摘 要 文章闡明了應(yīng)用型本科院校機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)課程教學(xué)改革的必要性,分析了目前在教學(xué)方面存在的問題,如教學(xué)方式傳統(tǒng)、學(xué)生基礎(chǔ)薄弱等,并針對教學(xué)現(xiàn)存問題和難點(diǎn)提出解決方案,主要包括:打造新穎多元化課堂,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,實(shí)行多樣化案例與實(shí)踐教學(xué),進(jìn)行個性化輔導(dǎo)增強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)知識,以及跨學(xué)科融合教學(xué)與新技術(shù)方法的引入,以切實(shí)提高學(xué)生綜合能力和解決實(shí)際問題的能力,為鐵路運(yùn)輸行業(yè)培養(yǎng)更多高素質(zhì)的機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)人才作出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞 機(jī)車;故障診斷;教學(xué)改革;多元化
中圖分類號:G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdk.2024.25.037
Exploration on Teaching Reform of Locomotive Detection and Fault Diagnosis
BAI Jing1, HONG Lei2
(1. Industrial Technology Research Institute of Intelligent Equipment, Nanjing Institute of Technology, Nanjing, Jiangsu 211167;
2. School of Automotive and Rail Transit, Nanjing Institute of Technology, Nanjing, Jiangsu 211167)
Abstract The necessity of teaching reform of locomotive detection and fault diagnosis technology in application-oriented undergraduate colleges is clarified. The problems existing in teaching are analyzed, mainly including traditional teaching methods and weak student foundation. In order to improve students' comprehensive ability and problem-solving ability, the solutions were proposed, including creating novel and diversified classes, arouse students' learning enthusiasm, implementing diversified case and practice teaching, providing personalized guidance to enhance students' basic knowledge, implementing interdisciplinary integration and reflecting new technology methods. Contribute to train more high-quality locomotive detection and fault diagnosis technical talents in railway transportation industry
Keywords locomotive; fault diagnosis; teaching reform; diversification
現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃要求交通設(shè)施應(yīng)耐久可靠、運(yùn)行安全可控[1]。機(jī)車是一種技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)裝備,采用了大量的現(xiàn)代電子器件和裝置,這些特點(diǎn)增加了機(jī)車發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn),如果對機(jī)車故障不能有效診斷則容易發(fā)生嚴(yán)重的后果。因此,保障機(jī)車的安全運(yùn)行,預(yù)防事故的發(fā)生,具有重要的意義和緊迫性[2-3]。機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)是鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的重要技術(shù)之一,對于確保機(jī)車安全運(yùn)行和提高運(yùn)輸效率具有重要意義。所以高等院校需加大交通運(yùn)行安全保障等方面的人才培養(yǎng),保障交通運(yùn)輸行業(yè)的安全可靠。
應(yīng)用型本科院校更加注重學(xué)生的實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該更加貼近行業(yè)需求,注重提高學(xué)生的動手能力,以培養(yǎng)符合市場需求的專業(yè)人才。本研究在應(yīng)用型本科教育的基礎(chǔ)上,提出多種教學(xué)改革探索,以提升應(yīng)用型本科院校機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力,使他們更好地適應(yīng)未來工作需要和社會發(fā)展需求。
1 課程現(xiàn)狀
1.1 教學(xué)目標(biāo)
機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)是車輛工程專業(yè)和交通運(yùn)輸專業(yè)一門重要的專業(yè)課程。課程內(nèi)容主要包括機(jī)車概述、檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)、故障診斷方法、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和列車各部位故障診斷。通過本課程的學(xué)習(xí),要求學(xué)生掌握機(jī)車結(jié)構(gòu)原理和工作原理,掌握基本的機(jī)車常見故障的檢測、分析與診斷流程,培養(yǎng)學(xué)生綜合利用知識分析解決問題的能力,使其初步具備檢測機(jī)車性能的實(shí)踐能力,為以后從事車輛檢測、服務(wù)、科研等方面的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.2 教學(xué)現(xiàn)狀
1.2.1 教學(xué)方式傳統(tǒng)
傳統(tǒng)的教學(xué)方式強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用,學(xué)生被動接受知識,缺乏互動和參與。教師在課堂上通過口頭講解、演示、展示等方式向?qū)W生傳授知識,學(xué)生主要是聽講和記錄筆記,缺乏實(shí)際操作和實(shí)踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)忽視學(xué)生個體差異,缺乏對學(xué)生個性化需求和學(xué)習(xí)興趣的關(guān)注,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。這種教學(xué)方式限制了對學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
1.2.2 案例分析較少
課程案例分析較少,課程設(shè)計(jì)過于理論化,注重知識傳授而忽視實(shí)踐操作和案例分析。如在故障分析部分,僅有不同部位故障的描述,沒有涉及機(jī)車各零部件各種故障對應(yīng)的診斷方法,缺乏系統(tǒng)的案例分析,學(xué)生無法將零散的知識點(diǎn)整合起來,導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生理解困難,理論知識的綜合運(yùn)用能力無法提升。
1.2.3 缺乏創(chuàng)新思維
學(xué)生面臨的學(xué)習(xí)壓力和競爭壓力較大,為了追求好成績和穩(wěn)定的未來,往往只關(guān)注答案和結(jié)果是否正確,而忽略了對過程的探索和思路的創(chuàng)新,缺乏獨(dú)立思考的機(jī)會。部分學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣和動機(jī)不足,缺乏主動探索和整合知識的愿望,導(dǎo)致無法全面學(xué)習(xí)和應(yīng)用機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)。
1.2.4 學(xué)生基礎(chǔ)薄弱
學(xué)生對學(xué)習(xí)缺乏興趣和動力,或者缺乏有效的學(xué)習(xí)方法和技巧,不知道如何高效地學(xué)習(xí)和掌握知識,導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率低下,基礎(chǔ)薄弱。本課程教學(xué)內(nèi)容覆蓋較廣,不僅包含了檢測技術(shù)、信號處理技術(shù)、故障診斷技術(shù),還包含列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以及軌道交通基礎(chǔ)知識。各部分知識點(diǎn)和技能較為零散,學(xué)生缺乏整體性的認(rèn)識和理解,因而無法將不同章節(jié)的知識融會貫通。
2 針對教學(xué)難點(diǎn)改進(jìn)教學(xué)
針對以上教學(xué)難點(diǎn),課程組積極提出解決問題的方案,如圖1所示,主要的改進(jìn)方案有:新穎的多元化課堂,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;多樣化的案例分析,為學(xué)生提供更廣泛的學(xué)習(xí)體驗(yàn);強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力;針對不同學(xué)生實(shí)行個性化輔導(dǎo),解決學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙;增加跨學(xué)科融合和新技術(shù)方法的內(nèi)容,促進(jìn)學(xué)生的跨學(xué)科思維和創(chuàng)新能力的提升。詳細(xì)方法具體如下:
2.1 新穎的多元化課堂
結(jié)合多媒體技術(shù),如投影儀、電子白板、影音資料等,呈現(xiàn)豐富多彩的教學(xué)內(nèi)容。通過圖片、視頻、音頻等形式,激發(fā)學(xué)生的視聽感知,使課堂更具吸引力。如從司機(jī)視角展示司機(jī)駕駛位進(jìn)行列車速度自動控制(ATC)的視頻,如圖2(a)(p116)所示,讓學(xué)生更加生動地理解和掌握知識。引入互動式教學(xué)方法,組織學(xué)生進(jìn)行小組討論、合作、角色扮演等,讓全體學(xué)生共同探討問題、分享觀點(diǎn),鼓勵他們積極提出問題和分析問題,積極參與課堂,提高學(xué)習(xí)效果。通過互動,可以促進(jìn)學(xué)生思維的碰撞和交流,增加學(xué)習(xí)的深度和廣度。在課堂上僅講解重點(diǎn)知識內(nèi)容,其余內(nèi)容讓學(xué)生在課外自主學(xué)習(xí),整理所學(xué)內(nèi)容并提出困惑,通過學(xué)習(xí)通平臺在線討論、實(shí)時(shí)答疑、在線實(shí)驗(yàn)演示等,增強(qiáng)學(xué)生的參與度和互動性。設(shè)計(jì)有趣的學(xué)習(xí)游戲和挑戰(zhàn),如知識競賽、謎題解密、任務(wù)挑戰(zhàn)和成就獎勵等,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和競爭欲望,通過游戲化學(xué)習(xí),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度,使學(xué)習(xí)過程更加輕松愉快。根據(jù)學(xué)生的需求和特點(diǎn),靈活調(diào)整課堂教學(xué)方式,使教學(xué)更加生動有趣和富有成效。通過以上方法,打造新穎多元化的課堂環(huán)境,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動力,提高他們的學(xué)習(xí)效果和成就感。
2.2 多樣化的案例分析
在教學(xué)中使用各種類型、不同領(lǐng)域的案例來進(jìn)行分析和討論,以幫助學(xué)生理解理論知識、提升解決問題的能力。根據(jù)具體案例情況,讓學(xué)生分小組討論,分析案例背景、收集信息、診斷問題原因和提出解決方案,引導(dǎo)學(xué)生思考和探索解決問題的方法和路徑,培養(yǎng)他們對實(shí)際問題的解決能力和判斷力,同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作能力。如一列高鐵列車在行駛過程中突然出現(xiàn)了異響和抖動的情況,機(jī)車司機(jī)感到異常,于是停車檢查。分析可知異響問題可能是由于機(jī)車某個部件的磨損或松動引起的,抖動問題可能是由于機(jī)車的平衡性出現(xiàn)了問題導(dǎo)致的,同時(shí)利用傳感器和儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集,以便更準(zhǔn)確地定位問題所在。
案例教學(xué)不局限于機(jī)車等軌道交通設(shè)施故障,可擴(kuò)展到機(jī)械故障診斷,包括齒輪、軸承、軸等零件,從機(jī)械方面學(xué)習(xí),進(jìn)一步深入機(jī)車的齒輪、軸承、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、發(fā)動機(jī)等元件的相關(guān)案例。
2.3 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)
加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高學(xué)生的動手能力和實(shí)際操作技能。設(shè)置機(jī)車檢測與故障診斷的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,讓學(xué)生親自動手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,熟悉設(shè)備和工具的使用,以鞏固理論知識,掌握實(shí)際操作技能。如在介紹濾波器時(shí),先演示RC低通濾波電路實(shí)物,展示濾波器實(shí)物及相關(guān)接線,并結(jié)合示波器講解不同頻率下的輸出波形,講解濾波器設(shè)定截止頻率的意義,后續(xù)安排學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行濾波器實(shí)驗(yàn),如圖2(b)所示。軸承故障是機(jī)車運(yùn)行中常見的問題,對于機(jī)車的正常運(yùn)行和安全性至關(guān)重要,教學(xué)中讓學(xué)生親自操作軸承的安裝、拆卸、檢測等過程,培養(yǎng)他們的實(shí)際操作技能,同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室軸承故障平臺,讓學(xué)生動手實(shí)際采集軸承故障信號,并進(jìn)行預(yù)處理、傅里葉變換、包絡(luò)譜等分析,如圖2(c)、(d)所示,幫助學(xué)生深入了解軸承故障的原因和解決方法,提高他們的實(shí)際操作能力和故障診斷技能。
同時(shí)結(jié)合國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺《高鐵列車一級檢修虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目》[4],模擬機(jī)車一級檢修場景,讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行故障診斷和修復(fù)操作。通過虛擬實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以在安全環(huán)境下進(jìn)行實(shí)踐操作,提高故障診斷技能,通過虛實(shí)結(jié)合幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實(shí)際操作中,在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、在操作中成長,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和問題解決能力。
2.4 個性化輔導(dǎo)
注重學(xué)生個性化需求和互動參與,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)初期通過問卷調(diào)查或面談等方式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,為個性化輔導(dǎo)奠定基礎(chǔ)。通過慕課、學(xué)習(xí)通等軟件,增加參考資料,針對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生提供個性化的輔導(dǎo)和指導(dǎo),確定不同的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和深度,幫助他們理解和掌握基礎(chǔ)知識,彌補(bǔ)學(xué)習(xí)差距。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)能力,采取分層教學(xué)的方式,對學(xué)生進(jìn)行分類教學(xué),讓每個學(xué)生在適合自己水平的環(huán)境中學(xué)習(xí)。鼓勵學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí),讓基礎(chǔ)較弱的學(xué)生與基礎(chǔ)較好的學(xué)生互相學(xué)習(xí),相互幫助,共同提高,促進(jìn)學(xué)生之間的互動和合作,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通技巧。提供大量的練習(xí)題和實(shí)踐機(jī)會,幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識,并及時(shí)給予反饋,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行錯題訂正。給予基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生更多的鼓勵和正面反饋,激勵他們克服困難,努力學(xué)習(xí),樹立自信心。
采用個性化評價(jià)方式,包括書面作業(yè)、口頭表達(dá)、項(xiàng)目作業(yè)、實(shí)踐操作、小組合作等形式,以全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力表現(xiàn)。不只是注重學(xué)生成績,還要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、思維能力和創(chuàng)新能力。根據(jù)評價(jià)結(jié)果制訂個性化學(xué)習(xí)計(jì)劃,針對學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和發(fā)展方向進(jìn)行個性化指導(dǎo)和培養(yǎng),幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)個性化發(fā)展目標(biāo)。
2.5 跨學(xué)科融合
機(jī)車檢測與故障診斷是一個涉及機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜問題。開展跨學(xué)科融合教學(xué),可以幫助學(xué)生更全面地理解機(jī)車故障的原因和解決方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用不同學(xué)科知識的能力。可引入實(shí)際機(jī)車故障案例,讓學(xué)生從機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等不同學(xué)科角度分析和解決問題,促進(jìn)跨學(xué)科思維和能力的培養(yǎng)。設(shè)置跨學(xué)科案例分析如下:一輛高速列車在行駛過程中突然出現(xiàn)牽引系統(tǒng)故障,導(dǎo)致列車無法正常運(yùn)行。首先,對牽引系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械檢查,排除機(jī)械故障;再對其電路進(jìn)行電氣測試,排除電路故障;然后對其控制器和傳感器進(jìn)行電子測試,排除電子元件故障;最后,使用故障診斷軟件分析牽引系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù),確定故障原因,進(jìn)行故障修復(fù)和系統(tǒng)調(diào)試,確保高速列車正常運(yùn)行。通過這個跨學(xué)科案例,學(xué)生可以綜合運(yùn)用多學(xué)科知識,全面分析和解決高速列車牽引系統(tǒng)故障問題,提高他們的理論綜合應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題的能力。
組織跨學(xué)科討論和知識分享活動,邀請不同學(xué)科領(lǐng)域的專家和學(xué)生共同參與。通過討論和分享,促進(jìn)不同學(xué)科知識的交流和融合,拓寬學(xué)生的學(xué)科視野。引入跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì),為學(xué)生提供跨學(xué)科導(dǎo)師指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生在不同學(xué)科領(lǐng)域之間進(jìn)行交叉學(xué)習(xí)和思考,促進(jìn)跨學(xué)科融合。并整合不同學(xué)科的課程內(nèi)容和教學(xué)資源,設(shè)計(jì)跨學(xué)科的教學(xué)活動和任務(wù),讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中跨越學(xué)科邊界,提升綜合素質(zhì)。通過以上方法和策略,可以有效促進(jìn)跨學(xué)科知識的融合,幫助學(xué)生全面理解和應(yīng)用機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)。
2.6 新技術(shù)方法
隨著科技的不斷發(fā)展,在機(jī)車檢測與故障診斷領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新技術(shù)和新方法,為提高檢測效率和準(zhǔn)確性提供了更多可能性。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將機(jī)車各個部件和傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng),進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集,可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)車各個部件的遠(yuǎn)程監(jiān)測和實(shí)時(shí)診斷,提前發(fā)現(xiàn)潛在故障。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù),對機(jī)車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行中的模式和規(guī)律,預(yù)測潛在故障并提出預(yù)防措施。人工智能技術(shù)如機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)可以用于機(jī)車故障診斷[5-6],通過分析大量的機(jī)車檢測數(shù)據(jù),訓(xùn)練模型識別和分類機(jī)車故障模式,幫助實(shí)現(xiàn)機(jī)車故障診斷和預(yù)測,可以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和效率。開發(fā)智能診斷系統(tǒng)[7],整合多種檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法,實(shí)現(xiàn)機(jī)車故障的自動診斷和報(bào)警,可提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確性。建立遠(yuǎn)程診斷服務(wù)平臺,工程師可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷系統(tǒng)對機(jī)車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程診斷,提供及時(shí)的故障診斷和維修建議。通過引入對以上新技術(shù)的教學(xué)可幫助學(xué)生了解和掌握最新的機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)。同時(shí)教師也需要不斷提升自己的專業(yè)知識和技能,了解新技術(shù)和新方法在機(jī)車檢測與故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展趨勢,以便有效地引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)和實(shí)踐。
3 結(jié)語
機(jī)車檢測與故障診斷技術(shù)是一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)課程,涉及的方法技術(shù)較多,本次教學(xué)改革以應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)需求為重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容,旨在突破教學(xué)過程中的難點(diǎn),以新穎的多元化課堂、多樣化的案例分析與實(shí)踐、先進(jìn)故障診斷方法等手段,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和積極性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、跨學(xué)科綜合能力和解決實(shí)際問題的能力,為他們未來的工程實(shí)踐和職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
*通信作者:白敬
基金項(xiàng)目:江蘇省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(BK20210930)。
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