機械故障診斷技術課程教學改革研究

王志樂 代斌 王波 張茂強

摘要：為了適應應用型本科院校課程教學特點，針對滁州學院機械類專業的機械故障診斷技術課程在教學脫離實際應用、教學內容廣泛、缺乏實驗教學環節等方面問題。提出了該課程一些教學改革方案，從而培養學生的實踐動手能力、創新意識，提高教學質量。

關鍵詞：應用型本科;課程教學;機械故障診斷;教學改革

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

機械故障診斷技術課程屬于機械類專業技術課程，其與機械工程測試技術基礎、機械故障診斷學以及機械振動學等課程緊密相關，并廣泛應用生產實踐。[1]近年來，隨著檢測技術、計算機技術、信號處理技術等技術不斷發展，機械故障診斷課程應用領域更加廣泛。這就需求該課程講授理論知識廣泛、增加課程實踐性。但是，很多學生先修課程學得較差，機械故障診斷復雜抽象機理知識難以理解，便容易喪失學習興趣。因此，如何有效改變該課程的教學效果，提高學生學習積極性，具有重要研究意義。

1機械故障診斷技術課程教學現狀

目前，在機械故障診斷技術的課程教學過程中，存在許多問題，其主要問題如下：[1]

1.1教學脫離實際應用

在機械故障診斷學技術教學過程中，教師只是注重基礎理論知識講解，缺乏理論聯系實際。學生被動接受老師授課知識，但在工程實際中，學生仍不知道如何將這些基礎理論知識進行有效應用，逐漸失去學習信心。因此，老師課堂理論教學與工程實際中應用方面有待提高。

1.2教學內容廣泛

機械故障診斷技術是許多學科有關，其與高等數學、機械工程測試技術、工程信號處理、傳感器原理及檢測技術、人工智能等學科聯系密切，學生學習起來不易入門。該課程涉及知識面非常廣泛，基礎理論性強，導致教師難以解釋清楚基礎理論知識。

1.3缺乏實驗教學環節

實際教學環節缺少實驗設備，沒有安排該課程實驗教學環節。因此，機械故障診斷技術教學與實際沒有很好聯系起來，學生不能有效運用基礎理論知識解決工程實際問題。

1.4考核形式單一

該課程目前考核方式是采用大作業形式，學生需要提交與一份該課程相關學術報告，往往交大作業都是幾天時間進突擊書寫，提交上來報告出現大段地抄襲參考文獻資料現象，同時還出現格式不符合要求，根本沒有達到課程考核目的。因此，針對上述存在問題，我們需要進行該課程的教學改革，優化教學內容、添加實驗教學環節、案例教學法以及增加考核方式。

2優化教學內容

機械設備故障診斷技術課程具有廣泛工程實際應用背景、基礎理論知識體系復雜、理論性強以及實踐性較強等特點。目前，我校采用授課教材是機械工業出版社出版張健主編《機械故障診斷技術》。該教材涉及知識內容豐富，知識面廣泛。然而，我校人才培養方案的該課程理論學時有限，要求能夠在有限理論學時內，學生需要理解和掌握教材中所有知識點不太現實。因此，授課內容必須根據課程特點和我校學生面向旋轉機械故障診斷行業有所側重。我們實際教學以旋轉機械故障機理、故障特征信息提取等基本理論知識作為教學主線，重點講授齒輪箱和滾動軸承基本故障類型、故障振動機理、故障特征信息提取、診斷方法及防治方法等知識點。轉子不平衡故障與聯軸器和油樣分析等內容只作簡單講授。

3添加實驗教學環節

實驗教學環節區別課堂教學環節，其主要體現實踐性。實驗教學環節主要目的驗證課堂上學過理論知識，達到鞏固基礎知識，驗證所學理論知識目的。[2]實驗教學環節更加注重培養學生動手能力。我們在實際教學過程中增加實驗教學環節。根據機械故障診斷技術課程特點，安排具體實驗教學內容。因為齒輪箱及滾動軸承故障診斷是目前旋轉機械故障診斷比較常見對象。將其安排課程實驗教學內容，實驗教學環節與所學課程相關教學內容之后進行，這樣學生能將理論知識與實驗教學內容有效結合起來。在實驗教學環節過程中，學生可很好掌握機械設備故障診斷過程中具體每一個環節，首先傳感器在旋轉機械上面布置、其次利用計算機編制采集程序進行數據采集、最后振動信號數據處理、故障特征提取以及故障診斷報告書寫等方面深刻了解。

4故障診斷實例分析討論

我們在課堂設置一個故障診斷案例主題，學生通過交流以及討論方式理解問題。[2]故障案例分析討論能使授課內容與工程實際應用緊密結合，激發學生積極討論問題，提高學生主動性。針對典型機械設備故障診斷方法，我們講授相關知識點，根據課堂教學內容設計合適工程故障診斷實例，要求學生運用所學知識和查閱文獻資料，分析故障發生原因，有效診斷方法。學生在下一次課上進行發言討論，互相交流想法。通過設置這樣討論方式，可以有效看出學生基礎理論知識掌握與解決實際工程問題結合能力。工程故障診斷實例分析使得學生參與教學過程，活躍課堂氛圍、促進同學相互交流，學生學習動力能夠明顯提高。應用型本科院校專業課程教育核心是培養學生的自主創新能力，而分析故障診斷實例過程，其能夠逐步培養創新能力。[3]工程故障診斷實例主要是指機械故障診斷相關領域中研究案例，通過案例分析討論法使得授課內容與工程實際應用緊密相結合，以激發學生學習專業課積極性。

5學生參與授課環節

我們在教學過程中，為了充分調動班級學生學習積極性，我們專門安排了學生講課環節。[4]由于課堂時間有限，我們以四位同學為一個小組，小組為單位設計教學內容和教學方案，最終推選一名同學上來講課，這樣從操作上來說，比較可行的。首先我們選擇授課重點內容，例如：機械故障診斷基礎的時域分析、頻域分析以及時頻域分析;相關向量機、模糊向量機及遷移學習的智能故障診斷、神經網絡診斷方法、專家系統等。根據班級組數，選取相應授課，然后以抽簽方法決定每組授課內容，并給予學生充足的準備時間。實踐學生授課效果表明，學生自身參加授課過程中，體現了良好學習的積極性和主動性。

6采用分階段考核

該課程目前的考核方式是采用大作業形式過于單一，課程考核的首要任務就是檢測學生本學期的學習情況及效果，尋找自身學習過程中存在不足，發現我們教學過程中存在問題，針對性進行改進教學方式。[5]機械故障診斷技術課程理論性和工程應用要求很強，知識涉及廣泛，僅僅依靠一次性大作業考核模式難以全面檢查學生對故障診斷知識的理解程度。

機械故障診斷技術課程的考核形式，改變大作業形式結課考核方法，采用分階段考核形式，重點考核學生對該課程基礎知識點綜合運用情況。[6]我們針對一個故障診斷實例專題講解以后，要求學生對不同故障類型進行故障特征信息提取，并向學生提供同一故障類型案例，采用不同機械故障診斷方法進行故障特征提取。學生根據課堂所學知識和查閱文獻資料完成階段任務后，通過個人單獨提交作業和團隊匯報方式相結合進行階段考核。

通過上述考核方式改革、有利于課程分階段目標的實現，同時通過故障診斷實例分析，這種考核模式有效實現課堂知識學習與解決實際問題相結合，調動學生學習主動性及積極性。

7結語

為了提高機械故障診斷技術課程的整體教學質量，針對該課程提出了教學改革思路。首先，總結該課程教學過程存在不足的基礎上。其次，為了解決現有教學過程中所存在問題，制定了詳細教學改革方案。其均為解決具體問題而提出，具有很好可行性。機械故障診斷技術課程性質決定了教師必須將課堂教學和工程實踐應用相結合，才能達到最佳授課效果。

參考文獻：

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

[2]蔣宇，謝國秋，楊咸啟，等.MATLAB在《機械故障診斷》教學中的應用研究[J].安慶師范大學學報（自然科學版），2010，16（3）：112-114.

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

[4]周昌靜，李強，等.機械設備故障診斷課程教學改革與實踐[J].化工高等教育，2014，31（6）：49-51.

[5]陳磊，葉平.基于LabVIEW的虛擬儀器應用于機械故障診斷教學[J].國外電子測量技術，2003，22（2）：28-30.

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