時間:2023-03-10 14:56:04
序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇智能科學技術論文范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。
關鍵詞:智能科學基礎;系列課程;國家級教學團隊;改革;建設
在國家教育部質量工程的支持下,中南大學信息科學與工程學院對國家級精品課程人工智能[1-2]和智能控制[3]、全國雙語教學示范課程人工智能和國家級智能科學基礎系列課程教學團隊[4]等進行持之以恒的改革與建設,取得一些成果。
“智能科學基礎系列課程教學團隊”的教學隊伍是一支由國家級教學名師領銜[5],知識結構、梯隊結構和年齡結構比較合理,具有明顯的學科優勢、課程優勢、人才優勢和教學科研優勢的頗具特色與影響力的教學團隊。該團隊以中南大學智能科學研究中心為核心,主要承擔人工智能基礎、智能控制導論、機器人學、專家系統等本科基礎和專業基礎課程,碩士學位課程人工智能、智能控制和機器人控制技術以及留學生碩士學位課程Artificial Intelligence和博士生學位課程智能系統原理與應用的教學。
教學團隊在建設過程中,注重教學改革,加大課程建設和教材建設力度,不斷改進教學方法,在課程改革、教材建設、教學手段、隊伍建設以及交流合作等方面取得一些進展。本文擬就教學團隊的改革與建設的相關理念與實踐問題加以總結,談談我們的見解。
1創新教學方法
教學是教師的本職和核心工作。本教學團隊一直致力于教學方法與教學模式的改革與創新,虛心學習國內外先進教學經驗和方法,積極探索教學新路,形成了“以趣導課、以疑啟思、以法解惑、以律求知”的教學模式和教學方法[6-7]。充分激勵學生的學習積極性和主動性,發揮獨立思考和創新思維,多方位培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。我們在教學過程中應用了課堂演示、課堂互動、課堂辯論、課后網絡教學、網絡實驗等一系列現代化全方位的教學新模式。此外,為提高學生的動手能力和理論水平,讓學生直接參與部分教師課題,理論聯系實際,為畢業后的工作學習打下良好基礎。具體措施如下:
1) 舉行課堂討論會,營造自由探索氛圍。
為調動學生的積極性,我們在授課過程中多次開展課堂討論會和辯論會等活動,讓學生自己查閱資料,分析整理,提出自己的觀點,使學生全方位地接觸所學課程,培養學生的研究能力,真正實現師生互動,并鼓勵學生用英語討論。學生對有些問題展開了激烈的爭論,激發了學習潛能,明確了學習目標。課程中還經常請來在科研工作中擔任主要任務的教授和博士生來給學生介紹最前沿的科學動態,激發學生們對所學知識和科學研究的興趣。在研究生教學方面,我們更進一步通過舉辦課程課堂學術研討會,讓學生在一年級就開始接觸學科前沿,自己查閱資料和動手寫科技論文,并在研討會上宣讀討論,培養獨立工作能力和從事學科前沿研究的能力,為將來的高層次研究打下基礎。
2) 倡導啟發式教學,培養學生學習能力。
注意采用面向問題的啟發式方法進行教學,啟發學生求解問題能力,強化學生的參與意識,提高他們的學習積極性。教學中還注意采用了多種交互式策略,如課堂教師提問、鼓勵或指定學生用英語提問、學生就某個知識點進行主題發言后老師點評等。此外,師生通過互聯網進行交互,方式包括Email、BBS和QQ談和交換文件等。
根據學生的興趣和創新潛力,對有專業特長的本科生,在自愿情況下,挑選2~3名參與國家級項目研究工作,進行中長期培養試點,實現本科培養過程與碩士、博士研究生培養過程的銜接。
3) 增強課程實驗教學環節,籌建智能專業實驗室。
智能科學基礎課程的概念性較強,初學者感到比較抽象,而實驗教學又是薄弱環節。因此,結合學生實際情況,我們對實踐教學環節十分重視,設計了一些新的實驗項目,探索新穎的實驗方法。新開實驗項目包括人工智能實驗、智能控制實驗、專家系統實驗、機器人學實驗、人工智能課程設計等。對相關課程的原有實驗,我們也進行了一些改革,增設了個性化的實驗,使得學生的實驗數據和實驗結果分析既有格式要求,又給學生報告自己研究的過程和結果留有空間。這些做法能夠鼓勵學生進行獨立性研究,滿足他們學習的需求。通過實驗教學,學生能夠理論聯系實際,驗證所學理論知識和概念,加深理解,充分調動了學生的學習積極性,培養了他們的創造能力。
除課堂實驗外,我們還充分發揮虛擬實驗的優點,設計了網絡虛擬實驗,讓學生在課外上網練習。通過虛擬實驗,學生可以了解算法的具體運行過程,調整參數和過程,并進行驗證以加深對知識的理解,提高學習興趣,從而達到教學目的。
結合科研,購進和自制部分新設備、新系統,計劃建設智能專業實驗室,為教學提供更多的優良實驗設備。例如,已研制“中南移動一號”和“中南移動二號”自主移動機器人共7臺,已購進RCB-1型教學機器人20套等。
教學團隊教師還指導學生參加全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽活動、大學生創新性實驗計劃及創新教育計劃項目等,取得優秀成果。
2推進課程改革
教學改革是課程建設和學科發展的生命線。我們把國家級精品課程和全國雙語教學示范課程放在優先建設的位置,并以它們帶動其他課程建設,完善系列課程建設,同時新辦了智能科學與技術專業。
2.1搞好精品課程建設,改進雙語示范課程教學,穩步推進系列課程建設
本團隊著力搞好已有的2門國家級精品課程、1門全國雙語教學示范課程,更新精品課程網站,豐富課程內容。為了及時反映上述課程中相關科學技術的最新進展,我們調整了教學體系和教學內容,修訂了教學大綱,并對教學內容進一步優化和更新,極大充實了各課程教學內容。同時,通過校際教學活動和網上資源共享對精品課程、雙語教學示范課程進行交流和推廣,起到較好的輻射作用[8-9]。
為加強精品課程建設,完善和拓展課程體系,在總結現有精品課程的建設經驗的基礎上,又建成省級精品課程1門,校級精品課程1門。
為提高學生的專業英語水平和學習興趣,使得學生能夠開拓眼界,追蹤國際前沿科學研究,本團隊長期對雙語教學進行研究和實踐。除改進人工智能雙語教學示范課程外,團隊承擔的其他課程,如智能控制、機器人學、專家系統、數據結構等也實行了雙語教學,并為該課程引進英文輔助教材。例如,對人工智能課程,我們先后采用Nilsson和Russell等編著的國外影響較大的英文原版教材作為主要教學參考書[10-11],供學生學習參考。在雙語教學中,一般以漢語講授為主,英語為輔,并對一些關鍵詞同時用漢語和英語表示。對部分章節或某個專題,采用純英語教學或以英語為主漢語為輔的教學。對PPT課件的編寫分為純漢語、純英語和英漢混合幾種方式。英語教學比例要根據教學內容和學生英語水平而定,其檢驗標準是學生的接受程度與學習效果,根據這一點來適時調整雙語教學中英語對漢語的比例。
通過教改實踐,我們承擔的智能科學基礎課程逐步形成為具有明顯特色的課程體系。我們講授的課程從智能科學的基礎課程到專業基礎課程,再到專業實踐課程,形成了配置合理、特色鮮明、循序漸進、優勢互補、協調發展的智能科學與技術學科從基礎到應用的系列課程體系。
2.2新辦智能科學與技術專業
智能科學與技術是當代科技發展的前沿學科和重要組成部分,其人才需求日益增加,超出了目前高校的培養能力[12]。我校的智能科學與技術學科方向經過近20年的發展,已形成了具有自身優勢和特點的學科,在國內具有一定的知名度和優勢。為了促進智能科學與技術學科的發展,經過多年積極準備,我們于2009年申報了智能科學與技術專業并獲得教育部批準。通過向兄弟學校學習調研,了解該專業人才需求、專業建設規劃,設定適應培養目標的教學計劃與課程設置方案。雖然我們開辦“智能科學與技術”專業較晚,但我們從2002年開始,就一直關注和積極參與國內智能科學的學科的討論與新專業籌備工作[13]。
我校于2009年申報獲準,在自動化專業增設了智能科學與技術專業方向,目前已招收2屆學生共84人。我們為選讀智能科學與技術本科專業方向的每個學生選定指導老師。每個學生都可以參加指導老師的課題,指導老師也可以利用自己的學識、經驗和責任心來更好地管理呵護學生。這一做法取得明顯效果,不僅受到同學們的普遍歡迎,也得到了學校的肯定。我們還多次召開師生見面會并通過指導老師走訪宿舍,了解每個人的情況。為了消除代溝,努力融入同學當中,學習熟悉他們的語境和思維想法。我們的目標就是不讓一個學生掉隊。
創建與建設智能科學與技術新專業,將為智能科學基礎系列課程教學建設提供一個更加寬廣的平臺,并對計算機、自動化和電子信息等學科的專業建設和課程建設提供一個新的增長點。我們將以智能科學與技術專業建設為契機,虛心學習兄弟學校的專業建設的做法和經驗,進一步規范智能科學與技術的基礎課程教學,讓智能科學基礎課程教學建設登上一個新的臺階。
3加強教材建設
教材是教學的重要工具和資源,其水平直接影響教學效果和教學質量。在教學過程中,我們與時俱進,對教學內容不斷優化與更新,精益求精地編寫反映學科發展的教材[14]。
我們對原有編寫出版的教材進行修訂,反映新世紀學科發展水平和發展趨向,以適應教改需要。把這些最新內容用于教學,使學生了解到國際前沿動態和本學科的最新成果。
以相關系列課程為平臺,注重教材配套,服務因材施教,著眼長遠教材建設。僅2007年以來我們已出版的相關教材及專著如下:
《智能控制原理與應用》,國家級精品課程配套教材,2007;《智能控制導論》,國家級精品課程配套教材,2007;《未知環境中移動機器人導航控制理論與方法》,2008;《機器人學》,第二版,國家級教學團隊配套教材,2009;《機器人學基礎》,國家級教學團隊配套教材,2009;《人工智能及其應用》,第四版,國家級“十一五”規劃教材,國家精品課程配套教材,2010;《人工智能基礎》,第二版,國家級“十一五”規劃教材,國家精品課程配套教材,2010;《移動機器人協同理論與技術》,2010。
4優化隊伍結構
師資隊伍建設是團隊建設的源頭,沒有一流的教師隊伍就沒有一流的教學團隊。在師資隊伍建設上,我們一直采取引進優秀人才和在職培養相結合的做法。對于人才的引進主要通過辦專業和辦學科點等方式吸引人才,還通過創造教學和科研條件,穩定教師隊伍,解決個人的發展問題。
采取有效措施,提高主講教師的學術積累和教學水平。一是教研組教師,特別是中青年教師積極參加重要科研項目,提高學術水平。二是派中青年教師赴國外研修訪問,了解和學習發達國家同類課程的先進教學經驗、相關課程設置情況與發展趨勢,將國外教學思想引入課程教學。
教學始終是教師的第一要務,為了提高青年教師的教學素質,我們實施并完善了一系列管理措施和制度。
1) 設立名師工作室,實現名師資源共享形成多元化的帶教制度,安排高年資的教師對年輕教師進行傳、幫、帶,可以有業務方面的指導,也可以有認識方面的交流。通過老教師對年輕教師全方位的指導,使老教師的教學理念和經驗得以繼承,加快了年輕教師的成長。
2) 有計劃地安排年輕教師虛心旁聽有經驗教師的講課。通過聽課,不僅使年輕教師進一步掌握課程的內容,更重要的是使年輕教師學到了老教師的教學方法和經驗,對其今后從事教學工作起到了積極的指導作用。
3) 對于第一次上課和第一次上某門新課程的年輕教師,團隊都要在課前組織他們試講。試講前,安排老教師進行指導,傳授教學經驗。試講時,由團隊的教師參加聽課并對其進行講評,肯定其優點,指出其不足,幫助青年教師盡快掌握課程的重點,找到更合適的講授方法。此外,我們還備課,統一基本教案,幫助年輕教師成長。
近兩年來本教學團隊獲得的主要教學獎勵就有徐特立教育獎、茅以升教學專項獎等。
5擴大交流合作
我們在做好自身團隊建設的同時,增進與全國相關高校和教學團隊的交流,學習兄弟團隊的建設經驗,在課程示范、教材推廣、網絡資源輻射等方面發揮積極作用。我們還開展校內合作,聯合不同院系進行教學和精品課程的申報與建設,在校內推廣改革成果;發表了一系列教改論文;發起籌備《全國智能科學技術課程教學研討會》;邀請企業界科技精英做本科生就業指導相關報告。
1) 增進校際交流,發揮輻射作用。
我們經常以講座報告形式在許多兄弟院校進行教學與教改交流。例如,最近一年來就應邀先后到上海交通大學、同濟大學、東華大學、東南大學、國防科技大學、中國礦業大學、北京科技大學、清華大學等校就智能科學技術課程的教學、教改和建設問題作專題報告,在兄弟院校師生中引起熱烈反響。已有數以百計的高等院校采用我們編著的教材和網絡課程進行教學,國內已有眾多的從事人工智能課程和智能控制課程教學的教師,來信來函索取我們開發的課程教案、課程演示和網絡課程相關資料等,我們一直盡力地搞好推廣和服務工作。
2) 撰寫課程改革論文,進行國內外交流。
本團隊成員僅近一年多來,就在中國教育開放資源網、中國人工智能學會13屆年會、計算機教育、高等理科教育、計算機與現代化等會議及刊物上發表10篇教改論文,在國內外進行交流,起到介紹情況,交流信息和經驗的積極作用。
3) 籌備全國相關課程教學研討會。
為了更好地交流經驗,擴大影響和輻射作用,我們發起并聯合中國人工智能學會教育工作委員會、中國計算機學會人工智能與模式識別專業委員會、中國人工智能學會智能機器人專業委員會、中國自動化學會智能自動化專業委員會、中國人工智能學會人工智能基礎專業委員會,籌備召開了首屆《全國智能科學技術課程教學研討會》[15]。圍繞各個學校在智能科學與技術本科專業的課程改革與建設、課程和專業教學計劃制定和未來發展設想等方面進行交流研討。通過交流研討,認真學習兄弟學校的經驗,并盡可能匯報我們的經驗。我們相信,在與會全體代表的共同努力下,本次課程教學研討會一定能夠取得積極的成果。
注:本研究獲得教育部國家級精品課程人工智能(2003年)和智能控制(2006年)、全國雙語教學示范課程人工智能(2007年)、國家級智能科學基礎系列課程教學團隊(2008年)等項目支持。
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Construction of State Teaching Group of Series Course for Intelligence Science Basis in CSU
CAI Zi-xing, CHEN Bai-fan, LIU Li-jue
(Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
關鍵詞:本科生導師制;智能科學與技術;復合型人才;角色定位;質量監控
文章編號:1672-5913(2013)07-0038-04
中圖分類號:G642
本科生導師制為本科生配備學業導師,從而進行因人施教、教與育結合的人才培養,是一項創新型的本科生培養模式。作為一種高效的、個性化的人才培養制度,其執行效果不如想象中的那么好,特別是在我國實現高等教育大眾化的進程中,大學生在校人數逐年增多,而大學教師相對較少,使得眾多的本科生得不到教師的直接指導和幫助,從而使本科生導師制的積極意義不能被完全發揮。因此,我們有必要研究一種切實可行的本科生導師制模式,以適應新形勢下高等教育對培養優秀人才的需要。
1 本科生導師制與復合型人才培養的內涵
1.1本科生導師制及其發展現狀
本科生導師制(Tutorial System)是在師生雙向選擇的前提下,由愛崗敬業、品德高尚、知識淵博的教師擔任本科生的指導教師,對學生的學習、生活、心理等方面進行個別指導的教學制度。
本科生導師制最早在15世紀由牛津大學發明并實行。美國的普林斯頓大學于1902年引進了導師制。1998年,美國研究型大學本科教育委員會在“重建本科生教育:美國研究型大學發展藍圖”報告中建議每個本科學生都要有一名導師,這種形式應該在所有研究型大學中推廣開來。
就我國目前的大學教學現狀來看,導師制在傳統上只用于碩士和博士研究生層次。而在本科生層次上,只有少數院校的培優班采用了導師制。例如,北京大學的元培計劃實驗班、北京郵電大學的葉培大學院等,在低年級實行基礎課程教育,構建合理的學科知識結構;在高年級由學業導師因人施教,進行個性化的專業教育及素質教育。由于傳統教學管理方式及師生資源分配模式的影響,導師制未能充分發揮其積極意義,實施效果不是十分理想。
事實上,從中學進入大學是一個跨越。在這個跨越中,中學的學習方法、生活環境等都與大學中的不同。同時,4年的大學正是大學生思維方法、學習能力、身心素質等方面趨于成熟及穩定的階段。由此可見,在大學生本科層次施行導師制,對于豐富學生的素質教育、促使教書與育人有機結合、做到因材施教,顯得十分重要。
1.2智能科學與技術專業特色及復合型人才培養
智能科學與技術是一門涉及數學、生命科學、認知科學、信息科學、控制科學、計算機科學、哲學等學科的交叉和邊緣學科,是信息科學技術的核心、前沿和制高點。我國新型經濟的發展需要大量的高層次智能科技人才,而智能科學與技術學科為復合型人才的培養提供了天然的良好環境。具體說來,智能科學與技術專業復合型人才的內涵包含以下幾點。
1)基礎扎實,知識運用能力強。學生能通過深入學習,掌握智能科學與技術專業的基礎理論與技術,同時具備領域相關的多學科知識,包括計算機、自動化、信息、通信等,學會交叉融合,貫通多學科綜合知識,從而使本專業的畢業生有能力在未來知識激增的信息社會中適應知識更新和淘汰的多種挑戰。
2)學習能力及創新能力強。學生通過參與專題討論、課程或學術報告、參加學科競賽等活動來調整、優化知識結構,提高采用智能科學技術與理論解決問題的能力,增強自我學習的意識和創新能力,能夠面對新的快速發展的智能科學與技術領域,能夠適應層出不窮的新環境、新問題,不斷更新知識體系。
3)綜合素質高。學生應當具備很強的社會及集體責任感,崇尚“真、善、美”,敢于堅持真理,具有理想與抱負,具備自信、樂觀、積極向上的心理狀態以及良好的面對困難與挫折的心理素質。
基于此,我們將智能科學與技術專業復合型人才的培養目標設定為:培養具有科學創新精神和實踐能力、通曉世界知識、具有踏實的工作作風和良好的語言文化交流能力的高質量人才。學生僅掌握簡單的課本知識,遠遠無法達到智能科學與技術人才的要求,因此亟需探索一種能夠增強師生在培養過程中的深度互動與溝通的模式。本科生導師制為學生提供包括學業、思想、生活等在內的全面指導,順應了這種變化和要求。
北京郵電大學智能科學與技術專業于2006年開始正式招生,至今已完成了近6年的教學實踐,積累了很多寶貴的經驗和教訓。如何將自身經驗與學科發展的趨勢和方向相結合,深入地研究復合型人才培養模式,有助于高層次人才的建設,對人才培養活動具有調控、規范和導向作用。
2 智能科學與技術專業本科生導師制模式探索
我們以北京郵電大學智能科學與技術專業為試點,探索一種高效、可行的本科生導師制實施方案,為培養高素質、復合型人才提供真實可信的參考依據,從而有助于在未來形成適用范圍更廣、更具指導意義的本科生導師制可操作規范和導向。
2.1實施對象
該模式實施對象為智能科學與技術專業2年級到4年級的全部學生,共約90人。這與此前國內高校注重本科學生精英的選擇與培養模式不同,而是全面覆蓋所有學生,挖掘所有學生可能的興趣和潛力,其培養過程更加大眾化、更具有公平性。本科生導師目前限定為負責本專業教學的智能科學與技術中心(以下簡稱中心)的教師,包括在職13人(其中教授2人、副教授6人、講師5人)及兼職教授6人。除專業導師外,為便于觀察和搜集導師制實施過程中的問題,還應配備1名觀察員,隨時了解觀察實施情況并給予建議。
2.2實施辦法
本模式采用學生和教師雙向選擇的原則,結合成導師與學生組合。導師每人每年級指導2~4名學生。根據教師的具體情況,也可以實行以一位教師為主、多位教師為輔的指導模式。學生可以隨時根據自己的情況,在不影響初始組合的情況下,自愿申請得到多位教師的指導。導師組定期通過講座、專題報告、談心交流等形式與學生交流,豐富學生的第二課堂??紤]到本科生相對于研究生知識視野和思維模式尚不是十分成熟,還不能一次性成功選擇到自己最滿意的導師或方向,本次試點研究首次提出導師輪換機制以及多教師輔助的模式,充分利用了各位導師的多樣性,采取每年輪換的方法,讓每位本科學生在校期間至少可以得到3位不同導師的指導,從而能夠幫助學生拓寬視野,更好地找到自己的興趣和創新意愿。
2.3本科導師角色定位
本科導師的角色應該與學院和班級輔導員相輔相成,完全可以涵蓋某些專業課教師對部分學生所起到的課程和學業引導作用,而且較之更加全面和完善。導師不僅是學生學習上的導師,還是學生的伙伴和引路人。導師通過觀察、交流,了解學生在學習及生活中的表現,主要在以下方面發揮積極的幫助與激勵作用。
1)課程教育:重點指導學生的課程學習,在低年級側重實行通識教育和大學基礎教育,幫助學生制訂學習計劃,了解專業方向及其應用領域;在高年級針對個體在興趣、特長等方面的不同,實施個性化的專業素質教育,幫助學生構建合理的知識結構。
2)學術能力培養:重點在于激發學生興趣,幫助學生挖掘他們的學術潛力和獨立從事研究工作的能力;指導學生參加學科競賽、從事合適的科研活動、撰寫學術論文和畢業論文等;注重學生的個性發展,增強創新意識、提高創新能力和創新素質。
3)發展規劃指導:針對學生個體給予具體指導,幫助學生認清自我、完善自我,協助學生初步制訂個人中長期發展規劃并督促落實,盡可能為學生提供就業及考研信息。
同時,還要通過導師的言傳身教,幫助學生樹立崇高的人生理想,提升學生正確處理社會關系的能力,使其在學業和為人方面變得更加成熟。
上述內容充分體現了本次導師制試點研究工作與實施過程的精細與全面,進一步發展了已有的類似培養計劃的主要特點,同時將各方面的工作重點刻畫得更加清晰,對本科生導師的工作具有更具體的指導作用。
2.4學生與導師的溝通機制
本科生導師制的實施范圍包括課程學習和學術指導,以及將學生的思想、素質與知識整合,幫助學生全面健康發展,使之更好地適應社會工作和生活的需要。實施方式包括導師和學生個別溝通,以及電話、電子郵件、走訪等多種形式。
導師必須了解學生的學業進程、心理動態,并對每位學生至少每學期做一次書面評價。根據課程性質、不同學習階段、學生的獨立性等情況,決定見面討論的頻率,但不少于每月一次。
導師以嚴謹認真的方式對待學生呈交的研究成果,并為其進步與繼續發展給予建議與幫助,提供富有啟發性的反饋意見,使學生知道他們在做什么。更為重要的是可以使學生根據其理想與現狀,明確需要在哪些方面加以改進。
此外,本次試點研究工作首次引入了“主題班會”形式的學生與導師集體溝通的機制,這也是本文工作的創新點之一。針對學生共同關心的一些主題,導師與學生一起展開廣泛的討論,聽取各種不同的觀點和聲音,有效地激發學生學習、創新、生活等多方面的熱情,這從會后學生的反饋意見中得到充分的印證。同時,導師們也很認同這樣的形式,普遍認為有助于解決個人指導學生過程中所遇到的一些難題。
2.5導師制的監督和評估機制
在人才培養過程中,智能科學與技術中心定期通過教師例會和觀察員對本科導師的工作情況進行經常性的檢查,特別是關于培養計劃的落實情況、教師日常的指導情況、學生的學習狀況(包括學習興趣、學習能力、學習負擔等)及生活狀況,發現問題及時解決。
我們通過組織學生座談會,了解學生對于導師制的意見和建議,改進導師制的實施辦法;同時,也了解班主任或輔導員、學院學生黨委等對于導師制的意見。在我們收集的意見中,班主任或輔導員、學院學生黨委等都對我們的工作給予了高度的贊揚和充分的肯定;而學生們可能對各種細節提出自己的觀點或問題,但有一點是高度統一的,就是所有學生都很支持本科生導師制的實施,認為與同屆的其他專業學生相比,自己能接受這樣的培養方式是極其自豪的。
畢業生就業后,我們分別對他們和用人單位進行調查,收集各種反饋意見,并做出相應的評估、調整或改進。目前實施時間較短,上述計劃尚未得到實踐的經驗。
3 智能科學與技術專業本科生導師制的實施與思考
自2011年9月啟動智能科學與技術專業本科生導師制以來,導師與學生之間保持至少每月一次的溝通頻率。除此之外,導師組還針對學生反映的普遍問題,例如課程與課外活動的時間平衡、學業與未來規劃、學風與考風等,召開集體班會,進行更廣泛和深入的交流。在堅持導師與學生日常溝通的同時,我們也十分注意加強導師與導師之間的日常交流,充分利用每周一次的教師例會時間,每次都辟出一段時間溝通討論近期導師指導學生的心得或問題,尤其是觀察員充分發揮了“旁觀者清”的作用,經常對各種細節提出直率而寶貴的意見和建議,對于各位導師統一思想認識和提高工作方法起到了積極有效的作用。
通過導師對學生的全程指導,我們發現有很好的效果。首先,導師能動態地掌握學生的學習、興趣、心理等方面的變動情況,并及時對學生加以引導,從而更有效地促進學生成長和發展;其次,學生在學習或生活中遇到困惑時,能直接得到導師的引導或幫助,使個性培養與專業教育的內容和形式更加豐富,有利于提高學生的積極性,增進學生的自我認識。
但是,在導師制的實施過程中我們也看到了一些問題,還需要進行深入研究并解決。
1)導師的職責難以明確。
本科生階段的導師制側重由導師引導學生自主學習、自我發現與成長,使學生樹立正確的“三觀”與高尚的道德情操,并培養學生獨立思考和解決問題的能力。而導師在指導學生時,容易出現2個片面的方式:一是傳統的以課本為基礎的“傳授式”,指導本科生的課程學習;二是以科研項目為中心的“任務式”,管理本科生的科研工作。前者忽略了培養學生的學習興趣和自覺性,后者則忽略了本科生與碩士生、博士生在知識結構、獨立科研能力、培養目的等方面的差異。在這個過程中如果缺少合理的引導和幫助,學生很容易產生消極的挫敗感。
2)教與育的尺度難以調節。
導師制所遵循的教育理念應是培養智慧與理性全面發展的人才,提高學生探究知識和獨立思考的能力。同時,本科生導師制也強調人文關懷,不僅傳授知識和技能,在面對學生的各種問題時,包括考風問題、個人感情問題、與人處事問題等,導師還要以自己良好的師德和品格影響學生,做到既教書又育人。
近年來,隨著科學技術的發展,虛擬現實技術逐漸由高端實驗室走向大眾和實用化,尤其是在微軟公司推出名為HoloLens的商業產品后[5-6]。微軟公司在谷歌公司推出的GoogleGlass的基礎上引入全息影像技術,將虛擬世界與真實世界連接起來,創造出一種具有全新人機交互模式的虛擬現實交互設備。虛擬現實技術課程作為進入當前最前沿科技領域的學科基礎,其課程性質決定了該課程需要不斷實時更新教學內容,及時與最新技術、最新發展方向保持一致?,F行的虛擬現實技術課程教學面臨著嚴峻的挑戰,主要存在的問題是由于傳統教科書從撰寫到發行的周期較長,往往是課程教材一投入使用,其中的內容已經陳舊,遠遠落后于學科技術發展的速度。同時,課程教學方式和方法也還采用傳統單向交流的方式,互動不夠,不利于激發互聯網社交思想影響下的90后大學生群體的學習興趣。
2互聯網下教學新方法和舉措
2.1社交軟件
不管是獲取信息還是與他人交流,大部分人都能在社交軟件中找到適合自己需求的東西。社交軟件的特點就是包羅萬象、有不同的人和圈子、內容符合人類的共性,并極有可能形成病毒性傳播的趨勢等。經過長期與大學生群體的接觸及調查,筆者發現當前大學生群體尤其是90后在日常學習、生活中都十分喜愛如下的社交軟件。
(1)QQ。QQ是騰訊公司于1999年推出的基于Internet的即時通訊網絡工具。隨著時間推移,騰訊公司旗下的QQ軟件高速發展,逐漸發展成為影響大眾日常生活的重要社交軟件,其最大特點是不僅可提供點對點即時通訊,還能提供群通訊功能。
(2)微信。微信是騰訊公司于2011年推出的一個為智能手機提供即時通訊服務的免費應用程序,其最大特點是可以跨通信運營商、跨操作系統平臺,用極少的網絡流量實現語音短信、視頻、圖片和文字交流,并具有共享流媒體內容和基于位置的社交插件,在廣大年輕用戶群體中非常流行,尤其是在90后的大學生群體內。
(3)貼吧。貼吧是百度公司于2003年推出的一款重量級產品,是基于關鍵詞的主題交流社區,可以與搜索緊密聯系,能夠準確把握用戶需求,通過用戶輸入的關鍵詞自動生成討論區,使用戶可實時參加交流、自己感興趣話題的信息和想法,在各類學生興趣愛好團體中極具人氣。
(4)知乎。知乎作為社交軟件中的后起新秀,是一個廣受各行各業精英所喜愛的實名制網絡問答社區,友好、理性和認真的社區氛圍使其成為集求知、分享和社交為一體的UGC(usergeneratedcontent)平臺,在求知欲極強的90后大學生群體中也極具人氣。
通過對比分析,可以發現上述社交軟件具有共同的特點。
(1)社會關系鏈整合。社交軟件可以清晰地整合熟人圈,形成團結程度甚高的小團體,尤其在90后大學生群體中效果最為明顯。在這個相對密閉的小團體空間內,用戶傳播信息,可使該信息快速通過社交軟件得到擴散,而且擴散速度在與目標群體相關的臨近群體中快得超乎想象,極具傳染性。
(2)聊天。社交軟件聚合大量同屬性的用戶形成群體,群體內用戶對由群體成員發起的話題進行及時討論,形成積極快速的討論氛圍。熱點話題通常會激發群體內大多數用戶的積極性,擴大討論的范圍,增加信息量。
(3)圖片/視頻/流媒體分享。社交軟件大都可以在智能手機/智能平板等終端上應用,很便捷地上傳圖片/視頻/流媒體資料,并使之在目標群體內快速傳播。
(4)興趣聚合。社交軟件大多是通過興趣愛好聚合,即一個群體基本具有一定共同相關屬性的聯系,這類聯系可以使群體內部用戶相互之間形成強烈的聚合效應。90后大學生群體基本上都喜愛使用這些社交軟件,保持極高的刷屏率,基本貫穿在日常生活、學習中,極具黏性。這些社交軟件已經儼然成為90后大學生群體日常生活中不可缺少的一部分。
2.2虛擬現實技術課程教學新方法和舉措
基于90后大學生對上述社交軟件的應用程度,教師可提出如下課程教學新方法和新手段。
(1)針對教科書教學內容較為陳舊的問題,使用貼吧讓學生自主瀏覽虛擬現實的主題社區關鍵詞。通過瀏覽主題社區,學生對于當前國內外虛擬現實技術的發展動向能夠有一個較直觀的認知。由于貼吧每天都有新的話題出現,信息更新速率極快,因此學生通過對話題的瀏覽可在較短時間內對當前虛擬現實技術的發展狀況有較深入的認知。這樣就可以達到先導引入虛擬現實技術課程基本概念的目標,令學生對教科書上較枯燥的理論內容有更直觀的認知。
(2)在虛擬現實技術課程開始至中期階段,適時建立相關主題QQ群,給學生一個對課程相關內容自由發言的平臺。主講教師可以適時引入一些與課程相關的話題,發動學生討論并給予適當的指引;及時回復和解答學生在群里的提問,形成師生間的良好互動;對于學生提問較多或疑惑較大的共性問題,可以作為重點內容進行課堂講解,提高學生的學習參與度,培養學生對問題本質的探索精神;通過課堂教學和群內討論,積極發現和挖掘具有一定潛質的學生,使其成為二次傳播的源頭,為群內其他成員答疑。
(3)虛擬現實技術實驗課開始后,教師可以利用群共享流媒體內容,突破傳統課堂教學中教學手段陳舊跟不上時代的問題,及時上傳與學習內容相關的最新資料,供學生參考。學生也可以積極地把找到的學習資料傳到群中,實現資源共享;適時引入相關視頻公開課讓學生觀看及學習,導入基于VRML開發虛擬現實技術的案例,引導學生從虛擬現實技術基礎內容入手,學會使用VRML類腳本語言進行相關的應用開發。由于基于VRML的程序調試及編寫簡單易學并可使用瀏覽器直接查看、易于掌握,因此能更好地激發學生的學習興趣。
(4)在虛擬現實技術課程的最后,引導一些對虛擬現實技術有濃厚興趣并學有余力的學生進入知乎,在知乎上對他們感興趣的技術問題進行提問,借助軟件平臺獲得其他專業人士的幫助和指導,為學生認知策略的發展提供可行性。通過課程學習,學生逐漸從一個單純的提問者轉變成一個在提問的同時也能為新入門者解惑的專業人士,從而達到能力提升的目的。(5)虛擬現實技術課程結束后仍保留QQ群,功能則轉換為主題興趣愛好群,成為一些對虛擬現實技術有興趣的學生能夠持續交流的平臺。到最后畢業設計階段,又可以轉換為畢設主題群,方便選擇虛擬現實技術相關畢業設計課題的學生進一步交流,并借助QQ群的特點為學生的畢業設計提供幫助,達到能力提升的目的。
3教學實踐
3.1虛擬現實技術課程實踐
武漢工程大學智能科學與技術本科專業的虛擬現實技術課程開設在四年級秋季學期,自2012年以來,對該專業4屆共計260余名學生開展了課程教學方法和手段的改革實踐。實踐證明,學生成績均有所提高。暫不考慮2012級學生的情況,單純通過平均成績分析表中期末考試卷面數據,可以發現這幾屆學生的課程平均成績有顯著提升,而且2011級學生的成績提升幅度最大,平均已達到80分以上。通過對不及格人數的統計發現,經過幾年的實踐,學生對課程的喜愛程度逐漸提高,不及格人數明顯減少,到2011級不及格人數為0。這說明不斷調整課程的教學方法和教學手段后,學生對課程的重視程度和學習熱情都有明顯提高,通過課程學習起到學以致用、能力提升的作用,消除了不及格情況。所以說,對教學方法和教學手段的改革取得了一定成效,具有積極價值。
3.2虛擬現實技術相關畢業設計實踐
自2012年以來,武漢工程大學計算機科學與工程學院對智能科學與技術專業4屆共計29位學生開展了與虛擬現實技術相關的畢業設計實踐,暫不考慮2012級學生選擇虛擬現實技術相關內容課題的情況,從最終獲得的評價來看,學生參加實踐改革后再進入畢業論文環節,對于虛擬現實技術相關的最新知識較為熟悉,在興趣驅動下能夠較好地完成課題并寫出較高質量的畢業論文,而且成績逐年提高的趨勢非常明顯;還有2位同學的畢業設計通過專家評審獲得湖北省優秀學士學位論文的榮譽。這說明教學改革實踐對于畢業論文質量的提高有促進作用,能夠為創新人才培養模式的形成提供可借鑒的思路和做法。
4結語
論文摘要:介紹了桂林電子科技大學在計算機網絡課程教學改革方面的具體措施和方法。結合實際情況提出堅持“教師為主導、學生為主體,因材施教”的教學模式;采用“發現式”互動教學方法,引進多媒體教學,網絡教學;重視實踐環節,以網絡技術構建網絡課程教與學的互動平臺,理論與工程應用并重。
一、教學目標定位
“計算機網絡”課程是桂林電子科技大學計算機科學技術、網絡工程、信息安全等專業的核心專業技術基礎課之一,也是電子信息工程、自動化、智能科學等專業的專業限選課或任選課之一,通過該課程的教學使學生懂得網絡的總體框架結構,能建立網絡的概念,重點是使學生掌握網絡基本原理和核心協議,并熟悉最常用的網絡服務和網絡工具,了解網絡技術的新發展。
教學目標的正確定位是教學改革行之有效的前提和保障,即明確教學是為培養什么類型人才而服務。計算機網絡的教學目標大致可分為三個層次:[1]網絡基本應用、網絡管理員或網絡工程師、網絡相關科學研究。其中,網絡基本應用目標要求掌握計算機網絡的基礎知識,在生活、學習和工作中可熟練利用各種網絡資源,如瀏覽新聞、收發電子郵件和查找資料等,適合于電子信息工程、自動化、智能科學等非計算機專業;網絡管理員或網絡工程師目標要求掌握網絡集成、網絡管理、網絡安全、網絡編程等知識和技能,并對其中一項或若干項有所專長,可以勝任如網絡規劃設計、網絡管理與維護、架設各種服務器和網絡軟硬件產品的開發等工作,適合于計算機科學與技術、網絡工程、信息安全等專業;網絡相關科學研究要求具備深厚的網絡及相關學科的理論基礎,今后主要從事科研和深層次開發工作,適合網絡相關的研究生。本文主要研究第二層次的改革與實踐。
二、“計算機網絡”課程教學中存在的問題
傳統的“計算機網絡”課程教學模式不利于提高學生的學習興趣,對新形勢下的培養目標有一定的制約作用,主要問題表現在幾個方面。[2]
1.教材知識結構理論性偏強,教學內容偏離實際應用
目前國內的大多數計算機網絡教材都是以osi/rm為索引,分層次展開,全方位介紹各個網絡層次的工作原理、相關協議、運行機制等,知識點較多且內容抽象,學生理解起來比較困難,難以提高學習興趣。osi體系結構是一個較為全面的網絡層次結構,但是在實際中并沒有得到廣泛應用,實際中的網絡案例又不完全符合osi體系結構,這往往會使學生對網絡結構感到困惑。
2.教學模式落后
最初的教學模式是以教師為中心,通過黑板板書和語言描述向學生傳授網絡知識。這種方式有利于教師組織和監控整個教學過程,便于系統地傳授知識,但不利于學生認知主體作用的發揮,不利于學生自主學習能力的培養。對于網絡協議這類較為抽象的理論知識,單純的板書和描述難以幫助學生對學習內容進行深入理解。
3.實踐環節薄弱
一方面,計算機網絡實驗室的建設相對薄弱,實驗設備落后,與實際應用的網絡設備具有較大差距,且數量不足,無法保證每名學生具有較好的實驗環境。另一方面,實驗課程的內容過于流程化和簡單化,沒有突出對學生創新能力的培養。
4.忽視工程應用
課程的綜合性、設計性實驗缺乏與工程應用相結合的內容,與之相適應的軟件建設滯后,難以將工程應用融入到課堂。
三、“計算機網絡”課程的改革與實踐
針對以上不足,我們主要在五個方面進行了改革和實踐。
1.教材選用與內容優化
不同的專業有不同的教學目標,必須選擇相對應的教材。對桂林電子科技大學計算機科學與技術、網絡工程、信息安全等專業而言,“計算機網絡”課程是專業技術基礎課之一,除了要掌握一定的基本網絡理論和核心協議,還要求掌握更高一等的技術和技能。經過課題組成員比較,選擇謝希仁教授主編的《計算機網絡》;在外文教材和雙語授課時選擇andrew s.t.的《computer network》英文教材。
對電子信息工程、自動化、智能科學等專業而言,“計算機網絡”課程是專業限選課或任選課之一,側重于網絡基本理論與應用。經過課題組成員比較,擬選擇喬正洪的《計算機網絡技術與應用》。
針對教材內容太多、偏重于介紹理論、欠缺實踐環節、與工程聯系不夠緊密等問題,在講授的時候略去了部分內容,比如安全方面的內容(另外一門課講授),增加了一些實踐相關的內容,如winsock編程、路由器基本操作等。在教學內容上力求推陳出新,引進和精選當代網絡技術新發展及新應用作為網絡基礎的指向,在不斷更新教學內容的同時優化課程體系,將基礎知識與現代技術緊密結合,培養學生的創新意識和發展意愿。
2.堅持“教師為主導、學生為主體,因材施教”的教學模式
(1)貫徹基礎課的教學必須和科學技術同步發展的教學觀念,[3]建立終身教育的觀念。科學發展與基礎課程的教學改革相結合,以學科建設推動基礎課程教學的改革?;A課程教學的改革又支撐新型專業建設與學科的發展,推進人才培養目標的實現。
更新教學內容的同時優化課程體系,將基礎知識與現代通信技術緊密結合,將專業基礎知識傳授、能力培養和素質教育融為一體,實施知識結構合理、基礎扎實、適應能力強、有創新精神和實踐能力為基本內容的人才培養模式。
(2)教師為主導,學生為主體,因材施教。改進課堂的教學方法,以人為本,因材施教,充分發揮學生的潛力,提高教師的授課質量。教師努力研究課程的基本知識點以及這些知識點之間的相互關系,處理好信號、數據、信息之間的關系和傳輸特點;研究重點理論和實踐知識點的教學方法,使教學內容更貼近學生,引導和幫助學生掌握基礎知識和基本技能。
教師采用“發現式”互動教學方法,通過精心設計教學過程,采用“提出問題+要求解決方法”、“引導思考+適當提示”、“找出學生思路正確部分引申”、“擴充認識解決問題的條件”等方式,把握課程的進度,活躍課堂氣氛,開發學生的潛能,使學生在獲得知識的同時能從應用的角度思考網絡通信中的問題和解決問題的思路,使學生建立科學的思維方法與創新意識。
3.采用先進的教學手段
(1)把多媒體技術引入課堂教學中,使理論和協議架構分析變得生動、形象、具體,同時解決了傳統教學中課堂畫圖既費時效率又低的問題。再輔以現場概要線圖等,讓學生在學習具體知識時心中有網絡體系大框架,便于知識定位。
(2)建立網絡教學環境。目前桂林電子科技大學已有四個相關網上資源供學生使用:“計算機網絡”課程網站,使師生在任何時候都可以利用網絡資源學習;網絡輔助教學平臺(blackboard):向學生提供資源下載口、作業提交口、討論區等;思科網絡技術培訓網站(http://cisco.netacad.net)作為思科網絡技術培訓基地之一,目前為部分優秀學生開放思科培訓網站,讓學生參與全球交流,直接接觸最新網絡技術;教師ftp:作為系統冗余,從教師ftp中學生也可以下載課件等。
4.加大實踐教學環節,重視實踐能力培養,培養學生的創新意識和創新能力
計算機網絡是理論和實踐結合非常緊密的一門課程。目前國內外計算機網絡相關教材一般都偏重于理論的講授,而忽視了動手實踐方面的引導,為此應實驗單獨設課,獨立考試。實驗課學時占總學時的25%,并要求課外1∶1配套。實驗內容根據學生的層次、學生的興趣分為基礎層、提高層、綜合應用層三個層次。同時,補充了教材上沒有的相關內容,如利用套接字進行網絡通信編程,培養實踐動手能力。而且把原來以教師為中心的實驗教學變成了以學生為中心,積極開展開放性實驗,延長實驗室開放時間,增加大量的設計性或綜合性實驗,為學生近一步提高動手能力奠定了良好的基礎,培養學生的創新意識和創新能力。
5.在課程教學的各環節中大力開發和應用網絡技術,以網絡技術構建網絡課程教與學的互動平臺,理論與工程應用并重
計算機網絡是一門理論和實驗實踐相結合的專業基礎課程,教師在講授的過程中貫徹教學理念,引用網絡發展歷史背景故事和實際應用具體案例來幫助學生理解理論知識,引導學生形成提出問題、分析問題和解決問題的思維模式,培養學生的創新思維能力和綜合專業素養。教學采用理論結合實踐教學法,通過實驗課程開設、實際網絡系統參觀和課程設計三個渠道將相關網絡技術的應用充分融合到課程教學之中,使同學們接觸到真實的網絡世界,提高實踐運用能力,理論與工程應用并重。
實驗課程通過綜合設計性實驗,充分發揮學生的想象力和創新能力,是使學生獲得對網絡的工作原理與操作方法的感性認識,加深理解、驗證、鞏固課堂教學內容的最佳途徑。
實際網絡系統參觀是在課程講授過程中安排并帶領學生參觀校園網、學院局域網和企業的網絡系統,使學生對計算機網絡有感性認識。
課程設計要求學生獨立設計一個網絡應用系統或者分析企業已有計算機網絡系統中存在的問題,提出改進方案,為企業設計滿足實際需求的計算機網絡系統,使學生理論聯系實際,加深對計算機網絡課堂教學內容的理解,培養學生靈活運用所學知識的能力。
四、結束語
本課程已建立課堂教學、實驗教學、網絡教學和工程應用交叉融合的教學結構,各教學環節相輔相成、互相交融,實現“加強基礎,注重實踐,因材施教,促進創新”的目標,形成了立體化的教學模式。通過這樣的互動平臺,使教與學進入互動溝通的最佳狀態。不僅使教師實現了教懂、教準、教活,學生達到了樂學、善學、活學,而且增強了學生日常使用網絡的能力,培養了學生的創新精神和實踐能力。
參考文獻:
[1]王紹強.應用型本科計算機網絡教學改革的研究與實踐[j].計算機教育,2009,(18):16-18.
關鍵詞:汽輪機,振動,傅里葉變換,小波分析
1.前言
“設備故障診斷(Condition Monitoring andFaults Diagnosis)”是近年來發展起來的一門新興技術,包含兩方面的內容:一是對設備的現場運行狀態進行檢測;二是在出現故障情況時對故障進行分析與診斷。
汽輪機是電力企業中的關鍵生產設備,對其開展狀態監測與故障診斷工作,保障設備安全可靠的運行,可以取得巨大的經濟效益和社會效益。汽輪機的故障診斷技術是借助機械振動、轉子動力學等理論深入研究和認識設備的故障機理;運用現代測試技術、測量技術、測量與監視伴隨設備運行的振動、噪聲、溫度、壓力、流量等參數;利用信號分析與數據處理技術,對這些參數的模擬或數字信息進行處理;建立動態信息與設備故障之間的聯系,運用智能科學技術確定設備的診斷思想;以計算機技術為核心,建立故障監測與診斷的系統。
2.汽輪機振動分類
轉子及軸系的振動是造成汽輪發電機組振動故障的主要原因。軸和軸系在機組內作旋轉運動,其常見故障有不平衡、彎曲、油膜渦動、不對中以及由此而產生的變形碰摩等。。以下就各種情況的振動特征作簡要分析。。[1]
2.1不平衡軸的不平衡一般有:靜不平衡、雙面不平衡,動不平衡和動靜不平衡4種。在軸系存在靜不平衡的情況下,它是一個截面的不平衡,軸旋轉時產生一個不平衡力矩M,并呈周期性變化,形成一階轉頻的振動。
其他三種不平衡狀態是多個截面的不平衡,每一個截面的不平衡所激發的橫向振動與靜不平衡是一樣的,只是各截面上振動相位和幅值大小有差異,其特征頻率仍然是。
不平衡故障特征:振動的時域波形為正弦波;頻譜圖中能量集中于基頻;當轉子角速度< (固有頻率)時,振幅隨的增大而增大;當>時,增大時振幅趨于一個較小的穩定值;當接近時發生共振,振幅具有最大峰值;當工作轉速一定時,相位穩定;轉子的軸心軌跡為橢圓;轉子的進動特征為同步正進動;振動的強烈程度對工作轉速的變化很敏感。
2.2軸彎曲軸和軸系安裝不良、熱變形和自重都會引起軸的彎曲。軸的彎曲實質上是軸的不平衡的又一種表現。在軸旋轉時這種不平衡會導致一階轉頻的橫向振動,同時還會產生一階轉頻的軸向振動和二階轉頻2的橫向振動。
軸彎曲的故障特征:特征頻率為1X,常伴頻率為2X;振動特性穩定,振動方向為徑向、軸向;相位特征穩定;軸心軌跡為橢圓;進動方向為同步正進動;振幅隨轉速變化較為明顯,隨負荷變化不明顯。。
2.3軸不對中與連軸節的故障軸系安裝中軸有彎曲并存在較大間隙等都會導致軸系不對中,從而在旋轉時產生振動,使聯軸節處于不正常工作狀態。軸系不對中分為軸線平行且偏離一段距離、兩軸線交叉和兩軸線交錯等幾種形式。
軸系不對中在運轉過程中產生振動不對中會激發出一階轉頻. 的軸向振動,同時會產生二階轉頻2的橫向振動。
二階轉頻2橫向振動和一階轉頻的軸向振動是不對中故障狀態的特征。如果二階轉頻橫向振動的振幅是一階轉頻橫向振動的振幅的30%-75%時,則此不對中度(即不同軸度)聯軸節還可承受;若達到75%-150% 時,則聯軸節會產生故障;若超過150% 時,則會使聯軸節產生嚴重故障,加速磨損以至不能使用。
軸不對中故障特征:特征頻率2X,常伴頻率1X、 3X;振動特性穩定,振動方向為徑向、軸向;相位特征較穩定;軸心軌跡為雙環橢圓;進動方向為正進動;振幅隨轉速、負荷變化都較為明顯。
其他故障還有碰摩和油膜渦動[2]等。
3.振動信號分析
在振動信號分析中,通常采用的是傅立葉變換,雖然傅立葉變換能較好地刻劃信號的頻域特性,但幾乎不提供信號在時域上的任何信息。這樣我們在信號分析中面臨如下一對基本矛盾:時域與頻域的局部化矛盾。即我們若想在時域上得到信號足夠精確的信息,就得不到信號在頻域上的信息,反之亦然。
從原則上講,凡傳統使用傅立葉分析的地方,都可采用小波分析,小波分析優于傅立葉分析的地方是,采用小波包技術后,它在時域和頻域同時具有良好的局部化性質,而且由于對高頻成分采用逐漸精細的時域和空域取樣步長,從而可以聚焦到對象的任意細節,故小波變換符合高頻信號的分辨率較高的要求,而且小波變換適當離散化后能構成標準正交系,這無論是在理論上,還是在應用上都是極其有用的。小波分析克服了傅立葉變換不適用于非平穩信號分析、不能同時進行時間一頻率局域性分析等缺點,代表了信號分析發展的一個新階段。[3]
小波分析是傅立葉分析思想上的發展和延拓。二者是相輔相成的,但有以下不同:
(1) 傅立葉變換的實質是把能量有限信號分解到以{}上;小波變換的實質是把能量有限信號分解到以 (j=1,2,…,J)和所構成的空間上。
(2) 傅立葉變換的基函數為三角函數,具有唯一性;Wavelet變換的小波函數具有多樣性。
(3)在頻率分析中,傅立葉變換具有較好的局部化能力,特別是對于那些頻率成分較簡單的確定信號,傅立葉變換很容易把信號表示成各頻率成分的疊加;但在時域中,它沒有局部化能力。
4.結論 汽輪機振動是影響機組安全運行的一個重要指標。產生振動的原因是多種多樣的,不同的原因有不同的振動特征。小波變換是近年來興起的信號分析手段。在數學領域,它被認為是現代付立葉分析的重大突破。小波變換優于付立葉變換的地方在于它在時域和領域同時具有良好的局部化性質,可以聚焦到信號的任意細節。因此,在汽輪機振動信號的處理中,比傅里葉變換更加有效。
參考文獻
[1] 馮志鵬,宋希庚,薛冬新等.旋轉機械故障診斷理論與技術進展綜述.振動與沖擊,2001,Vol. 20No. 4: 36-39
[2]陳進 機械設備振動監測與故障診斷[M].上海交通大學出版社,1999.71-74.
[3]劉貴忠等.小波分析及應用.西安電子科技大學出版社,1995