机械故障诊断课程教学改革探析

冷军发 荆双喜

河南理工大学 河南焦作 454000

机械故障诊断课程教学改革探析

冷军发 荆双喜

河南理工大学 河南焦作 454000

针对机械故障诊断课程教学内容陈旧、结构不合理和教学方法呆板、枯燥等存在的问题，提出了该课程教学改革的一些措施，建立以学生为主体，教师为主导的，基于故障诊断理论、技术方法和工程应用研究的一体教学模式，以提高教学质量。

机械故障诊断；教学改革；案例教学法

Abstract: In the view of many problems of the outdated teaching contents, irrational structure and stiff teaching method, some measures of teaching reform in this course of mechanical fault diagnosis were put forward. In order to improve the teaching quality, the integrated teaching model , which takes the students as the main part, teachers as the leading role, was constructed at the basis of the fault diagnosis theory, technology & method and engineering application study.

Key words: mechanical fault diagnosis; teaching reform; case teaching method

机械故障诊断课程属专业课，与机械工程测试技术基础、机械振动学等课程衔接紧密，并直接与生产实践、科学研究和日常生活紧密相关。近年来，随着传感检测技术、电子计算机技术、信号处理技术等的突破性研究，机械故障诊断课程从理论、方法到应用领域都发生了很大的改变。要求本课程的讲授要知识面广、实践性强，结合新理论、新方法及新的使用领域，使学生了解前沿动态。本课程传统的教育内容、方式、方法有许多值得认同的优点，但也存在明显的不足，例如，教学内容滞后、不合理，教学方法呆板，缺乏对学生动手能力和主动思考的培养。笔者认为，本课程教学改革应该围绕提高教学质量为中心展开，改革教学内容、教学方法，以案例教学、讨论式教学等多种方式的研究性教学为手段，提高教学质量。

1 课程教学存在的问题

1.1 课程教学内容存在的问题

机械故障诊断属于专业课程教育，其理论性、技术性与应用性是紧密结合的，教学内容与方法必须适应其理论、技术方法及应用的最新研究成果。而本课程的教学结构不尽合理，教学内容一成不变，跟不上故障诊断技术的最新发展，没有科学技术快速发展的气息，很难激发学生的学习兴趣。

具体表现在以下几个方面：

(1)有些课程没开，即使开了，由于师资和办学条件有限，教授时也只是点到为止，不能深入下去，这就必然造成学生的理论知识缺乏或基础不牢固等现象。如，没有开设机械振动学、转子动力学或信号处理技术等课程，而开设机械故障诊断课程，这样对机械故障的一些振动机理问题不能解决，只能在字面上初步了解一下，显然这是不行的。因此对专业课的开设必须考虑到该课程涉及哪些具体的关键知识点，应在课前讲授。

(2)开设的课程安排不尽合理，如，在机械故障诊断课程方面，应先开设机械振动学、转子动力学和信号处理技术等相关课程，即使是在同一学期内开设，也要将这些课程开设在先，而后开设机械故障诊断课程。

(3)课程教学内容陈旧。教学讲授的内容基本停留在20世纪90年代的内容，极少涉及现代故障诊断理论和国内外的发展动态。

(4)课程所涉及的先开课程往往相互独立，没有统一联系起来。各课程之间缺少衔接与配合，往往是学了下门课又忘了上门课程。

1.2 课程教学方法存在的问题

传统的机械故障诊断课程和其他大多数的专业课程一样，教学方法存在诸多弊端：呆板、枯燥、费时、费力、效率低。具体表现在以下两个方面：

(1)传统的“板书”教学，效率低、效果差、浪费时间，课堂信息量不足，而且不利于师生的身体健康。

(2)教学是以教师、课堂、书本为中心的教学模式，普遍存在着“满堂灌”“照本宣科”“学过即忘”等现象，窒息了学生的积极思维和创新能力。

2 课程教学改革

2.1 教学内容改革

在课程内容改革方面，要改变本课程内容“繁、难、偏、旧”和偏重书本知识的现状，加强课程内容与现代工程应用及最新研究领域的联系，关注学生的学习兴趣和经验，精选学生以后参加工作必备的专业知识和技能。

一方面要删繁就简，不断更新课程内容。删除脱离学生认知水平、违背学生认知规律的内容，删除陈旧落后内容，删除重复的内容，使课程内容精而新，体现故障诊断技术发展和设备维修技术的需要。另一方面要积极开发课程资源，不断拓宽课程所涉及的新内容。

针对本课程教学内容的特点，对其进行以下方面的综合优化和改革。

(1)课程教学时增加一些关于本课程的最新研究动态，包括故障机理研究、最新的故障信号处理技术研究，如小波分析、神经网络、专家系统、遗传算法、经验模态分解等，故障诊断仪器、系统（如传感器、简易测振仪、声级计、温度计、脉冲计、放大器、采样器等）的研究动态。另外，还增加故障诊断技术在石油、化工、交通、航空航天、发电、采矿等领域机械设备故障诊断的实际工程应用。

(2)优化知识结构。将机械故障诊断课程所涉及的所有知识点：数学（高等数学、线性代数、概率论、数理统计等）、力学（理论力学、材料力学、机械振动学、转子动力学、弹性力学等）、摩擦学、信号处理技术、传感检测技术、计算机技术、软件编程（Matlab编程、LabVIEW编程或VC编程等）等按照课程的重要性、开课的先后顺序进行模块化教学。当然，由于机械故障诊断课程学时有限，大多已学过的课程只能稍做提示，帮助学生对所学的内容进行梳理，并综合为一个整体来讲授。

2.2 教学方法改革

教学方式转变应从教师教育思想转变开始，首先树立教师从事教育事业的责任心与自豪感，其次是建立以学生自主、主动的学习方式，最后是积极开展课外实践训练。课堂教学与课外实践训练结合，这是实行教学互动的一种形式。

针对本课程，具体来说，我们提出以下改革措施提高教学质量：

2.2.1 顺应时代变化，采用多媒体、网络现代化教学

采用多媒体教学优势在于：把学生的视觉、听觉和思维调动起来，使学生在新鲜、好奇中完成学习任务；多媒体教学“新颖、环保、高效、信息量大、资源共享及网络化教学”等优点，在课堂教学中可以将新理论、新方法和最新的研究成果以及大量的工程应用案例通过多媒体形式传授给学生，以激发学生的学习兴趣。为此，可以充分利用我校良好的现代教育技术和校园互联网，建立多媒体网络现代化教学平台，形成课堂内外的互动教学空间，提高学生的自主学习能力。

2.2.2 采用启发式教学，变被动学习为主动学习

机械故障诊断课程的教学过程是培养学生将以往所学的知识连贯融汇起来，将其应用于机械故障诊断中，是一个循序渐进的过程。在实际的教学中应该处理好“教”与“学”的关系，加强与学生的互动，让学生的思维能跟上教学内容的节奏。启发、引导学生学习、思考问题并随时提问，给学生有思考问题的时间，调动学生学习的主观能动性，变被动接收为主动学习。如讲齿轮箱故障诊断时，设问：“一对齿轮相互啮合时，其啮合刚度是不变的，还是变化的；若是变化的，按什么规律变化？”学生的学习积极性被调动起来。学生回答的，教师要加以鼓励，学生没说出来的，教师要加以补充，这样就会有很好的讲课效果。

2.2.3 加强综合性教学，培养学生的综合分析能力

机械故障诊断课程内容多而杂，各部分相互联系强，学习难度大。因此，需要在吃透全面内容的基础上进行综合性教学。综合性教学可以加深学生对所学知识点的认识和理解，使教学结构严谨、联系加强、思路清晰、重点突出。从课程的整体内容来看，除绪论部分外，每一章基本上分为基本知识、基本理论和基本技术3个方面，3个方面都相互统一的整体，从而加强课程的整体性、系统性，增强知识的逻辑性、条理性，消除散乱感，便于学生的理解和掌握。如，对于“转子不平衡”的学习可采用图1所示的综合教学模型：

图1 “转子不平衡”综合性教学模型

从综合性教学模型可知，振动机理分析是基础，传感选择与校准是采集信号的保证，信号处理是技术，监测与诊断软件是平台。另外，还要加强理论结论（通过仿真分析）与实际分析结果的比较，找出差异及其产生的原因。因此，只有把这个模型（可以推广到其他机械故障模型的学习）里所有的内容学会掌握了，才是真正做到了各部分知识的有机串联和融会贯通，形成一个完整的知识系统。同时也能更好地培养学生分析问题、解决问题的能力，以及培养他们的工程意识和创新能力，从而取得更好的教学效果。

2.2.4 工程应用案例教学法

专业课程教育的核心是培养学生的自主创新能力，而创新能力的形成，是在分析问题、解决问题的过程中逐渐形成的，实施工程应用案例教学法是培养学生创新能力的一种有效办法。工程应用案例主要是指机械故障诊断领域中的应用研究案例，通过案例分析讨论能使所讲内容与工程实际紧密结合，以激发学生学习专业课的积极性，如在讲到齿轮箱故障诊断时，根据大量的工程应用实例，按照类似图1的教学模型，非常形象地给学生介绍了齿轮箱的振动机理与故障特征、故障信号采集与分析方法、监测与故障诊断软件的LabVIEW编程等，收到了比较理想的教学效果。

3 结束语

专业课程教学必须建立以学生为主体，教师为主导的，基于专业理论、技术方法研究和应用研究的一体教学模式。并可借鉴国外“做中学”“体验式学习”的创造性人才培养思路，按照“如何解决一个实际工程诊断案例”来进行机械故障诊断课程教学规划和组织教学活动，探索、研究与本课程特点相适应的教学方法与手段，形成具有机械故障诊断学科专业特色的教学内容和方法。

[1] 安琦.系统培养创新能力的教学模式[J].高等工程教育研究，2004，1：77～79

[2] 李彩云.机械设计基础课程教学改革初探[J].教育与职业，2008，11：108～109

[3] 徐敏，黄昭毅.设备故障诊断手册[M].陕西：西安交通大学出版社，1998

Discussing and analyzing of the teaching reform in the course of mechanical fault diagnosis

Leng Junfa, Jing Shuangxi
Henan polytechnic university, Jiaozuo, 454000, China

2011-01-10 稿件编号：1101031

冷军发，副教授。荆双喜，教授，成人教育学院院长。