应用型本科院校机车检测与故障诊断技术教学改革探索

2024-10-23 00:00白敬洪磊
科教导刊 2024年25期

摘 要 文章阐明了应用型本科院校机车检测与故障诊断技术课程教学改革的必要性,分析了目前在教学方面存在的问题,如教学方式传统、学生基础薄弱等,并针对教学现存问题和难点提出解决方案,主要包括:打造新颖多元化课堂,调动学生学习的积极性,实行多样化案例与实践教学,进行个性化辅导增强学生基础知识,以及跨学科融合教学与新技术方法的引入,以切实提高学生综合能力和解决实际问题的能力,为铁路运输行业培养更多高素质的机车检测与故障诊断技术人才作出贡献。

关键词 机车;故障诊断;教学改革;多元化

中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdk.2024.25.037

Exploration on Teaching Reform of Locomotive Detection and Fault Diagnosis

BAI Jing1, HONG Lei2

(1. Industrial Technology Research Institute of Intelligent Equipment, Nanjing Institute of Technology, Nanjing, Jiangsu 211167;

2. School of Automotive and Rail Transit, Nanjing Institute of Technology, Nanjing, Jiangsu 211167)

Abstract The necessity of teaching reform of locomotive detection and fault diagnosis technology in application-oriented undergraduate colleges is clarified. The problems existing in teaching are analyzed, mainly including traditional teaching methods and weak student foundation. In order to improve students' comprehensive ability and problem-solving ability, the solutions were proposed, including creating novel and diversified classes, arouse students' learning enthusiasm, implementing diversified case and practice teaching, providing personalized guidance to enhance students' basic knowledge, implementing interdisciplinary integration and reflecting new technology methods. Contribute to train more high-quality locomotive detection and fault diagnosis technical talents in railway transportation industry

Keywords locomotive; fault diagnosis; teaching reform; diversification

现代综合交通运输体系发展规划要求交通设施应耐久可靠、运行安全可控[1]。机车是一种技术先进、结构复杂的技术装备,采用了大量的现代电子器件和装置,这些特点增加了机车发生事故的风险,如果对机车故障不能有效诊断则容易发生严重的后果。因此,保障机车的安全运行,预防事故的发生,具有重要的意义和紧迫性[2-3]。机车检测与故障诊断技术是铁路运输领域的重要技术之一,对于确保机车安全运行和提高运输效率具有重要意义。所以高等院校需加大交通运行安全保障等方面的人才培养,保障交通运输行业的安全可靠。

应用型本科院校更加注重学生的实践能力、应用能力和职业素养的培养。课程教学内容应该更加贴近行业需求,注重提高学生的动手能力,以培养符合市场需求的专业人才。本研究在应用型本科教育的基础上,提出多种教学改革探索,以提升应用型本科院校机车检测与故障诊断技术课程的教学质量和效果,培养学生的实践能力、创新能力和综合应用能力,使他们更好地适应未来工作需要和社会发展需求。

1 课程现状

1.1 教学目标

机车检测与故障诊断技术是车辆工程专业和交通运输专业一门重要的专业课程。课程内容主要包括机车概述、检测技术、传感器技术、故障诊断方法、网络技术和列车各部位故障诊断。通过本课程的学习,要求学生掌握机车结构原理和工作原理,掌握基本的机车常见故障的检测、分析与诊断流程,培养学生综合利用知识分析解决问题的能力,使其初步具备检测机车性能的实践能力,为以后从事车辆检测、服务、科研等方面的工作打下坚实的基础。

1.2 教学现状

1.2.1 教学方式传统

传统的教学方式强调教师的主导作用,学生被动接受知识,缺乏互动和参与。教师在课堂上通过口头讲解、演示、展示等方式向学生传授知识,学生主要是听讲和记录笔记,缺乏实际操作和实践环节。传统教学忽视学生个体差异,缺乏对学生个性化需求和学习兴趣的关注,导致学生学习积极性不高。这种教学方式限制了对学生实践能力和创新思维的培养。

1.2.2 案例分析较少

课程案例分析较少,课程设计过于理论化,注重知识传授而忽视实践操作和案例分析。如在故障分析部分,仅有不同部位故障的描述,没有涉及机车各零部件各种故障对应的诊断方法,缺乏系统的案例分析,学生无法将零散的知识点整合起来,导致大多数学生理解困难,理论知识的综合运用能力无法提升。

1.2.3 缺乏创新思维

学生面临的学习压力和竞争压力较大,为了追求好成绩和稳定的未来,往往只关注答案和结果是否正确,而忽略了对过程的探索和思路的创新,缺乏独立思考的机会。部分学生对学习的兴趣和动机不足,缺乏主动探索和整合知识的愿望,导致无法全面学习和应用机车检测与故障诊断技术。

1.2.4 学生基础薄弱

学生对学习缺乏兴趣和动力,或者缺乏有效的学习方法和技巧,不知道如何高效地学习和掌握知识,导致学习效率低下,基础薄弱。本课程教学内容覆盖较广,不仅包含了检测技术、信号处理技术、故障诊断技术,还包含列车通信网络技术,以及轨道交通基础知识。各部分知识点和技能较为零散,学生缺乏整体性的认识和理解,因而无法将不同章节的知识融会贯通。

2 针对教学难点改进教学

针对以上教学难点,课程组积极提出解决问题的方案,如图1所示,主要的改进方案有:新颖的多元化课堂,激发学生的学习兴趣;多样化的案例分析,为学生提供更广泛的学习体验;强化实践教学,培养学生解决实际问题的能力;针对不同学生实行个性化辅导,解决学生的学习障碍;增加跨学科融合和新技术方法的内容,促进学生的跨学科思维和创新能力的提升。详细方法具体如下:

2.1 新颖的多元化课堂

结合多媒体技术,如投影仪、电子白板、影音资料等,呈现丰富多彩的教学内容。通过图片、视频、音频等形式,激发学生的视听感知,使课堂更具吸引力。如从司机视角展示司机驾驶位进行列车速度自动控制(ATC)的视频,如图2(a)(p116)所示,让学生更加生动地理解和掌握知识。引入互动式教学方法,组织学生进行小组讨论、合作、角色扮演等,让全体学生共同探讨问题、分享观点,鼓励他们积极提出问题和分析问题,积极参与课堂,提高学习效果。通过互动,可以促进学生思维的碰撞和交流,增加学习的深度和广度。在课堂上仅讲解重点知识内容,其余内容让学生在课外自主学习,整理所学内容并提出困惑,通过学习通平台在线讨论、实时答疑、在线实验演示等,增强学生的参与度和互动性。设计有趣的学习游戏和挑战,如知识竞赛、谜题解密、任务挑战和成就奖励等,激发学生的学习兴趣和竞争欲望,通过游戏化学习,提高学生的学习积极性和参与度,使学习过程更加轻松愉快。根据学生的需求和特点,灵活调整课堂教学方式,使教学更加生动有趣和富有成效。通过以上方法,打造新颖多元化的课堂环境,激发学生的学习热情和动力,提高他们的学习效果和成就感。

2.2 多样化的案例分析

在教学中使用各种类型、不同领域的案例来进行分析和讨论,以帮助学生理解理论知识、提升解决问题的能力。根据具体案例情况,让学生分小组讨论,分析案例背景、收集信息、诊断问题原因和提出解决方案,引导学生思考和探索解决问题的方法和路径,培养他们对实际问题的解决能力和判断力,同时也培养学生的综合素养和团队合作能力。如一列高铁列车在行驶过程中突然出现了异响和抖动的情况,机车司机感到异常,于是停车检查。分析可知异响问题可能是由于机车某个部件的磨损或松动引起的,抖动问题可能是由于机车的平衡性出现了问题导致的,同时利用传感器和仪器设备进行实时监测和数据采集,以便更准确地定位问题所在。

案例教学不局限于机车等轨道交通设施故障,可扩展到机械故障诊断,包括齿轮、轴承、轴等零件,从机械方面学习,进一步深入机车的齿轮、轴承、旋转机械、发动机等元件的相关案例。

2.3 强化实践教学

加强实践教学环节,提高学生的动手能力和实际操作技能。设置机车检测与故障诊断的实验项目,让学生亲自动手进行实验操作,熟悉设备和工具的使用,以巩固理论知识,掌握实际操作技能。如在介绍滤波器时,先演示RC低通滤波电路实物,展示滤波器实物及相关接线,并结合示波器讲解不同频率下的输出波形,讲解滤波器设定截止频率的意义,后续安排学生进入实验室进行滤波器实验,如图2(b)所示。轴承故障是机车运行中常见的问题,对于机车的正常运行和安全性至关重要,教学中让学生亲自操作轴承的安装、拆卸、检测等过程,培养他们的实际操作技能,同时结合实验室轴承故障平台,让学生动手实际采集轴承故障信号,并进行预处理、傅里叶变换、包络谱等分析,如图2(c)、(d)所示,帮助学生深入了解轴承故障的原因和解决方法,提高他们的实际操作能力和故障诊断技能。

同时结合国家虚拟仿真实验教学课程共享平台《高铁列车一级检修虚拟仿真实验教学项目》[4],模拟机车一级检修场景,让学生在虚拟环境中进行故障诊断和修复操作。通过虚拟实验,学生可以在安全环境下进行实践操作,提高故障诊断技能,通过虚实结合帮助学生将理论知识应用到实际操作中,在实践中学习、在操作中成长,培养学生的实际操作能力和问题解决能力。

2.4 个性化辅导

注重学生个性化需求和互动参与,激发学生学习兴趣。教学初期通过问卷调查或面谈等方式了解学生的学习能力,为个性化辅导奠定基础。通过慕课、学习通等软件,增加参考资料,针对基础薄弱的学生提供个性化的辅导和指导,确定不同的学习重点和深度,帮助他们理解和掌握基础知识,弥补学习差距。根据学生的学习水平和学习能力,采取分层教学的方式,对学生进行分类教学,让每个学生在适合自己水平的环境中学习。鼓励学生进行小组合作学习,让基础较弱的学生与基础较好的学生互相学习,相互帮助,共同提高,促进学生之间的互动和合作,培养学生的团队合作能力和沟通技巧。提供大量的练习题和实践机会,帮助学生巩固基础知识,并及时给予反馈,指导学生进行错题订正。给予基础薄弱的学生更多的鼓励和正面反馈,激励他们克服困难,努力学习,树立自信心。

采用个性化评价方式,包括书面作业、口头表达、项目作业、实践操作、小组合作等形式,以全面了解学生的学习情况和能力表现。不只是注重学生成绩,还要关注学生的学习过程、思维能力和创新能力。根据评价结果制订个性化学习计划,针对学生的学习需求和发展方向进行个性化指导和培养,帮助学生实现个性化发展目标。

2.5 跨学科融合

机车检测与故障诊断是一个涉及机械工程、电子工程、计算机科学等多个学科领域的复杂问题。开展跨学科融合教学,可以帮助学生更全面地理解机车故障的原因和解决方法,培养学生综合运用不同学科知识的能力。可引入实际机车故障案例,让学生从机械工程、电子工程、计算机科学等不同学科角度分析和解决问题,促进跨学科思维和能力的培养。设置跨学科案例分析如下:一辆高速列车在行驶过程中突然出现牵引系统故障,导致列车无法正常运行。首先,对牵引系统进行机械检查,排除机械故障;再对其电路进行电气测试,排除电路故障;然后对其控制器和传感器进行电子测试,排除电子元件故障;最后,使用故障诊断软件分析牵引系统的运行数据,确定故障原因,进行故障修复和系统调试,确保高速列车正常运行。通过这个跨学科案例,学生可以综合运用多学科知识,全面分析和解决高速列车牵引系统故障问题,提高他们的理论综合应用能力和解决实际问题的能力。

组织跨学科讨论和知识分享活动,邀请不同学科领域的专家和学生共同参与。通过讨论和分享,促进不同学科知识的交流和融合,拓宽学生的学科视野。引入跨学科教师团队,为学生提供跨学科导师指导,引导学生在不同学科领域之间进行交叉学习和思考,促进跨学科融合。并整合不同学科的课程内容和教学资源,设计跨学科的教学活动和任务,让学生在学习中跨越学科边界,提升综合素质。通过以上方法和策略,可以有效促进跨学科知识的融合,帮助学生全面理解和应用机车检测与故障诊断技术。

2.6 新技术方法

随着科技的不断发展,在机车检测与故障诊断领域出现了许多新技术和新方法,为提高检测效率和准确性提供了更多可能性。通过物联网技术,将机车各个部件和传感器连接到互联网,进行实时监测和数据采集,可以实现对机车各个部件的远程监测和实时诊断,提前发现潜在故障。利用大数据分析技术,对机车运行数据进行深度分析和挖掘,发现机车运行中的模式和规律,预测潜在故障并提出预防措施。人工智能技术如机器学习和深度学习可以用于机车故障诊断[5-6],通过分析大量的机车检测数据,训练模型识别和分类机车故障模式,帮助实现机车故障诊断和预测,可以提高故障诊断的准确性和效率。开发智能诊断系统[7],整合多种检测技术和数据分析方法,实现机车故障的自动诊断和报警,可提高故障诊断的效率和准确性。建立远程诊断服务平台,工程师可以通过远程监控和诊断系统对机车进行实时监测和远程诊断,提供及时的故障诊断和维修建议。通过引入对以上新技术的教学可帮助学生了解和掌握最新的机车检测与故障诊断技术。同时教师也需要不断提升自己的专业知识和技能,了解新技术和新方法在机车检测与故障诊断领域的应用和发展趋势,以便有效地引导学生开展学习和实践。

3  结语

机车检测与故障诊断技术是一门综合性较强的专业课程,涉及的方法技术较多,本次教学改革以应用型本科高校人才培养需求为重点关注内容,旨在突破教学过程中的难点,以新颖的多元化课堂、多样化的案例分析与实践、先进故障诊断方法等手段,充分调动学生学习的动力和积极性,提高学生的学习能力、创新能力、跨学科综合能力和解决实际问题的能力,为他们未来的工程实践和职业发展打下坚实的基础。

*通信作者:白敬

基金项目:江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20210930)。

参考文献

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