基于新工科与工程教育专业认证的机械故障诊断学教学改革研究

郑近德，包家汉，刘庆运，魏志刚

(安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243002)

工程教育专业认证(简称“专业认证”)的核心是要求高校工科专业培养的毕业生达到行业认可和国际通行工程教育的既定质量标准，即符合华盛顿协议原则精神的质量标准的要求。专业认证的理念是“以学生为中心”、“成果导向”和“持续改进”，要求办学条件、专业课程体系、师资队伍等围绕既定的学生毕业能力达成来展开，同时要求有专业教育质量持续改进的保障机制[1]。最近几年实施的国家重大战略计划，如“创新驱动发展”“一带一路”“互联网+”等迫切要求高等院校更新工程教育理念，开展“新工科”建设，培养国际视野宽、实践能力强、知识结构新、具备创新创业能力的复合型“新工科”工程技术人才。“新工科”是随着计算机信息技术、人工智能、互联网等新兴技术和经济的发展，对传统工科的升级和优化，其内涵就是要提高工程技术人才培养的质量，提高学生的工程创新能力、适应变化能力和国际竞争力。因此，在“新工科”背景下，人才培养方案、课程体系和课程教学内容需要按照专业认证的标准进行改革，主动适应新兴产业和新经济的发展，体现企业与行业需求，注重多学科融合和交叉。

一、机械故障诊断学课程教学现状

机械故障诊断学是很多高校机械相关专业的专业基础课程，其主要任务是培养学生掌握机械设备及典型部件常见故障的机理、故障形式以及机械设备故障诊断技术的基础知识、基本理论和方法，并具备从事机械设备状态监测、故障诊断的基本技能。机械故障诊断学课程的特点是理论性和逻辑性强，尽管学生在学习该课程时已学习过机械工程测试技术和机械设计基础等先期课程，但是机械故障诊断学的内容抽象、理论性较强，再加上学生对传统的填鸭式教学方法兴趣不足，教学效果欠佳，导致学生工程实践和创新创业能力远远不能满足当前新工科建设对工程专业技术人才的要求。因此，机械故障诊断学的教学应以专业认证为契机，以新工科建设的高速发展和要求为核心，以培养学生的创新和工程能力为目标，培养创新和实践能力强、具有解决复杂工程实际问题的复合型人才。

二、课程教学改革探索

(一)修订课程教学大纲、优化教学内容体系

传统的机械故障诊断学的填鸭式教学方式培养的学生已无法满足新工科建设的要求。这就要求高校授课教师必须转变教育思想，创新和树立工程教育教学的新理念。具体来说，一方面，随着新工科建设的发展，机械故障诊断不断产生新的监测和诊断技术，新出现一些大型机械装备和机器人等都要求机械故障诊断技术及时更新。因此，应以“学生为中心”的专业认证理念为指导[2]，及时修订人才培养目标及机械故障诊断学课程的教学大纲和教学内容，使得教学大纲和教学内容符合机械类或机械工程相关专业的人才培养目标，顺应新工科建设的要求，培养符合社会需求的机械专业技术人才。另一方面，需要针对不同专业制定不同的教学大纲，使授课内容更具有针对性。目前，安徽工业大学机械故障诊断学课程是机械工程专业的专业课程，同时还是车辆工程和机械设计制造及其自动化专业学生的专业选修课程。但是，目前该课程面向各个专业的教学大纲和教学内容没有区别，没有针对专业要求和特点设置教学内容。但是，不同专业学生的基础知识和学习侧重点有一定的差异，因此，课程教学也有必要针对不同的专业设置不同的教学大纲[3-4]。比如，机械工程专业的毕业生主要从事机械设计、开发和设备维护等工作，课程教学大纲应该侧重机械装备的振动、测试、动力学机理和诊断理论，而车辆工程专业的学生则应该重点开展车辆工程相关对象如车辆动力学、发动机和减速器等振动和诊断的教学，以帮助学生采用机械故障诊断学知识来解决复杂工程实际问题。因此，机械故障诊断学的教学内容应依据学生的专业分布进行适当调整，既要注重传统基础知识教学，又要增加专业技能要求所必需的教学内容。

为了适应专业认证的要求，考虑对机械故障诊断学课程中的理论问题采用计算机仿真软件如Matlab、Simulink和Labview等进行仿真验证，同时对机械故障案例进行分析诊断。这种软件辅助教学方式的引入相比板书和多媒体教学，有助于提高学生的学习兴趣和增强学习效果。 为了培养学生解决实际复杂问题的能力，可以在课堂教学过程中采用启发式教学或案例分析教学法，以教学目标为中心，引入现实企业中设备故障诊断问题，围绕实际诊断案例，通过教师分析和讲解传授诊断知识，通过和学生的讨论，增加课堂教学互动，提高学生的工程创新能力和解决复杂工程问题的能力。

目前机械故障诊断学还没有设置实验教学环节，教学内容与工程实际问题脱节。为了增强理论知识与工程实际的联系，在教学过程中需要增加实验教学环节，有必要增加2至4课时的实验教学，让学生参与到实际工程问题的解决中。实验教学内容以齿轮及滚动轴承常见故障诊断方法为主。实验教学环节能够让学生对故障诊断过程从传感器的安装和布置、数据的收集、分析与处理、诊断结果和分析报告等每一个环节有深刻的认识[5]。将所学专业知识与工程实践相结合，在解决实际工程问题的过程中开展理论、实践知识的学习，以及学生工程能力和创新能力的培养，进一步提升学生解决复杂工程问题的能力。同时，也能够强化学生职业道德和工程伦理意识，培养以造福人类和可持续发展为理念的综合型高素质技术人才。

(二)多手段协同提升教学效果

目前机械故障诊断学课程采用板书和多媒体教学，已经不能适应新工科和专业认证的要求。为了增强学生工程素养和培养学生创新能力，教师应针对机械故障诊断学课程的特点，创新教学模式，不能依赖单一多媒体教学，必须采取多种教学方式和教学手段协同，如采用MOOC、翻转课堂，建立在线精品课堂等。同时，为了方便学生学习，还需要将教学大纲、课堂教学课件等资料提前发给学生。课前，通知学生预习相关的理论知识，查阅资料。课堂利用板书和多媒体讲授基本方法和原理，提出工程实际问题，培养学生自主分析和解决问题的能力。为了加深学生对方法和原理的理解，可以采用仿真软件将实际问题更加形象地展示给学生。课后，教师可以将学生分为不同的组，开展自主与合作探究。每组引入不同的相关工程实际案例，根据不同组提出的问题及解决方案进行指导，启发学生提出解决实际问题的思路和方案。这样有助于培养学生的发现问题和解决问题的能力，进而提高他们的工程创新能力。

(三)改革考核评价体系

机械故障诊断学课程的考核主要包括平时考勤考核和期末成绩考核，平时考勤成绩评定标准不易量化，导致成绩评价不合理。期末成绩考核多考课程中基本理论和方法公式的应用，难以考核和评价学生对机械故障诊断学知识体系的真实掌握情况。这种考核方式不能对学生做出客观实际的评价，也不利于新工科背景下的创新型和应用型人才培养。机械故障诊断学的课程考核应该在基本理论考核的基础上增加具有工程背景的试题，即在课程理论考核的过程中，增加考核工程复杂实际问题。在解决实际复杂工程问题的过程中，既要考察学生理论知识和方法的掌握，又要增强对学生的工程应用能力的检验。同时，为了完善考核体系，在之前考核办法的基础上，增加实践教学考核，这不仅能够检验学生实验技能水平，培养学生良好的实验操作习惯，也能够让学生去重视实验，突出动手能力，进而引导学生对工程问题的重视和学习。

三、结语

机械故障诊断学课程教学应通过建立理论、应用、工程实践一体的多维教学新模式，培养创新能力突出、工程素养高、应用能力强的机械类专业工程技术专业人才，推动机械类专业人才培养模式改革，提高人才培养质量。