“機械設(shè)備故障診斷”課程教學(xué)改革與探索

周昌靜　李強

[摘 要] 根據(jù)“機械設(shè)備故障診斷”課程特點，提出一系列課程改革措施，包括整合教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法，改革考核方式。通過故障案例研究及討論式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)和體驗式教學(xué)方法，分階段工程故障案例診斷考核等方式，將課堂知識與工程實際問題緊密結(jié)合，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生運用所學(xué)知識分析、 解決實際問題的能力，增強了課程的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 機械設(shè)備故障診斷；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；考核方式

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 1008-2549（2016） 05-0072-02

“機械設(shè)備故障診斷”是一門給機械設(shè)備“看病”的機械類專業(yè)課程，它通過對機械設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)的處理和分析，結(jié)合設(shè)備的“健康”檔案，來診斷機械設(shè)備及其零部件的故障類型、故障程度、故障部位和故障原因，然后根據(jù)診斷結(jié)果對確定的故障作防治處理或控制措施。課程涉及機械振動、流體力學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)等機械工程各個方面的知識，內(nèi)容豐富、知識點較多，又具有較強的工程實踐性，教學(xué)難度大。作者結(jié)合本專業(yè)和本課程的特色，重新設(shè)計教學(xué)方法，加強學(xué)生工程實踐認(rèn)識，強化學(xué)習(xí)效果。本文從“機械設(shè)備故障診斷”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和成績考核三個方面入手，嘗試進行該課程的教學(xué)改革與探索。

一 整合教學(xué)內(nèi)容

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，使零散的知識條理化、系統(tǒng)化

對于過程裝備與控制工程專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)好“機械設(shè)備故障診斷”這一課程離不開對于基本理論和基本方法的掌握。而機械設(shè)備故障診斷課程具有工程背景強、知識體系復(fù)雜、理論性強、實踐性強等特點，課程涉及的內(nèi)容多、知識面廣，而我校機械設(shè)備故障診斷課程學(xué)時有限，在較少的學(xué)時內(nèi)要求學(xué)生掌握所有的知識點是不現(xiàn)實的，因此在授課中必須根據(jù)課程內(nèi)容的特點和我校學(xué)生面向石油石化行業(yè)的特色有所側(cè)重。在實際教學(xué)中以故障的機理和故障特征的提取等基本理論和技術(shù)作為整個課程的教學(xué)主線，通過一根主線貫穿始終，把零散內(nèi)容條理化、系統(tǒng)化，引導(dǎo)學(xué)生掌握基本的學(xué)習(xí)方法。比如，在講“轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷”這一節(jié)中，要以“轉(zhuǎn)子不平衡故障特征”作為主線，先從復(fù)習(xí)機械原理課程中學(xué)習(xí)過的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的概念開始，接著分析臨界轉(zhuǎn)速對不平衡振動的影響，進而引出轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡引起機械振動的故障特征，再到轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡振動的原因和防治措施。這樣一來顯得條理清楚，層次較分明，學(xué)生也比較容易理解接受。

2 結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用介紹故障診斷的新進展

隨著現(xiàn)代生產(chǎn)自動化程度的不斷提高和過程工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，對生產(chǎn)的連續(xù)化要求不斷提高，傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)已經(jīng)不能滿足要求，先進的故障診斷方法層出不窮。這與目前普遍使用的教材內(nèi)容中大量篇幅都是傳統(tǒng)故障診斷方法，少量篇幅簡單介紹故障診斷技術(shù)的最新應(yīng)用進展相矛盾。而在目前的現(xiàn)場應(yīng)用中也是以先進的計算機智能診斷為主，因此非常有必要結(jié)合現(xiàn)場實際狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)介紹故障診斷最新應(yīng)用進展情況，以實際工程應(yīng)用為背景，介紹前沿的應(yīng)用信息，以使學(xué)生對設(shè)備故障診斷工作有一個感性的認(rèn)識，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

3 擴展工程實際的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷應(yīng)用案例

“機械設(shè)備故障診斷”課程的實踐性較強。在課程原來的培養(yǎng)計劃和教材中主要是理論為主，缺少典型的案例，有些案例背景交代得也不是很清楚，不便于案例間的比較與分析，不能切實做到理論聯(lián)系實際。而工程實際故障案例內(nèi)容恰恰是與工業(yè)生產(chǎn)過程密切相關(guān)，很多故障的特征和規(guī)律的區(qū)分也來源于實踐。在新的課程計劃中，增加工程實際典型案例分析，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)所見所學(xué)，增強學(xué)生的感性認(rèn)識，激發(fā)他們的求知欲和好奇心。通過對與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的工程實際案例問題分析，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)故障診斷知識應(yīng)用到實際機械設(shè)備故障診斷中，加強學(xué)生對故障機理和故障特征知識的理解，實現(xiàn)“從實踐中來，到實踐中去”的理論認(rèn)知過程。

二 改革教學(xué)方法和手段

傳統(tǒng)的教學(xué)是以教師、課堂、書本為中心的教學(xué)模式。這樣的教學(xué)，雖然循序漸進，有本可依，但對理論性、技術(shù)性與實踐性緊密結(jié)合的機械設(shè)備故障診斷課程其效果并不理想。由于該課程的學(xué)習(xí)需要前期課程的基礎(chǔ)，課程的教學(xué)基本安排在大四年級的第一學(xué)期。這一學(xué)期大部分學(xué)生忙于找工作，另外一份部分學(xué)生忙于考研課程的復(fù)習(xí)，課堂教學(xué)常常出現(xiàn)教師在講臺上唱“獨角戲”、學(xué)生在下面溜號、開小差的情況，這樣的課堂忽視了教師和學(xué)生之間的互動和溝通，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，課堂上學(xué)生主體參與性差，不能充分發(fā)揮其積極性和能動性，教學(xué)過程變成了學(xué)習(xí)主體缺位的純教師行為， 教學(xué)內(nèi)容落實不到實處。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能達到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐意識，強化教學(xué)效果，增加了以下教學(xué)方法。

1 故障案例研究及討論式教學(xué)

討論法是雙向交流的教學(xué)方法，通過故障實例分析討論能使所講內(nèi)容與工程實際緊密結(jié)合，可以激發(fā)學(xué)生就所要討論的問題進行積極地思考，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性。課堂教學(xué)中引入相關(guān)工程故障案例，組織學(xué)習(xí)小組開展案例調(diào)研，由主講教師就關(guān)鍵知識點提出問題研究方向，學(xué)生根據(jù)需要掌握的知識點調(diào)研相關(guān)領(lǐng)域并對所給故障進行分析診斷，然后在下一次課上組織學(xué)生就調(diào)研案例涉及的主要問題自由討論，在此基礎(chǔ)上對學(xué)生仍然存在的問題予以講解和指導(dǎo)。這種工程故障案例研究討論的方式可以啟發(fā)學(xué)生打開思維，深入思考，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，提高學(xué)生的工程意識，同時學(xué)生通過對所需知識點的調(diào)研也可了解到相關(guān)問題的最新研究進展。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，工程故障案例研究討論法在活躍課堂氣氛、促進同學(xué)間交流、加強學(xué)生的工程實踐能力培養(yǎng)方面都有顯著的作用。

2 啟發(fā)式教學(xué)

對于枯燥的基本理論部分，一部分學(xué)生選擇了被動學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的積極性和主動性受到嚴(yán)重影響。因此，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性還需要采取更容易讓學(xué)生接受的教學(xué)方法。在課堂授課時，我們按課程重點、難點通過對工程典型故障有針對性的設(shè)問、引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生跟隨課堂內(nèi)容積極思考來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如：對于往復(fù)壓縮機活塞桿的受力分析和故障診斷這部分內(nèi)容，不是上來就先介紹活塞桿的受力分析和氣體力、慣性力、綜合活塞力等計算公式的推導(dǎo)，而是通過幻燈片先引入連桿小頭襯套和十字頭銷燒研故障的照片，對著故障照片引導(dǎo)學(xué)生分析得出燒研的原因是襯套和十字頭銷間沒有得到良好的潤滑，進而啟發(fā)學(xué)生思考潤滑油的進入與哪些因素有關(guān)，這時再適時引入活塞桿受拉和受壓時十字頭銷壓在連桿小頭襯套不同側(cè)的照片進行活塞桿的受力分析。通過這樣的啟發(fā)式教學(xué)，不但使得課堂內(nèi)容生動活潑、學(xué)生易于理解和接受綜合活塞力負(fù)荷反向的概念，而且學(xué)生帶著問題和好奇心學(xué)習(xí)，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3 體驗式教學(xué)

學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主體。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是以教師講、學(xué)生聽為主，教師不能完全體會和了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，因此教與學(xué)配合不夠。在新的教學(xué)實踐中，通過角色互換，學(xué)生進行體驗式教學(xué)活動。即由教師布置以實際工程為背景的體驗教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生通過查閱相關(guān)資料，最后以書面報告和口頭報告的形式完成教學(xué)任務(wù)，教師做最后的點評和補充。通過體驗式教學(xué)，也使學(xué)生參與了教學(xué)過程，并且視野不局限于課堂。在完成報告的寫作與講解過程中，學(xué)生也很好地鍛煉了組織能力和表達能力。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)體驗式教學(xué)在活躍課堂氣氛、促進同學(xué)間交流、提高學(xué)生的注意力方面都有顯著的作用。同時通過這樣的角色轉(zhuǎn)換，教師也可以更多地體會學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，及時調(diào)整教學(xué)方案和方法，強化教與學(xué)的效果。

三 考核方式的改革

考核評價是指揮棒，考核的基本任務(wù)就是檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、促進學(xué)生學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題。目的在于掌握教學(xué)情況，改進教學(xué)和督促教育目標(biāo)的實現(xiàn)。機械故障診斷技術(shù)理論性和工程性都很強，知識面廣，其應(yīng)用性遠超過其理論性。一次性閉卷考試模式難以全面考核學(xué)生對故障診斷知識的理解和應(yīng)用，制約了學(xué)生創(chuàng)新精神的發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和解決工程實際問題的能力。

機械設(shè)備故障診斷課程考核形式上，改變一次性結(jié)課考試的做法，采用分階段考核的形式，以工程故障案例方式命題，通過典型工程故障案例將故障診斷理論教學(xué)中的關(guān)鍵知識體系拆分為若干考點考查學(xué)生應(yīng)用所學(xué)故障診斷知識進行故障診斷的能力，使考核轉(zhuǎn)變?yōu)橹卦谥R運用上。同時通過分階段的考核使教師和學(xué)生都能及時發(fā)現(xiàn)“教”和“學(xué)”中存在的問題，教師可以根據(jù)考核情況及時調(diào)整教學(xué)進度、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)方法，進一步提高課堂教學(xué)質(zhì)量?？己私Y(jié)果的及時反饋對學(xué)生也有監(jiān)督和促進作用，學(xué)生可以根據(jù)分階段考核檢驗階段學(xué)習(xí)效果，以便及時發(fā)現(xiàn)不足，跟上教學(xué)節(jié)奏。

這種變一次性、終結(jié)性考試為分階段、全過程的考核形式，有利于課程分階段目標(biāo)的實現(xiàn)，同時以工程故障實例分析為主題的考核模式將課堂知識與解決實際問題相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生獨立且較深入研究問題的能力，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，減少了學(xué)習(xí)的功利性。

總之，通過“機械設(shè)備故障診斷”課程教學(xué)內(nèi)容的整合、教學(xué)方法的改進、考核方式的改變，有效地將課堂知識與工程實際問題緊密結(jié)合，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，分析和解決工程實際問題的能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)得到了進一步的加強，增強了課程的教學(xué)效果。

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