城市軌道交通車輛系統動力學課程建設研究

[摘 要]城市軌道交通在各大城市正在以前所未有的速度進行興建與發展，車輛作為乘客運輸的載體，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動力學知識體系特點和專業學生特點，通過課程教學知識體系的建立，科研與教學課堂相結合，傳統與數字化教學手段的實施以及實驗輔助教學等方式，對城市軌道交通車輛系統動力學課程的建設和教學改革進行探索和研究。

[關鍵詞]車輛系統動力學 城市軌道 課程建設 知識體系

[中圖分類號] G423 [文獻標識碼] 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行興建與發展，車輛作為乘客運輸的載體，是城市軌道交通的重要組成部分。與鐵路客運的運營形式不同，城市軌道交通車輛的運行具有“間距短、起制動頻繁、小曲線半徑線路多和坡度大”等特點，其動力學的特征也具有其特殊性，因此城市軌道交通車輛系統動力學的課程教學也與干線鐵路車輛系統動力學的課程理論體系區別也較大，對本科的教學區別也較大，車輛系統動力學在本校車輛工程的專業教學工作處于非常重要的地位。

近年來，本校的車輛系統動力學教學的培養方案一直以來都以傳統的機械振動課程知識點為主體進行傳授，教師只能在課程教學當中參插入鐵路車輛動力學特有的知識點來完成該課程的知識體系教學。在對培養大綱的修訂過程中，車輛系統動力學課程被確定為車輛工程專業核心課程，同時作為專業課程建設的主要課程進行資助建設，這為本課程的建設工作和課程發展帶來了新的契機。

針對城市軌道交通車輛系統動力學的課程建設，為了該課程教學效果的提高，作者在城市軌道車輛系統動力學課程的教學理論體系和內容，教學手段和教學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教學環節中做了一些創新嘗試。本文在此基礎之上總結了城市軌道交通車輛系統動力學的教學課程建設理念和實踐創新探索。

一、課程知識體系研究確定

城市軌道交通專業屬于鐵路專業范疇，但城市軌道交通車輛動力學系統與傳統鐵路車輛的動力學系統在結構上、性能指標和運行性質上有比較大的區別，具有其自身特點，研究和制訂具有城市軌道交通車輛系統自身特點的課程素材和相關課程理論體系，對該課程的理論教學和培養目標的實現具有重要的作用。

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

課程理論體系的確立，緊跟當前車輛系統動力學的發展，保證了城市軌道車輛系統動力學理論的系統性、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。課程內容從車輛系統動力學能夠解決的基本問題入手，介紹車輛系統力學理論在實際當中的基本應用，引導學生的學習興趣；以軌道車輛單輪對系統為基礎介紹、分析車輛蠕滑力與微分方程的建立之間的關系，分析其求解思路和建立模型需注意的特點特性問題；在此基礎之上，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分析以及多自由度系統所形成的大型矩陣的求解方法；進一步詳細分析車輛系統各種動力學相關理論如蠕滑理論、輪軌接觸幾何關系、垂向橫向動力學分析、穩定性分析、平穩性分析和懸掛參數對動力學性能影響分析；適當分析非線性因素和懸掛系統部件對軌道車輛動力學的影響，由此讓學生充分理解軌道車輛動力學的基本分析方法。循序漸進，由淺入深，加強學生對車輛系統動力學基本概念和基本現象的認識和理解。

二、車輛動力學理論研究和工程項目研究與課堂教學相結合，引導學習興趣

軌道車輛工程專業學生就業面相對較窄，專業特征較明顯，基本上在一些鐵路車輛維護企業和城市軌道運營保障部門。軌道車輛系統動力學課程的主要目標是掌握車輛主要結構和懸掛參數與系統動力性能之間的關系，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動力性能的影響等內容。該課程的教學需要學生正確建立軌道車輛輪軌及車輛各部件之間動力學相互作用的力學概念，掌握軌道車輛動力學分析這種應用動力學領域與常規機械動力學方法不一樣的特有的動力學基本原理，能夠簡單分析工程工作實踐中遇到的動力學問題，學會思考與解決動力學工程實際問題，培養科學研究分析問題的基本思路。

軌道車輛的動力學方向的科學理論研究和工程實際項目研究能夠帶動該教學質量的提升，課程的教學團隊在總結當前車輛系統動力學研究方向和研究理論的基礎之上，積極開展城市軌道車輛系統動力學相關研究工作，以科研促教學，形成了基于動力學理論的故障診斷以及安全監測預警為研究方向，車輛-軌道耦合動力學軌道病害檢測為支撐的理論研究體系，為教學質量不斷提高提供理論依據和教學素材。

車輛動力學課程的理論研究較抽象，但是又高于課程理論教學，有效地有篩選性地將一些問題帶到課程的教學內容當中，能夠提高學生理論聯系實際的能力，能夠有效培養學生科學研究的思路和方法。可以在課堂上提出與項目研究相關理論問題的各種假設設想，讓學生進行思考和提出解決方案，提出相對應的物理模型，進一步建立數學模型。這樣就將學生的理論學習和科研實踐聯系起來，同時也向學生滲透普遍的科學研究思路，引導學生的科學研究興趣并培養他們的科研基本素質。

三、傳統和數字化教學手段結合，實驗教學方法輔助

城市軌道交通車輛是交通運輸的大宗部件，機械設備一般比較龐大，這對課程教學質量的提高產生一定的難度。車輛系統動力學課程教師通過對教學方法和教學手段的有效性把握，制訂出針對城市軌道交通車輛專業比較適用的教學方法和手段，并且確定了該課程的教學目標和教學大綱，依托學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合的教學模式，分模塊分階段地進行教學改革。

城市軌道車輛系統動力學是一門機械振動理論的應用科學理論實踐課程，振動理論的分析需要進行理論公式和推導過程分析。板書的方式在公式推導方面容易讓學生加深對理論的理解，多媒體的大信息流能夠讓學生更好地對動力學大宗部件有感性認識，但是多媒體課件的節奏不太好控制，學生普遍反應記錄筆記來不及。課程教學組經過教學方法的討論和實踐，論證之后發現采用多媒體課件與板書結合的形式效果較好，也就是在使用多媒體屏幕進行實踐結果和多媒體動畫的演示過程中，針對一些必要的推導過程進行詳細板書和講解。通過這種方式，學生可以通過多媒體動畫和大宗部件的結構與圖片展示獲得良好的感性認識，同時也可以對課程教學的重點內容進行有效的筆記學習，學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生積極性，充分提高課堂教學的效率。

在本課程的實踐性教學體系構建的過程中，課程建設組也特別注重學生實踐能力的培養，盡力將該課程的實踐教學從模擬型向實踐型轉變，由學生被動接受知識性向自主學習知識性轉變，由理論方法驗證性向工程實際問題綜合性轉變，由理論性向應用性轉變。開設綜合性和設計性實驗，初步設想設定車輛動力學懸掛系統要求達到的減振目標，讓學生自主設計實驗項目和方案，并獨立完成實驗，注重讓學生建立起工程的系統概念。為了適應應用型高級人才培養目標的實驗體系研究和實驗環節的建設，構建車輛系統動力學實驗平臺，課程建設組編寫該課程的實驗指導書和任務書，編寫相關的課程設計指導書，主要安排反映車輛關鍵部件實際動力系統運行機理和城市軌道交通車輛動力學系統現場主要突出問題的實驗，使學生了解車輛動力學系統的研究發展和基本技術方法，建立現代車輛系統動力學解決問題的實際概念，完成軌道車輛動力學理論學習的基礎訓練。

四、結束語

城市軌道交通車輛系統動力學課程教學具有其自身專業性質特點，也具有課程自身知識體系的特點，作為專業課當中的主干專業課程，教師在傳授給學生理論知識的同時應該注重他們應用知識能力的培養，使他們能夠應用知識解決車輛維修維護當中的各種實際問題，這是本校產學研治學思路的根本，也是工程專業特色課程的培養目標。

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[責任編輯：鐘 嵐]