關(guān)于《機械故障診斷學(xué)》的教學(xué)改革研究論文
隨著(zhù)現代工業(yè)的發(fā)展，機械設備的故障診斷技術(shù)日益得到重視，已經(jīng)成為保障生產(chǎn)系統安全穩定運行和提高產(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用。此外，在現代機械制造系統中，如：柔性制造系統、計算機集成制造系統等，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)習故障診斷技術(shù)的專(zhuān)門(mén)課程，是近年來(lái)發(fā)展迅速的一門(mén)實(shí)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(dòng)態(tài)系統辨識的研究范疇;就工程特點(diǎn)而言，是研究機械設備運行狀態(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(dòng)力等學(xué)科專(zhuān)業(yè)研究生培養體系中一門(mén)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(kāi)設了這門(mén)課程，但在該課程的教學(xué)過(guò)程中，主要還是從理論來(lái)到理論去，在理論聯(lián)系實(shí)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(shí)踐中應用的認識，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、討論環(huán)節、與工程實(shí)踐相結合及實(shí)驗教學(xué)等環(huán)節，并且對課程的考核方式也進(jìn)行了改革。期望這些教學(xué)改革可以顯著(zhù)提高這門(mén)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)現狀
目前，在機械故障診斷學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，存在不少問(wèn)題，其中的主要問(wèn)題如下。
1.內容廣泛。機械故障診斷學(xué)是多學(xué)科綜合的課程，與數學(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(dòng)態(tài)系統分析、故障診斷的人工智能方法、故障診斷的工程應用等，知識面非常寬廣。因此，理論性非常強，我們以前講授這門(mén)課程的時(shí)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)生基礎薄弱。機械故障診斷學(xué)是為動(dòng)力機械與工程專(zhuān)業(yè)的研究生開(kāi)設的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課，但是學(xué)生以前本科所學(xué)專(zhuān)業(yè)基本上都是熱能工程或機械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。對于在故障診斷中占有重要地位的振動(dòng)基礎、傳感器等的基礎知識幾乎都不具備。因此，從一開(kāi)始，學(xué)生在聽(tīng)課的時(shí)候就感覺(jué)非常難，例如對于時(shí)域中的時(shí)間序列模型預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(méi)有接觸過(guò)Matlab軟件，或者說(shuō)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(shí)際結合不緊密。以前在教學(xué)過(guò)程中，我們主要強調理論知識的講解，和工程實(shí)際的結合不是非常緊密。因此，很多理論知識，即使學(xué)生學(xué)習過(guò)了，也不知道在工程實(shí)際中有什么用處。理論教學(xué)與工程實(shí)際仍然存在一定的距離。
4.缺少實(shí)驗教學(xué)環(huán)節。在以前的教學(xué)環(huán)節中，由于缺少實(shí)驗設備，沒(méi)有安排實(shí)驗教學(xué)環(huán)節。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(lái)都是采用大作業(yè)的形式進(jìn)行考核，學(xué)生往往在交作業(yè)的前面幾天進(jìn)行突擊，寫(xiě)出來(lái)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(wèn)題在機械故障診斷學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，一直存在。因此，這也是我們在該課程的'教學(xué)改革過(guò)程中，需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題也是亟待需要進(jìn)行改變的現狀。
二、補充講解基礎環(huán)節
針對很多同學(xué)的故障診斷方面的基礎較薄弱的情況，在本課程的緒論課之后，安排了一二次課，用來(lái)講解與故障診斷直接相關(guān)的振動(dòng)基礎、傳感器知識及Matlab仿真的一些基本知識。講解的內容不要求非常全面，而是著(zhù)重介紹一些基礎知識，特別是這些知識在故障診斷方面可能的應用，例如：振動(dòng)中三類(lèi)問(wèn)題、頻響函數、振幅的幾種表現形式等。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用進(jìn)行了一定的介紹。通對這些基礎知識的補充，同學(xué)們對于后面碰到的內容不會(huì )感覺(jué)太突兀，可以快速領(lǐng)會(huì )并且直接應用到后續的學(xué)習內容中去。
三、增加學(xué)生講課環(huán)節
為了在教學(xué)過(guò)程中，充分調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，在這門(mén)課程中能夠做到學(xué)有所得，學(xué)有所用，我們專(zhuān)門(mén)安排了學(xué)生講課的環(huán)節。由于選這門(mén)課程的研究生人數不多，從操作上來(lái)說(shuō)，是比較可行的。首先選取了重點(diǎn)內容，例如：作為最重要的故障診斷基礎的時(shí)域分析和頻域分析;作為現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(zhuān)家系統等。選取的內容還可以根據學(xué)生的人數進(jìn)行相應的調整。布置安排學(xué)生進(jìn)行講課，給予學(xué)生充足的準備時(shí)間�，F有的實(shí)踐表明，學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中，體現了良好的積極性和主動(dòng)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(shū)的形式進(jìn)行講解。而且他們在講解的過(guò)程中，還能夠查找相應的文獻資料，從而自己對所講的這部分內容在故障診斷實(shí)踐中有了非常深刻的認識。實(shí)踐證明學(xué)生講課環(huán)節對于主講的學(xué)生可以起到非常好的作用，該學(xué)生對于這部分內容的掌握非常扎實(shí)，大作業(yè)也絕大部分同學(xué)都是選擇與自己講過(guò)內容想過(guò)的題目，來(lái)完成本課程的大作業(yè)。
四、增加討論環(huán)節
盡管學(xué)生講課環(huán)節，對于主講學(xué)生，可以充分發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性，并取得較好的學(xué)習效果。但是對沒(méi)有參加講課的學(xué)生，由于沒(méi)有認真準備，所以學(xué)習的效果比較有限。為此，我們在增加學(xué)生講課環(huán)節的同時(shí)，特意增加了討論環(huán)節，希望能夠彌補學(xué)生講課環(huán)節的不足。討論環(huán)節的內容可以有兩種選擇：一種是在教師所講授內容的基礎上，提前安排每一位同學(xué)準備討論內容。第二種在學(xué)生講課環(huán)節的基礎上，對于某些非常重要的內容，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(jìn)行討論。在課程的教學(xué)過(guò)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(shí)例教學(xué)部分等安排討論環(huán)節。實(shí)踐證明，討論環(huán)節可以很好地避免學(xué)生的學(xué)習惰性，經(jīng)過(guò)提前準備，學(xué)生對于一些需要討論的內容可以掌握得比較扎實(shí)。而且這種討論環(huán)節可以在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常進(jìn)行，從而不斷地敦促學(xué)生積極參與。
五、增加與工程實(shí)踐相結合環(huán)節
由于本課程與工程實(shí)踐實(shí)際結合非常緊密，為了避免在課程的講授過(guò)程中，過(guò)于強調理論知識，從如下幾個(gè)方面增加了與工程實(shí)際相結合的教學(xué)活動(dòng)。
1.在理論教學(xué)過(guò)程中，不斷將理論知識在工程實(shí)踐中的實(shí)際應用介紹給學(xué)生。在緒論的教學(xué)過(guò)程中就使用一個(gè)水輪機故障診斷系統引起學(xué)生的注意力和興趣，并且給學(xué)生簡(jiǎn)單介紹Open Predictor故障診斷系統。例如在介紹故障樹(shù)診斷方法時(shí)，介紹了船舶碰撞故障樹(shù)的實(shí)例分析。
2.要求學(xué)生自己針對某一方面的內容，查找具體的實(shí)例應用。例如在模糊診斷方法的學(xué)習過(guò)程，要求同學(xué)們介紹自己所查到的模糊診斷方法在實(shí)際工程實(shí)踐中的實(shí)例。
3.嘗試在教學(xué)環(huán)節中采用項目教學(xué)法，例如在故障診斷實(shí)例部分的內容，教師可以對旋轉機械的故障診斷系統、齒輪故障診斷、軸承故障診斷采用項目教學(xué)的方式進(jìn)行講解和介紹。
六、添加實(shí)驗教學(xué)環(huán)節
盡管采取了多種措施對機械故障診斷學(xué)課程進(jìn)行了教學(xué)改革，但是實(shí)驗教學(xué)環(huán)節還是必不可少。以前沒(méi)有開(kāi)設課程實(shí)驗是由于缺少實(shí)驗設備�，F在已經(jīng)具備了基本的故障診斷實(shí)驗設備，因此，為了加強理論聯(lián)系實(shí)際，我們在教學(xué)過(guò)程中添加了實(shí)驗教學(xué)環(huán)節。實(shí)驗內容選擇旋轉機械故障診斷中比較常見(jiàn)的齒輪故障診斷及軸承故障診斷。而且把實(shí)驗安排在課程相關(guān)教學(xué)內容之后，希望學(xué)生能夠將理論知識與實(shí)驗教學(xué)內容相結合。實(shí)驗教學(xué)，使得學(xué)生對于故障診斷的整個(gè)過(guò)程，從布置傳感器、數據采集、信號處理、診斷分析、診斷報告等方面有個(gè)深刻的認識。這一點(diǎn)是其他教學(xué)過(guò)程學(xué)生所得不到的訓練。
七、考核方式多樣化
由于本課程以前的考核方式過(guò)于單一，僅僅依靠課程結束后學(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(guò)程中，仍然繼續保留寫(xiě)報告的大作業(yè)形式。但是，在教學(xué)改革中，將顯著(zhù)提高大作業(yè)的要求，例如：對題目的要求有明顯限制、要求字數要求、參考文獻的篇目要求顯著(zhù)提高。而且，特別鼓勵在大作業(yè)中加入針對具體問(wèn)題所進(jìn)行的故障診斷研究。大作業(yè)所占的比例要求，從原來(lái)的100%降為60%。除此之外，將學(xué)生在課堂表現、作業(yè)情況、講課環(huán)節、討論環(huán)節和實(shí)驗環(huán)節等的表現納入本課程的評價(jià)體系中，這幾項所占分值比例為40%。結果表明，這樣對學(xué)生將會(huì )產(chǎn)生一定的壓力，從而在各個(gè)不同環(huán)節中都能夠積極投入，從而提高了教學(xué)效果和質(zhì)量。
八、結論
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。在總結了該課程的教學(xué)過(guò)程的不足的基礎上，為了解決以前教學(xué)過(guò)程中所存在的問(wèn)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(wèn)題而提出的，具有較高的可行性。
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