车辆空调检修与维护一体化教学改革探析

鹿阳

包头铁道职业技术学院 内蒙古包头市 014060

1 车辆空调系统简介

车辆空调装置是铁道车辆与城轨车辆都必须安装的设施。车辆空调的制冷原理与一般的空调没有差别，但是，因为它是安装在车辆上，所以，具备以下特征：首先它的安装场所需要的安装空间、使用的电源都受到严格的限制；其次，制冷能力比一般的楼房用空调要大得多。

1.1 安装场所与空间

1.1.1 地板下安装

为了增加车辆车厢内的使用空间，车辆电力设备通常安装在顶部以及地板下，空调装置的结构会随着它自身所处位置的不同而有很大区别，车辆地板下放置空调装置，可以使车辆的重心下移，为车辆高速化的实现提供了更多的保障，例如日本新干线上的车辆空调装置就采用了这种安装方法，但是这种安装方法也有缺点，它必须安装送风机及铺设相应的管道来将经过调节的气体送到车辆室内顶部。同时，牵引辅助电源等装置也被安装在地板下方，这些装置都会占用一定的空间，所以如何合理的安排空调的安装位置，是一个需要考虑的问题。

1.1.2 车顶上安装

将空调装置置于车顶上方的安装方式，可以使得空调管道简化，工人安装过程也更为简化，使得车辆的小型化，轻量化成为可能。但是车辆车顶部不能超过车辆限界，它自身的安装空间受到制约，同时这种安装方式会提高车辆的重心，不满足车辆高速化的要求。

1.1.3 分体式安装

分体式空调也叫分装式空调，它包括室内机和室外机两部分，在车辆地板下安装的是室外机，安装在车顶部或者室内的是室外机。

1.2 车辆空调装置使用环境

R12 这种中温制冷剂是车辆空调最早采用的制冷剂，但是这种制冷剂对大气臭氧层有严重的破坏作用，同时会产生温室效应，所以目前已经受到限制与禁用。R22 是车辆空调发展中期所采用的中温制冷剂，R22 广泛应用于冷藏，空调，低温设备，它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，所以是R12 的近期，过渡性替代制冷剂。而目前最常使用的是R407C 这种三元非共沸混合制冷剂。

铁道车辆空调需要进行空气调节的空间的特点有，在狭小密闭的环境内有很多的乘客，由于人数较大，导致人体热负荷加大，同时由于制造车辆外壳的材料是金属，金属材料在太阳照射下有严重的吸热现象，导致车辆空调的最大制冷量比建筑用空调要高。

在同样的空间内，乘客数量的多少影响着空调负荷，不同季节的不同温度也对空调负荷有着影响，需要根据不同的情况对温度，湿度进行调整。

1.3 车辆空调装置的控制系统

车辆空调装置的控制系统的作用是控制压缩机的工作情况，将车内温度，湿度达到乘客能够感觉到舒适的程度，车辆空调装置的控制系统最开始是利用继电器进行控制的，随着日趋成熟的计算机技术的应用，车辆用控制系统得到了显著的发展，之后温控传感器，辐射传感器、外温传感器等各种不同的传感器被安装在车辆上，计算机对各种经由传感器收集到的数据，进行处理分析，继而对空调装置进行控制，使得乘客的舒适性得以进一步提高。

2 车辆空调系统的组成

车辆空调系统的作用是将车外清新的空气送入客室内，新鲜空气与客室内空气混合，经过过滤，降温或者加热，降低湿度，增加湿度等一系列处理之后，把部分浑浊的空气排出客室外面，将车内的温度，湿度，洁净度等相关指标控制在合理范围内，为乘客提供舒适的乘坐环境。

2.1 通风系统

车辆客室内的空气质量和气流组织决定着乘客的乘坐体验，还与乘客的身体健康密切相关。通风系统可以将车外清新的空气运送到客室内，并与车内经过多次循环过滤的空气进行混合，在去除掉灰尘后，运送到客室内，同时将车外浑浊的空气排出车外，这一系列工作可以将客室内的空气的清洁度，车内空气的流动速度等参数保持在合理的范围内。

通风系统是车辆空调装置的重要组成部分，其通风量的计算是将新鲜空气与多次循环空气量进行相加，空调机组具有可以进行自动调节的新风口和回风口。

2.2 空气冷却系统

制冷系统可以将车内的空气的湿度降低，温度降低，将客室内空气的温度与相对湿度控制在合理的范围内。为了使制冷系统在工作时，兼顾安全性，高效性，制冷系统不仅具有压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置，还具有储液器、干燥过滤器、气液分离器等其他具有辅助功能的设备。

空气冷却系统通常集中在空调机组内，为单元式机组装置。目前，国内城轨交通车辆多用的是单冷式空调机组。

2.3 空气加热系统

空气加热系统是对客室内空气进行加热的设备。

2.3.1 电加热

电加热是利用空调机组中的电加热器对新风加热，再将车内的高温空气与其混合来进行温度的控制的方法。一般布置在座椅下或车内侧墙上，如某地铁2 号线的电加热器就安装在座椅下。

2.3.2 热泵制热

其原理是变化蒸发器和冷凝器后的制热作用来实现的，热泵制热可以增加机组的利用率，这种制热方式被广泛使用在南方地区。

2.4 空气加（减）湿系统

使用空气加（减）湿系统可以控制客室内的空气湿度值，这个参数直接决定着乘客的乘坐舒适度，当客室内相对湿度较大时，乘客会有闷热的感觉，当客室内相对湿度较小时，乘客会有干燥的感觉，按照卫生标准和相关要求，相对湿度应控制在40%～70%之间。

2.5 自动控制系统

自动控制系统可以控制通风、制冷或采暖系统的启停，为空调机组的顺利运行保驾护航。

空调控制系统一般采用计算机控制方式，其具备四种不同的工作情况：手动、自动、通风和停止。具备多列车集中控制和本节车厢单独控制的功能，可以通过机车司机室内的显示器对温度进行调节，也可以本车单独调节，在空调机组处于手动工况时，可以按照每个车厢的温度控制器所调定的温度来对车厢内的温度进行调节，在空调机组处于自动工况时，可以根据外部的温度自动的对车厢内的温度进行调节。

现在，我国城轨车辆空调控制系统多使用微处理器的控制系统，主要设备有本车空调控制柜、司机控制屏以及它们之间连接的通信设备。

3 铁道车辆空调装置检修与维护课程一体化教学改革分析

3.1 该课程的现状与存在问题分析

3.1.1 现状分析

车辆空调装置检修与维护是包头铁道职业技术学院铁道车辆技术专业的一门专业核心课程，车辆空气调节的能力是车辆前沿技术发展的重要体现，也是一项至关重要的技术。车辆空调装置是一个多专业综合性产品，技术复杂，车辆空调装置的正确安装，使用，维护和管理是车辆运用与检修人员的一项基本的，重要的工作。该课程是一门实践性较强的课程，易于开展一体化教学，但在实际教学过程中还存在问题。具体如下：

（1）学生不喜欢长时间在教室里听理论课程。包头铁道职业技术学院属于高职院校，大多数学生动手能力强，但是不喜欢复杂的理论知识推导。所以在课程的设置上，应该注重实践，淡化公式推导。

（2）良好的“教、学、做一体化”师资力量。我团队拥有多位有丰富车辆空调装置检修与维护教学经验的优秀教师。包括具有副教授职称的教师一人，具有讲师职称的教师五人，这六位教师都具有多年的一线教学经验，理论与实践经验丰富，适宜进行教、学、做一体化教学改革。

（3）良好的“教、学、做一体化”教学环境。“客车电气与空调实训室”拥有“KLD40型客车空调机组”1 台，冷凝器，压缩机等设备，可同时满足学生“边理解、边动手操作”的需求。学生可以在教师讲解完课程内容后，在实训室进行相关的项目操作练习，加深对学习内容的理解。

3.1.2 存在问题

本课程是一门实践性很强的课程，不宜采用传统的教学方法。而且现有教材包含的知识点不能满足现场需求，应根据本专业课程的特点，结合铁路对空调机组的现场维护要求，提出建设可以进行一体化教学的配套教材。

3.2 改革的目标分析

3.2.1 目标分析

（1）形成一套比较有效的教学方法。对课程设置、教学方法、学生组织、任务考核等教学过程进行重新布局、采用项目式，模块化教学，以任务为导向，从而提高学生学习兴趣，达到使学生获得车辆空调系统调试操作检修的职业能力和职业素养，在这个过程中，可使用“兴趣教学法”、“任务驱动法”、“案例教学法”、“分组讨论法”和“现场教学法”等教学方法。

（2）在教、学、做一体化教学改革中结合具体需求进行校内教材的研发，该校内教材需要兼顾实用性和职业素养的培养，不能单纯的进行职业技能的操作而忽视职业能力的培养，同时该教材还应将车辆空调新技术的发展等行业前沿内容进行相应篇幅的介绍，培养学生关注行业动态的意识，教材中的活动设计要有较强的可操作性，既要结合专业，又要富有新意，可以采用活页教材的教材制作形式。

3.2.2 关键问题

（1）结合铁道车辆空调维修现场工作要求，进行项目式教学的教材编写工作，将在实践中学习，充分融合理论与实践，体现职业教学注重动手实践能力的培养的办学特色，切实提高教师教学的效果。

（2）保证遵循“教、学、做一体化”职业能力培养的过程，以本专业真实工作现场任务及其工作过程为依据整合、优化教学内容，科学设计工作任务，实现“在做中教，在做中学”的教、学、做一体化教学模式。在教师教学过程中，充分贯穿教、学、做一体化的教学思想。

（3）要建立全新的考核体系、按照“构思—设计—实施—评价”的工作过程安排教学，做到“项目→任务→活动→教、学、做一体化”正确对待学生的能力形成、能力发展的科学过程，对学生成绩的评定更加多维，更加客观。

3.3 课程改革设计方案

3.3.1 课程设计理念与思路要实现教育思想的三个改变

（1）从以教师的传授课本知识为主要课堂内容的模式，转变为以学生能力培养为主要的课堂模式。

（2）从以教学重点是设计计算转变为提高学生技术使用的能力的培养，把解决工作中遇到的实际问题的能力的培养树立为教学的重点和难点。

3.3.2 整体设计方案把握以下原则

（1）基础理论的学习应该多理解概念，以应用性构建理论教学内容体系，删除陈旧、重复的知识块，减少公式推导和运算技巧等方面的内容，增加应用性知识；

（2）教学的目的是掌握被投入达到工作现场使用的技术为主。

（3）加大实践教学比重，从过去的10%增大到现在的60%左右。

3.3.3 在课堂教学活动设计上要改革教学方法、手段

改革理论教学内容，对课程进行综合化与模块化改革。制作虚拟制冷元器件、制冷循环系统运行原理仿真图、动态电子教案等，这些素材可以便于多媒体教学、网络教学的开展。

3.3.4 改革课程考核方法，利用计算机及设备进行成绩评价

根据学生的特长及以后所要从事的工作，合理调配，尽量做到使学生能结合专业发挥其特长，从而为更好地适应工作岗位打下基础。

3.4 教学环境与教学条件支持

3.4.1 良好的“教、学、做一体化”师资力量

我团队拥有多位有多年教学经验的教师。

3.4.2 良好的“教、学、做一体化”教学环境

“客车电气与空调实训室”拥有“KLD40型客车空调机组”1 台，冷凝器，压缩机等设备可同时满足学生“边理解、边动手”的需求。

3.4.3 网络教学环境及资源

我院拥有多个多媒体教室、机房、移动投影设备，为实施本课程教学提供基础保障。同时我专业《客车电气装置》课程已经实现了教学做一体化改革，为《车辆空调装置检修与维护》一体化改革提供一定的支持。

3.5 教学手段与方法改革

（1）根据本专业工作现场专业项目能力要求将学习过程项目化，学习项目生产化。教会学生利用已经学到的知识去解决在工作中可能遇到的具体问题，增强学生处理实际问题的能力。

（2）通过实验、实习等教学环节的设计，让学生感受到工作现场需要完成的任务。

（3）在教师示范教学的过程中，教师针对教学内容中包含的知识点，技能点提出问题，学生通过小组讨论学习的方式，得到问题的答案，教师再针对具体的案例进行分析，分析学生答案的正确与否，在这一系列的教学过程中，增强了学生学习的兴趣。教师只是示范、引导、启发。

（4）在进行现场教学、实习时，让学生分成实习小组进行分工协作，共同完成实习任务。使学生既巩固了知识，又培养了团队意识和协作能力。

（5）在学生实训的过程中，将学生分为不同的小组，在小组之间开展技能比赛，在竞争的氛围中强化学生的学习热情，比赛的成绩作为学生实训成绩的一部分，鼓励学生增加自身的团队合作能力。

（6）教师将教学内容分成多个模块化的教学项目，每个小模块又包含多个教学任务，按照任务驱动学生学习。

（7）在模块化的教学过程中鼓励学生自主学习，学生是学习的主体，教师是引导者。

3.6 相关教学文件及教材建设

3.6.1 教学计划与标准

在原有的教学计划、教学大纲基础上，通过与企业的不断沟通，征求教学指导委员会的意见和建议，不断改进、完善和补充新的内容，形成完备的人才培养方案和课程标准。

3.6.2 教材

加快教材建设，在原有的《车辆空调装置检修与维护》教材的基础上，推陈出新，在修订中按照人才培养的要求，突出人才培养模式和课程特色，打造出工学结合适合铁道车辆技术专业的《车辆空调装置检修与维护》一体化教材。

3.6.3 教学设备

继续引进或开发更多先进的教学软件，以辅助教学，适应行业技术发展，以便于制定下一步课程改革安排。

3.6.4 配套教材开发

2021年7月-2022年7月

（1）特色。

①特色鲜明、结构合理。适用于应用型高等技术人才培养：利于基础理论知识的掌握、可以更大程度上提高学生对专业知识的掌握程度，提高学生增和素养。

②在实验实训的设计上，降低演示性实验所占的比例，提高综合性实验的比例，在实验的教学过程中，要重视实验的验证过程，教会学生该实验实训的操作方法，教会学生所应用到的仪器的使用方法。

③除实验教学、生产实习外，还可为师生进行车辆空调装置技术领域新技术的研究提供良好的平台。

（2）创新点。

①学习内容与工作现场相结合的教学模式的运行，保证在校学习的知识与实际工作中运用的知识具有的一致性。

②教师示范教学，可以提高学生的岗位适应能力。

(3)推广应用价值。

①教学做一体化改革可以增强学生对今后所面对的岗位的适应程度。

②以就业为目标，以提升岗位职业素养为目标，突出实用性、实践性和开放性；

③资源共享，利用率高。不仅适用于铁道车辆技术专业，同时还适用于城市轨道交通车辆技术专业，铁道机车车辆制造专业。可针对上述专业的相关课程开设实验、实习、实训。