应用型本科车辆工程专业《铁道车辆系统静/动力学》教学改革探讨

杨亮亮 黄晓翠 洪 磊 王俭朴

(南京工程学院汽车与轨道交通学院,南京 211167)

一、《铁道车辆系统静/动力学》课程教学改革的意义

随着我国铁路行业的蓬勃发展,对从业人员的技能要求逐步提高,为适应铁路机车车辆高质量发展的新趋势,除顶尖研究型人才外,应用型人才的储备和普及也是关键。因此,加强应用型车辆工程专业本科生课程的教学改革非常有必要[1][2]。

《铁道车辆系统静/动力学》是南京工程学院汽车与轨道交通学院为车辆工程专业轨道车辆方向本科生开设的一门专业必修课程。该课程围绕铁道车辆系统的静力学和动力学两部分内容进行教学,主要涉及有限单元法基本原理、车辆主要零部件结构强度设计方法、车辆垂向振动模型、车辆横向振动模型、列车纵向振动模型、车辆动力学指标及评估方法、轮轨关系等内容。通过学习该课程,学生不仅可以巩固《车辆工程》《材料力学》《机械振动》等已学课程中的重点知识,又可以掌握与铁道车辆强度和动力学相关的概念、理论、方法和标准等专业新知识,为今后从事铁路行业更专门化的设计、制造、运维和测试等工作打下良好的基础。

该课程所涉及到的基础理论包括弹性理论、有限元理论、振动理论和接触理论等,多属于逻辑性和抽象性知识,在以往授课中总结了以下共性问题:一是课程学时紧张,内容压缩较多,教学连贯性不足;二是课程理论性强,对数学和力学功底要求高,学生不易掌握;三是教材选择困难,适合本科生学习理解能力的教材太少;四是理论联系实践少,学生对理论知识的综合应用能力训练不足;五是教学方式和考核方式单一,学生多采用死记硬背应付作业和考试。为此,本文立足于应用型本科车辆工程专业培养目标,从教学内容和教学方法两个方面对《铁道车辆系统静/动力学》的课程教学展开探[3][5]。

二、《铁道车辆系统静/动力学》课程教学改革探讨

(一)教学内容

根据应用型本科车辆工程专业的培养目标要求,一方面要以培养社会普及型人才为基本思想,注重兼顾理论知识传授和综合能力培养的大众型教学,另一方面要以培养专业应用型人才为特色理念,注重建设能够体现工程与实践相结合的服务型教学。《铁道车辆系统静/动力学》属于具有工程实践属性的理论课程,是铁道车辆系统结构和悬挂设计及应用的指导理论,但由于原理复杂、概念抽象、公式繁多,导致课程内容枯燥难懂。因此,对于应用型本科车辆工程专业开设该课程,需要兼顾培养目标和课程特点,在教学内容上进行适当的调整。

首先,突出实践教学特色并不意味机械地压缩理论教学内容。铁道车辆系统静力学和动力学所涉及的核心内容分别是车辆强度问题和车辆振动问题,两者所涉及的理论基础及应用方向是有差别的,研究型院校通常单独开设为两门32个学时课程。考虑到应用型院校需要设置更多的实践教学任务,建议在当前合并后课程的基础上增加到48个学时,既能保证课程内容的基本完整性,又能适当增加仿真软件教学和应用案例教学等环节,看似增加理论学时,实则将实践教学融入理论教学。

其次,教学内容结构需要进行模块化调整。目前,与该课程直接相关的出版教材很少,授课大纲是基于《轨道车辆强度基础》和《车辆动力学基础》两本出版教材的简单融合,内容设置仅考虑知识点梳理的连贯性,并未从本科生学习理解能力角度着手。因此,建议对授课难度和内容进行模块化调整,将教学内容划分为:基本理论、专业关联性理论和案例应用三大模块,满足授课对象的差异化需求,并紧扣专业培养目标和毕业要求。

再次,教学应用案例需要及时更新。客车高速化、机货车重载化、城市轨道交通车辆多元化是当前铁路车辆发展的大趋势,课程中所涉及的案例分析应尽可能与时俱进,保证学生毕业后从事业内工作时对现役铁路车辆装备对象具有较好的熟悉度,体现应用型本科教育的服务行业理念。

最后,适当增加软件教学和实践环节。授课中讲解应用案例时所涉及的有限元理论和振动理论一般都需要运用数值方法进行求解,有必要增加一些有限元软件和多刚体动力学软件基本操作的教学和实践环节,提高学生的综合实践能力。

(二)教学方法

目前,《铁道车辆系统静/动力学》课程采用比较传统的灌输式教学方法,授课中涉及的概念、公式、规范等让不少学生望而却步,课堂互动参与度不高。为提高学生学习积极性和学习效果,在教学方法上也应当进行必要的改进。

首先,多引入直观教学素材,循序渐进地将学生从感官世界带入逻辑世界和抽象世界。如利用列车脱轨事故的动画和图片进行脱轨模拟分析并引入对车辆运行安全性理论的介绍;利用单轮对蛇行运动演示动画帮助学生直观地理解轮轨蠕滑导向机理;利用转向架缩小比例模型辅助学生对构架结构进行受力分析。

其次,适当采用案例教学法,先了解为何学,再熟悉学什么,最后掌握怎么学,促进学生自主学习兴趣。如通过优化转向架二系垂向减振器阻尼参数提高车辆垂向平稳性的案例分析,学生先了解减振器是车辆系统的重要部件,进而熟悉减振器在车辆系统中具有三种阻尼状态,最后掌握选择何种阻尼状态才能达到最佳减振效果。

最后,减少公式套用类作业,增加具有调查或仿真属性作业,培养学生自主思考和实践的能力。如设计开放类课后作业“浅谈车辆运行稳定性的影响因素”,学生可以参考教材中理论公式进行仿效推演,也可以查阅文献获取已有研究成果和结论,亦可以利用动力学软件操作进行仿真验证。

三、结语

《铁道车辆系统静/动力学》作为应用型本科车辆工程专业非常重要的专业必修课程,涵盖多个铁路机车车辆相关概念、理论、方法、标准和软件应用,对学生未来的就业和深造具有重要的意义。因此,该课程的教学内容和教学方法需不断改进和完善,重视理论和实践相结合,突出应用型本科专业的培养特色。