机械故障诊断实验教学改革与创新

冷军发 华 伟 荆双喜

摘 要:针对机械故障诊断课程实验教学存在的问题,提出了该课程实验教学改革与创新的一些措施,通过建立以学生为主体,教师为主导,以培养学生综合素质的综合创新性实验,以提高本课程的实验教学质量。

关键词:机械故障诊断 实验教学改革 综合创新性实验

实验教学是培养高素质创新人才的一个重要环节,“十一五”期间,高等教育发展要全面贯彻落实科学发展观,切实把重点放在提高质量上,把高等教育发展的重点放在提高质量和优化结构上,加强研究与实践,培养学生的创新精神和实践能力。为此,我们对机械故障诊断课程实验教学存在的一些问题进行深入的剖析,并做了一些改革尝试与探索。

一、实验教学存在的问题

在机械故障诊断实验和实践教学方面,由于其所涉及的各门课程的独立建设,使得机械故障诊断实验教学基本上是围绕本课程的基本知识进行演示性或验证性实验,缺少与其他主干课程相联系的设计性和综合性实验,使学生缺乏对机电设备状态监测及故障系统设计、开发及应用的完整过程的掌握。

传统的实验教学方式中,一般是通过“预习、重点概念讲述、示范操作、学生操作、师生讨论与总结”等环节来达到的,其中主要环节是讲解、示范操作和学生操作。其缺点是:一方面由于实验学时限制,讲解和示范操作完后,留给学生的时间已所剩无几;另一方面,由于实验设备的惟一性和实验内容的多样性,实际能让学生自己操作的机会很少。

本课程实验教学存在的具体问题:

1.实验项目的设置

由于实验学时有限,实验项目的设置数量明显不足,机械故障诊断实验项目可开的有10多项,而目前只能安排2个。另外,学生做实验时感到时间紧张,再想增加实验项目基本达不到。对于那些实验性很强的教学内容实验教学是一个不可或缺的教学环节,是克服学生“似懂非懂”的有效手段,是培养学生严谨、求实作风的良好途径。

2.传统的实验教学手法单一,缺乏创造性,严重阻碍了学生创造性思维的发挥。

3.实验效果差

实验学时有限,项目不够,安排仅能做最基本的认识性、演示性或验证性实验,而综合性、创新性实验很难真正实施。而认识性、演示性或验证性实验学生是被动的,动手能力和创新能力得不到充分发挥,实验教师也仅仅是满足教学计划的要求,缺乏主动性、能动性与学生的互动性。学生的实验数据也不能客观反应实验过程和结果,也不能让学生真正理解和掌握实验相对应的基本理论、原理和方法,因而实验达不到理论的效果。

4.实验设备落后且少

机械故障诊断技术飞速发展,而在学生实验中接触到的还是传统的分析方法(FFT)、简单的实验设备,而目前应用广泛的仪器设备和实验平台由于价格昂贵,实验室只有1台(DASP2003信号采集与处理系统),而国外的现代先进故障诊断设备(比如,HVT/H-5电液伺服振动试验台,ADRE for Windows 转子动态特性分析系统,光纤激光振动测试分析仪,SD380和HP3565动态信号分析系统,SD200*SM模态分析系统,RETRA-1000激光电视全息测振系统,Multipro多路数据瞬态采集系统)没有,学生对国内外这些的先进的检测设备缺乏必要的了解,更不要说应用了,这是我们本科专业教育阶段最弱的地方。在实验设备不足的情况下,要满足本科生的实验教学需要,教师要付出很多努力。

二、实验教学改革

机械故障诊断课程实验教学改革的主要目的是:使实验教学既能与理论教学的课程体系相匹配,又能突出本课程所涉及相关课程交叉的特色、让学生掌握机械故障诊断技术的前沿,得到机、电、测控、编程、计算机等多方面的培养,并具有较强的动手能力及分析问题和解决问题的能力。

1.启迪学生的创新性思维,培训学生工程实践和动手能力[1]

围绕机械故障诊断课程体系与教学内容的改革,建立了由教师、学生和实验室组成的综合实验中心。在学生课前充分预习,初步了解实验目的和原理、仪器设备的使用、操作方法和实验步骤等基础上大力开展课外活动,培养学生工程实践和创新能力,启迪学生的创新性思维,开发创新潜能、培养创新能力,掌握创新设计方法,培训学生工程实践和动手能力。我们始终把培养学生综合应用、工程实践和创新能力放在重要位置,采取理论学习与实验、实践相结合,课内与课外相结合,规范与激励相结合的全方位措施,培养高素质人才。

2.建立以学生为主的实验教学模式[2]

实验教学的改革是培养学生的创新能力和综合素质的关键,试行这一模式的关键是在实验学时有限的情况下,将以前的演示性、验证性实验项目尽量转换为综合设计性实验项目,将实验时间真正交给学生自己,让学生真正融入到实验中去。而老师的工作是引导学生积极思维,启发学生的创新思维,培养学生分析问题和解决问题的综合能力,以及解决学生无法解决的问题,如精密设备的使用,尚未接触领域的引导和解释。这种实验教学方法可让学生真正在实验中发现问题,并找到解决问题的方法,提高学生的实际动手能力和主动学习的热情,对学生的创新能力培养大有益处。

3.挖掘现有实验设备的潜能

由于学校经费有限,面对大量的实验教学任务,我们必须自行挖掘现有实验设备的潜能,拓宽其使用范围,从而满足本科生实验教学的要求。

4.建立开放性的实验教学[3]

为适应学生自主式实验教学的需要,必须建立相应的开放式实验教学。所谓开放式实验教学,既是时间和空间的开放,也是实验设备仪器、设施及实验项目的开放,使学生真正成为实验教学的主体。

多年的实验教学经验也表明,传统的实验教学手法单一,缺乏创造性,严重阻碍了学生创造性思维的发挥。如何提高学生的工程素质,注重学生工程实践意识与能力的培养和锻炼,教育的重点向能力素质培养转化,从而造就高素质的世纪人才已成为我校实验教学体制改革的重要内容。在这种新形式下,开放式实验教学因其自身的特点和优越性,也越来越被人们所接受。

5.培养学生在实验过程中做实验记录的习惯

实验记录是获得感性知识的第一手资料,做好实验记录是写好实验报告的前提,因此要求学生边操作、边观察、边思考、边记录。对学生的实验记录要求严格,实验记录绝不是实验步骤的简单拷贝,它应包括实验过程中每一个步骤的操作过程、操作时间、所用仪器设备及其参数设定等以及在实验中每一个实验现象、结果的描述。

6.要求学生完成高质量的实验报告

实验报告是对整个实验原理、实验过程和实验结果等的总结,要求学生能从实验方法、实验原理、操作步骤、实验现象和实验数据等方面进行综合分析,掌握其中的基本实验原理和技能。过去,学生写实验报告时,大段地摘抄实验指导书上的实验原理和实验步骤,再附上实验数据或实验绘图便完成了。这种机械式的实验报告对于培养学生的能力没有丝毫的帮助,也不利于教师对学生学习情况的掌握,无法公平地评定学生的成绩,往往是文字抄得多,字迹整洁的实验报告就可得高分。经过改革,我们对实验报告提出新的要求。实验报告必须包含三部分内容:第一,经任课教师签字的原始实验记录;第二,对实验中的异常现象(例如,采集的信号失真)、实验体会及实验方案的改进加以讨论;第三,完成实验报告上的思考题,完成课外文献资料的查阅任务。通过这样的改革,强调了对实验过程和结果的讨论分析,有利于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

三、建立综合创新性实验

综合创新性实验教学的建立是对本课程实验教学的全面改革,本着立足于学生的创新意识、创新精神、创新能力(技术基础和实践能力)的培养,把综合创新性实验与传统单一实验相结合,并以设计性、综合性和创新性融为一体的实验为主,注重基础训练和能力培养的结合。实施综合创新性实验教学,要以学生为主,指导老师为辅。老师只提出实验项目(包括目的、意义、原理、方法等)和研究的问题,由学生自己查阅资料、设计实验方案、步骤、选择实验仪器和设备,经老师审阅检查后进行实验,最后由老师评价实验。

图1即为机械故障诊断课程实验所设置的综合创新性实验模型。

四、结论

在机械故障诊断课程进行实验教学改革与创新以来,在机械设计制造及其自动化专业大四教育阶段进行了几学年的实践教学,取得了良好的效果。学生普遍反映,所进行的综合创新性实验涉及内容广泛而新颖,将以往所学知识串联起来,而且与工程应用结合紧密,通过对实验内容的创新构思,设计和实践,开拓了思路,培养和挖掘了自己的创新精神和思维潜能,并提高了各方面的综合素质。

参考文献

[1]张继平,张立新,宋岩.以培养创新型人才为目标,深化机械基础实验教学改革[J].中国现代教育装备, 2008(11):87-89.

[2]朱震华.电工电子实验教学改革初探[J].实验科学与技术,2008(1):71-73.

[3]黄沃才.开放式实验室建设与管理探究[J].中国现代教育装备, 2008(3):13-14.