機械故障診斷實驗教學改革與創新

冷軍發 華 偉 荊雙喜

摘 要:針對機械故障診斷課程實驗教學存在的問題,提出了該課程實驗教學改革與創新的一些措施,通過建立以學生為主體,教師為主導,以培養學生綜合素質的綜合創新性實驗,以提高本課程的實驗教學質量。

關鍵詞:機械故障診斷 實驗教學改革 綜合創新性實驗

實驗教學是培養高素質創新人才的一個重要環節,“十一五”期間,高等教育發展要全面貫徹落實科學發展觀,切實把重點放在提高質量上,把高等教育發展的重點放在提高質量和優化結構上,加強研究與實踐,培養學生的創新精神和實踐能力。為此,我們對機械故障診斷課程實驗教學存在的一些問題進行深入的剖析,并做了一些改革嘗試與探索。

一、實驗教學存在的問題

在機械故障診斷實驗和實踐教學方面,由于其所涉及的各門課程的獨立建設,使得機械故障診斷實驗教學基本上是圍繞本課程的基本知識進行演示性或驗證性實驗,缺少與其他主干課程相聯系的設計性和綜合性實驗,使學生缺乏對機電設備狀態監測及故障系統設計、開發及應用的完整過程的掌握。

傳統的實驗教學方式中,一般是通過“預習、重點概念講述、示范操作、學生操作、師生討論與總結”等環節來達到的,其中主要環節是講解、示范操作和學生操作。其缺點是:一方面由于實驗學時限制,講解和示范操作完后,留給學生的時間已所剩無幾;另一方面,由于實驗設備的惟一性和實驗內容的多樣性,實際能讓學生自己操作的機會很少。

本課程實驗教學存在的具體問題:

1.實驗項目的設置

由于實驗學時有限,實驗項目的設置數量明顯不足,機械故障診斷實驗項目可開的有10多項,而目前只能安排2個。另外,學生做實驗時感到時間緊張,再想增加實驗項目基本達不到。對于那些實驗性很強的教學內容實驗教學是一個不可或缺的教學環節,是克服學生“似懂非懂”的有效手段,是培養學生嚴謹、求實作風的良好途徑。

2.傳統的實驗教學手法單一,缺乏創造性,嚴重阻礙了學生創造性思維的發揮。

3.實驗效果差

實驗學時有限,項目不夠,安排僅能做最基本的認識性、演示性或驗證性實驗,而綜合性、創新性實驗很難真正實施。而認識性、演示性或驗證性實驗學生是被動的,動手能力和創新能力得不到充分發揮,實驗教師也僅僅是滿足教學計劃的要求,缺乏主動性、能動性與學生的互動性。學生的實驗數據也不能客觀反應實驗過程和結果,也不能讓學生真正理解和掌握實驗相對應的基本理論、原理和方法,因而實驗達不到理論的效果。

4.實驗設備落后且少

機械故障診斷技術飛速發展,而在學生實驗中接觸到的還是傳統的分析方法(FFT)、簡單的實驗設備,而目前應用廣泛的儀器設備和實驗平臺由于價格昂貴,實驗室只有1臺(DASP2003信號采集與處理系統),而國外的現代先進故障診斷設備(比如,HVT/H-5電液伺服振動試驗臺,ADRE for Windows 轉子動態特性分析系統,光纖激光振動測試分析儀,SD380和HP3565動態信號分析系統,SD200*SM模態分析系統,RETRA-1000激光電視全息測振系統,Multipro多路數據瞬態采集系統)沒有,學生對國內外這些的先進的檢測設備缺乏必要的了解,更不要說應用了,這是我們本科專業教育階段最弱的地方。在實驗設備不足的情況下,要滿足本科生的實驗教學需要,教師要付出很多努力。

二、實驗教學改革

機械故障診斷課程實驗教學改革的主要目的是:使實驗教學既能與理論教學的課程體系相匹配,又能突出本課程所涉及相關課程交叉的特色、讓學生掌握機械故障診斷技術的前沿,得到機、電、測控、編程、計算機等多方面的培養,并具有較強的動手能力及分析問題和解決問題的能力。

1.啟迪學生的創新性思維,培訓學生工程實踐和動手能力[1]

圍繞機械故障診斷課程體系與教學內容的改革,建立了由教師、學生和實驗室組成的綜合實驗中心。在學生課前充分預習,初步了解實驗目的和原理、儀器設備的使用、操作方法和實驗步驟等基礎上大力開展課外活動,培養學生工程實踐和創新能力,啟迪學生的創新性思維,開發創新潛能、培養創新能力,掌握創新設計方法,培訓學生工程實踐和動手能力。我們始終把培養學生綜合應用、工程實踐和創新能力放在重要位置,采取理論學習與實驗、實踐相結合,課內與課外相結合,規范與激勵相結合的全方位措施,培養高素質人才。

2.建立以學生為主的實驗教學模式[2]

實驗教學的改革是培養學生的創新能力和綜合素質的關鍵,試行這一模式的關鍵是在實驗學時有限的情況下,將以前的演示性、驗證性實驗項目盡量轉換為綜合設計性實驗項目,將實驗時間真正交給學生自己,讓學生真正融入到實驗中去。而老師的工作是引導學生積極思維,啟發學生的創新思維,培養學生分析問題和解決問題的綜合能力,以及解決學生無法解決的問題,如精密設備的使用,尚未接觸領域的引導和解釋。這種實驗教學方法可讓學生真正在實驗中發現問題,并找到解決問題的方法,提高學生的實際動手能力和主動學習的熱情,對學生的創新能力培養大有益處。

3.挖掘現有實驗設備的潛能

由于學校經費有限,面對大量的實驗教學任務,我們必須自行挖掘現有實驗設備的潛能,拓寬其使用范圍,從而滿足本科生實驗教學的要求。

4.建立開放性的實驗教學[3]

為適應學生自主式實驗教學的需要,必須建立相應的開放式實驗教學。所謂開放式實驗教學,既是時間和空間的開放,也是實驗設備儀器、設施及實驗項目的開放,使學生真正成為實驗教學的主體。

多年的實驗教學經驗也表明,傳統的實驗教學手法單一,缺乏創造性,嚴重阻礙了學生創造性思維的發揮。如何提高學生的工程素質,注重學生工程實踐意識與能力的培養和鍛煉,教育的重點向能力素質培養轉化,從而造就高素質的世紀人才已成為我校實驗教學體制改革的重要內容。在這種新形式下,開放式實驗教學因其自身的特點和優越性,也越來越被人們所接受。

5.培養學生在實驗過程中做實驗記錄的習慣

實驗記錄是獲得感性知識的第一手資料,做好實驗記錄是寫好實驗報告的前提,因此要求學生邊操作、邊觀察、邊思考、邊記錄。對學生的實驗記錄要求嚴格,實驗記錄絕不是實驗步驟的簡單拷貝,它應包括實驗過程中每一個步驟的操作過程、操作時間、所用儀器設備及其參數設定等以及在實驗中每一個實驗現象、結果的描述。

6.要求學生完成高質量的實驗報告

實驗報告是對整個實驗原理、實驗過程和實驗結果等的總結,要求學生能從實驗方法、實驗原理、操作步驟、實驗現象和實驗數據等方面進行綜合分析,掌握其中的基本實驗原理和技能。過去,學生寫實驗報告時,大段地摘抄實驗指導書上的實驗原理和實驗步驟,再附上實驗數據或實驗繪圖便完成了。這種機械式的實驗報告對于培養學生的能力沒有絲毫的幫助,也不利于教師對學生學習情況的掌握,無法公平地評定學生的成績,往往是文字抄得多,字跡整潔的實驗報告就可得高分。經過改革,我們對實驗報告提出新的要求。實驗報告必須包含三部分內容:第一,經任課教師簽字的原始實驗記錄;第二,對實驗中的異?，F象(例如,采集的信號失真)、實驗體會及實驗方案的改進加以討論;第三,完成實驗報告上的思考題,完成課外文獻資料的查閱任務。通過這樣的改革,強調了對實驗過程和結果的討論分析,有利于培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。

三、建立綜合創新性實驗

綜合創新性實驗教學的建立是對本課程實驗教學的全面改革,本著立足于學生的創新意識、創新精神、創新能力(技術基礎和實踐能力)的培養,把綜合創新性實驗與傳統單一實驗相結合,并以設計性、綜合性和創新性融為一體的實驗為主,注重基礎訓練和能力培養的結合。實施綜合創新性實驗教學,要以學生為主,指導老師為輔。老師只提出實驗項目(包括目的、意義、原理、方法等)和研究的問題,由學生自己查閱資料、設計實驗方案、步驟、選擇實驗儀器和設備,經老師審閱檢查后進行實驗,最后由老師評價實驗。

圖1即為機械故障診斷課程實驗所設置的綜合創新性實驗模型。

四、結論

在機械故障診斷課程進行實驗教學改革與創新以來,在機械設計制造及其自動化專業大四教育階段進行了幾學年的實踐教學,取得了良好的效果。學生普遍反映,所進行的綜合創新性實驗涉及內容廣泛而新穎,將以往所學知識串聯起來,而且與工程應用結合緊密,通過對實驗內容的創新構思,設計和實踐,開拓了思路,培養和挖掘了自己的創新精神和思維潛能,并提高了各方面的綜合素質。

參考文獻

[1]張繼平,張立新,宋巖.以培養創新型人才為目標,深化機械基礎實驗教學改革[J].中國現代教育裝備, 2008(11):87-89.

[2]朱震華.電工電子實驗教學改革初探[J].實驗科學與技術,2008(1):71-73.

[3]黃沃才.開放式實驗室建設與管理探究[J].中國現代教育裝備, 2008(3):13-14.