城轨车辆检测与故障诊断技术教学改革初探

崔 嵩 耿冉冉 洪 磊

(湖南工商大学文学与新闻传播学院，长沙 410000)

一、引言

随着我国城镇居民汽车保有量不断增加，城市道路交通系统超负荷运转。由于运量高、快捷、路权相对独立等优点，城市轨道交通的迅猛发展面临着旺盛的人才需求，同时随着我国城轨车辆制造技术的不断进步，相关企业对人才工程能力的要求也不断提高。这就要求高等学校的城市轨道交通车辆工程专业加强教学改革，突破原有教学方式的桎梏，培养满足企业需求的高素质应用型人才[1][2]。

二、课程特点

(一)课程难点

课程教学的首要难点在于该课程学习门槛相对较高，涉及前置基础课程多[3]。该课程需要学生具有城轨车辆及其子系统相关的知识储备，鉴于城轨车辆工程是一个需要满足较多功能的系统性工程，因此，检测与故障诊断对象也较多。教学主要内容包括：监控与故障诊断系统、检测技术和传感器技术、故障诊断方法、列车通信网络技术、走行部的检测与故障诊断、牵引传动系统的检测与故障诊断、列车检修。教学内容涉及的前置基础课程有机械振动基础、电工电子技术基础、信号处理技术基础、转子动力学、通信网络技术、单片机等。这些前置基础课程本身的学习难度较高。

故障诊断技术是一门学术研究领域比较活跃的课题，近年来，城轨车辆故障诊断技术的研究论文层出不穷[4][5][6]，从事该领域的研究需要较高的学术理论知识素养。授课难点在于传统的讲授式教学方式不能激发学生的学习热情，学习主动性差。鉴于课程的基本特点，加之需要补充较多的基础知识，传统的教学方法(讲授法)是本课程的主要教学手段。学生对于枯燥的理论讲授缺乏兴趣，课堂气氛沉闷，学习效果差。因学习难度大，作业效果也不理想。

(二)学习反馈

通过教学调研发现，学生的学习困难主要在于：

第一，不能很好的理解较为抽象的概念与方法；第二，对于故障诊断中的现象与原因，不能建立直观的联系；第三，课堂效率不高，课后复习难度大，前置课程相关资料收集困难。

上述三点反馈与课程难点息息相关。对抽象的概念与方法的认知存在困难，由于学生对于没有接触过的概念和定义无法第一时间接受，且前期积累和生活经验中也没有具体的可供联想的实例，导致迟迟无法领会概念与方法的内涵。传统的顺序思维方式由原因出发，经历过程分析，获得结果(现象)。本课程中的故障诊断方法省略了分析过程，直接由原因得到结论，或由现象归纳原因，中间环节的省略是本着降低课程学习难度的考量，但也在一定程度上加重了学生的理解负担。课堂学习效率差，基于学生对于复杂理论学习的抗拒，且存在部分学生前置课程基础不牢固，无法跟上讲授进度。

三、改革措施

(一)授课方式改革

授课方式的改革主要集中在以激发学生学习兴趣为目标的讲授方法转变和基本授课模式的转变。

讲授方法改革侧重于在讲授中以具体形象的比喻代替原有抽象的概念，使学生更容易理解。这种方法可以应用在本课程中的大量教学内容中。如，在本课程开始阶段，介绍故障诊断系统的具体结构与设备之前，并不直接讲授概念，而是展示给学生一张其它电器设备的图片(如电风扇)。然后以问题的形式引导学生判断电风扇的故障。可以通过看扇叶是否旋转、用手触碰扇叶、感受是否有风来判断电风扇是否正常运转。这样一个故障诊断过程的传感器是人的眼球、人的痛觉神经元、触觉神经元等，人的传导神经类似于检测系统的通信网络，故障诊断方法就是人大脑的逻辑判断，判断的过程涉及到简单的知识应用和经验调取。通过此例就可以将课程的主要内容结构性的串联起来，激发学生的学习兴趣。故障树诊断中，可以用具体的事件(如工人脚手架坠落事件)来替代抽象的事件符号，帮助学生了解整个故障树从底事件到顶事件的因果关系。

针对理论性较强，无法采用上述方法讲授的内容，如故障的振动诊断方法等。基本的授课方式也应有所转变。学生在自主学习的情况下往往效率较高，部分内容采取课堂讲授和分组讨论相结合的形式，每一组学生针对一部分内容进行组内讲授，其它学生提出意见，最终形成反馈报告。教师针对各小组的反馈进行课堂集中答疑，这样的方式不仅能促进学生课前预习，也便于教师当堂获得反馈，并有针对的解决学生在学习过程中的困惑。此外，针对学生难以理解的缺少中间过程的因果结论，可以适当补充一些学术研究资料，或利用有限元仿真等多种手段展示故障诊断过程，不要求学生深究其机理，务求让学生建立感性的认识，加深对于相关内容的印象。除了考虑学生课堂学习效率的提高，也应注重前置课程理论的补充，针对每节课的课程要点，以讲义的形式提供学生学习所需要的前置理论材料，帮助学生加快课堂学习和思考。

(二) 作业方式改革

传统的作业为老师出题，学生做题。题目统一，解法单一，不利于学生对所学知识的灵活掌握。如基本放大电路，结构形式上具有多种的变化，输出增益也有所不同，单一的题型考察不能得到全面的反馈。作业是课堂教学的延伸，也是课堂教学质量反馈的主要形式。因此，统一的命题覆盖的知识点有限，反馈力度有限。课程的作业改革首先在于出题内容和方式的创新，选择一道题目为主干(如差动放大器)，通过变动其构成的基本电路元件，形成多道相关题目，布置给不同组学生，有层次的考察学生对于放大器基本电路原理的掌握程度；或通过拆分一个复杂电路(如仪器放大器)，将电路的不同子系统分解并布置给不同组学生，最后整合汇总作业结果，统一讲授，节省课堂教学时间，同时加深学生印象。出题形式的创新还可以让学生自主选题，网络上存在多种故障树模型，对应的事件五花八门，可以在大方向上对故障树层级和涉及的逻辑关系种类进行命题约束，让学生从网络上自由选择故障树，进行割集计算。这种命题的方式调动了学生的积极性，为了达到命题要求，学生需要了解逻辑符号和各层事件的层级关系，进一步加深课程内容的掌握。

四、效果反馈

传统的教学方式主要症结在于学生的学习积极性不高，课堂专注力不高，课后复习难度大，学习自主性不高，进而导致课程内容掌握程度差。学生的积极性和主动性在于参与，而不是被动地接受。因此教学改革的目的是激发学生兴趣，让学生尽可能参与到教学过程和作业命题中来。教学改革方案中提出的以问题形式引导学生思考，以具体的容易联想的事件代替抽象的符号，是激发学生兴趣的重要举措；分组讨论的形式是让学生主动参与到教学环节中来，让学生作课堂的主人；作业布置环节中，让学生自主命题的形式也是激发学生参与的重要举措。在上述多项措施的基础上，同时也不能完全摒弃原有的授课方式，在作业布置上分层次的考察学生，获得反馈，便于教师掌握学生学习情况。

从课堂上课效果看，课堂气氛明显活跃，学生的课堂参与度变高。从作业反馈来看，学生的积极性被调动了起来，分层次的不同作业题目的考察在课堂作业讲解中收获了很好的效果，学生反映作业讲解中的由浅到深的层次感加深了对于相关知识的掌握。故障树分析的自主命题形式也激发了学生的兴趣。由于课堂中经常采用形象的联想案例，学生对于枯燥的理论知识印象加深，作业和考试中都发现学生对于抽象概念的掌握程度有了明显的提高。

五、结语

第一，抽象的概念应该采用贴近真实的类比或其它比喻形式来帮助学生课堂理解。

第二，参与度是增强学生学习效果的源泉。

第三 ，在作业命题中要注意层次感，同时也可适当增加学生自主命题的权限，以增加学生参与度，激发兴趣。