萬 軍 屈 霞

常州大學(xué)城市軌道交通學(xué)院 江蘇常州 213164

系統(tǒng)可靠性是軌道交通信號與控制專業(yè)的一門重要專業(yè)課，課程內(nèi)容豐富、學(xué)科交叉性強(qiáng)、實踐性強(qiáng)。通過課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握系統(tǒng)可靠性分析設(shè)計的理論和方法，并緊密結(jié)合工程應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生初步應(yīng)用所學(xué)理論解決相應(yīng)實際問題的能力。目前此課程常規(guī)的教學(xué)過程對學(xué)生來說存在兩大問題：一是強(qiáng)調(diào)理論知識的講授，缺乏對學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)；二是講解過程中涉及軌道交通專業(yè)的實際內(nèi)容較少，使很多學(xué)生覺得該課程與自己所學(xué)專業(yè)關(guān)系不大，從而失去學(xué)習(xí)該課程的動力。

案例教學(xué)是指將案例應(yīng)用于教學(xué)，通過教師講授基本知識、提出問題、組織學(xué)生討論、撰寫案例分析報告等過程實現(xiàn)教學(xué)目的，改善教學(xué)效果，從而提高學(xué)生理論知識水平和解決實際問題能力的教學(xué)方法[1]。案例教學(xué)可分為兩種類型：一是從例到理型，即引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用案例，尋找知識，形成規(guī)律；二是從理到例型，即給出基本概念，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用基本概念，以例釋理，以例證理[2]。根據(jù)案例教學(xué)法具有生動具體、有利于學(xué)以致用等顯著特點[3]，本文將案例教學(xué)法引入到系統(tǒng)可靠性課程的教學(xué)中，結(jié)合教學(xué)實踐，介紹從例到理型案例教學(xué)法在課程中的具體實施。

1 案例教學(xué)法的實施步驟

1.1 案例選擇

案例教學(xué)首要的關(guān)鍵步驟是案例的選擇。案例選擇是否恰當(dāng)，直接影響案例教學(xué)效果和質(zhì)量。選擇案例需充分考慮到案例與專業(yè)的相關(guān)性，還要考慮到學(xué)生的知識基礎(chǔ)。案例的獲得渠道基本上有2條：一是來源于教師科研項目等生產(chǎn)實際，二是從論文資料或互聯(lián)網(wǎng)上搜集[4]。系統(tǒng)可靠性課程的教學(xué)內(nèi)容主要分為系統(tǒng)可靠性基本概念、系統(tǒng)可靠性計算、系統(tǒng)可靠性分析、系統(tǒng)可靠性設(shè)計優(yōu)化共四部分，其中比較適合設(shè)置為教學(xué)案例的專題內(nèi)容如下。

1.1.1 系統(tǒng)可靠性計算

可靠性特征量及其計算是系統(tǒng)可靠性理論研究的基礎(chǔ)部分，著重講述了幾種常用的典型系統(tǒng)的可靠性特征量計算方法，如：串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)、混聯(lián)系統(tǒng)和表決系統(tǒng)等。針對這方面的內(nèi)容，可以設(shè)置為案例的題材較多，例如：軌道交通自動售檢票系統(tǒng)和列車廣播系統(tǒng)的可靠度計算、軌道交通中通信系統(tǒng)的可用性分析及計算。這些原理方面的案例可使學(xué)生充分掌握可靠性框圖的建立方法，理解和掌握可靠性的特征量以及特征量之間的關(guān)系。

1.1.2 系統(tǒng)可靠性分析

根據(jù)現(xiàn)代系統(tǒng)的復(fù)雜性，提出了幾種系統(tǒng)可靠性失效分析方法。主要介紹了失效模式、后果與嚴(yán)重度分析、故障樹分析、事件樹分析等方面的內(nèi)容?？梢砸胍恍┚哂谐鞘熊壍澜煌▽I(yè)特色的典型案例來進(jìn)行講解和討論，例如：可以結(jié)合“動車組轉(zhuǎn)向架故障”探討故障模式及影響分析將“牽引供電接觸網(wǎng)故障”用于故障樹分析的教學(xué)環(huán)節(jié)中。

1.1.3 可靠性設(shè)計優(yōu)化

系統(tǒng)可靠性設(shè)計是為了在產(chǎn)品設(shè)計過程中分析和確定薄弱環(huán)節(jié)及其隱患，采取設(shè)計預(yù)防和改進(jìn)措施，提高產(chǎn)品的固有可靠性?？梢葬槍煽啃苑峙浜皖A(yù)計的內(nèi)容設(shè)置相關(guān)案例，如：在“軌道車輛門系統(tǒng)”設(shè)計中，將門系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)分配給各零部件，從而使各級研發(fā)人員明確設(shè)計要求，根據(jù)要求合理利用人力、時間和資源，對關(guān)鍵的部件的設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，大幅提高門系統(tǒng)使用可靠度。

1.2 問題布置

教師在提供案例的同時，向?qū)W生提出預(yù)先設(shè)計好的問題。設(shè)立的問題既要與課程的專業(yè)知識緊密相關(guān)，且問題之間層層深入，通過問題的引導(dǎo)可達(dá)到有效啟發(fā)學(xué)生思考、促使學(xué)生自主探索的目的。一般在課堂案例討論開始前1～2周就要把案例材料發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)案例材料自行查找并理解案例所涉及的背景資料，結(jié)合課程相關(guān)知識點解決教師所提的問題。

1.3 案例分析

在課堂案例分析過程中，教師先對與該案例相關(guān)的基本概念、理論知識點進(jìn)行說明和講解。講解過程中要注重引導(dǎo)學(xué)生圍繞案例的問題進(jìn)行思考，每個教學(xué)案例設(shè)計的問題都應(yīng)該由學(xué)生自行分析、解釋和討論。案例分析的課堂組織形式可以是個體參與，也可以是分組參與，分析過程中可以結(jié)合仿真工具軟件直觀生動地演示分析結(jié)果。案例分析結(jié)束后需要讓學(xué)生課后撰寫案例分析報告。

1.4 案例總結(jié)

先要對案例本身所討論問題給出完整的解答，對學(xué)生討論過程進(jìn)行全面評價。任課教師應(yīng)指出學(xué)生分析過程中普遍存在的問題并予以糾正。教師還應(yīng)對案例中包含的知識點進(jìn)行再次歸納總結(jié)，以便讓學(xué)生做到融會貫通，舉一反三。

2 實例介紹：故障模式影響分析和故障樹分析案例教學(xué)

故障模式影響分析(FMEA)和故障樹分析( FTA)是兩種典型的可靠性分析方法，均為課程中的重點和難點。兩種分析方法既相互獨立，但對于大型復(fù)雜產(chǎn)品進(jìn)行可靠性分析時，又相互結(jié)合。FMEA將系統(tǒng)劃分成不同的子系統(tǒng)，再逐一分析各個子系統(tǒng)可能發(fā)生的故障模式、故障發(fā)生的原因、故障可能造成的影響等，然后建立比較完整的故障樹，對系統(tǒng)進(jìn)行FTA分析，得到定性和定量分析的結(jié)果。

此部分內(nèi)容案例教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)為通過課上案例分析，幫助學(xué)生掌握FMEA分析技術(shù)，學(xué)會編制故障樹，掌握FTA的定性和定量分析方法。

2.1 案例選取

軌道電路設(shè)備對于保障列車高速、安全運(yùn)行的作用變得尤為突出，其可靠性成為鐵路運(yùn)行的一個重要因素[5]。ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路是目前廣泛應(yīng)用的軌道電路設(shè)備。為保障鐵路安全運(yùn)行的可靠性水平，需要對ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路系統(tǒng)可靠性進(jìn)行研究。

2.2 問題布置

學(xué)生根據(jù)教師提供的ZPW-2000A相關(guān)資料進(jìn)行思考分析，需要解決的問題包括：(1)ZPW-2000A型軌道電路由哪幾部分組成，每部分包括哪些具體設(shè)備？(2)如何建立軌道電路的系統(tǒng)可靠性框圖？(3)軌道電路的故障模式包括哪些？如何填寫建立FMEA表？(4)如何根據(jù)FMEA表，繪制FTA故障樹？(5)故障樹定性分析，軌道電路的最小故障模式包括哪些？(6)各個設(shè)備故障概率已知的情況下，如何計算軌道電路系統(tǒng)故障發(fā)生的概率？(7)軌道電路的哪些設(shè)備對軌道電路系統(tǒng)故障影響最大？如何改進(jìn)？

2.3 案例分析

課堂上，教師首先結(jié)合ZPW-2000A電路的展示，對軌道電路較復(fù)雜的模塊進(jìn)行剖析，幫助學(xué)生理解電路原理。接著，按照所提出問題的先后順序，逐一聽取學(xué)生的分析與解答。每個問題學(xué)生討論完畢后，教師及時糾正學(xué)生的錯誤。當(dāng)學(xué)生解答遇到困難或?qū)栴}無從下手的時候可以給予提示，也可結(jié)合教材知識點先列舉若干小的引例進(jìn)行講解，為學(xué)生提供參考，再由學(xué)生回到案例上來繼續(xù)討論。

2.4 案例總結(jié)

在知識層面上，通過對ZPW-2000A電路案例的分析，有效地把系統(tǒng)可靠性課程的有關(guān)的系統(tǒng)可靠性框圖、FMEA分析和FTA分析等多個知識點串在了一起。在參與問題的情況方面，結(jié)合學(xué)生課堂表現(xiàn)，表揚(yáng)課堂討論中表現(xiàn)積極和成績較好的個人，并納入相應(yīng)的平時成績，以便鼓勵學(xué)生能更好地融入案例教學(xué)過程。

3 結(jié)語

常州大學(xué)軌道交通信號與控制專業(yè)系統(tǒng)可靠性課程采用案例教學(xué)法，取得了較好的效果。以期末考試成績作為教學(xué)效果評價標(biāo)準(zhǔn)，2013級信控班采用傳統(tǒng)教學(xué)，不及格率為19.4%。2014級和2015級信控班引入案例教學(xué)法后，不及格率分別下降到13.9%和5.3%。運(yùn)用案例教學(xué)法，一方面，通過選取與本專業(yè)密切相關(guān)的教學(xué)案例，讓學(xué)生感覺到學(xué)以致用，學(xué)習(xí)興趣和積極性得到了較大的提高；另一方面，案例教學(xué)過程發(fā)揮了學(xué)生的主觀性，使得學(xué)生對課程知識結(jié)構(gòu)有系統(tǒng)化的把握，提高了學(xué)習(xí)的效率。案例教學(xué)法可擴(kuò)展到軌道交通其他專業(yè)和其他應(yīng)用型本科工程類專業(yè)課的教學(xué)中。