車輛空調檢修與維護一體化教學改革探析

鹿陽

包頭鐵道職業技術學院 內蒙古包頭市 014060

1 車輛空調系統簡介

車輛空調裝置是鐵道車輛與城軌車輛都必須安裝的設施。車輛空調的制冷原理與一般的空調沒有差別，但是，因為它是安裝在車輛上，所以，具備以下特征：首先它的安裝場所需要的安裝空間、使用的電源都受到嚴格的限制；其次，制冷能力比一般的樓房用空調要大得多。

1.1 安裝場所與空間

1.1.1 地板下安裝

為了增加車輛車廂內的使用空間，車輛電力設備通常安裝在頂部以及地板下，空調裝置的結構會隨著它自身所處位置的不同而有很大區別，車輛地板下放置空調裝置，可以使車輛的重心下移，為車輛高速化的實現提供了更多的保障，例如日本新干線上的車輛空調裝置就采用了這種安裝方法，但是這種安裝方法也有缺點，它必須安裝送風機及鋪設相應的管道來將經過調節的氣體送到車輛室內頂部。同時，牽引輔助電源等裝置也被安裝在地板下方，這些裝置都會占用一定的空間，所以如何合理的安排空調的安裝位置，是一個需要考慮的問題。

1.1.2 車頂上安裝

將空調裝置置于車頂上方的安裝方式，可以使得空調管道簡化，工人安裝過程也更為簡化，使得車輛的小型化，輕量化成為可能。但是車輛車頂部不能超過車輛限界，它自身的安裝空間受到制約，同時這種安裝方式會提高車輛的重心，不滿足車輛高速化的要求。

1.1.3 分體式安裝

分體式空調也叫分裝式空調，它包括室內機和室外機兩部分，在車輛地板下安裝的是室外機，安裝在車頂部或者室內的是室外機。

1.2 車輛空調裝置使用環境

R12 這種中溫制冷劑是車輛空調最早采用的制冷劑，但是這種制冷劑對大氣臭氧層有嚴重的破壞作用，同時會產生溫室效應，所以目前已經受到限制與禁用。R22 是車輛空調發展中期所采用的中溫制冷劑，R22 廣泛應用于冷藏，空調，低溫設備，它對大氣臭氧層僅有微弱的破壞作用，所以是R12 的近期，過渡性替代制冷劑。而目前最常使用的是R407C 這種三元非共沸混合制冷劑。

鐵道車輛空調需要進行空氣調節的空間的特點有，在狹小密閉的環境內有很多的乘客，由于人數較大，導致人體熱負荷加大，同時由于制造車輛外殼的材料是金屬，金屬材料在太陽照射下有嚴重的吸熱現象，導致車輛空調的最大制冷量比建筑用空調要高。

在同樣的空間內，乘客數量的多少影響著空調負荷，不同季節的不同溫度也對空調負荷有著影響，需要根據不同的情況對溫度，濕度進行調整。

1.3 車輛空調裝置的控制系統

車輛空調裝置的控制系統的作用是控制壓縮機的工作情況，將車內溫度，濕度達到乘客能夠感覺到舒適的程度，車輛空調裝置的控制系統最開始是利用繼電器進行控制的，隨著日趨成熟的計算機技術的應用，車輛用控制系統得到了顯著的發展，之后溫控傳感器，輻射傳感器、外溫傳感器等各種不同的傳感器被安裝在車輛上，計算機對各種經由傳感器收集到的數據，進行處理分析，繼而對空調裝置進行控制，使得乘客的舒適性得以進一步提高。

2 車輛空調系統的組成

車輛空調系統的作用是將車外清新的空氣送入客室內，新鮮空氣與客室內空氣混合，經過過濾，降溫或者加熱，降低濕度，增加濕度等一系列處理之后，把部分渾濁的空氣排出客室外面，將車內的溫度，濕度，潔凈度等相關指標控制在合理范圍內，為乘客提供舒適的乘坐環境。

2.1 通風系統

車輛客室內的空氣質量和氣流組織決定著乘客的乘坐體驗，還與乘客的身體健康密切相關。通風系統可以將車外清新的空氣運送到客室內，并與車內經過多次循環過濾的空氣進行混合，在去除掉灰塵后，運送到客室內，同時將車外渾濁的空氣排出車外，這一系列工作可以將客室內的空氣的清潔度，車內空氣的流動速度等參數保持在合理的范圍內。

通風系統是車輛空調裝置的重要組成部分，其通風量的計算是將新鮮空氣與多次循環空氣量進行相加，空調機組具有可以進行自動調節的新風口和回風口。

2.2 空氣冷卻系統

制冷系統可以將車內的空氣的濕度降低，溫度降低，將客室內空氣的溫度與相對濕度控制在合理的范圍內。為了使制冷系統在工作時，兼顧安全性，高效性，制冷系統不僅具有壓縮機、蒸發器、冷凝器、節流裝置，還具有儲液器、干燥過濾器、氣液分離器等其他具有輔助功能的設備。

空氣冷卻系統通常集中在空調機組內，為單元式機組裝置。目前，國內城軌交通車輛多用的是單冷式空調機組。

2.3 空氣加熱系統

空氣加熱系統是對客室內空氣進行加熱的設備。

2.3.1 電加熱

電加熱是利用空調機組中的電加熱器對新風加熱，再將車內的高溫空氣與其混合來進行溫度的控制的方法。一般布置在座椅下或車內側墻上，如某地鐵2 號線的電加熱器就安裝在座椅下。

2.3.2 熱泵制熱

其原理是變化蒸發器和冷凝器后的制熱作用來實現的，熱泵制熱可以增加機組的利用率，這種制熱方式被廣泛使用在南方地區。

2.4 空氣加（減）濕系統

使用空氣加（減）濕系統可以控制客室內的空氣濕度值，這個參數直接決定著乘客的乘坐舒適度，當客室內相對濕度較大時，乘客會有悶熱的感覺，當客室內相對濕度較小時，乘客會有干燥的感覺，按照衛生標準和相關要求，相對濕度應控制在40%～70%之間。

2.5 自動控制系統

自動控制系統可以控制通風、制冷或采暖系統的啟停，為空調機組的順利運行保駕護航。

空調控制系統一般采用計算機控制方式，其具備四種不同的工作情況：手動、自動、通風和停止。具備多列車集中控制和本節車廂單獨控制的功能，可以通過機車司機室內的顯示器對溫度進行調節，也可以本車單獨調節，在空調機組處于手動工況時，可以按照每個車廂的溫度控制器所調定的溫度來對車廂內的溫度進行調節，在空調機組處于自動工況時，可以根據外部的溫度自動的對車廂內的溫度進行調節。

現在，我國城軌車輛空調控制系統多使用微處理器的控制系統，主要設備有本車空調控制柜、司機控制屏以及它們之間連接的通信設備。

3 鐵道車輛空調裝置檢修與維護課程一體化教學改革分析

3.1 該課程的現狀與存在問題分析

3.1.1 現狀分析

車輛空調裝置檢修與維護是包頭鐵道職業技術學院鐵道車輛技術專業的一門專業核心課程，車輛空氣調節的能力是車輛前沿技術發展的重要體現，也是一項至關重要的技術。車輛空調裝置是一個多專業綜合性產品，技術復雜，車輛空調裝置的正確安裝，使用，維護和管理是車輛運用與檢修人員的一項基本的，重要的工作。該課程是一門實踐性較強的課程，易于開展一體化教學，但在實際教學過程中還存在問題。具體如下：

（1）學生不喜歡長時間在教室里聽理論課程。包頭鐵道職業技術學院屬于高職院校，大多數學生動手能力強，但是不喜歡復雜的理論知識推導。所以在課程的設置上，應該注重實踐，淡化公式推導。

（2）良好的“教、學、做一體化”師資力量。我團隊擁有多位有豐富車輛空調裝置檢修與維護教學經驗的優秀教師。包括具有副教授職稱的教師一人，具有講師職稱的教師五人，這六位教師都具有多年的一線教學經驗，理論與實踐經驗豐富，適宜進行教、學、做一體化教學改革。

（3）良好的“教、學、做一體化”教學環境。“客車電氣與空調實訓室”擁有“KLD40型客車空調機組”1 臺，冷凝器，壓縮機等設備，可同時滿足學生“邊理解、邊動手操作”的需求。學生可以在教師講解完課程內容后，在實訓室進行相關的項目操作練習，加深對學習內容的理解。

3.1.2 存在問題

本課程是一門實踐性很強的課程，不宜采用傳統的教學方法。而且現有教材包含的知識點不能滿足現場需求，應根據本專業課程的特點，結合鐵路對空調機組的現場維護要求，提出建設可以進行一體化教學的配套教材。

3.2 改革的目標分析

3.2.1 目標分析

（1）形成一套比較有效的教學方法。對課程設置、教學方法、學生組織、任務考核等教學過程進行重新布局、采用項目式，模塊化教學，以任務為導向，從而提高學生學習興趣，達到使學生獲得車輛空調系統調試操作檢修的職業能力和職業素養，在這個過程中，可使用“興趣教學法”、“任務驅動法”、“案例教學法”、“分組討論法”和“現場教學法”等教學方法。

（2）在教、學、做一體化教學改革中結合具體需求進行校內教材的研發，該校內教材需要兼顧實用性和職業素養的培養，不能單純的進行職業技能的操作而忽視職業能力的培養，同時該教材還應將車輛空調新技術的發展等行業前沿內容進行相應篇幅的介紹，培養學生關注行業動態的意識，教材中的活動設計要有較強的可操作性，既要結合專業，又要富有新意，可以采用活頁教材的教材制作形式。

3.2.2 關鍵問題

（1）結合鐵道車輛空調維修現場工作要求，進行項目式教學的教材編寫工作，將在實踐中學習，充分融合理論與實踐，體現職業教學注重動手實踐能力的培養的辦學特色，切實提高教師教學的效果。

（2）保證遵循“教、學、做一體化”職業能力培養的過程，以本專業真實工作現場任務及其工作過程為依據整合、優化教學內容，科學設計工作任務，實現“在做中教，在做中學”的教、學、做一體化教學模式。在教師教學過程中，充分貫穿教、學、做一體化的教學思想。

（3）要建立全新的考核體系、按照“構思—設計—實施—評價”的工作過程安排教學，做到“項目→任務→活動→教、學、做一體化”正確對待學生的能力形成、能力發展的科學過程，對學生成績的評定更加多維，更加客觀。

3.3 課程改革設計方案

3.3.1 課程設計理念與思路要實現教育思想的三個改變

（1）從以教師的傳授課本知識為主要課堂內容的模式，轉變為以學生能力培養為主要的課堂模式。

（2）從以教學重點是設計計算轉變為提高學生技術使用的能力的培養，把解決工作中遇到的實際問題的能力的培養樹立為教學的重點和難點。

3.3.2 整體設計方案把握以下原則

（1）基礎理論的學習應該多理解概念，以應用性構建理論教學內容體系，刪除陳舊、重復的知識塊，減少公式推導和運算技巧等方面的內容，增加應用性知識；

（2）教學的目的是掌握被投入達到工作現場使用的技術為主。

（3）加大實踐教學比重，從過去的10%增大到現在的60%左右。

3.3.3 在課堂教學活動設計上要改革教學方法、手段

改革理論教學內容，對課程進行綜合化與模塊化改革。制作虛擬制冷元器件、制冷循環系統運行原理仿真圖、動態電子教案等，這些素材可以便于多媒體教學、網絡教學的開展。

3.3.4 改革課程考核方法，利用計算機及設備進行成績評價

根據學生的特長及以后所要從事的工作，合理調配，盡量做到使學生能結合專業發揮其特長，從而為更好地適應工作崗位打下基礎。

3.4 教學環境與教學條件支持

3.4.1 良好的“教、學、做一體化”師資力量

我團隊擁有多位有多年教學經驗的教師。

3.4.2 良好的“教、學、做一體化”教學環境

“客車電氣與空調實訓室”擁有“KLD40型客車空調機組”1 臺，冷凝器，壓縮機等設備可同時滿足學生“邊理解、邊動手”的需求。

3.4.3 網絡教學環境及資源

我院擁有多個多媒體教室、機房、移動投影設備，為實施本課程教學提供基礎保障。同時我專業《客車電氣裝置》課程已經實現了教學做一體化改革，為《車輛空調裝置檢修與維護》一體化改革提供一定的支持。

3.5 教學手段與方法改革

（1）根據本專業工作現場專業項目能力要求將學習過程項目化，學習項目生產化。教會學生利用已經學到的知識去解決在工作中可能遇到的具體問題，增強學生處理實際問題的能力。

（2）通過實驗、實習等教學環節的設計，讓學生感受到工作現場需要完成的任務。

（3）在教師示范教學的過程中，教師針對教學內容中包含的知識點，技能點提出問題，學生通過小組討論學習的方式，得到問題的答案，教師再針對具體的案例進行分析，分析學生答案的正確與否，在這一系列的教學過程中，增強了學生學習的興趣。教師只是示范、引導、啟發。

（4）在進行現場教學、實習時，讓學生分成實習小組進行分工協作，共同完成實習任務。使學生既鞏固了知識，又培養了團隊意識和協作能力。

（5）在學生實訓的過程中，將學生分為不同的小組，在小組之間開展技能比賽，在競爭的氛圍中強化學生的學習熱情，比賽的成績作為學生實訓成績的一部分，鼓勵學生增加自身的團隊合作能力。

（6）教師將教學內容分成多個模塊化的教學項目，每個小模塊又包含多個教學任務，按照任務驅動學生學習。

（7）在模塊化的教學過程中鼓勵學生自主學習，學生是學習的主體，教師是引導者。

3.6 相關教學文件及教材建設

3.6.1 教學計劃與標準

在原有的教學計劃、教學大綱基礎上，通過與企業的不斷溝通，征求教學指導委員會的意見和建議，不斷改進、完善和補充新的內容，形成完備的人才培養方案和課程標準。

3.6.2 教材

加快教材建設，在原有的《車輛空調裝置檢修與維護》教材的基礎上，推陳出新，在修訂中按照人才培養的要求，突出人才培養模式和課程特色，打造出工學結合適合鐵道車輛技術專業的《車輛空調裝置檢修與維護》一體化教材。

3.6.3 教學設備

繼續引進或開發更多先進的教學軟件，以輔助教學，適應行業技術發展，以便于制定下一步課程改革安排。

3.6.4 配套教材開發

2021年7月-2022年7月

（1）特色。

①特色鮮明、結構合理。適用于應用型高等技術人才培養：利于基礎理論知識的掌握、可以更大程度上提高學生對專業知識的掌握程度，提高學生增和素養。

②在實驗實訓的設計上，降低演示性實驗所占的比例，提高綜合性實驗的比例，在實驗的教學過程中，要重視實驗的驗證過程，教會學生該實驗實訓的操作方法，教會學生所應用到的儀器的使用方法。

③除實驗教學、生產實習外，還可為師生進行車輛空調裝置技術領域新技術的研究提供良好的平臺。

（2）創新點。

①學習內容與工作現場相結合的教學模式的運行，保證在校學習的知識與實際工作中運用的知識具有的一致性。

②教師示范教學，可以提高學生的崗位適應能力。

(3)推廣應用價值。

①教學做一體化改革可以增強學生對今后所面對的崗位的適應程度。

②以就業為目標，以提升崗位職業素養為目標，突出實用性、實踐性和開放性；

③資源共享，利用率高。不僅適用于鐵道車輛技術專業，同時還適用于城市軌道交通車輛技術專業，鐵道機車車輛制造專業。可針對上述專業的相關課程開設實驗、實習、實訓。