基于新工科與工程教育專業(yè)認(rèn)證的機(jī)械故障診斷學(xué)教學(xué)改革研究

鄭近德，包家漢，劉慶運(yùn)，魏志剛

(安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

工程教育專業(yè)認(rèn)證(簡(jiǎn)稱“專業(yè)認(rèn)證”)的核心是要求高校工科專業(yè)培養(yǎng)的畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可和國(guó)際通行工程教育的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即符合華盛頓協(xié)議原則精神的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。專業(yè)認(rèn)證的理念是“以學(xué)生為中心”、“成果導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”，要求辦學(xué)條件、專業(yè)課程體系、師資隊(duì)伍等圍繞既定的學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成來(lái)展開(kāi)，同時(shí)要求有專業(yè)教育質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的保障機(jī)制[1]。最近幾年實(shí)施的國(guó)家重大戰(zhàn)略計(jì)劃，如“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”“一帶一路”“互聯(lián)網(wǎng)+”等迫切要求高等院校更新工程教育理念，開(kāi)展“新工科”建設(shè)，培養(yǎng)國(guó)際視野寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、知識(shí)結(jié)構(gòu)新、具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的復(fù)合型“新工科”工程技術(shù)人才?！靶鹿た啤笔请S著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)工科的升級(jí)和優(yōu)化，其內(nèi)涵就是要提高工程技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力、適應(yīng)變化能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在“新工科”背景下，人才培養(yǎng)方案、課程體系和課程教學(xué)內(nèi)容需要按照專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改革，主動(dòng)適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，體現(xiàn)企業(yè)與行業(yè)需求，注重多學(xué)科融合和交叉。

一、機(jī)械故障診斷學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械故障診斷學(xué)是很多高校機(jī)械相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)備及典型部件常見(jiàn)故障的機(jī)理、故障形式以及機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和方法，并具備從事機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷的基本技能。機(jī)械故障診斷學(xué)課程的特點(diǎn)是理論性和邏輯性強(qiáng)，盡管學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)已學(xué)習(xí)過(guò)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等先期課程，但是機(jī)械故障診斷學(xué)的內(nèi)容抽象、理論性較強(qiáng)，再加上學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法興趣不足，教學(xué)效果欠佳，導(dǎo)致學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前新工科建設(shè)對(duì)工程專業(yè)技術(shù)人才的要求。因此，機(jī)械故障診斷學(xué)的教學(xué)應(yīng)以專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，以新工科建設(shè)的高速發(fā)展和要求為核心，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和工程能力為目標(biāo)，培養(yǎng)創(chuàng)新和實(shí)踐能力強(qiáng)、具有解決復(fù)雜工程實(shí)際問(wèn)題的復(fù)合型人才。

二、課程教學(xué)改革探索

(一)修訂課程教學(xué)大綱、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容體系

傳統(tǒng)的機(jī)械故障診斷學(xué)的填鴨式教學(xué)方式培養(yǎng)的學(xué)生已無(wú)法滿足新工科建設(shè)的要求。這就要求高校授課教師必須轉(zhuǎn)變教育思想，創(chuàng)新和樹(shù)立工程教育教學(xué)的新理念。具體來(lái)說(shuō)，一方面，隨著新工科建設(shè)的發(fā)展，機(jī)械故障診斷不斷產(chǎn)生新的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，新出現(xiàn)一些大型機(jī)械裝備和機(jī)器人等都要求機(jī)械故障診斷技術(shù)及時(shí)更新。因此，應(yīng)以“學(xué)生為中心”的專業(yè)認(rèn)證理念為指導(dǎo)[2]，及時(shí)修訂人才培養(yǎng)目標(biāo)及機(jī)械故障診斷學(xué)課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容符合機(jī)械類或機(jī)械工程相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，順應(yīng)新工科建設(shè)的要求，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的機(jī)械專業(yè)技術(shù)人才。另一方面，需要針對(duì)不同專業(yè)制定不同的教學(xué)大綱，使授課內(nèi)容更具有針對(duì)性。目前，安徽工業(yè)大學(xué)機(jī)械故障診斷學(xué)課程是機(jī)械工程專業(yè)的專業(yè)課程，同時(shí)還是車(chē)輛工程和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)選修課程。但是，目前該課程面向各個(gè)專業(yè)的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有區(qū)別，沒(méi)有針對(duì)專業(yè)要求和特點(diǎn)設(shè)置教學(xué)內(nèi)容。但是，不同專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)有一定的差異，因此，課程教學(xué)也有必要針對(duì)不同的專業(yè)設(shè)置不同的教學(xué)大綱[3-4]。比如，機(jī)械工程專業(yè)的畢業(yè)生主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和設(shè)備維護(hù)等工作，課程教學(xué)大綱應(yīng)該側(cè)重機(jī)械裝備的振動(dòng)、測(cè)試、動(dòng)力學(xué)機(jī)理和診斷理論，而車(chē)輛工程專業(yè)的學(xué)生則應(yīng)該重點(diǎn)開(kāi)展車(chē)輛工程相關(guān)對(duì)象如車(chē)輛動(dòng)力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)和減速器等振動(dòng)和診斷的教學(xué)，以幫助學(xué)生采用機(jī)械故障診斷學(xué)知識(shí)來(lái)解決復(fù)雜工程實(shí)際問(wèn)題。因此，機(jī)械故障診斷學(xué)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)依據(jù)學(xué)生的專業(yè)分布進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，既要注重傳統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，又要增加專業(yè)技能要求所必需的教學(xué)內(nèi)容。

為了適應(yīng)專業(yè)認(rèn)證的要求，考慮對(duì)機(jī)械故障診斷學(xué)課程中的理論問(wèn)題采用計(jì)算機(jī)仿真軟件如Matlab、Simulink和Labview等進(jìn)行仿真驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)機(jī)械故障案例進(jìn)行分析診斷。這種軟件輔助教學(xué)方式的引入相比板書(shū)和多媒體教學(xué)，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。 為了培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題的能力，可以在課堂教學(xué)過(guò)程中采用啟發(fā)式教學(xué)或案例分析教學(xué)法，以教學(xué)目標(biāo)為中心，引入現(xiàn)實(shí)企業(yè)中設(shè)備故障診斷問(wèn)題，圍繞實(shí)際診斷案例，通過(guò)教師分析和講解傳授診斷知識(shí)，通過(guò)和學(xué)生的討論，增加課堂教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

目前機(jī)械故障診斷學(xué)還沒(méi)有設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際問(wèn)題脫節(jié)。為了增強(qiáng)理論知識(shí)與工程實(shí)際的聯(lián)系，在教學(xué)過(guò)程中需要增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，有必要增加2至4課時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生參與到實(shí)際工程問(wèn)題的解決中。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以齒輪及滾動(dòng)軸承常見(jiàn)故障診斷方法為主。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)能夠讓學(xué)生對(duì)故障診斷過(guò)程從傳感器的安裝和布置、數(shù)據(jù)的收集、分析與處理、診斷結(jié)果和分析報(bào)告等每一個(gè)環(huán)節(jié)有深刻的認(rèn)識(shí)[5]。將所學(xué)專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合，在解決實(shí)際工程問(wèn)題的過(guò)程中開(kāi)展理論、實(shí)踐知識(shí)的學(xué)習(xí)，以及學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進(jìn)一步提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。同時(shí)，也能夠強(qiáng)化學(xué)生職業(yè)道德和工程倫理意識(shí)，培養(yǎng)以造福人類和可持續(xù)發(fā)展為理念的綜合型高素質(zhì)技術(shù)人才。

(二)多手段協(xié)同提升教學(xué)效果

目前機(jī)械故障診斷學(xué)課程采用板書(shū)和多媒體教學(xué)，已經(jīng)不能適應(yīng)新工科和專業(yè)認(rèn)證的要求。為了增強(qiáng)學(xué)生工程素養(yǎng)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，教師應(yīng)針對(duì)機(jī)械故障診斷學(xué)課程的特點(diǎn)，創(chuàng)新教學(xué)模式，不能依賴單一多媒體教學(xué)，必須采取多種教學(xué)方式和教學(xué)手段協(xié)同，如采用MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂，建立在線精品課堂等。同時(shí)，為了方便學(xué)生學(xué)習(xí)，還需要將教學(xué)大綱、課堂教學(xué)課件等資料提前發(fā)給學(xué)生。課前，通知學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)，查閱資料。課堂利用板書(shū)和多媒體講授基本方法和原理，提出工程實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生自主分析和解決問(wèn)題的能力。為了加深學(xué)生對(duì)方法和原理的理解，可以采用仿真軟件將實(shí)際問(wèn)題更加形象地展示給學(xué)生。課后，教師可以將學(xué)生分為不同的組，開(kāi)展自主與合作探究。每組引入不同的相關(guān)工程實(shí)際案例，根據(jù)不同組提出的問(wèn)題及解決方案進(jìn)行指導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生提出解決實(shí)際問(wèn)題的思路和方案。這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而提高他們的工程創(chuàng)新能力。

(三)改革考核評(píng)價(jià)體系

機(jī)械故障診斷學(xué)課程的考核主要包括平時(shí)考勤考核和期末成績(jī)考核，平時(shí)考勤成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不易量化，導(dǎo)致成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)不合理。期末成績(jī)考核多考課程中基本理論和方法公式的應(yīng)用，難以考核和評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)機(jī)械故障診斷學(xué)知識(shí)體系的真實(shí)掌握情況。這種考核方式不能對(duì)學(xué)生做出客觀實(shí)際的評(píng)價(jià)，也不利于新工科背景下的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)。機(jī)械故障診斷學(xué)的課程考核應(yīng)該在基本理論考核的基礎(chǔ)上增加具有工程背景的試題，即在課程理論考核的過(guò)程中，增加考核工程復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題。在解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的過(guò)程中，既要考察學(xué)生理論知識(shí)和方法的掌握，又要增強(qiáng)對(duì)學(xué)生的工程應(yīng)用能力的檢驗(yàn)。同時(shí)，為了完善考核體系，在之前考核辦法的基礎(chǔ)上，增加實(shí)踐教學(xué)考核，這不僅能夠檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能水平，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，也能夠讓學(xué)生去重視實(shí)驗(yàn)，突出動(dòng)手能力，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題的重視和學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語(yǔ)

機(jī)械故障診斷學(xué)課程教學(xué)應(yīng)通過(guò)建立理論、應(yīng)用、工程實(shí)踐一體的多維教學(xué)新模式，培養(yǎng)創(chuàng)新能力突出、工程素養(yǎng)高、應(yīng)用能力強(qiáng)的機(jī)械類專業(yè)工程技術(shù)專業(yè)人才，推動(dòng)機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。