裴宏杰 王贵成 沈春根 王志 戴亚春

摘 要 针对当前“机械故障诊断技术”课程的问题，提出了新的教改方案。该方案以课程为载体，以课堂和实验室为阵地，以工程应用为根本，不断地将机械故障诊断技术的最新进展及国内外的最新成果融入教学内容之中，基于“知行合一”的教学理念，采用案例为主线的专题式的教学方法，构建出基本案例、拓展案例、能力案例的“三级递进式”的课程架构，初步形成科学、合理、完整、共享的教学体系。

关键词 机械故障诊断 案例 知行合一 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.02.041

Research on Teaching Reform of "Mechanical Fault Diagnosis Technology" Course

PEI Hongjie， WANG Guicheng， SHEN Chungen， WANG Zhi， DAI Yachun

（School of Mechanical Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013）

Abstract Aiming at the problems of the current "Mechanical Fault Diagnosis Technology" course， a new teaching reform plan is proposed. The program takes the course as the carrier， takes the classroom and the laboratory as the position， and takes the engineering application as the foundation. It continuously integrates the latest development of mechanical fault diagnosis technology and the latest achievements at home and abroad into the teaching content， based on the "integration of knowledge and practice". The teaching concept， using the case-based teaching method as the main line， constructs the "three-level progressive" curriculum structure of basic cases， expansion cases and ability cases， and initially forms a scientific， reasonable， complete and shared teaching system.

Keywords mechanical fault diagnosis； case； integration of knowledge and practice； teaching reform

0 引言

机械故障诊断技术是监测、诊断和预示连续运行机械设备的状态和故障，保障机械设备安全运行的一门科学技术。[1]其研究领域涉及到力学、摩擦学、机械学、非线性科学、信息学、测试技术、计算机技术、设备管理学等多种学科，并在其交叉点上生长出来的成为新兴学科。“机械故障诊断技术”是一门包含很多新技术内容的理论性、应用性、实践性很强的课程，随着科学技术和工程教育的发展，很多高等院校对“机械故障诊断技术”课程进行了改革探索。

在教学理念方面，对教学理念本身研究很少涉及，更多的是先进教学理念在“机械故障诊断”领域中的應用研究。[2-3]

在教学内容方面，针对教学脱离工程实际、学生基础薄弱等主要问题，提出的加强基础知识，采用案例式教学研究较多。[4-7]

在教学方法方面，为了更好的贯彻教学理念，提出了项目式、案例式、讨论式、多媒体式、开放实验式等教学方法。[2，5，8-9]

随着国家制造业行动纲要-《中国制造2025》[10]的提出，催生了“新工科”[11]和“双一流”[12]建设的迫切需求。在新的时代背景下，如何贯彻创新型、综合化、全周期工程教育的“新理念”，实现“机械故障诊断技术”的教学理念、教学内容、教学方式的三位一体的教学体系，进一步展开了教改研究，以期对培养创新性人才起到作用。

1 原课程存在的问题

目前“机械故障诊断技术”课程主要讲授机械故障诊断的基本原理、油样诊断技术、温度诊断技术、声学诊断技术、振动诊断技术、故障树分析方法及应用实例等方面的内容。由于课程内容丰富，知识点多，课时量少（总学时16学时），使得教学过程中产生了很多问题，主要问题如下：

1.1 应知不知

应该掌握的相关知识，没有掌握，或者理解肤浅。其原因在于，一方面，机械故障诊断学是综合了机械工程、力学、数学、计算机、传感器、信号处理、无损检测和人工智能等诸多方面知识，知识面宽广，理论性强，部分内容抽象。限于课时量，知识点的讲授普遍不能深入。另一方面，学生先期修学课程掌握不足（总课时量大幅减少，内容简化）或尚未开课，导致学生在学习故障诊断过程中理解能力欠缺，造成了学生似懂非懂的窘境。

1.2 知而难行

难于应用所学知识，解决实际问题。其原因在于，一方面，教学内容偏重于基础理论，与工程实际结合不紧密，忽略了本科生授课对象的特点。另一方面，教学所用案例不具备代表性，不能很好的贯穿基础理论和实际应用。

1.3 事事不行

只能解决相似案例，对于形式较大变化的应用工况，茫然不能理出头绪。其原因在于，课堂还是以教为主，学为辅，颠倒了教与学的关系，极大挫伤了学生独立学习和思考的积极性，未能培养出解决问题的能力。

2 教学改革目标

通过教学改革，使学生能够了解机械故障诊断学科发展现状，能正确认识机械故障领域新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用对于客观世界和社会的影响，初步掌握并使用现代工程技术、方法和工具，具备了不断学习、适应发展、解决问题的能力，圆满达到“机械设计制造及其自动化专业”本课程应支撑的毕业要求。

3 课程教学改革方案

3.1 “知行合一”的教学体系

知行合一，指知识和行动的统一。根据专业培养目标，按照以果推因的因果逻辑，把培养过程倒推分为三个阶段，“知行合一”（理论与实践的统一）——“行”（拓宽知识和初步应用）——“知”（掌握基础知识），构建出教学架构，如图1所示。课程体系分为“知”和“行”两个部分，“知”部分包括课堂教学和网络教学，“行”部分包括实验教学和网络教学，其中网络教学为“知”“行”共有。根据知行合一的教学理念，采用案例为主线的专题式教学方式，构建出基本案例、拓展案例、能力案例的“三级递进式”的课程架构。

课程教学，属于应知的内容，共分为7个专题，包括总论、温度诊断技术、油液诊断技术、振动诊断技术、声学诊断技术、故障树分析技术和综合应用。每个专题，以典型案例为主线，以故障问题为起点，分析其现象，给出解决问题的步骤，寻求出解决方法，介绍相关基础理论、实验系统和信号处理，从而夯实基础。

网络教学，属于拓展内容，包括6项专题。限于有限课时，有些内容课堂不能展开，另外，由于学生的前期基础不一样，使得应知应会的内容没有掌握和理解。增加网络视频教学，讲解拓宽的基礎知识，供学生学习和参考。另外，在网络课程里面，增加相似案例和拓展案例及作业案例，供学生学习和练习。

实验教学，属于实践内容，用于提高解决问题的能力。通过课程教学和网络教学，学生已经初步具备了解决问题的能力。设计出各种故障的综合开放式实验，由学生组成小组，自行设计方案，寻求出故障所在。

3.2 教学内容

3.2.1 教学案例

案例设计要围绕课程理念和教学目标来进行，使学生掌握基本原理和理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。设计的案例要难易适中，要紧跟最新研究热点，这样既能够激发学生学习的热情，又具有前瞻性，为学生以后的学习和研究指明了方向。

案例分为精选的实际案例和设计的虚拟案例。实际案例，来源于工程应用；虚拟案例，是根据实际案例进行改编，针对不同目标而专门设计的。根据学生培养的不同阶段，选择和设计出“三级递进式”的教学案例：基本案例、拓展案例和能力案例。

基本案例，在课堂教学阶段，以虚拟案例为主，应体现出相关专题的主要基础理论，代表性的实验系统和典型的信号处理技术，为学生进一步学习打下基础。基本案例是课堂教学的主线，串联整个专题，需要涵盖所有流程和知识点，需要根据实际案例修改和完善，达到教授知识，培养学生思考的能力。

拓展案例，在拓展阶段，拓展案例包括实际案例和虚拟案例，一方面拓宽知识的广度，另一方面延伸知识的深度，以补充课堂的不足，训练学生具备了初步解决问题的能力。

能力案例，在“知行合一”阶段，能力案例全部为实际案例，充分发挥学生的潜力。针对实际工况选择并设计，以开放性实验呈现给学生，由学生组成团队，提出方案，构建实验系统，采集信号并处理，寻求出故障所在，并提出解决办法。从而达到知行合一，学以致用的培养目标。

3.2.2 共享式在线内容

增加网络课程，用于完善和补充课堂教学的不足。主要包括课堂教学课件及录像、拓展知识讲课课件及录像、案例库（包括基本案例和拓展案例）、仪器库、习题库及最新技术介绍等板块内容。其中习题库是设计的各种虚拟案例和选择的实际案例，供学生练习，训练学生获得初步解决问题的能力。

3.2.3 开放性实验

在拓展阶段，结合学校实验的情况，精选若干实际案例，由学生组成小组，选择其中1个案例，自己组建实验系统，判断系统的状态，寻求出故障所在，判断出故障的原因，并提出解决办法。

3.2.4 国际视野的打造

国际化是现在学生培养的一个主要方向。为了打造学生的国际视野，在每项专题中增加前沿技术介绍，在网络平台上增加前沿模块，并让学生研读部分国内外最近相关论文或资料，翻译最新的外文文献，以开阔其视野，培养其自学和分析问题的能力。

3.3 研讨式的教学方式

学生是教学的主体，教师是教学的主导，只有发挥两个方面的积极性，才能教学相长，提高授课质量。在教学过程中，以案例为主向，以问题为起点，采用师生共同进行研讨的方式，在教学过程中让学生的主动参与，鼓励其对学术问题或工程实际问题进行研讨。

3.4 团队精神的历练

在拓展阶段，3-5名学生可以组成小组，每个学生根据自己独立思考的结果，进行小组内的交流讨论，最终每个小组形成相对统一的结论，交流中达到互相启发和提高的目的，充分发挥团队协作的精神。在能力阶段，小组共同决定选择案例，对案例进行分析和决策，分工协作，构建实验系统，数据分析，解决问题，教师可以现场进行指导和评论。

4 结语

课程教学目标和教学内容，是根据社会的需求而修订，其教学案例来源于企业。通过全部学习训练过程，学生不仅掌握了机械故障诊断技术的基础知识，而且掌握了如何使用现代工程技术、方法和工具，具备了解决实际问题的能力，进到企业里面很快就会上手，解决工程问题。本课程所构建的案例库，通过网络课程，可实现跨领域、校际、校内等共享，对需要提高业务水平或者解决企业问题的员工或者学生，提供一个基本的平台。

江苏大学高等教育教改研究课题资助项目（2017JGYB013），教育部人文社会科学研究专项（10JDGC023）

参考文献

[1] 王国彪，何正嘉，陈雪峰，赖一楠.机械故障诊断基础研究“何去何从”[J].机械工程学报，2013.49（1）：63-72.

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[3] 冯秀.基于工作过程系统化“化工机械状态监测与故障诊断”改革[J].中国电力教育，2011（29）：92-93.

[4] 李宁，范勤，王志刚等.机械设备故障监测与诊断本硕博系列课程教学改革[J].中國冶金教育，2014（3）：28-30.

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[9] 冷军发，华伟，荆双喜.机械故障诊断实验教学改革与创新[J].中国现代教育装备，2009（11）：104-106.

[10] 中华人民共和国国务院.《国务院关于印发“中国制造2025”》的通知（国发〔2015〕28号） .[EB/OL].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2015/content_2873744.htm.

[11] 中华人民共和国教育部.“新工科”建设复旦共识[EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201702/t20170223_297122.html.[2017-02-18].

[12] 雷环，田慧君，王孙禺.“双一流”建设与工程教育研究[J].中国大学教学，2017（12）：27-30.