以能力為導(dǎo)向的案例教學(xué)法在課程教學(xué)中的實(shí)踐與探索

1、    以能力為導(dǎo)向的案例教學(xué)法在課程教學(xué)中的實(shí)踐與探索    柳文林等摘要機(jī)械故障診斷學(xué)是航空宇航科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生的一門(mén)重要課程，具有很強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性。論述了案例教學(xué)法在本門(mén)課程教學(xué)中的組織和實(shí)施步驟、列舉了典型教學(xué)案例。實(shí)踐表明通過(guò)案例教學(xué)法的運(yùn)用，激發(fā)了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)員分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。關(guān)鍵詞案例教學(xué)法 機(jī)械故障診斷 課程教學(xué) 實(shí)踐案例教學(xué)法之前多用于法學(xué)、工商管理等課程，但因其可以更為貼近實(shí)際的將理論與實(shí)際聯(lián)系在一起們，目前正被越來(lái)越多的運(yùn)用在不同領(lǐng)域、不同專業(yè)的教育人員培訓(xùn)中去。案例教學(xué)的主體是學(xué)員，其教學(xué)目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)

2、員自主的進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究，快速提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，來(lái)更好的挖掘?qū)W員潛力，培養(yǎng)學(xué)員的能力。機(jī)械故障診斷學(xué)這門(mén)課程的內(nèi)容主要包括機(jī)械故障及其診斷的基本理論，故障診斷的信號(hào)分析與處理技術(shù)，機(jī)械故障的振動(dòng)診斷方法、油液分析技術(shù)、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等。該課程與機(jī)械裝備維護(hù)保障聯(lián)系十分緊密，因此非常適合使用案例教學(xué)法進(jìn)行課堂教學(xué)。一、教學(xué)案例選取與方案設(shè)計(jì)機(jī)械故障診斷學(xué)中講到的機(jī)械故障及故障診斷方法在機(jī)械裝備的日常維護(hù)保障中十分常見(jiàn)。本課程中，教員先對(duì)與故障診斷相關(guān)的基本理論進(jìn)行講解，然后提出多種實(shí)際故障案例來(lái)進(jìn)行案例教學(xué)，目的是使學(xué)員能將故障診斷的理論方法運(yùn)用到實(shí)踐中去。（一）案例的選取為了使教學(xué)案例具有針

3、對(duì)性、實(shí)用性，案例的選取須緊緊圍繞機(jī)械裝備常見(jiàn)故障案例進(jìn)行選擇。雖然機(jī)械故障診斷學(xué)教材中列舉了很多機(jī)械故障與診斷的實(shí)例，但是與本專業(yè)方面研究的機(jī)械裝備實(shí)際故障結(jié)合不緊密，案例信息不完善，實(shí)用價(jià)值不高。所以，在選擇案例時(shí)應(yīng)選擇典型的、與本專業(yè)機(jī)械裝備聯(lián)系緊密的、涉及知識(shí)面較廣的機(jī)械故障實(shí)例作為教學(xué)案例，進(jìn)而使學(xué)員從多角度、多層面、全范圍的對(duì)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用。通過(guò)調(diào)研、查閱資料，本課程選取了典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷案例、典型飛機(jī)油液分析與故障診斷案例、基于故障樹(shù)的飛機(jī)起落架故障案例、航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振故障診斷案例等幾個(gè)模塊案例。（一）教學(xué)案例方案設(shè)計(jì)以典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的碰摩故障診斷案例為例，

4、來(lái)介紹一下教學(xué)方案的設(shè)計(jì)情況。教學(xué)實(shí)施共分4個(gè)步驟完成。（1）提供典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用維護(hù)信息及故障歷史數(shù)據(jù)，由學(xué)員分析主要故障模式、確定主要診斷目標(biāo)定位。（2）學(xué)員根據(jù)系統(tǒng)原理與構(gòu)造，研究確定采樣參數(shù)。按照確定的采樣周期，通過(guò)實(shí)際和實(shí)驗(yàn)采集相關(guān)的故障信號(hào)。（3）介紹相應(yīng)的信號(hào)分析處理方法，提供發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作狀態(tài)下的相關(guān)指標(biāo)基準(zhǔn)。（4）以收集處理的特征信號(hào)為依據(jù)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)，由學(xué)員總結(jié)、提出發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障的機(jī)理、特征、危害后果等。二、案例教學(xué)組織與實(shí)施此階段的任務(wù)是組織學(xué)員進(jìn)行資料搜集，查閱此類故障的詳細(xì)資料，開(kāi)展討論，進(jìn)行指導(dǎo)與點(diǎn)評(píng)。（一）任務(wù)布置每3-4名學(xué)員分成一組，要求其到

5、圖書(shū)館、網(wǎng)上搜集有關(guān)航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷及發(fā)動(dòng)機(jī)特征信號(hào)處理的相關(guān)資料，讓不同小組選擇不同的方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)特征信號(hào)進(jìn)行處理，并在此基礎(chǔ)上展開(kāi)討論，比較不同方案的優(yōu)劣，得出結(jié)論，并制作幻燈片進(jìn)行匯報(bào)，最后形成論文上交。對(duì)匯報(bào)的具體內(nèi)容要求如下：（1）介紹故障機(jī)理和研究方法；（2）對(duì)案例分析過(guò)程進(jìn)行具體匯報(bào)；（3）給出分析結(jié)果，總結(jié)研究收獲。（二）研討交流開(kāi)展研究討論是案例教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是“以學(xué)員為主體”的教學(xué)思想的重要體現(xiàn)。以下是本課程案例教學(xué)中兩組學(xué)員的學(xué)習(xí)成果。第一組：根據(jù)不同的能量保持率采用主成分分析提取轉(zhuǎn)子故障頻譜特征，并結(jié)合支持向量機(jī)方法來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的故障類型。碰摩故障樣本不易獲取，

6、該組針對(duì)這一航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題，提出基于正常工作狀態(tài)時(shí)的樣本，采用主成分分析和支持向量機(jī)的故障檢測(cè)方法。該方法首先對(duì)正常工作狀態(tài)的頻譜進(jìn)行歸一化，對(duì)歸一化的樣本集進(jìn)行主成分分析直接提取出低維特征。運(yùn)用支持向量機(jī)方法對(duì)正常工作狀態(tài)的樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，獲取正常工作狀態(tài)的域邊界，并建立轉(zhuǎn)靜碰摩檢測(cè)判據(jù)，基于轉(zhuǎn)靜檢測(cè)判據(jù)判別出碰摩故障是否發(fā)生，同時(shí)也可根據(jù)判據(jù)值與閾值的差別大小來(lái)判別碰摩故障的嚴(yán)重程度。本組案例借鑒的主成分分析和支持向量機(jī)的方法是針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的碰摩故障進(jìn)行的，對(duì)于其他類型故障檢測(cè)和診斷也可采用本方法。第二組：運(yùn)用快速傅立葉變換fft對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)

7、故障類型進(jìn)行判別。將獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作狀態(tài)數(shù)據(jù)樣本和故障數(shù)據(jù)樣本特征信號(hào)進(jìn)行fft變換，將在特征不明顯的時(shí)域轉(zhuǎn)化為較容易提取特征的頻域中，從而提取出發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的特征信號(hào)作為訓(xùn)練樣本輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中去進(jìn)行訓(xùn)練，得出訓(xùn)練樣本，再將一組已知特征信號(hào)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行判別。（三）總結(jié)講評(píng)教員在提供案例之后，給予學(xué)員一定的引導(dǎo)，在小組研究討論后，重點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，評(píng)價(jià)和總結(jié)學(xué)員的學(xué)習(xí)效果，對(duì)學(xué)員的參與度、專研精神、學(xué)習(xí)技巧等各個(gè)方面進(jìn)行講評(píng)。通過(guò)案例教學(xué)可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)員的表現(xiàn)十分突出，各有千秋：第一組運(yùn)用方法新穎，創(chuàng)新點(diǎn)多；第二組方法簡(jiǎn)便快捷，容易理解，思路清晰。兩個(gè)小組學(xué)員都很好的掌握了其所

8、運(yùn)用的方法，達(dá)到了一定的學(xué)術(shù)水平?？偠灾?，在本次案例教學(xué)中，學(xué)員都能找準(zhǔn)自己的位置，找到適用的方法，去解決相關(guān)的問(wèn)題。兩個(gè)小組各有所長(zhǎng)，其方法得到了相互印證與補(bǔ)充。三、結(jié)論在將案例式教學(xué)運(yùn)用到機(jī)械故障診斷學(xué)的教學(xué)改革過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)員學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性一旦被激發(fā)，再輔以“分組競(jìng)爭(zhēng)、團(tuán)隊(duì)合作”，能夠更加充分的激發(fā)學(xué)員潛能，提升學(xué)員能力。在實(shí)施案例教學(xué)法時(shí)，要善于引導(dǎo)，牢牢把握教員為主導(dǎo)、學(xué)員為主體的宗旨，要采用多種教學(xué)手段營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性。案例式教學(xué)法不僅僅適用于機(jī)械故障診斷學(xué)課程，對(duì)其他研究生專業(yè)課程也同樣適用。參考文獻(xiàn)1顧錚.將案例教學(xué)法運(yùn)用到航空安全與事故防范課程教學(xué)的探索與實(shí)踐j.中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào) 2006，（3）：27-292鐘秉林，黃仁.機(jī)械故障診斷學(xué)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20