機(jī)械故障診斷技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀及優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
機(jī)械故障診斷技術(shù)是一種了解和掌握機(jī)器在運(yùn)行過程的狀態(tài)，確定其整體或局部正�；虍惓�，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。油液監(jiān)測、振動(dòng)監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、性能趨勢分析和無損探傷等為其主要的診斷技術(shù)方式。
可用于機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的信號有振動(dòng)診斷、油樣分析、溫度監(jiān)測和無損檢測探傷為主，其他技術(shù)或方法為輔的局面。這其中又以振動(dòng)診斷涉及的領(lǐng)域最廣、理論基礎(chǔ)最為雄厚、研究得最為充分。在振動(dòng)信號的分析處理方面，除了經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)分析、時(shí)頻域分析、時(shí)序模型分析、參數(shù)辨識外，近來又發(fā)展了頻率細(xì)化技術(shù)、倒頻譜分析、共振解調(diào)分析、三維全息譜分析、軸心軌跡分析以及基于非平穩(wěn)信號假設(shè)的短時(shí)傅里葉變換、Winger分布、Hilbert-Huang變換和小波變換等。而當(dāng)代人工智能的研究成果為機(jī)械故障診斷注入了新的活力，故障診斷的專家系統(tǒng)不僅在理論上得到了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，且己有成功的應(yīng)用實(shí)例，作為人工智能的一個(gè)重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究己成為機(jī)械故障診斷領(lǐng)域的一個(gè)最新研究熱點(diǎn)。
機(jī)械故障診斷技術(shù)是一門實(shí)踐性、綜合性、多學(xué)科交叉的學(xué)科。中國工程院院士屈梁生對診斷的評論：診斷是以機(jī)械學(xué)和信息論為依托，多學(xué)科融合的技術(shù)，本質(zhì)是模式識別。由此可見機(jī)械故障診斷技術(shù)學(xué)習(xí)的難度。
隨著機(jī)械故障診斷技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到日益重視，很多高校也將其作為機(jī)械工程類專業(yè)的專業(yè)選修課程，有些高校甚至把該課程列為必修課程。
一、機(jī)械故障診斷技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀
目前，對于機(jī)械故障診斷技術(shù)課程的教學(xué)還存在不少問題，其主要問題如下：
1.教學(xué)方法傳統(tǒng)單一
雖然有多媒體的輔助，教學(xué)過程中會播放很多故障診斷的實(shí)例視頻，但離實(shí)際應(yīng)用仍有一定的差距。在傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”的教學(xué)方法中，很難調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。
2.課程理論性強(qiáng)
機(jī)械故障診斷技術(shù)是一門綜合學(xué)科，包含了機(jī)械工程、工程力學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的知識。理論性強(qiáng)，牽涉的知識面也非常廣。因教學(xué)條件的限制，本課程主要以重理論知識的傳授為主，從而忽略了機(jī)械故障診斷技術(shù)在工程實(shí)際和實(shí)踐中的應(yīng)用。
3.學(xué)生基礎(chǔ)薄弱
因機(jī)械故障診斷技術(shù)與實(shí)際工程應(yīng)用關(guān)系緊密，本門課程對于機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)、信號處理和傳感器等基礎(chǔ)知識要求較高。但有部分課程在有的專業(yè)中屬于選修課程，有部分選修本門課程的同學(xué)并未修此類課程，因此，學(xué)習(xí)過程存在困難。例如，對頻譜分析及各種頻域和時(shí)頻域的概念等很難理解。
4.教學(xué)脫離工程實(shí)際
在本門課程的教學(xué)過程中，因過分強(qiáng)調(diào)理論知識的講解，從而忽略了機(jī)械故障診斷技術(shù)工程應(yīng)用的實(shí)際特點(diǎn)。學(xué)生對于很多課本上的理論基礎(chǔ)知識不感興趣，不知道這些知識在工程實(shí)際中的用途，這就導(dǎo)致了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。
5.各環(huán)節(jié)連續(xù)性差
本門課程分為課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，能夠在一定的程度上起到較好的教學(xué)效果。但因?qū)嶒?yàn)設(shè)備的限制，不能很好地模擬實(shí)際應(yīng)用中的故障檢測與診斷。因此，不能很好地將課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，從而影響了教學(xué)效果。
6.考核方式單一
機(jī)械故障診斷技術(shù)目前的考核方式以課程大作業(yè)為主，幾乎沒有平時(shí)作業(yè)。因此，選課學(xué)生對本門課程花費(fèi)時(shí)間較少，不能熟練掌握本門課程所學(xué)的知識。
以上是機(jī)械故障診斷技術(shù)在教學(xué)過程中存在的問題，也是教學(xué)改革中需要解決的問題。
二、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
機(jī)械故障診斷技術(shù)課程改進(jìn)措施
1.翻轉(zhuǎn)課堂
近年來比較熱門的一種新型網(wǎng)絡(luò)在線課程教學(xué)模式：開放式在線課程MOOC（massive open online courses）對于機(jī)械故障診斷技術(shù)的學(xué)習(xí)具有較好的作用�？梢圆捎脗鹘y(tǒng)教學(xué)和MOOC教學(xué)相結(jié)合的方式開展本課程的教學(xué)：學(xué)生在線學(xué)習(xí)機(jī)械故障診斷技術(shù)的理論知識，教師在課堂上進(jìn)行案例分析，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識解決實(shí)際工程案例，提高學(xué)生的興趣和積極性，從而提高教學(xué)效果。將傳統(tǒng)教學(xué)與MOOC有機(jī)結(jié)合起來，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)形式更多樣化、個(gè)性化，滿足不同層次學(xué)生的需要，將會給傳統(tǒng)課堂帶來新的生機(jī)與活力，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)校教學(xué)活動(dòng)的最優(yōu)化。
2.案例分析式教學(xué)
機(jī)械故障診斷技術(shù)是一門枯燥、實(shí)踐性極強(qiáng)的課程�？梢圆捎没诠收显\斷理論、技術(shù)方法和工程應(yīng)用研究的一體教學(xué)模式，采用以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的案例分析法，以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力。
3.綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)
傳統(tǒng)單一的實(shí)驗(yàn)不能培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，因此，應(yīng)設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性融為一體的綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，既注重基礎(chǔ)訓(xùn)練，又能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。以機(jī)床振動(dòng)測試與診斷實(shí)驗(yàn)為例，可以由學(xué)生自己動(dòng)手查閱資料、設(shè)計(jì)方案、選擇相應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，自行測試實(shí)驗(yàn)方案的正確性并分析原因。對于這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅教學(xué)效果良好，還可以大大調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。
4.增加學(xué)生匯報(bào)環(huán)節(jié)
為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，可以增加學(xué)生匯報(bào)環(huán)節(jié)。對選課的學(xué)生進(jìn)行分組，每組3-5個(gè)同學(xué)，共同完成一個(gè)實(shí)際案例，學(xué)生之間分工明確，完成各自任務(wù)，并采用PPT匯報(bào)的形式面對全部同學(xué)進(jìn)行講解。因選課學(xué)生不是很多，所以可以有充足的時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)。
根據(jù)實(shí)際實(shí)施效果來看，大部分學(xué)生都能做到充分準(zhǔn)備，對所講的故障實(shí)踐內(nèi)容有了非常深刻的認(rèn)識。實(shí)踐證明，這樣的匯報(bào)可以對學(xué)生起到非常好的作用，極大地提高了學(xué)習(xí)效果。endprint
5.考核方式多樣化
本課程傳統(tǒng)的考核方式是以課程大作業(yè)為主，考核方式比較單一，且抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。此種考核方式無法全面考核學(xué)生對機(jī)械故障診斷知識的理解和應(yīng)用，而且制約了學(xué)生創(chuàng)新精神的發(fā)揮。
在本課程的教學(xué)中，可以增加學(xué)生討論環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管控，鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，針對具體的問題進(jìn)行故障診斷的研究等。增加對平時(shí)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的評價(jià)比重，強(qiáng)化對學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過程的評價(jià)。
三、添加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)區(qū)別課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，其主要體現(xiàn)實(shí)踐性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)主要目的驗(yàn)證課堂上學(xué)過理論知識，達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識，驗(yàn)證所學(xué)理論知識目的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)更加注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。我們在實(shí)際教學(xué)過程中增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。
根據(jù)機(jī)械故障診斷技術(shù)課程特點(diǎn)，安排具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。因?yàn)辇X輪箱及滾動(dòng)軸承故障診斷是目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷比較常見對象。將其安排課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)與所學(xué)課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容之后進(jìn)行，這樣學(xué)生能將理論知識與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有效結(jié)合起來。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)過程中，學(xué)生可很好掌握機(jī)械設(shè)備故障診斷過程中具體每一個(gè)環(huán)節(jié)，首先傳感器在旋轉(zhuǎn)機(jī)械上面布置、其次利用計(jì)算機(jī)編制采集程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、最后振動(dòng)信號數(shù)據(jù)處理、故障特征提取以及故障診斷報(bào)告書寫等方面深刻了解。
四、故障診斷實(shí)例分析討論
我們在課堂設(shè)置一個(gè)故障診斷案例主題，學(xué)生通過交流以及討論方式理解問題。故障案例分析討論能使授課內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生積極討論問題，提高學(xué)生主動(dòng)性。針對典型機(jī)械設(shè)備故障診斷方法，我們講授相關(guān)知識點(diǎn)，根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)合適工程故障診斷實(shí)例，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和查閱文獻(xiàn)資料，分析故障發(fā)生原因，有效診斷方法。學(xué)生在下一次課上進(jìn)行發(fā)言討論，互相交流想法。通過設(shè)置這樣討論方式，可以有效看出學(xué)生基礎(chǔ)理論知識掌握與解決實(shí)際工程問題結(jié)合能力。工程故障診斷實(shí)例分析使得學(xué)生參與教學(xué)過程，活躍課堂氛圍、促進(jìn)同學(xué)相互交流，學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力能夠明顯提高。應(yīng)用型本科院校專業(yè)課程教育核心是培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，而分析故障診斷實(shí)例過程，其能夠逐步培養(yǎng)創(chuàng)新能力。工程故障診斷實(shí)例主要是指機(jī)械故障診斷相關(guān)領(lǐng)域中研究案例，通過案例分析討論法使得授課內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密相結(jié)合，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課積極性。
五、學(xué)生參與授課環(huán)節(jié)
我們在教學(xué)過程中，為了充分調(diào)動(dòng)班級學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，我們專門安排了學(xué)生講課環(huán)節(jié)。由于課堂時(shí)間有限，我們以四位同學(xué)為一個(gè)小組，小組為單位設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方案，最終推選一名同學(xué)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(diǎn)內(nèi)容，例如: 機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)的時(shí)域分析、頻域分析以及時(shí)頻域分析; 相關(guān)向量機(jī)、模糊向量機(jī)及遷移學(xué)習(xí)的智能故障診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法、專家系統(tǒng)等。根據(jù)班級組數(shù)，選取相應(yīng)授課，然后以抽簽方法決定每組授課內(nèi)容，并給予學(xué)生充足的準(zhǔn)備時(shí)間。實(shí)踐學(xué)生授課效果表明，學(xué)生自身參加授課過程中，體現(xiàn)了良好學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
六、采用分階段考核
該課程目前的考核方式是采用大作業(yè)形式過于單一，課程考核的首要任務(wù)就是檢測學(xué)生本學(xué)期的學(xué)習(xí)情況及效果，尋找自身學(xué)習(xí)過程中存在不足，發(fā)現(xiàn)我們教學(xué)過程中存在問題，針對性進(jìn)行改進(jìn)教學(xué)方式。機(jī)械故障診斷技術(shù)課程理論性和工程應(yīng)用要求很強(qiáng)，知識涉及廣泛，僅僅依靠一次性大作業(yè)考核模式難以全面檢查學(xué)生對故障診斷知識的理解程度。
機(jī)械故障診斷技術(shù)課程的考核形式，改變大作業(yè)形式結(jié)課考核方法，采用分階段考核形式，重點(diǎn)考核學(xué)生對該課程基礎(chǔ)知識點(diǎn)綜合運(yùn)用情況。我們針對一個(gè)故障診斷實(shí)例專題講解以后，要求學(xué)生對不同故障類型進(jìn)行故障特征信息提取，并向?qū)W生提供同一故障類型案例，采用不同機(jī)械故障診斷方法進(jìn)行故障特征提取。學(xué)生根據(jù)課堂所學(xué)知識和查閱文獻(xiàn)資料完成階段任務(wù)后，通過個(gè)人單獨(dú)提交作業(yè)和團(tuán)隊(duì)匯報(bào)方式相結(jié)合進(jìn)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(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過故障診斷實(shí)例分析，這種考核模式有效實(shí)現(xiàn)課堂知識學(xué)習(xí)與解決實(shí)際問題相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性及積極性。
七、結(jié)語
機(jī)械故障診斷技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過本門課程的學(xué)習(xí)，對提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題的綜合能力具有較好的作用。但受其理論性強(qiáng)和教學(xué)條件的限制，目前的教學(xué)效果還有待提高。
本文根據(jù)多年的教學(xué)情況分析總結(jié)了機(jī)械故障診斷技術(shù)課程教學(xué)目前存在的問題，并充分利用時(shí)代和技術(shù)的發(fā)展成果，不斷改革和創(chuàng)新教學(xué)模式，提出了一系列的教學(xué)改革措施，對提高機(jī)械故障診斷技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量起到了一定的推動(dòng)作用。
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