以能力為導向的案例教學法在課程教學中的實踐與探索

柳文林等

[摘要]《機械故障診斷學》是航空宇航科學與技術專業研究生的一門重要課程，具有很強的理論性和應用性。論述了案例教學法在本門課程教學中的組織和實施步驟、列舉了典型教學案例。實踐表明通過案例教學法的運用，激發了學員的學習興趣，提高了學員分析問題、解決問題的能力。

[關鍵詞]案例教學法 機械故障診斷 課程教學 實踐

案例教學法之前多用于法學、工商管理等課程，但因其可以更為貼近實際的將理論與實際聯系在一起們，目前正被越來越多的運用在不同領域、不同專業的教育人員培訓中去。案例教學的主體是學員，其教學目標是引導學員自主的進行學習、研究，快速提高解決實際問題的能力，來更好的挖掘學員潛力，培養學員的能力。

《機械故障診斷學》這門課程的內容主要包括機械故障及其診斷的基本理論，故障診斷的信號分析與處理技術，機械故障的振動診斷方法、油液分析技術、無損檢測技術等。該課程與機械裝備維護保障聯系十分緊密，因此非常適合使用案例教學法進行課堂教學。

一、教學案例選取與方案設計

《機械故障診斷學》中講到的機械故障及故障診斷方法在機械裝備的日常維護保障中十分常見。本課程中，教員先對與故障診斷相關的基本理論進行講解，然后提出多種實際故障案例來進行案例教學，目的是使學員能將故障診斷的理論方法運用到實踐中去。

（一）案例的選取

為了使教學案例具有針對性、實用性，案例的選取須緊緊圍繞機械裝備常見故障案例進行選擇。雖然《機械故障診斷學》教材中列舉了很多機械故障與診斷的實例，但是與本專業方面研究的機械裝備實際故障結合不緊密，案例信息不完善，實用價值不高。所以，在選擇案例時應選擇典型的、與本專業機械裝備聯系緊密的、涉及知識面較廣的機械故障實例作為教學案例，進而使學員從多角度、多層面、全范圍的對知識進行學習和應用。

通過調研、查閱資料，本課程選取了典型航空發動機轉子碰摩故障診斷案例、典型飛機油液分析與故障診斷案例、基于故障樹的飛機起落架故障案例、航空發動機喘振故障診斷案例等幾個模塊案例。

（一）教學案例方案設計

以典型航空發動機轉子的碰摩故障診斷案例為例，來介紹一下教學方案的設計情況。

教學實施共分4個步驟完成。

（1）提供典型航空發動機使用維護信息及故障歷史數據，由學員分析主要故障模式、確定主要診斷目標定位。

（2）學員根據系統原理與構造，研究確定采樣參數。按照確定的采樣周期，通過實際和實驗采集相關的故障信號。

（3）介紹相應的信號分析處理方法，提供發動機正常工作狀態下的相關指標基準。

（4）以收集處理的特征信號為依據，結合發動機的實際工作狀態，由學員總結、提出發動機碰摩故障的機理、特征、危害后果等。

二、案例教學組織與實施

此階段的任務是組織學員進行資料搜集，查閱此類故障的詳細資料，開展討論，進行指導與點評。

（一）任務布置

每3-4名學員分成一組，要求其到圖書館、網上搜集有關航空發動機故障診斷及發動機特征信號處理的相關資料，讓不同小組選擇不同的方法對發動機相關特征信號進行處理，并在此基礎上展開討論，比較不同方案的優劣，得出結論，并制作幻燈片進行匯報，最后形成論文上交。

對匯報的具體內容要求如下：（1）介紹故障機理和研究方法；（2）對案例分析過程進行具體匯報；（3）給出分析結果，總結研究收獲。

（二）研討交流

開展研究討論是案例教學的重要環節，是“以學員為主體”的教學思想的重要體現。以下是本課程案例教學中兩組學員的學習成果。

第一組：根據不同的能量保持率采用主成分分析提取轉子故障頻譜特征，并結合支持向量機方法來判斷發動機的故障類型。

碰摩故障樣本不易獲取，該組針對這一航空發動機實際運行過程中的問題，提出基于正常工作狀態時的樣本，采用主成分分析和支持向量機的故障檢測方法。該方法首先對正常工作狀態的頻譜進行歸一化，對歸一化的樣本集進行主成分分析直接提取出低維特征。運用支持向量機方法對正常工作狀態的樣本進行學習，獲取正常工作狀態的域邊界，并建立轉靜碰摩檢測判據，基于轉靜檢測判據判別出碰摩故障是否發生，同時也可根據判據值與閾值的差別大小來判別碰摩故障的嚴重程度。本組案例借鑒的主成分分析和支持向量機的方法是針對航空發動機的碰摩故障進行的，對于其他類型故障檢測和診斷也可采用本方法。

第二組：運用快速傅立葉變換FFT對振動信號進行處理，依據神經網絡方法對發動機故障類型進行判別。

將獲得的發動機正常工作狀態數據樣本和故障數據樣本特征信號進行FFT變換，將在特征不明顯的時域轉化為較容易提取特征的頻域中，從而提取出發動機正常工作時的特征信號作為訓練樣本輸入到神經網絡中去進行訓練，得出訓練樣本，再將一組已知特征信號輸入到神經網絡中進行判別。

（三）總結講評

教員在提供案例之后，給予學員一定的引導，在小組研究討論后，重點進行點評和總結，評價和總結學員的學習效果，對學員的參與度、專研精神、學習技巧等各個方面進行講評。

通過案例教學可以發現，學員的表現十分突出，各有千秋：第一組運用方法新穎，創新點多；第二組方法簡便快捷，容易理解，思路清晰。兩個小組學員都很好的掌握了其所運用的方法，達到了一定的學術水平?？偠灾?，在本次案例教學中，學員都能找準自己的位置，找到適用的方法，去解決相關的問題。兩個小組各有所長，其方法得到了相互印證與補充。

三、結論

在將案例式教學運用到《機械故障診斷學》的教學改革過程中可以發現，學員學習的主觀能動性一旦被激發，再輔以“分組競爭、團隊合作”，能夠更加充分的激發學員潛能，提升學員能力。

在實施案例教學法時，要善于引導，牢牢把握教員為主導、學員為主體的宗旨，要采用多種教學手段營造良好的學習氛圍，激發學員學習的積極性。案例式教學法不僅僅適用于《機械故障診斷學》課程，對其他研究生專業課程也同樣適用。

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[3]王璟，王清華，王春華.案例教學法在軍事院校大學化學課程教學中的應用[J].高等教育研究學報 2013，（36）：94-96

（作者單位：1.海軍航空工程學院 飛行器工程系 山東 煙臺，2.海軍航空工程學院 研究生管理大隊 山東煙臺）