機(jī)械故障診斷技術(shù)課程教學(xué)改革研究

王志樂(lè) 代斌 王波 張茂強(qiáng)

摘要：為了適應(yīng)應(yīng)用型本科院校課程教學(xué)特點(diǎn)，針對(duì)滁州學(xué)院機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的機(jī)械故障診斷技術(shù)課程在教學(xué)脫離實(shí)際應(yīng)用、教學(xué)內(nèi)容廣泛、缺乏實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)等方面問(wèn)題。提出了該課程一些教學(xué)改革方案，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科;課程教學(xué);機(jī)械故障診斷;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

機(jī)械故障診斷技術(shù)課程屬于機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程，其與機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械故障診斷學(xué)以及機(jī)械振動(dòng)學(xué)等課程緊密相關(guān)，并廣泛應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)踐。[1]近年來(lái)，隨著檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)等技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)械故障診斷課程應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。這就需求該課程講授理論知識(shí)廣泛、增加課程實(shí)踐性。但是，很多學(xué)生先修課程學(xué)得較差，機(jī)械故障診斷復(fù)雜抽象機(jī)理知識(shí)難以理解，便容易喪失學(xué)習(xí)興趣。因此，如何有效改變?cè)撜n程的教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，具有重要研究意義。

1機(jī)械故障診斷技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，在機(jī)械故障診斷技術(shù)的課程教學(xué)過(guò)程中，存在許多問(wèn)題，其主要問(wèn)題如下：[1]

1.1教學(xué)脫離實(shí)際應(yīng)用

在機(jī)械故障診斷學(xué)技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，教師只是注重基礎(chǔ)理論知識(shí)講解，缺乏理論聯(lián)系實(shí)際。學(xué)生被動(dòng)接受老師授課知識(shí)，但在工程實(shí)際中，學(xué)生仍不知道如何將這些基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行有效應(yīng)用，逐漸失去學(xué)習(xí)信心。因此，老師課堂理論教學(xué)與工程實(shí)際中應(yīng)用方面有待提高。

1.2教學(xué)內(nèi)容廣泛

機(jī)械故障診斷技術(shù)是許多學(xué)科有關(guān)，其與高等數(shù)學(xué)、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)、工程信號(hào)處理、傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)、人工智能等學(xué)科聯(lián)系密切，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)不易入門(mén)。該課程涉及知識(shí)面非常廣泛，基礎(chǔ)理論性強(qiáng)，導(dǎo)致教師難以解釋清楚基礎(chǔ)理論知識(shí)。

1.3缺乏實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，沒(méi)有安排該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，機(jī)械故障診斷技術(shù)教學(xué)與實(shí)際沒(méi)有很好聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生不能有效運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題。

1.4考核形式單一

該課程目前考核方式是采用大作業(yè)形式，學(xué)生需要提交與一份該課程相關(guān)學(xué)術(shù)報(bào)告，往往交大作業(yè)都是幾天時(shí)間進(jìn)突擊書(shū)寫(xiě)，提交上來(lái)報(bào)告出現(xiàn)大段地抄襲參考文獻(xiàn)資料現(xiàn)象，同時(shí)還出現(xiàn)格式不符合要求，根本沒(méi)有達(dá)到課程考核目的。因此，針對(duì)上述存在問(wèn)題，我們需要進(jìn)行該課程的教學(xué)改革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、添加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、案例教學(xué)法以及增加考核方式。

2優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)課程具有廣泛工程實(shí)際應(yīng)用背景、基礎(chǔ)理論知識(shí)體系復(fù)雜、理論性強(qiáng)以及實(shí)踐性較強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，我校采用授課教材是機(jī)械工業(yè)出版社出版張健主編《機(jī)械故障診斷技術(shù)》。該教材涉及知識(shí)內(nèi)容豐富，知識(shí)面廣泛。然而，我校人才培養(yǎng)方案的該課程理論學(xué)時(shí)有限，要求能夠在有限理論學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生需要理解和掌握教材中所有知識(shí)點(diǎn)不太現(xiàn)實(shí)。因此，授課內(nèi)容必須根據(jù)課程特點(diǎn)和我校學(xué)生面向旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷行業(yè)有所側(cè)重。我們實(shí)際教學(xué)以旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理、故障特征信息提取等基本理論知識(shí)作為教學(xué)主線，重點(diǎn)講授齒輪箱和滾動(dòng)軸承基本故障類(lèi)型、故障振動(dòng)機(jī)理、故障特征信息提取、診斷方法及防治方法等知識(shí)點(diǎn)。轉(zhuǎn)子不平衡故障與聯(lián)軸器和油樣分析等內(nèi)容只作簡(jiǎn)單講授。

3添加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)區(qū)別課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，其主要體現(xiàn)實(shí)踐性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)主要目的驗(yàn)證課堂上學(xué)過(guò)理論知識(shí)，達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，驗(yàn)證所學(xué)理論知識(shí)目的。[2]實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)更加注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。我們?cè)趯?shí)際教學(xué)過(guò)程中增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。根據(jù)機(jī)械故障診斷技術(shù)課程特點(diǎn)，安排具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。因?yàn)辇X輪箱及滾動(dòng)軸承故障診斷是目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷比較常見(jiàn)對(duì)象。將其安排課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)與所學(xué)課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容之后進(jìn)行，這樣學(xué)生能將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有效結(jié)合起來(lái)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)過(guò)程中，學(xué)生可很好掌握機(jī)械設(shè)備故障診斷過(guò)程中具體每一個(gè)環(huán)節(jié)，首先傳感器在旋轉(zhuǎn)機(jī)械上面布置、其次利用計(jì)算機(jī)編制采集程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、最后振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理、故障特征提取以及故障診斷報(bào)告書(shū)寫(xiě)等方面深刻了解。

4故障診斷實(shí)例分析討論

我們?cè)谡n堂設(shè)置一個(gè)故障診斷案例主題，學(xué)生通過(guò)交流以及討論方式理解問(wèn)題。[2]故障案例分析討論能使授課內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生積極討論問(wèn)題，提高學(xué)生主動(dòng)性。針對(duì)典型機(jī)械設(shè)備故障診斷方法，我們講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)合適工程故障診斷實(shí)例，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和查閱文獻(xiàn)資料，分析故障發(fā)生原因，有效診斷方法。學(xué)生在下一次課上進(jìn)行發(fā)言討論，互相交流想法。通過(guò)設(shè)置這樣討論方式，可以有效看出學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握與解決實(shí)際工程問(wèn)題結(jié)合能力。工程故障診斷實(shí)例分析使得學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程，活躍課堂氛圍、促進(jìn)同學(xué)相互交流，學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力能夠明顯提高。應(yīng)用型本科院校專(zhuān)業(yè)課程教育核心是培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，而分析故障診斷實(shí)例過(guò)程，其能夠逐步培養(yǎng)創(chuàng)新能力。[3]工程故障診斷實(shí)例主要是指機(jī)械故障診斷相關(guān)領(lǐng)域中研究案例，通過(guò)案例分析討論法使得授課內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密相結(jié)合，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課積極性。

5學(xué)生參與授課環(huán)節(jié)

我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，為了充分調(diào)動(dòng)班級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，我們專(zhuān)門(mén)安排了學(xué)生講課環(huán)節(jié)。[4]由于課堂時(shí)間有限，我們以四位同學(xué)為一個(gè)小組，小組為單位設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方案，最終推選一名同學(xué)上來(lái)講課，這樣從操作上來(lái)說(shuō)，比較可行的。首先我們選擇授課重點(diǎn)內(nèi)容，例如：機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)的時(shí)域分析、頻域分析以及時(shí)頻域分析;相關(guān)向量機(jī)、模糊向量機(jī)及遷移學(xué)習(xí)的智能故障診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法、專(zhuān)家系統(tǒng)等。根據(jù)班級(jí)組數(shù)，選取相應(yīng)授課，然后以抽簽方法決定每組授課內(nèi)容，并給予學(xué)生充足的準(zhǔn)備時(shí)間。實(shí)踐學(xué)生授課效果表明，學(xué)生自身參加授課過(guò)程中，體現(xiàn)了良好學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

6采用分階段考核

該課程目前的考核方式是采用大作業(yè)形式過(guò)于單一，課程考核的首要任務(wù)就是檢測(cè)學(xué)生本學(xué)期的學(xué)習(xí)情況及效果，尋找自身學(xué)習(xí)過(guò)程中存在不足，發(fā)現(xiàn)我們教學(xué)過(guò)程中存在問(wèn)題，針對(duì)性進(jìn)行改進(jìn)教學(xué)方式。[5]機(jī)械故障診斷技術(shù)課程理論性和工程應(yīng)用要求很強(qiáng)，知識(shí)涉及廣泛，僅僅依靠一次性大作業(yè)考核模式難以全面檢查學(xué)生對(duì)故障診斷知識(shí)的理解程度。

機(jī)械故障診斷技術(shù)課程的考核形式，改變大作業(yè)形式結(jié)課考核方法，采用分階段考核形式，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)該課程基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)綜合運(yùn)用情況。[6]我們針對(duì)一個(gè)故障診斷實(shí)例專(zhuān)題講解以后，要求學(xué)生對(duì)不同故障類(lèi)型進(jìn)行故障特征信息提取，并向?qū)W生提供同一故障類(lèi)型案例，采用不同機(jī)械故障診斷方法進(jìn)行故障特征提取。學(xué)生根據(jù)課堂所學(xué)知識(shí)和查閱文獻(xiàn)資料完成階段任務(wù)后，通過(guò)個(gè)人單獨(dú)提交作業(yè)和團(tuán)隊(duì)匯報(bào)方式相結(jié)合進(jìn)行階段考核。

通過(guò)上述考核方式改革、有利于課程分階段目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)故障診斷實(shí)例分析，這種考核模式有效實(shí)現(xiàn)課堂知識(shí)學(xué)習(xí)與解決實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性及積極性。

7結(jié)語(yǔ)

為了提高機(jī)械故障診斷技術(shù)課程的整體教學(xué)質(zhì)量，針對(duì)該課程提出了教學(xué)改革思路。首先，總結(jié)該課程教學(xué)過(guò)程存在不足的基礎(chǔ)上。其次，為了解決現(xiàn)有教學(xué)過(guò)程中所存在問(wèn)題，制定了詳細(xì)教學(xué)改革方案。其均為解決具體問(wèn)題而提出，具有很好可行性。機(jī)械故障診斷技術(shù)課程性質(zhì)決定了教師必須將課堂教學(xué)和工程實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，才能達(dá)到最佳授課效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王昊，吳懋亮，王化更.《機(jī)械故障診斷學(xué)》的教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2015（16）：122-123.

[2]蔣宇，謝國(guó)秋，楊咸啟，等.MATLAB在《機(jī)械故障診斷》教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].安慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，16（3）：112-114.

[3]宿磊，李可，吳靜靜，等.基于CDIO的機(jī)械故障診斷課程改革實(shí)踐[J].科技視界，2017（8）：71-72.

[4]周昌靜，李強(qiáng)，等.機(jī)械設(shè)備故障診斷課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].化工高等教育，2014，31（6）：49-51.

[5]陳磊，葉平.基于LabVIEW的虛擬儀器應(yīng)用于機(jī)械故障診斷教學(xué)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2003，22（2）：28-30.

[6]蘇祖強(qiáng)，熊英，羅久飛，等.《機(jī)械故障診斷》研究生教學(xué)課程改革的探討[J].教育教學(xué)論壇，2017（41）：242-243.