應(yīng)用型本科車輛工程專業(yè)《鐵道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》教學(xué)改革探討

楊亮亮 黃曉翠 洪 磊 王儉樸

(南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院,南京 211167)

一、《鐵道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)改革的意義

隨著我國鐵路行業(yè)的蓬勃發(fā)展,對從業(yè)人員的技能要求逐步提高,為適應(yīng)鐵路機(jī)車車輛高質(zhì)量發(fā)展的新趨勢,除頂尖研究型人才外,應(yīng)用型人才的儲(chǔ)備和普及也是關(guān)鍵。因此,加強(qiáng)應(yīng)用型車輛工程專業(yè)本科生課程的教學(xué)改革非常有必要[1][2]。

《鐵道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》是南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院為車輛工程專業(yè)軌道車輛方向本科生開設(shè)的一門專業(yè)必修課程。該課程圍繞鐵道車輛系統(tǒng)的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩部分內(nèi)容進(jìn)行教學(xué),主要涉及有限單元法基本原理、車輛主要零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法、車輛垂向振動(dòng)模型、車輛橫向振動(dòng)模型、列車縱向振動(dòng)模型、車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及評估方法、輪軌關(guān)系等內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)該課程,學(xué)生不僅可以鞏固《車輛工程》《材料力學(xué)》《機(jī)械振動(dòng)》等已學(xué)課程中的重點(diǎn)知識,又可以掌握與鐵道車輛強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)相關(guān)的概念、理論、方法和標(biāo)準(zhǔn)等專業(yè)新知識,為今后從事鐵路行業(yè)更專門化的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維和測試等工作打下良好的基礎(chǔ)。

該課程所涉及到的基礎(chǔ)理論包括彈性理論、有限元理論、振動(dòng)理論和接觸理論等,多屬于邏輯性和抽象性知識,在以往授課中總結(jié)了以下共性問題:一是課程學(xué)時(shí)緊張,內(nèi)容壓縮較多,教學(xué)連貫性不足;二是課程理論性強(qiáng),對數(shù)學(xué)和力學(xué)功底要求高,學(xué)生不易掌握;三是教材選擇困難,適合本科生學(xué)習(xí)理解能力的教材太少;四是理論聯(lián)系實(shí)踐少,學(xué)生對理論知識的綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練不足;五是教學(xué)方式和考核方式單一,學(xué)生多采用死記硬背應(yīng)付作業(yè)和考試。為此,本文立足于應(yīng)用型本科車輛工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)方面對《鐵道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》的課程教學(xué)展開探[3][5]。

二、《鐵道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)改革探討

(一)教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)應(yīng)用型本科車輛工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)要求,一方面要以培養(yǎng)社會(huì)普及型人才為基本思想,注重兼顧理論知識傳授和綜合能力培養(yǎng)的大眾型教學(xué),另一方面要以培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用型人才為特色理念,注重建設(shè)能夠體現(xiàn)工程與實(shí)踐相結(jié)合的服務(wù)型教學(xué)?！惰F道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》屬于具有工程實(shí)踐屬性的理論課程,是鐵道車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和懸掛設(shè)計(jì)及應(yīng)用的指導(dǎo)理論,但由于原理復(fù)雜、概念抽象、公式繁多,導(dǎo)致課程內(nèi)容枯燥難懂。因此,對于應(yīng)用型本科車輛工程專業(yè)開設(shè)該課程,需要兼顧培養(yǎng)目標(biāo)和課程特點(diǎn),在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

首先,突出實(shí)踐教學(xué)特色并不意味機(jī)械地壓縮理論教學(xué)內(nèi)容。鐵道車輛系統(tǒng)靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)所涉及的核心內(nèi)容分別是車輛強(qiáng)度問題和車輛振動(dòng)問題,兩者所涉及的理論基礎(chǔ)及應(yīng)用方向是有差別的,研究型院校通常單獨(dú)開設(shè)為兩門32個(gè)學(xué)時(shí)課程。考慮到應(yīng)用型院校需要設(shè)置更多的實(shí)踐教學(xué)任務(wù),建議在當(dāng)前合并后課程的基礎(chǔ)上增加到48個(gè)學(xué)時(shí),既能保證課程內(nèi)容的基本完整性,又能適當(dāng)增加仿真軟件教學(xué)和應(yīng)用案例教學(xué)等環(huán)節(jié),看似增加理論學(xué)時(shí),實(shí)則將實(shí)踐教學(xué)融入理論教學(xué)。

其次,教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行模塊化調(diào)整。目前,與該課程直接相關(guān)的出版教材很少,授課大綱是基于《軌道車輛強(qiáng)度基礎(chǔ)》和《車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》兩本出版教材的簡單融合,內(nèi)容設(shè)置僅考慮知識點(diǎn)梳理的連貫性,并未從本科生學(xué)習(xí)理解能力角度著手。因此,建議對授課難度和內(nèi)容進(jìn)行模塊化調(diào)整,將教學(xué)內(nèi)容劃分為:基本理論、專業(yè)關(guān)聯(lián)性理論和案例應(yīng)用三大模塊,滿足授課對象的差異化需求,并緊扣專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求。

再次,教學(xué)應(yīng)用案例需要及時(shí)更新。客車高速化、機(jī)貨車重載化、城市軌道交通車輛多元化是當(dāng)前鐵路車輛發(fā)展的大趨勢,課程中所涉及的案例分析應(yīng)盡可能與時(shí)俱進(jìn),保證學(xué)生畢業(yè)后從事業(yè)內(nèi)工作時(shí)對現(xiàn)役鐵路車輛裝備對象具有較好的熟悉度,體現(xiàn)應(yīng)用型本科教育的服務(wù)行業(yè)理念。

最后,適當(dāng)增加軟件教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)。授課中講解應(yīng)用案例時(shí)所涉及的有限元理論和振動(dòng)理論一般都需要運(yùn)用數(shù)值方法進(jìn)行求解,有必要增加一些有限元軟件和多剛體動(dòng)力學(xué)軟件基本操作的教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié),提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

(二)教學(xué)方法

目前,《鐵道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》課程采用比較傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法,授課中涉及的概念、公式、規(guī)范等讓不少學(xué)生望而卻步,課堂互動(dòng)參與度不高。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果,在教學(xué)方法上也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的改進(jìn)。

首先,多引入直觀教學(xué)素材,循序漸進(jìn)地將學(xué)生從感官世界帶入邏輯世界和抽象世界。如利用列車脫軌事故的動(dòng)畫和圖片進(jìn)行脫軌模擬分析并引入對車輛運(yùn)行安全性理論的介紹;利用單輪對蛇行運(yùn)動(dòng)演示動(dòng)畫幫助學(xué)生直觀地理解輪軌蠕滑導(dǎo)向機(jī)理;利用轉(zhuǎn)向架縮小比例模型輔助學(xué)生對構(gòu)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。

其次,適當(dāng)采用案例教學(xué)法,先了解為何學(xué),再熟悉學(xué)什么,最后掌握怎么學(xué),促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣。如通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向架二系垂向減振器阻尼參數(shù)提高車輛垂向平穩(wěn)性的案例分析,學(xué)生先了解減振器是車輛系統(tǒng)的重要部件,進(jìn)而熟悉減振器在車輛系統(tǒng)中具有三種阻尼狀態(tài),最后掌握選擇何種阻尼狀態(tài)才能達(dá)到最佳減振效果。

最后,減少公式套用類作業(yè),增加具有調(diào)查或仿真屬性作業(yè),培養(yǎng)學(xué)生自主思考和實(shí)踐的能力。如設(shè)計(jì)開放類課后作業(yè)“淺談車輛運(yùn)行穩(wěn)定性的影響因素”,學(xué)生可以參考教材中理論公式進(jìn)行仿效推演,也可以查閱文獻(xiàn)獲取已有研究成果和結(jié)論,亦可以利用動(dòng)力學(xué)軟件操作進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

三、結(jié)語

《鐵道車輛系統(tǒng)靜/動(dòng)力學(xué)》作為應(yīng)用型本科車輛工程專業(yè)非常重要的專業(yè)必修課程,涵蓋多個(gè)鐵路機(jī)車車輛相關(guān)概念、理論、方法、標(biāo)準(zhǔn)和軟件應(yīng)用,對學(xué)生未來的就業(yè)和深造具有重要的意義。因此,該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法需不斷改進(jìn)和完善,重視理論和實(shí)踐相結(jié)合,突出應(yīng)用型本科專業(yè)的培養(yǎng)特色。