王昊+吳懋亮+王化更

摘要：針對現(xiàn)有機械故障診斷學(xué)的研究生教學(xué)過程的不足，提出了教學(xué)改革的思路。從補充講解基礎(chǔ)環(huán)節(jié)入手，強調(diào)學(xué)生講課環(huán)節(jié)、強化討論環(huán)節(jié)，特別是增強和工程實際相結(jié)合的教學(xué)，最后增加實驗教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進行教學(xué)改革。期待可以顯著提高本課程教學(xué)質(zhì)量和效果，并能在學(xué)生的工作中真正發(fā)揮作用。

關(guān)鍵詞：故障診斷；教學(xué)改革；工程實踐；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）16-0122-02

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機械設(shè)備的故障診斷技術(shù)日益得到重視，已經(jīng)成為保障生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和提高產(chǎn)品質(zhì)量的不可或缺的重要手段及關(guān)鍵技術(shù)。目前，機械故障診斷在電力、化工、冶金、機械等大型企業(yè)得到了十分廣泛的應(yīng)用。此外，在現(xiàn)代機械制造系統(tǒng)中，如：柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)等，故障診斷技術(shù)也具有相同的重要性。機械故障診斷學(xué)作為學(xué)習(xí)故障診斷技術(shù)的專門課程，是近年來發(fā)展迅速的一門實踐性、綜合性、多學(xué)科交叉的學(xué)科。就學(xué)科本質(zhì)而言，是屬于動態(tài)系統(tǒng)辨識的研究范疇；就工程特點而言，是研究機械設(shè)備運行狀態(tài)的科學(xué)。

在很多高校，機械故障診斷學(xué)已經(jīng)成為機械工程、儀器儀表和能源動力等學(xué)科專業(yè)研究生培養(yǎng)體系中一門重要的選修課程，有些高校甚至還把該課程列為必修課程。我校近幾年作為選修課開設(shè)了這門課程，但在該課程的教學(xué)過程中，主要還是從理論來到理論去，在理論聯(lián)系實際方面還有許多工作要做。為了提高學(xué)生對該課程在工程實踐中應(yīng)用的認識，并提高教學(xué)質(zhì)量和效果。我們提出了新的教學(xué)改革思路，主要包括是增加學(xué)生講解環(huán)節(jié)、討論環(huán)節(jié)、與工程實踐相結(jié)合及實驗教學(xué)等環(huán)節(jié)，并且對課程的考核方式也進行了改革。期望這些教學(xué)改革可以顯著提高這門課程的教學(xué)效果，使得其在研究生的就業(yè)及工作中能夠真正的發(fā)揮作用。

一、機械故障診斷學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，在機械故障診斷學(xué)的教學(xué)過程中，存在不少問題，其中的主要問題如下。

1.內(nèi)容廣泛。機械故障診斷學(xué)是多學(xué)科綜合的課程，與數(shù)學(xué)、信號處理、傳感器、人工智能等學(xué)科關(guān)系密切。本課程主要包括：信號檢測、動態(tài)系統(tǒng)分析、故障診斷的人工智能方法、故障診斷的工程應(yīng)用等，知識面非常寬廣。因此，理論性非常強，我們以前講授這門課程的時候，也都是特別注重理論，所以教學(xué)效果還有待提高。

2.學(xué)生基礎(chǔ)薄弱。機械故障診斷學(xué)是為動力機械與工程專業(yè)的研究生開設(shè)的一門專業(yè)選修課，但是學(xué)生以前本科所學(xué)專業(yè)基本上都是熱能工程或機械制造及其自動化專業(yè)。對于在故障診斷中占有重要地位的振動基礎(chǔ)、傳感器等的基礎(chǔ)知識幾乎都不具備。因此，從一開始，學(xué)生在聽課的時候就感覺非常難，例如對于時域中的時間序列模型預(yù)測及頻譜分析中各種頻域概念很難理解。此外，有不少同學(xué)還沒有接觸過Matlab軟件，或者說對此軟件還是一知半解，課程后面的一些作業(yè)都很難完成。

3.與工程實際結(jié)合不緊密。以前在教學(xué)過程中，我們主要強調(diào)理論知識的講解，和工程實際的結(jié)合不是非常緊密。因此，很多理論知識，即使學(xué)生學(xué)習(xí)過了，也不知道在工程實際中有什么用處。理論教學(xué)與工程實際仍然存在一定的距離。

4.缺少實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。在以前的教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于缺少實驗設(shè)備，沒有安排實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。因此機械故障診斷總歸是紙上談兵。

5.考核方式單一。本課程一直以來都是采用大作業(yè)的形式進行考核，學(xué)生往往在交作業(yè)的前面幾天進行突擊，寫出來的報告要么是格式不符合要求，要么就是大段地抄襲參考文獻資料。

以上這些問題在機械故障診斷學(xué)課程的教學(xué)過程中，一直存在。因此，這也是我們在該課程的教學(xué)改革過程中，需要重點解決的問題也是亟待需要進行改變的現(xiàn)狀。

二、補充講解基礎(chǔ)環(huán)節(jié)

針對很多同學(xué)的故障診斷方面的基礎(chǔ)較薄弱的情況，在本課程的緒論課之后，安排了一二次課，用來講解與故障診斷直接相關(guān)的振動基礎(chǔ)、傳感器知識及Matlab仿真的一些基本知識。講解的內(nèi)容不要求非常全面，而是著重介紹一些基礎(chǔ)知識，特別是這些知識在故障診斷方面可能的應(yīng)用，例如：振動中三類問題、頻響函數(shù)、振幅的幾種表現(xiàn)形式等。傳感器的基本知識。此外，對于在故障診斷仿真研究中具有重要地位的Matlab軟件中的Simulink及后面將要用到的若干工具箱的應(yīng)用進行了一定的介紹。通對這些基礎(chǔ)知識的補充，同學(xué)們對于后面碰到的內(nèi)容不會感覺太突兀，可以快速領(lǐng)會并且直接應(yīng)用到后續(xù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容中去。

三、增加學(xué)生講課環(huán)節(jié)

為了在教學(xué)過程中，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在這門課程中能夠做到學(xué)有所得，學(xué)有所用，我們專門安排了學(xué)生講課的環(huán)節(jié)。由于選這門課程的研究生人數(shù)不多，從操作上來說，是比較可行的。首先選取了重點內(nèi)容，例如：作為最重要的故障診斷基礎(chǔ)的時域分析和頻域分析；作為現(xiàn)代智能故障診斷代表的模糊診斷方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法、專家系統(tǒng)等。選取的內(nèi)容還可以根據(jù)學(xué)生的人數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整。布置安排學(xué)生進行講課，給予學(xué)生充足的準備時間。現(xiàn)有的實踐表明，學(xué)生在教學(xué)過程中，體現(xiàn)了良好的積極性和主動性。大部分講課的學(xué)生都能夠做到充分準備，采用ppt形式或者板書的形式進行講解。而且他們在講解的過程中，還能夠查找相應(yīng)的文獻資料，從而自己對所講的這部分內(nèi)容在故障診斷實踐中有了非常深刻的認識。實踐證明學(xué)生講課環(huán)節(jié)對于主講的學(xué)生可以起到非常好的作用，該學(xué)生對于這部分內(nèi)容的掌握非常扎實，大作業(yè)也絕大部分同學(xué)都是選擇與自己講過內(nèi)容想過的題目，來完成本課程的大作業(yè)。

四、增加討論環(huán)節(jié)

盡管學(xué)生講課環(huán)節(jié)，對于主講學(xué)生，可以充分發(fā)揮主觀能動性，并取得較好的學(xué)習(xí)效果。但是對沒有參加講課的學(xué)生，由于沒有認真準備，所以學(xué)習(xí)的效果比較有限。為此，我們在增加學(xué)生講課環(huán)節(jié)的同時，特意增加了討論環(huán)節(jié)，希望能夠彌補學(xué)生講課環(huán)節(jié)的不足。討論環(huán)節(jié)的內(nèi)容可以有兩種選擇：一種是在教師所講授內(nèi)容的基礎(chǔ)上，提前安排每一位同學(xué)準備討論內(nèi)容。第二種在學(xué)生講課環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，對于某些非常重要的內(nèi)容，要求主講學(xué)生認真準備講課，而其他同學(xué)也要認真準備，并進行討論。在課程的教學(xué)過程中，可以在模糊診斷方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法及故障診斷實例教學(xué)部分等安排討論環(huán)節(jié)。實踐證明，討論環(huán)節(jié)可以很好地避免學(xué)生的學(xué)習(xí)惰性，經(jīng)過提前準備，學(xué)生對于一些需要討論的內(nèi)容可以掌握得比較扎實。而且這種討論環(huán)節(jié)可以在教學(xué)過程中經(jīng)常進行，從而不斷地敦促學(xué)生積極參與。endprint

五、增加與工程實踐相結(jié)合環(huán)節(jié)

由于本課程與工程實踐實際結(jié)合非常緊密，為了避免在課程的講授過程中，過于強調(diào)理論知識，從如下幾個方面增加了與工程實際相結(jié)合的教學(xué)活動。

1.在理論教學(xué)過程中，不斷將理論知識在工程實踐中的實際應(yīng)用介紹給學(xué)生。在緒論的教學(xué)過程中就使用一個水輪機故障診斷系統(tǒng)引起學(xué)生的注意力和興趣，并且給學(xué)生簡單介紹Open Predictor故障診斷系統(tǒng)。例如在介紹故障樹診斷方法時，介紹了船舶碰撞故障樹的實例分析。

2.要求學(xué)生自己針對某一方面的內(nèi)容，查找具體的實例應(yīng)用。例如在模糊診斷方法的學(xué)習(xí)過程，要求同學(xué)們介紹自己所查到的模糊診斷方法在實際工程實踐中的實例。

3.嘗試在教學(xué)環(huán)節(jié)中采用項目教學(xué)法，例如在故障診斷實例部分的內(nèi)容，教師可以對旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷系統(tǒng)、齒輪故障診斷、軸承故障診斷采用項目教學(xué)的方式進行講解和介紹。

六、添加實驗教學(xué)環(huán)節(jié)

盡管采取了多種措施對機械故障診斷學(xué)課程進行了教學(xué)改革，但是實驗教學(xué)環(huán)節(jié)還是必不可少。以前沒有開設(shè)課程實驗是由于缺少實驗設(shè)備?，F(xiàn)在已經(jīng)具備了基本的故障診斷實驗設(shè)備，因此，為了加強理論聯(lián)系實際，我們在教學(xué)過程中添加了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗內(nèi)容選擇旋轉(zhuǎn)機械故障診斷中比較常見的齒輪故障診斷及軸承故障診斷。而且把實驗安排在課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容之后，希望學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R與實驗教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。實驗教學(xué)，使得學(xué)生對于故障診斷的整個過程，從布置傳感器、數(shù)據(jù)采集、信號處理、診斷分析、診斷報告等方面有個深刻的認識。這一點是其他教學(xué)過程學(xué)生所得不到的訓(xùn)練。

七、考核方式多樣化

由于本課程以前的考核方式過于單一，僅僅依靠課程結(jié)束后學(xué)生所提交的大作業(yè)。由于這種大作業(yè)的形式較好，對于研究生綜合素質(zhì)的提高具有一定的作用。因此，在本課程的教學(xué)改革過程中，仍然繼續(xù)保留寫報告的大作業(yè)形式。但是，在教學(xué)改革中，將顯著提高大作業(yè)的要求，例如：對題目的要求有明顯限制、要求字數(shù)要求、參考文獻的篇目要求顯著提高。而且，特別鼓勵在大作業(yè)中加入針對具體問題所進行的故障診斷研究。大作業(yè)所占的比例要求，從原來的100%降為60%。除此之外，將學(xué)生在課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況、講課環(huán)節(jié)、討論環(huán)節(jié)和實驗環(huán)節(jié)等的表現(xiàn)納入本課程的評價體系中，這幾項所占分值比例為40%。結(jié)果表明，這樣對學(xué)生將會產(chǎn)生一定的壓力，從而在各個不同環(huán)節(jié)中都能夠積極投入，從而提高了教學(xué)效果和質(zhì)量。

八、結(jié)論

為了提高機械故障診斷學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，對該課程提出了教學(xué)改革的思路。在總結(jié)了該課程的教學(xué)過程的不足的基礎(chǔ)上，為了解決以前教學(xué)過程中所存在的問題，制定了具體的教學(xué)改革措施。這些措施均為解決具體的問題而提出的，具有較高的可行性。

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