城軌車輛檢測與故障診斷技術(shù)教學(xué)改革初探

崔 嵩 耿冉冉 洪 磊

(湖南工商大學(xué)文學(xué)與新聞傳播學(xué)院，長沙 410000)

一、引言

隨著我國城鎮(zhèn)居民汽車保有量不斷增加，城市道路交通系統(tǒng)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。由于運量高、快捷、路權(quán)相對獨立等優(yōu)點，城市軌道交通的迅猛發(fā)展面臨著旺盛的人才需求，同時隨著我國城軌車輛制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)企業(yè)對人才工程能力的要求也不斷提高。這就要求高等學(xué)校的城市軌道交通車輛工程專業(yè)加強教學(xué)改革，突破原有教學(xué)方式的桎梏，培養(yǎng)滿足企業(yè)需求的高素質(zhì)應(yīng)用型人才[1][2]。

二、課程特點

(一)課程難點

課程教學(xué)的首要難點在于該課程學(xué)習(xí)門檻相對較高，涉及前置基礎(chǔ)課程多[3]。該課程需要學(xué)生具有城軌車輛及其子系統(tǒng)相關(guān)的知識儲備，鑒于城軌車輛工程是一個需要滿足較多功能的系統(tǒng)性工程，因此，檢測與故障診斷對象也較多。教學(xué)主要內(nèi)容包括：監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)、檢測技術(shù)和傳感器技術(shù)、故障診斷方法、列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、走行部的檢測與故障診斷、牽引傳動系統(tǒng)的檢測與故障診斷、列車檢修。教學(xué)內(nèi)容涉及的前置基礎(chǔ)課程有機械振動基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)、信號處理技術(shù)基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、單片機等。這些前置基礎(chǔ)課程本身的學(xué)習(xí)難度較高。

故障診斷技術(shù)是一門學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域比較活躍的課題，近年來，城軌車輛故障診斷技術(shù)的研究論文層出不窮[4][5][6]，從事該領(lǐng)域的研究需要較高的學(xué)術(shù)理論知識素養(yǎng)。授課難點在于傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方式不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)習(xí)主動性差。鑒于課程的基本特點，加之需要補充較多的基礎(chǔ)知識，傳統(tǒng)的教學(xué)方法(講授法)是本課程的主要教學(xué)手段。學(xué)生對于枯燥的理論講授缺乏興趣，課堂氣氛沉悶，學(xué)習(xí)效果差。因?qū)W習(xí)難度大，作業(yè)效果也不理想。

(二)學(xué)習(xí)反饋

通過教學(xué)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)困難主要在于：

第一，不能很好的理解較為抽象的概念與方法；第二，對于故障診斷中的現(xiàn)象與原因，不能建立直觀的聯(lián)系；第三，課堂效率不高，課后復(fù)習(xí)難度大，前置課程相關(guān)資料收集困難。

上述三點反饋與課程難點息息相關(guān)。對抽象的概念與方法的認(rèn)知存在困難，由于學(xué)生對于沒有接觸過的概念和定義無法第一時間接受，且前期積累和生活經(jīng)驗中也沒有具體的可供聯(lián)想的實例，導(dǎo)致遲遲無法領(lǐng)會概念與方法的內(nèi)涵。傳統(tǒng)的順序思維方式由原因出發(fā)，經(jīng)歷過程分析，獲得結(jié)果(現(xiàn)象)。本課程中的故障診斷方法省略了分析過程，直接由原因得到結(jié)論，或由現(xiàn)象歸納原因，中間環(huán)節(jié)的省略是本著降低課程學(xué)習(xí)難度的考量，但也在一定程度上加重了學(xué)生的理解負(fù)擔(dān)。課堂學(xué)習(xí)效率差，基于學(xué)生對于復(fù)雜理論學(xué)習(xí)的抗拒，且存在部分學(xué)生前置課程基礎(chǔ)不牢固，無法跟上講授進(jìn)度。

三、改革措施

(一)授課方式改革

授課方式的改革主要集中在以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為目標(biāo)的講授方法轉(zhuǎn)變和基本授課模式的轉(zhuǎn)變。

講授方法改革側(cè)重于在講授中以具體形象的比喻代替原有抽象的概念，使學(xué)生更容易理解。這種方法可以應(yīng)用在本課程中的大量教學(xué)內(nèi)容中。如，在本課程開始階段，介紹故障診斷系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)與設(shè)備之前，并不直接講授概念，而是展示給學(xué)生一張其它電器設(shè)備的圖片(如電風(fēng)扇)。然后以問題的形式引導(dǎo)學(xué)生判斷電風(fēng)扇的故障?？梢酝ㄟ^看扇葉是否旋轉(zhuǎn)、用手觸碰扇葉、感受是否有風(fēng)來判斷電風(fēng)扇是否正常運轉(zhuǎn)。這樣一個故障診斷過程的傳感器是人的眼球、人的痛覺神經(jīng)元、觸覺神經(jīng)元等，人的傳導(dǎo)神經(jīng)類似于檢測系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，故障診斷方法就是人大腦的邏輯判斷，判斷的過程涉及到簡單的知識應(yīng)用和經(jīng)驗調(diào)取。通過此例就可以將課程的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)性的串聯(lián)起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。故障樹診斷中，可以用具體的事件(如工人腳手架墜落事件)來替代抽象的事件符號，幫助學(xué)生了解整個故障樹從底事件到頂事件的因果關(guān)系。

針對理論性較強，無法采用上述方法講授的內(nèi)容，如故障的振動診斷方法等?；镜氖谡n方式也應(yīng)有所轉(zhuǎn)變。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的情況下往往效率較高，部分內(nèi)容采取課堂講授和分組討論相結(jié)合的形式，每一組學(xué)生針對一部分內(nèi)容進(jìn)行組內(nèi)講授，其它學(xué)生提出意見，最終形成反饋報告。教師針對各小組的反饋進(jìn)行課堂集中答疑，這樣的方式不僅能促進(jìn)學(xué)生課前預(yù)習(xí)，也便于教師當(dāng)堂獲得反饋，并有針對的解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的困惑。此外，針對學(xué)生難以理解的缺少中間過程的因果結(jié)論，可以適當(dāng)補充一些學(xué)術(shù)研究資料，或利用有限元仿真等多種手段展示故障診斷過程，不要求學(xué)生深究其機理，務(wù)求讓學(xué)生建立感性的認(rèn)識，加深對于相關(guān)內(nèi)容的印象。除了考慮學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率的提高，也應(yīng)注重前置課程理論的補充，針對每節(jié)課的課程要點，以講義的形式提供學(xué)生學(xué)習(xí)所需要的前置理論材料，幫助學(xué)生加快課堂學(xué)習(xí)和思考。

(二) 作業(yè)方式改革

傳統(tǒng)的作業(yè)為老師出題，學(xué)生做題。題目統(tǒng)一，解法單一，不利于學(xué)生對所學(xué)知識的靈活掌握。如基本放大電路，結(jié)構(gòu)形式上具有多種的變化，輸出增益也有所不同，單一的題型考察不能得到全面的反饋。作業(yè)是課堂教學(xué)的延伸，也是課堂教學(xué)質(zhì)量反饋的主要形式。因此，統(tǒng)一的命題覆蓋的知識點有限，反饋力度有限。課程的作業(yè)改革首先在于出題內(nèi)容和方式的創(chuàng)新，選擇一道題目為主干(如差動放大器)，通過變動其構(gòu)成的基本電路元件，形成多道相關(guān)題目，布置給不同組學(xué)生，有層次的考察學(xué)生對于放大器基本電路原理的掌握程度；或通過拆分一個復(fù)雜電路(如儀器放大器)，將電路的不同子系統(tǒng)分解并布置給不同組學(xué)生，最后整合匯總作業(yè)結(jié)果，統(tǒng)一講授，節(jié)省課堂教學(xué)時間，同時加深學(xué)生印象。出題形式的創(chuàng)新還可以讓學(xué)生自主選題，網(wǎng)絡(luò)上存在多種故障樹模型，對應(yīng)的事件五花八門，可以在大方向上對故障樹層級和涉及的邏輯關(guān)系種類進(jìn)行命題約束，讓學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)上自由選擇故障樹，進(jìn)行割集計算。這種命題的方式調(diào)動了學(xué)生的積極性，為了達(dá)到命題要求，學(xué)生需要了解邏輯符號和各層事件的層級關(guān)系，進(jìn)一步加深課程內(nèi)容的掌握。

四、效果反饋

傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要癥結(jié)在于學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，課堂專注力不高，課后復(fù)習(xí)難度大，學(xué)習(xí)自主性不高，進(jìn)而導(dǎo)致課程內(nèi)容掌握程度差。學(xué)生的積極性和主動性在于參與，而不是被動地接受。因此教學(xué)改革的目的是激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生盡可能參與到教學(xué)過程和作業(yè)命題中來。教學(xué)改革方案中提出的以問題形式引導(dǎo)學(xué)生思考，以具體的容易聯(lián)想的事件代替抽象的符號，是激發(fā)學(xué)生興趣的重要舉措；分組討論的形式是讓學(xué)生主動參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中來，讓學(xué)生作課堂的主人；作業(yè)布置環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生自主命題的形式也是激發(fā)學(xué)生參與的重要舉措。在上述多項措施的基礎(chǔ)上，同時也不能完全摒棄原有的授課方式，在作業(yè)布置上分層次的考察學(xué)生，獲得反饋，便于教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

從課堂上課效果看，課堂氣氛明顯活躍，學(xué)生的課堂參與度變高。從作業(yè)反饋來看，學(xué)生的積極性被調(diào)動了起來，分層次的不同作業(yè)題目的考察在課堂作業(yè)講解中收獲了很好的效果，學(xué)生反映作業(yè)講解中的由淺到深的層次感加深了對于相關(guān)知識的掌握。故障樹分析的自主命題形式也激發(fā)了學(xué)生的興趣。由于課堂中經(jīng)常采用形象的聯(lián)想案例，學(xué)生對于枯燥的理論知識印象加深，作業(yè)和考試中都發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于抽象概念的掌握程度有了明顯的提高。

五、結(jié)語

第一，抽象的概念應(yīng)該采用貼近真實的類比或其它比喻形式來幫助學(xué)生課堂理解。

第二，參與度是增強學(xué)生學(xué)習(xí)效果的源泉。

第三 ，在作業(yè)命題中要注意層次感，同時也可適當(dāng)增加學(xué)生自主命題的權(quán)限，以增加學(xué)生參與度，激發(fā)興趣。