析是基礎(chǔ)，傳感選擇與校準(zhǔn)是采集信號的保證，信號處理是技術(shù)，監(jiān)測與診斷軟件是平臺。另外，還要加強(qiáng)理論結(jié)論（通過仿真分析）與實(shí)際分析結(jié)果的比較，找出差異及其產(chǎn)生的原因。因此，只有把這個(gè)模型（可以推廣到其他機(jī)械故障模型的學(xué)習(xí)）里所有的內(nèi)容學(xué)會掌握了，才是真正做到了各部分知識的有機(jī)串聯(lián)和融會貫通，形成一個(gè)完整的知識系統(tǒng)。同時(shí)也能更好地培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，以及培養(yǎng)他們的工程意識和創(chuàng)新能力，從而取得更好的教學(xué)效果。

2.2.4 工程應(yīng)用案例教學(xué)法

專業(yè)課程教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，而創(chuàng)新能力的形成，是在分析問題、解決問題的過程中逐漸形成的，實(shí)施工程應(yīng)用案例教學(xué)法是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種有效辦法。工程應(yīng)用案例主要是指機(jī)械故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用研究案例，通過案例分析討論能使所講內(nèi)容與工程實(shí)際緊密結(jié)合，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的積極性，如在講到齒輪箱故障診斷時(shí)，根據(jù)大量的工程應(yīng)用實(shí)例，按照類似圖1的教學(xué)模型，非常形象地給學(xué)生介紹了齒輪箱的振動機(jī)理與故障特征、故障信號采集與分析方法、監(jiān)測與故障診斷軟件的LabVIEW編程等，收到了比較理想的教學(xué)效果。

3 結(jié)束語

專業(yè)課程教學(xué)必須建立以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的，基于專業(yè)理論、技術(shù)方法研究和應(yīng)用研究的一體教學(xué)模式。并可借鑒國外“做中學(xué)”“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)”的創(chuàng)造性人才培養(yǎng)思路，按照“如何解決一個(gè)實(shí)際工程診斷案例”來進(jìn)行機(jī)械故障診斷課程教學(xué)規(guī)劃和組織教學(xué)活動，探索、研究與本課程特點(diǎn)相適應(yīng)的教學(xué)方法與手段，形成具有機(jī)械故障診斷學(xué)科專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容和方法。

[1] 安琦.系統(tǒng)培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學(xué)模式[J].高等工程教育研究，2004，1：77～79

[2] 李彩云.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革初探[J].教育與職業(yè)，2008，11：108～109

[3] 徐敏，黃昭毅.設(shè)備故障診斷手冊[M].陜西：西安交通大學(xué)出版社，1998

Discussing and analyzing of the teaching reform in the course of mechanical fault diagnosis

Leng Junfa, Jing Shuangxi
Henan polytechnic university, Jiaozuo, 454000, China

2011-01-10 稿件編號：1101031

冷軍發(fā)，副教授。荊雙喜，教授，成人教育學(xué)院院長。