劉文藝 張昱

摘 ?要 在分析機械故障診斷學教學問題的基礎上，結合翻轉(zhuǎn)式課堂教學模式，提出“教學—討論—測試”（TDT）這一實踐教學模式。教師根據(jù)實踐教學內(nèi)容和班級人數(shù)，將學生分為講解組和其余組，并在教學環(huán)節(jié)與討論環(huán)節(jié)負責全程引導與組織，在測試環(huán)節(jié)則轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞒?。講解組采用多種教學方式完成實踐教學的講解，并在教師引導下組織相關專業(yè)問題的討論與思考。通過振動測試實踐教學案例分析，可以證明該模式能有效地激發(fā)學生的學習積極性與主動性，鍛煉學生掌握新知識和新技能的能力，值得在實踐教學過程中進一步推廣。

關鍵詞 TDT;實踐教學;機械故障診斷學;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G643.2 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）16-0125-03

Discussion on Practical Teaching Reform of Mechanical Fault Diagnosis for Postgraduates//LIU Wenyi， ZHANG Yu

Abstract Based on the analysis of the problems in the practical tea-

ching process of Mechanical Fault Diagnosis， “Teaching-Discu-ssing-Testing”（TDT） practical teaching mode is proposed in combi-

nation with the flipped class teaching mode. Teachers divide students

into explanatory group and non-explanatory group according to the content of practical teaching and class size; they are responsible for

guiding and organizing the whole process in the teaching and dis-cussion links， while in the testing links they are changed into host.

Explanatory group uses a variety of teaching methods to complete practical teaching explanations， and organizes discussion and reflec-tion on relevant professional issues under the guidance of teachers. Through the analysis of practical teaching cases of vibration testing，

it can be proved that the model can effectively stimulate students

learning enthusiasm and initiative， and train students ability to master

new knowledge and skills， which is worth further promotion in the process of practical teaching.

Key words TDT; practical teaching; mechanical fault diagnosis; flipped classroom

1 引言

機械故障診斷學是很多高校機械工程專業(yè)碩士研究生的必修課程，主要講授機械系統(tǒng)動態(tài)信息處理和狀態(tài)監(jiān)測、機械故障診斷的機理及故障診斷技術[1-2]。該課程融合了信息技術、計算機技術、機械科學、測試技術、傳感器技術、信號處理等綜合課程知識，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力及設備維護維修能力。因而，實踐環(huán)節(jié)是該課程教學過程中必不可少的一部分。傳統(tǒng)的實踐教學模式多是以教師講授為主，學生通過觀察教師的演示操作，學習并模仿進行相應的實踐操作[3-5]。這種教學模式雖然起到一定的教學效果，但在學生實踐積極性引導、動手能力鍛煉等方面仍需加強，在教學理念創(chuàng)新、教學模式改革等方面仍值得進一步完善。

翻轉(zhuǎn)課堂式教學模式（Flipped Classroom Model）是一種將教師職責和學生身份翻轉(zhuǎn)互換的教學模式，最初由美國的Maureen Lage在美國邁阿密大學提出，并通過實踐研究了取得的相應效果[6-7]。該模式可以充分利用互聯(lián)網(wǎng)等新興技術知識，充分挖掘?qū)W生的學習積極性，達到鼓勵學習、自主學習的目的，有效地提升教學質(zhì)量[8]。

在機械故障診斷學實踐教學環(huán)節(jié)，本文在翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的思路基礎上，提出一種“教學（Teaching）—討論（Discussing）—測試（Testing）”（以下簡稱TDT）實踐教學新模式。該模式可以充分挖掘?qū)W生的學習主觀能動性，全程由學生起主要作用，教師負責過程引導、問題激發(fā)、討論思路引導等。

2 實踐教學新模式探討

“教學—討論—測試”（TDT）模式的實踐教學，充分結合了翻轉(zhuǎn)課堂式教學模式理論，其主要實踐流程如圖1所示。在TDT實踐教學環(huán)節(jié)，主要分為教學、討論與測試三大環(huán)節(jié)，教師主要負責教學、討論環(huán)節(jié)全程的引導，以及測試環(huán)節(jié)的參與主持。教師根據(jù)授課人數(shù)將學生分為若干組，每組均有機會負責某部分實踐內(nèi)容的教學，其一為講解組，其余組在非講解任務時參與TDT實踐教學環(huán)節(jié)。

在教學環(huán)節(jié)，講解組負責將實踐教學內(nèi)容以更容易接受的方式講授給其余組，教學形式多樣化，可以選擇板書、PPT、動畫、視頻等。在討論環(huán)節(jié)，由其余組根據(jù)實踐教學內(nèi)容提出相關問題，講解組負責解答或組織大家討論，以多途徑獲得準確的問題答案。在測試環(huán)節(jié)，教師的職能從引導逐漸過渡到參與，而講解組也轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y試對象，由教師組織相關問題進行測試，進一步根據(jù)測試結果評價授課質(zhì)量。

3 實驗案例

實驗內(nèi)容選擇機械故障診斷學課程中的振動信號測試實驗進行實踐教學案例分析。振動信號測試是實現(xiàn)機械故障診斷流程關鍵的一步，實驗測試的數(shù)據(jù)量直接影響后續(xù)故障診斷的數(shù)據(jù)處理速度，實驗測試的精確度直接影響后續(xù)特征提取及故障診斷的準確度。因此，設置好振動信號測試的參數(shù)，選擇合適的硬件及軟件，不僅影響實驗準確性，更影響實踐教學的效果。

振動信號測試的對象是JSNU-WT-1風力發(fā)電機組實驗臺，該實驗臺結構如圖2所示。該實驗臺主要由控制柜、三相異步電動機、太陽行星輪減速箱、同步帶傳動機構、風力發(fā)電機、控制箱體等組成，可以完成機械設計、機械故障診斷、測試技術等相關實驗[9]。振動信號測試實驗主要完成不同頻率下太陽行星輪減速箱輸入端或輸出端的振動信號測試。采用振動加速度傳感器進行振動信號的捕獲，通過CoinV采集儀將信號傳輸給計算機進行存儲、分析等后續(xù)操作。其振動測試實驗示意圖如圖3所示。

實踐任務實驗班級為江蘇師范大學機電工程學院機械工程專業(yè)2017級碩士研究生，人數(shù)為15人。根據(jù)班級人數(shù)分為五組，每組為三人。要求：每組獨立設計振動測試實驗，每組實驗參數(shù)（如測試位置、測試采樣頻率、采樣點數(shù)等）應體現(xiàn)出差異;完成實驗的講授和組織討論;完成振動信號的采集和獲取;完成基本的信號后續(xù)分析和處理。

實踐過程以講解小組夏同學、潘同學、楊同學的實踐教學環(huán)節(jié)為例。在TDT實踐教學的教學（T）環(huán)節(jié)，由夏同學介紹實驗硬件設施、實驗目的、實驗步驟等，并由潘同學和楊同學負責指示相應的設施位置及基本操作。經(jīng)過這個環(huán)節(jié)，大家對實驗硬件有了初步認識。進一步，夏同學介紹了、振動信號采集時所設置的相關參數(shù)，如采樣頻率、采樣點數(shù)、傳輸及存儲方式等，并由潘同學負責在計算機中演示并設置完成相關參數(shù)。

振動信號測試過程包括傳感器的布置與測點的固定等，由楊同學主要完成，潘同學負責數(shù)據(jù)的采集與存儲。三位同學共同配合，完成實驗中減速箱輸出端的振動信號獲取，采樣頻率為4000 Hz，采樣時間為3 s，共存儲數(shù)據(jù)12 000點。經(jīng)計算機存儲后，可以進行后續(xù)分析和處理，如時頻域分析等。

在TDT實踐教學的討論（D）環(huán)節(jié)，教師和其他學生針對三位同學講解的內(nèi)容提出問題并進行討論。問題主要集中在：為何確定測點位置在減速箱的輸出端？確定測點位置的原則是什么？采樣頻率的選擇有何要求？數(shù)據(jù)點數(shù)、采樣時間、采樣頻率三者的關系如何？振動加速度傳感器的工作原理如何？采集儀的主要作用是什么？什么是時頻分析？等等。在教師的引導下，大家針對這些問題展開熱烈的討論，并逐漸鞏固了相關知識點。

在TDT實踐教學的最后一個測試（T）環(huán)節(jié)，由教師提出測試問題，作為實踐考核的通關題，其成績可以考慮作為實驗成績。這個吸收內(nèi)化過程是在課堂上通過互動來完成的，教師能夠提前了解學生的學習困難，在課堂上給予有效的輔導，學生之間的相互交流更有助于促進學生知識的吸收內(nèi)化過程。

通過結果分析，TDT實踐教學模式的運行測試，該組學生成功地組織了該實驗的部分教學內(nèi)容，使得學生通過興趣引導激發(fā)了實驗熱情與學習激情，在更加輕松活潑的環(huán)境中掌握了相關知識。在本次實踐的討論（D）環(huán)節(jié)，講解組能夠較好地組織討論，并根據(jù)教師的引導將問題限制在課程知識范圍內(nèi)，引導同學們共同尋求答案。通過TDT模式的應用，振動測試整體實驗取得良好的教學效果，學生實驗測試成績得到較大提升。對比未實行TDT實踐教學模式的班級，本班實驗成績要高出20%～30%，學生對知識的掌握能力和實踐動手能力有了明顯增強。

4 結語

在翻轉(zhuǎn)式課堂教學模式的基礎上，提出一種TDT實踐教學模式，并在機械故障診斷學實踐教學中推廣應用，主要結論如下：

1）該模式分為教學（T）、討論（D）與測試（T）三個環(huán)節(jié)，教師主要負責引導教學與討論并參與主持測試環(huán)節(jié);

2）講解組引入多種教學方式將實踐教學內(nèi)容和其余組分享，并爭取用輕松的方式完成授課知識的推廣;

3）通過TDT實踐教學模式的引入，可以有效地激發(fā)學生的實踐學習積極性，鍛煉邏輯思維能力、語言表達能力及新知識的獲取能力，提升了教學質(zhì)量。

實踐證實，該方法值得在相關實踐教學環(huán)節(jié)進一步推廣應用，具有較高的理論價值和實踐意義。

參考文獻

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