摘 要 文章闡明了應用型本科院校機車檢測與故障診斷技術課程教學改革的必要性，分析了目前在教學方面存在的問題，如教學方式傳統(tǒng)、學生基礎薄弱等，并針對教學現(xiàn)存問題和難點提出解決方案，主要包括：打造新穎多元化課堂，調(diào)動學生學習的積極性，實行多樣化案例與實踐教學，進行個性化輔導增強學生基礎知識，以及跨學科融合教學與新技術方法的引入，以切實提高學生綜合能力和解決實際問題的能力，為鐵路運輸行業(yè)培養(yǎng)更多高素質(zhì)的機車檢測與故障診斷技術人才作出貢獻。

關鍵詞 機車；故障診斷；教學改革；多元化

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃要求交通設施應耐久可靠、運行安全可控[1]。機車是一種技術先進、結(jié)構(gòu)復雜的技術裝備，采用了大量的現(xiàn)代電子器件和裝置，這些特點增加了機車發(fā)生事故的風險，如果對機車故障不能有效診斷則容易發(fā)生嚴重的后果。因此，保障機車的安全運行，預防事故的發(fā)生，具有重要的意義和緊迫性[2-3]。機車檢測與故障診斷技術是鐵路運輸領域的重要技術之一，對于確保機車安全運行和提高運輸效率具有重要意義。所以高等院校需加大交通運行安全保障等方面的人才培養(yǎng)，保障交通運輸行業(yè)的安全可靠。

應用型本科院校更加注重學生的實踐能力、應用能力和職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。課程教學內(nèi)容應該更加貼近行業(yè)需求，注重提高學生的動手能力，以培養(yǎng)符合市場需求的專業(yè)人才。本研究在應用型本科教育的基礎上，提出多種教學改革探索，以提升應用型本科院校機車檢測與故障診斷技術課程的教學質(zhì)量和效果，培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合應用能力，使他們更好地適應未來工作需要和社會發(fā)展需求。

1 課程現(xiàn)狀

1.1 教學目標

機車檢測與故障診斷技術是車輛工程專業(yè)和交通運輸專業(yè)一門重要的專業(yè)課程。課程內(nèi)容主要包括機車概述、檢測技術、傳感器技術、故障診斷方法、網(wǎng)絡技術和列車各部位故障診斷。通過本課程的學習，要求學生掌握機車結(jié)構(gòu)原理和工作原理，掌握基本的機車常見故障的檢測、分析與診斷流程，培養(yǎng)學生綜合利用知識分析解決問題的能力，使其初步具備檢測機車性能的實踐能力，為以后從事車輛檢測、服務、科研等方面的工作打下堅實的基礎。

1.2 教學現(xiàn)狀

1.2.1 教學方式傳統(tǒng)

傳統(tǒng)的教學方式強調(diào)教師的主導作用，學生被動接受知識，缺乏互動和參與。教師在課堂上通過口頭講解、演示、展示等方式向?qū)W生傳授知識，學生主要是聽講和記錄筆記，缺乏實際操作和實踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學忽視學生個體差異，缺乏對學生個性化需求和學習興趣的關注，導致學生學習積極性不高。這種教學方式限制了對學生實踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

1.2.2 案例分析較少

課程案例分析較少，課程設計過于理論化，注重知識傳授而忽視實踐操作和案例分析。如在故障分析部分，僅有不同部位故障的描述，沒有涉及機車各零部件各種故障對應的診斷方法，缺乏系統(tǒng)的案例分析，學生無法將零散的知識點整合起來，導致大多數(shù)學生理解困難，理論知識的綜合運用能力無法提升。

1.2.3 缺乏創(chuàng)新思維

學生面臨的學習壓力和競爭壓力較大，為了追求好成績和穩(wěn)定的未來，往往只關注答案和結(jié)果是否正確，而忽略了對過程的探索和思路的創(chuàng)新，缺乏獨立思考的機會。部分學生對學習的興趣和動機不足，缺乏主動探索和整合知識的愿望，導致無法全面學習和應用機車檢測與故障診斷技術。

1.2.4 學生基礎薄弱

學生對學習缺乏興趣和動力，或者缺乏有效的學習方法和技巧，不知道如何高效地學習和掌握知識，導致學習效率低下，基礎薄弱。本課程教學內(nèi)容覆蓋較廣，不僅包含了檢測技術、信號處理技術、故障診斷技術，還包含列車通信網(wǎng)絡技術，以及軌道交通基礎知識。各部分知識點和技能較為零散，學生缺乏整體性的認識和理解，因而無法將不同章節(jié)的知識融會貫通。

2 針對教學難點改進教學

針對以上教學難點，課程組積極提出解決問題的方案，如圖1所示，主要的改進方案有：新穎的多元化課堂，激發(fā)學生的學習興趣；多樣化的案例分析，為學生提供更廣泛的學習體驗；強化實踐教學，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力；針對不同學生實行個性化輔導，解決學生的學習障礙；增加跨學科融合和新技術方法的內(nèi)容，促進學生的跨學科思維和創(chuàng)新能力的提升。詳細方法具體如下：

2.1 新穎的多元化課堂

結(jié)合多媒體技術，如投影儀、電子白板、影音資料等，呈現(xiàn)豐富多彩的教學內(nèi)容。通過圖片、視頻、音頻等形式，激發(fā)學生的視聽感知，使課堂更具吸引力。如從司機視角展示司機駕駛位進行列車速度自動控制（ATC）的視頻，如圖2（a）（p116）所示，讓學生更加生動地理解和掌握知識。引入互動式教學方法，組織學生進行小組討論、合作、角色扮演等，讓全體學生共同探討問題、分享觀點，鼓勵他們積極提出問題和分析問題，積極參與課堂，提高學習效果。通過互動，可以促進學生思維的碰撞和交流，增加學習的深度和廣度。在課堂上僅講解重點知識內(nèi)容，其余內(nèi)容讓學生在課外自主學習，整理所學內(nèi)容并提出困惑，通過學習通平臺在線討論、實時答疑、在線實驗演示等，增強學生的參與度和互動性。設計有趣的學習游戲和挑戰(zhàn)，如知識競賽、謎題解密、任務挑戰(zhàn)和成就獎勵等，激發(fā)學生的學習興趣和競爭欲望，通過游戲化學習，提高學生的學習積極性和參與度，使學習過程更加輕松愉快。根據(jù)學生的需求和特點，靈活調(diào)整課堂教學方式，使教學更加生動有趣和富有成效。通過以上方法，打造新穎多元化的課堂環(huán)境，激發(fā)學生的學習熱情和動力，提高他們的學習效果和成就感。

2.2 多樣化的案例分析

在教學中使用各種類型、不同領域的案例來進行分析和討論，以幫助學生理解理論知識、提升解決問題的能力。根據(jù)具體案例情況，讓學生分小組討論，分析案例背景、收集信息、診斷問題原因和提出解決方案，引導學生思考和探索解決問題的方法和路徑，培養(yǎng)他們對實際問題的解決能力和判斷力，同時也培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)和團隊合作能力。如一列高鐵列車在行駛過程中突然出現(xiàn)了異響和抖動的情況，機車司機感到異常，于是停車檢查。分析可知異響問題可能是由于機車某個部件的磨損或松動引起的，抖動問題可能是由于機車的平衡性出現(xiàn)了問題導致的，同時利用傳感器和儀器設備進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，以便更準確地定位問題所在。

案例教學不局限于機車等軌道交通設施故障，可擴展到機械故障診斷，包括齒輪、軸承、軸等零件，從機械方面學習，進一步深入機車的齒輪、軸承、旋轉(zhuǎn)機械、發(fā)動機等元件的相關案例。

2.3 強化實踐教學

加強實踐教學環(huán)節(jié)，提高學生的動手能力和實際操作技能。設置機車檢測與故障診斷的實驗項目，讓學生親自動手進行實驗操作，熟悉設備和工具的使用，以鞏固理論知識，掌握實際操作技能。如在介紹濾波器時，先演示RC低通濾波電路實物，展示濾波器實物及相關接線，并結(jié)合示波器講解不同頻率下的輸出波形，講解濾波器設定截止頻率的意義，后續(xù)安排學生進入實驗室進行濾波器實驗，如圖2（b）所示。軸承故障是機車運行中常見的問題，對于機車的正常運行和安全性至關重要，教學中讓學生親自操作軸承的安裝、拆卸、檢測等過程，培養(yǎng)他們的實際操作技能，同時結(jié)合實驗室軸承故障平臺，讓學生動手實際采集軸承故障信號，并進行預處理、傅里葉變換、包絡譜等分析，如圖2（c）、（d）所示，幫助學生深入了解軸承故障的原因和解決方法，提高他們的實際操作能力和故障診斷技能。

同時結(jié)合國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺《高鐵列車一級檢修虛擬仿真實驗教學項目》[4]，模擬機車一級檢修場景，讓學生在虛擬環(huán)境中進行故障診斷和修復操作。通過虛擬實驗，學生可以在安全環(huán)境下進行實踐操作，提高故障診斷技能，通過虛實結(jié)合幫助學生將理論知識應用到實際操作中，在實踐中學習、在操作中成長，培養(yǎng)學生的實際操作能力和問題解決能力。

2.4 個性化輔導

注重學生個性化需求和互動參與，激發(fā)學生學習興趣。教學初期通過問卷調(diào)查或面談等方式了解學生的學習能力，為個性化輔導奠定基礎。通過慕課、學習通等軟件，增加參考資料，針對基礎薄弱的學生提供個性化的輔導和指導，確定不同的學習重點和深度，幫助他們理解和掌握基礎知識，彌補學習差距。根據(jù)學生的學習水平和學習能力，采取分層教學的方式，對學生進行分類教學，讓每個學生在適合自己水平的環(huán)境中學習。鼓勵學生進行小組合作學習，讓基礎較弱的學生與基礎較好的學生互相學習，相互幫助，共同提高，促進學生之間的互動和合作，培養(yǎng)學生的團隊合作能力和溝通技巧。提供大量的練習題和實踐機會，幫助學生鞏固基礎知識，并及時給予反饋，指導學生進行錯題訂正。給予基礎薄弱的學生更多的鼓勵和正面反饋，激勵他們克服困難，努力學習，樹立自信心。

采用個性化評價方式，包括書面作業(yè)、口頭表達、項目作業(yè)、實踐操作、小組合作等形式，以全面了解學生的學習情況和能力表現(xiàn)。不只是注重學生成績，還要關注學生的學習過程、思維能力和創(chuàng)新能力。根據(jù)評價結(jié)果制訂個性化學習計劃，針對學生的學習需求和發(fā)展方向進行個性化指導和培養(yǎng)，幫助學生實現(xiàn)個性化發(fā)展目標。

2.5 跨學科融合

機車檢測與故障診斷是一個涉及機械工程、電子工程、計算機科學等多個學科領域的復雜問題。開展跨學科融合教學，可以幫助學生更全面地理解機車故障的原因和解決方法，培養(yǎng)學生綜合運用不同學科知識的能力?？梢雽嶋H機車故障案例，讓學生從機械工程、電子工程、計算機科學等不同學科角度分析和解決問題，促進跨學科思維和能力的培養(yǎng)。設置跨學科案例分析如下：一輛高速列車在行駛過程中突然出現(xiàn)牽引系統(tǒng)故障，導致列車無法正常運行。首先，對牽引系統(tǒng)進行機械檢查，排除機械故障；再對其電路進行電氣測試，排除電路故障；然后對其控制器和傳感器進行電子測試，排除電子元件故障；最后，使用故障診斷軟件分析牽引系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，確定故障原因，進行故障修復和系統(tǒng)調(diào)試，確保高速列車正常運行。通過這個跨學科案例，學生可以綜合運用多學科知識，全面分析和解決高速列車牽引系統(tǒng)故障問題，提高他們的理論綜合應用能力和解決實際問題的能力。

組織跨學科討論和知識分享活動，邀請不同學科領域的專家和學生共同參與。通過討論和分享，促進不同學科知識的交流和融合，拓寬學生的學科視野。引入跨學科教師團隊，為學生提供跨學科導師指導，引導學生在不同學科領域之間進行交叉學習和思考，促進跨學科融合。并整合不同學科的課程內(nèi)容和教學資源，設計跨學科的教學活動和任務，讓學生在學習中跨越學科邊界，提升綜合素質(zhì)。通過以上方法和策略，可以有效促進跨學科知識的融合，幫助學生全面理解和應用機車檢測與故障診斷技術。

2.6 新技術方法

隨著科技的不斷發(fā)展，在機車檢測與故障診斷領域出現(xiàn)了許多新技術和新方法，為提高檢測效率和準確性提供了更多可能性。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，將機車各個部件和傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng)，進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，可以實現(xiàn)對機車各個部件的遠程監(jiān)測和實時診斷，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障。利用大數(shù)據(jù)分析技術，對機車運行數(shù)據(jù)進行深度分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)機車運行中的模式和規(guī)律，預測潛在故障并提出預防措施。人工智能技術如機器學習和深度學習可以用于機車故障診斷[5-6]，通過分析大量的機車檢測數(shù)據(jù)，訓練模型識別和分類機車故障模式，幫助實現(xiàn)機車故障診斷和預測，可以提高故障診斷的準確性和效率。開發(fā)智能診斷系統(tǒng)[7]，整合多種檢測技術和數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)機車故障的自動診斷和報警，可提高故障診斷的效率和準確性。建立遠程診斷服務平臺，工程師可以通過遠程監(jiān)控和診斷系統(tǒng)對機車進行實時監(jiān)測和遠程診斷，提供及時的故障診斷和維修建議。通過引入對以上新技術的教學可幫助學生了解和掌握最新的機車檢測與故障診斷技術。同時教師也需要不斷提升自己的專業(yè)知識和技能，了解新技術和新方法在機車檢測與故障診斷領域的應用和發(fā)展趨勢，以便有效地引導學生開展學習和實踐。

3  結(jié)語

機車檢測與故障診斷技術是一門綜合性較強的專業(yè)課程，涉及的方法技術較多，本次教學改革以應用型本科高校人才培養(yǎng)需求為重點關注內(nèi)容，旨在突破教學過程中的難點，以新穎的多元化課堂、多樣化的案例分析與實踐、先進故障診斷方法等手段，充分調(diào)動學生學習的動力和積極性，提高學生的學習能力、創(chuàng)新能力、跨學科綜合能力和解決實際問題的能力，為他們未來的工程實踐和職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎。

*通信作者：白敬

基金項目：江蘇省自然科學基金青年基金項目（BK20210930）。

參考文獻

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