城市軌道交通車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程建設(shè)研究

[摘 要]城市軌道交通在各大城市正在以前所未有的速度進(jìn)行興建與發(fā)展，車輛作為乘客運(yùn)輸?shù)妮d體，是城市軌道交通的重要組成部分。針對城市軌道交通車輛系統(tǒng)動力學(xué)知識體系特點(diǎn)和專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，通過課程教學(xué)知識體系的建立，科研與教學(xué)課堂相結(jié)合，傳統(tǒng)與數(shù)字化教學(xué)手段的實施以及實驗輔助教學(xué)等方式，對城市軌道交通車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程的建設(shè)和教學(xué)改革進(jìn)行探索和研究。

[關(guān)鍵詞]車輛系統(tǒng)動力學(xué) 城市軌道 課程建設(shè) 知識體系

[中圖分類號] G423 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）15-0167-02

城市軌道交通在各大城市正在以前所未有的速度進(jìn)行興建與發(fā)展，車輛作為乘客運(yùn)輸?shù)妮d體，是城市軌道交通的重要組成部分。與鐵路客運(yùn)的運(yùn)營形式不同，城市軌道交通車輛的運(yùn)行具有“間距短、起制動頻繁、小曲線半徑線路多和坡度大”等特點(diǎn)，其動力學(xué)的特征也具有其特殊性，因此城市軌道交通車輛系統(tǒng)動力學(xué)的課程教學(xué)也與干線鐵路車輛系統(tǒng)動力學(xué)的課程理論體系區(qū)別也較大，對本科的教學(xué)區(qū)別也較大，車輛系統(tǒng)動力學(xué)在本校車輛工程的專業(yè)教學(xué)工作處于非常重要的地位。

近年來，本校的車輛系統(tǒng)動力學(xué)教學(xué)的培養(yǎng)方案一直以來都以傳統(tǒng)的機(jī)械振動課程知識點(diǎn)為主體進(jìn)行傳授，教師只能在課程教學(xué)當(dāng)中參插入鐵路車輛動力學(xué)特有的知識點(diǎn)來完成該課程的知識體系教學(xué)。在對培養(yǎng)大綱的修訂過程中，車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程被確定為車輛工程專業(yè)核心課程，同時作為專業(yè)課程建設(shè)的主要課程進(jìn)行資助建設(shè)，這為本課程的建設(shè)工作和課程發(fā)展帶來了新的契機(jī)。

針對城市軌道交通車輛系統(tǒng)動力學(xué)的課程建設(shè)，為了該課程教學(xué)效果的提高，作者在城市軌道車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程的教學(xué)理論體系和內(nèi)容，教學(xué)手段和教學(xué)方式以及考核形式等方面作了一定的改革與分析思考，在該課程的實驗和實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)中做了一些創(chuàng)新嘗試。本文在此基礎(chǔ)之上總結(jié)了城市軌道交通車輛系統(tǒng)動力學(xué)的教學(xué)課程建設(shè)理念和實踐創(chuàng)新探索。

一、課程知識體系研究確定

城市軌道交通專業(yè)屬于鐵路專業(yè)范疇，但城市軌道交通車輛動力學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)鐵路車輛的動力學(xué)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上、性能指標(biāo)和運(yùn)行性質(zhì)上有比較大的區(qū)別，具有其自身特點(diǎn)，研究和制訂具有城市軌道交通車輛系統(tǒng)自身特點(diǎn)的課程素材和相關(guān)課程理論體系，對該課程的理論教學(xué)和培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要的作用。

研究確定出的課程素材，具有較強(qiáng)的城市軌道交通專業(yè)特色，體現(xiàn)了課程在維修保障和基于動力學(xué)故障診斷方向教學(xué)的全面性，并在城市軌道車輛輪軌關(guān)系和動力學(xué)仿真理論方面有一定的理論深度。

課程理論體系的確立，緊跟當(dāng)前車輛系統(tǒng)動力學(xué)的發(fā)展，保證了城市軌道車輛系統(tǒng)動力學(xué)理論的系統(tǒng)性、完整性和時效性。

知識體系的建立是一個由簡入繁、由易到難的過程。課程內(nèi)容從車輛系統(tǒng)動力學(xué)能夠解決的基本問題入手，介紹車輛系統(tǒng)力學(xué)理論在實際當(dāng)中的基本應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；以軌道車輛單輪對系統(tǒng)為基礎(chǔ)介紹、分析車輛蠕滑力與微分方程的建立之間的關(guān)系，分析其求解思路和建立模型需注意的特點(diǎn)特性問題；在此基礎(chǔ)之上，分析車輛多自由度垂向和橫向的線性理論模型，并引用實際軌道響應(yīng)分析以及多自由度系統(tǒng)所形成的大型矩陣的求解方法；進(jìn)一步詳細(xì)分析車輛系統(tǒng)各種動力學(xué)相關(guān)理論如蠕滑理論、輪軌接觸幾何關(guān)系、垂向橫向動力學(xué)分析、穩(wěn)定性分析、平穩(wěn)性分析和懸掛參數(shù)對動力學(xué)性能影響分析；適當(dāng)分析非線性因素和懸掛系統(tǒng)部件對軌道車輛動力學(xué)的影響，由此讓學(xué)生充分理解軌道車輛動力學(xué)的基本分析方法。循序漸進(jìn)，由淺入深，加強(qiáng)學(xué)生對車輛系統(tǒng)動力學(xué)基本概念和基本現(xiàn)象的認(rèn)識和理解。

二、車輛動力學(xué)理論研究和工程項目研究與課堂教學(xué)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)習(xí)興趣

軌道車輛工程專業(yè)學(xué)生就業(yè)面相對較窄，專業(yè)特征較明顯，基本上在一些鐵路車輛維護(hù)企業(yè)和城市軌道運(yùn)營保障部門。軌道車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程的主要目標(biāo)是掌握車輛主要結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)與系統(tǒng)動力性能之間的關(guān)系，基本的輪軌接觸理論和計算方法、軌道激擾及其對車輛系統(tǒng)動力性能的影響等內(nèi)容。該課程的教學(xué)需要學(xué)生正確建立軌道車輛輪軌及車輛各部件之間動力學(xué)相互作用的力學(xué)概念，掌握軌道車輛動力學(xué)分析這種應(yīng)用動力學(xué)領(lǐng)域與常規(guī)機(jī)械動力學(xué)方法不一樣的特有的動力學(xué)基本原理，能夠簡單分析工程工作實踐中遇到的動力學(xué)問題，學(xué)會思考與解決動力學(xué)工程實際問題，培養(yǎng)科學(xué)研究分析問題的基本思路。

軌道車輛的動力學(xué)方向的科學(xué)理論研究和工程實際項目研究能夠帶動該教學(xué)質(zhì)量的提升，課程的教學(xué)團(tuán)隊在總結(jié)當(dāng)前車輛系統(tǒng)動力學(xué)研究方向和研究理論的基礎(chǔ)之上，積極開展城市軌道車輛系統(tǒng)動力學(xué)相關(guān)研究工作，以科研促教學(xué)，形成了基于動力學(xué)理論的故障診斷以及安全監(jiān)測預(yù)警為研究方向，車輛-軌道耦合動力學(xué)軌道病害檢測為支撐的理論研究體系，為教學(xué)質(zhì)量不斷提高提供理論依據(jù)和教學(xué)素材。

車輛動力學(xué)課程的理論研究較抽象，但是又高于課程理論教學(xué)，有效地有篩選性地將一些問題帶到課程的教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，能夠提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的思路和方法。可以在課堂上提出與項目研究相關(guān)理論問題的各種假設(shè)設(shè)想，讓學(xué)生進(jìn)行思考和提出解決方案，提出相對應(yīng)的物理模型，進(jìn)一步建立數(shù)學(xué)模型。這樣就將學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和科研實踐聯(lián)系起來，同時也向?qū)W生滲透普遍的科學(xué)研究思路，引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)研究興趣并培養(yǎng)他們的科研基本素質(zhì)。

三、傳統(tǒng)和數(shù)字化教學(xué)手段結(jié)合，實驗教學(xué)方法輔助

城市軌道交通車輛是交通運(yùn)輸?shù)拇笞诓考瑱C(jī)械設(shè)備一般比較龐大，這對課程教學(xué)質(zhì)量的提高產(chǎn)生一定的難度。車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程教師通過對教學(xué)方法和教學(xué)手段的有效性把握，制訂出針對城市軌道交通車輛專業(yè)比較適用的教學(xué)方法和手段，并且確定了該課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)大綱，依托學(xué)校校企合作的有利形勢，制訂了該課程知識理論體系和實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，分模塊分階段地進(jìn)行教學(xué)改革。

城市軌道車輛系統(tǒng)動力學(xué)是一門機(jī)械振動理論的應(yīng)用科學(xué)理論實踐課程，振動理論的分析需要進(jìn)行理論公式和推導(dǎo)過程分析。板書的方式在公式推導(dǎo)方面容易讓學(xué)生加深對理論的理解，多媒體的大信息流能夠讓學(xué)生更好地對動力學(xué)大宗部件有感性認(rèn)識，但是多媒體課件的節(jié)奏不太好控制，學(xué)生普遍反應(yīng)記錄筆記來不及。課程教學(xué)組經(jīng)過教學(xué)方法的討論和實踐，論證之后發(fā)現(xiàn)采用多媒體課件與板書結(jié)合的形式效果較好，也就是在使用多媒體屏幕進(jìn)行實踐結(jié)果和多媒體動畫的演示過程中，針對一些必要的推導(dǎo)過程進(jìn)行詳細(xì)板書和講解。通過這種方式，學(xué)生可以通過多媒體動畫和大宗部件的結(jié)構(gòu)與圖片展示獲得良好的感性認(rèn)識，同時也可以對課程教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行有效的筆記學(xué)習(xí)，學(xué)生可以充分地掌握新的概念和理論方法，也可以良好的帶動學(xué)生積極性，充分提高課堂教學(xué)的效率。

在本課程的實踐性教學(xué)體系構(gòu)建的過程中，課程建設(shè)組也特別注重學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，盡力將該課程的實踐教學(xué)從模擬型向?qū)嵺`型轉(zhuǎn)變，由學(xué)生被動接受知識性向自主學(xué)習(xí)知識性轉(zhuǎn)變，由理論方法驗證性向工程實際問題綜合性轉(zhuǎn)變，由理論性向應(yīng)用性轉(zhuǎn)變。開設(shè)綜合性和設(shè)計性實驗，初步設(shè)想設(shè)定車輛動力學(xué)懸掛系統(tǒng)要求達(dá)到的減振目標(biāo)，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗項目和方案，并獨(dú)立完成實驗，注重讓學(xué)生建立起工程的系統(tǒng)概念。為了適應(yīng)應(yīng)用型高級人才培養(yǎng)目標(biāo)的實驗體系研究和實驗環(huán)節(jié)的建設(shè)，構(gòu)建車輛系統(tǒng)動力學(xué)實驗平臺，課程建設(shè)組編寫該課程的實驗指導(dǎo)書和任務(wù)書，編寫相關(guān)的課程設(shè)計指導(dǎo)書，主要安排反映車輛關(guān)鍵部件實際動力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理和城市軌道交通車輛動力學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)場主要突出問題的實驗，使學(xué)生了解車輛動力學(xué)系統(tǒng)的研究發(fā)展和基本技術(shù)方法，建立現(xiàn)代車輛系統(tǒng)動力學(xué)解決問題的實際概念，完成軌道車輛動力學(xué)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)訓(xùn)練。

四、結(jié)束語

城市軌道交通車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程教學(xué)具有其自身專業(yè)性質(zhì)特點(diǎn)，也具有課程自身知識體系的特點(diǎn)，作為專業(yè)課當(dāng)中的主干專業(yè)課程，教師在傳授給學(xué)生理論知識的同時應(yīng)該注重他們應(yīng)用知識能力的培養(yǎng)，使他們能夠應(yīng)用知識解決車輛維修維護(hù)當(dāng)中的各種實際問題，這是本校產(chǎn)學(xué)研治學(xué)思路的根本，也是工程專業(yè)特色課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]