案例教學(xué)法在《汽車可靠性工程》課堂教學(xué)中的應(yīng)用

鄭光澤 姚英

摘 要

培養(yǎng)工程實(shí)踐能力是專業(yè)學(xué)位碩士研究生課程教學(xué)的重點(diǎn)。本文基于案例教學(xué)方法實(shí)施原則和《汽車可靠性工程》課程教學(xué)目標(biāo)要求，介紹了《汽車可靠性工程》案例教學(xué)的案例設(shè)計(jì)、教學(xué)組織和實(shí)施效果，基于實(shí)踐過(guò)程總結(jié)分析了案例教學(xué)的內(nèi)容難度、分析深度和局限性。通過(guò)案例教學(xué)，改變了課程理論性強(qiáng)，脫離工程實(shí)踐的教學(xué)困境，形成了理論聯(lián)系實(shí)踐的教學(xué)特點(diǎn)，提升了專業(yè)學(xué)位碩士研究生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果。

關(guān)鍵詞

案例教學(xué);專業(yè)學(xué)位;研究生;工程實(shí)踐

中圖分類號(hào)： G643 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 11

0 引言

專業(yè)學(xué)位碩士研究生定位于“掌握某一專業(yè)領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和寬廣的專業(yè)知識(shí)、具有較強(qiáng)的解決實(shí)際問(wèn)題的能力，能夠承擔(dān)專業(yè)技術(shù)或管理工作、具有良好職業(yè)素養(yǎng)的高層次應(yīng)用型專門(mén)人才”。采用“二元制”培養(yǎng)實(shí)踐能力成為專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)工作的核心，也成了評(píng)價(jià)研究生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。葛平淑等[1]研究并實(shí)踐了面向工程應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)的人才培養(yǎng)方案，王旭飛等[2]綜合考慮國(guó)家政策、區(qū)域特點(diǎn)和學(xué)校實(shí)際，提出了車輛工程學(xué)科課程體系的構(gòu)建思路、方法和結(jié)果。

案例教學(xué)法作為一種基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的探索性教學(xué)模式，對(duì)提高專業(yè)學(xué)位碩士研究生綜合知識(shí)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力有著重要意義。案例教學(xué)法是根據(jù)教學(xué)目的要求，將已發(fā)生或?qū)?lái)可能發(fā)生的問(wèn)題作為案例，組織學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行調(diào)查、閱讀分析、討論交流的研究活動(dòng)，提出各種解決問(wèn)題的方案，并對(duì)之進(jìn)行論證說(shuō)明，促使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解，從而提高其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。鄭玲等[3]以《汽車控制理論》課程為例，探索了案例教學(xué)在車輛工程全日制工程碩士培養(yǎng)中的創(chuàng)新實(shí)踐，并總結(jié)了案例教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。劉曉晶等[4]提出了案例教學(xué)法實(shí)施組織應(yīng)注意的案例典型性、條件設(shè)計(jì)合理性、反面案例恰當(dāng)性問(wèn)題。

本文面向車輛工程專業(yè)學(xué)位碩士研究生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)要求，結(jié)合《汽車可靠性工程》課程教學(xué)目標(biāo)，開(kāi)發(fā)了教學(xué)案例并實(shí)施，討論案例教學(xué)過(guò)程的一些原則、方法、不足和效果。

1 課程教學(xué)目標(biāo)與案例教學(xué)的實(shí)施原則

1.1 課程教學(xué)目標(biāo)

《汽車可靠性工程》是重慶理工大學(xué)車輛工程專業(yè)學(xué)位碩士研究生的專業(yè)學(xué)位課程，先修課程包括概率及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、材料力學(xué)、互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)、汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計(jì)等。課程教學(xué)內(nèi)容由汽車可靠性工程概論、可靠性基本概念、可靠性數(shù)學(xué)、汽車零部件可靠性設(shè)計(jì)、汽車產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性制造與工廠的可靠性工作等組成。

通過(guò)課程教學(xué)，使學(xué)生具備以下能力：（1）了解質(zhì)量與可靠性的關(guān)系，掌握可靠性的基本概念、計(jì)算方法等方面的基本知識(shí);（2）掌握FMEA、FTA、SPC等可靠性分析方法、質(zhì)量控制方法，具備結(jié)合汽車零部件可靠性設(shè)計(jì)開(kāi)展設(shè)計(jì)分析與過(guò)程控制實(shí)踐的能力;（3）建立工廠可靠性管理的基本概念，了解汽車零部件及整車產(chǎn)品可靠性管控方法;（4）具備開(kāi)展汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本能力，掌握汽車零部件、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)方法，以及應(yīng)用可靠性設(shè)計(jì)分析工具開(kāi)展汽車可靠性增長(zhǎng)的能力。

1.2 案例教學(xué)的實(shí)施原則

案例教學(xué)與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，存在教學(xué)過(guò)程的主題與溝通方式、學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和參與程度等不同，因此要開(kāi)展好案例教學(xué)，在案例教學(xué)的實(shí)施過(guò)程必須要遵循原則：（1）啟發(fā)和誘導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考的原則;（2）尊重學(xué)生創(chuàng)見(jiàn)的原則;（3）學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)方式、小組討論方式、全班辯論方式等多種教學(xué)方式的綜合原則;（4）案例素材的選擇、案例的情景描述、案例的深入分析、案例的審視以及歸納總結(jié)等基本教學(xué)環(huán)節(jié)精心設(shè)計(jì)原則。

2 案例教學(xué)實(shí)施

傳統(tǒng)的《汽車可靠性工程》的課程教學(xué)，由于相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)理論性強(qiáng)，且基于概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)展開(kāi)，導(dǎo)致學(xué)生理解困難，課程教學(xué)效果一般。根據(jù)《汽車可靠性工程》教學(xué)內(nèi)容安排和教學(xué)目標(biāo)要求，結(jié)合可靠性基本概念和可靠性數(shù)學(xué)撰寫(xiě)了“變速器齒輪軸加工尺寸統(tǒng)計(jì)分析”，基于汽車零部件可靠性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了“汽車傳動(dòng)軸強(qiáng)度可靠性開(kāi)發(fā)”，面向質(zhì)量與可靠性、可靠性數(shù)學(xué)、工廠的可靠性工作等教學(xué)內(nèi)容策劃了“發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)裝配質(zhì)量分析”等教學(xué)案例。鑒于文章篇幅，本論文僅以“發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)裝配質(zhì)量分析”為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明案例教學(xué)的設(shè)計(jì)與教學(xué)組織。

2.1 案例設(shè)計(jì)

2.1.1 案例說(shuō)明

某發(fā)動(dòng)機(jī)工廠生產(chǎn)的一款發(fā)動(dòng)機(jī)，搭載整車以后有一定數(shù)量的客戶反映氣門(mén)噪聲大。該問(wèn)題反饋到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)部門(mén)，設(shè)計(jì)部門(mén)根據(jù)問(wèn)題歸屬責(zé)成NVH部門(mén)摸排問(wèn)題原因。

負(fù)責(zé)該問(wèn)題整改的NVH工程師開(kāi)展如下工作：（1）復(fù)查了產(chǎn)品定型的相關(guān)設(shè)計(jì)分析報(bào)告及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)論顯示發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)噪聲滿足開(kāi)發(fā)要求。（2）召回針對(duì)客戶反映強(qiáng)烈的汽車，進(jìn)行整車NVH實(shí)驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)噪聲超標(biāo)。（3）基于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)線下線檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)部分在線生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)噪聲超標(biāo)。由此，可以確定氣門(mén)噪聲超標(biāo)一定概率存在。由于氣門(mén)噪聲與氣門(mén)間隙密切相關(guān)，基本確定氣門(mén)噪聲小概率存在的原因是氣門(mén)加工/裝配超差。

基于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)圖紙，明確發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣氣門(mén)間隙的設(shè)計(jì)值為0.19±0.03mm，排氣氣門(mén)間隙的設(shè)計(jì)值為0.29±0.3mm?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)裝配臺(tái)架測(cè)試氣門(mén)間隙，收集245臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)間隙數(shù)據(jù)（具體數(shù)據(jù)由于篇幅原因省略）。

基于該問(wèn)題的排查過(guò)程及相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容圍繞以下幾點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)討論：（1）工程師解決問(wèn)題的思路和措施的合理性;（2）氣門(mén)間隙的測(cè)量方法及誤差原因;（3）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求和測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行氣門(mén)質(zhì)量分析;（4）保障氣門(mén)裝配質(zhì)量的措施。

2.1.2 教學(xué)組織

根據(jù)案例教學(xué)的實(shí)施原則和具體的學(xué)生專業(yè)背景情況，在實(shí)施案例教學(xué)時(shí)重點(diǎn)注意采用幾點(diǎn)措施，以保證教學(xué)質(zhì)量。（1）知識(shí)準(zhǔn)備：梳理案例分析可能用到的本課程教學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)，提供相關(guān)文獻(xiàn)資料目錄;（2）團(tuán)隊(duì)建立：采用小組討論、班級(jí)答辯的方式組織實(shí)施案例教學(xué)，每個(gè)小組3-4人，設(shè)立小組負(fù)責(zé)人;（3）時(shí)間保證：案例發(fā)布到答辯的時(shí)間為2周;（4）全員參與：明確小組人員工作內(nèi)容及隨機(jī)確定答辯人的制度;（5）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：評(píng)價(jià)學(xué)生在案例分析時(shí)表現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用、工程意識(shí)、團(tuán)隊(duì)意識(shí)和基于工程的語(yǔ)言表達(dá)和交流能力;（6）教師作用：案例說(shuō)明、知識(shí)點(diǎn)答疑、歸納總結(jié)。

2.1.3 教學(xué)效果

通過(guò)本案例教學(xué)，學(xué)生了解了氣門(mén)間隙的測(cè)量方法，氣門(mén)間隙裝配誤差產(chǎn)生原因及測(cè)量誤差的原因;基本掌握本案例所涉及的統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)均值、極值、標(biāo)準(zhǔn)差、3σ法則、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制SPC等知識(shí)點(diǎn)及其在工程中的應(yīng)用;產(chǎn)品加工質(zhì)量及工序能力的控制方法;加深理解了工程實(shí)踐中的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的邏輯過(guò)程及其具體應(yīng)用;基本具備了基于工程的交流能力。

在本案例中涉及的統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本概念均值、極值、標(biāo)準(zhǔn)差等，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，一般會(huì)基于公式進(jìn)行講解說(shuō)明，但很難與工程現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)。在案例分析時(shí)，針對(duì)245組數(shù)據(jù)，采用分組法分成45組，每組5個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，然后統(tǒng)計(jì)分析每組隨機(jī)數(shù)據(jù)的均值、極值和標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，應(yīng)用3σ法則對(duì)氣門(mén)間隙裝配質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行分析。根據(jù)3σ法則確定的均值、極值的控制標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)現(xiàn)氣門(mén)間隙的裝配質(zhì)量的確存在超差的情況，說(shuō)明裝配質(zhì)量不穩(wěn)定。

根據(jù)氣門(mén)間隙的設(shè)計(jì)值及其公差范圍，構(gòu)建工序能力分析圖，計(jì)算工序能力指數(shù)Cp或Cpk。按照±0.03mm帶寬控制氣門(mén)間隙標(biāo)準(zhǔn)，其Cp值在0.87～1.20之間，Cpk值在0.57～1.05之間，得出氣門(mén)裝配系統(tǒng)尚未完全穩(wěn)定，隨機(jī)因素對(duì)工序運(yùn)行能力有一定影響的結(jié)論。

3 案例教學(xué)反思

案例教學(xué)對(duì)于提高全日制專業(yè)學(xué)位碩士研究生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果具有重要作用，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中學(xué)生的參與情況和完成情況整體較好。在組織實(shí)施案例教學(xué)過(guò)程中，如下3點(diǎn)總結(jié)對(duì)于完善案例教學(xué)組織實(shí)施，提升課程整體教學(xué)效果具有重要作用。

3.1 案例教學(xué)的內(nèi)容難度

由于《汽車可靠性工程》涉及的知識(shí)面很廣，基于案例教學(xué)法開(kāi)展課程教學(xué)，要使學(xué)生很好地理解汽車零部件及產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)方法，不僅需要具備相關(guān)的理論知識(shí)，還需要有一定的計(jì)算機(jī)軟件能力，而這部分能力因人而異，參差不同。因此，案例教學(xué)過(guò)程中需要準(zhǔn)備一些計(jì)算軟件和工具軟件，并輔以詳細(xì)操作說(shuō)明，使學(xué)生能夠盡快熟悉應(yīng)用軟件、工具進(jìn)行必要的計(jì)算分析，適當(dāng)降低案例分析的計(jì)算難度，重點(diǎn)進(jìn)行建模、分析，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和工程應(yīng)用。

3.2 案例教學(xué)的分析深度

設(shè)計(jì)系列的問(wèn)題、引出問(wèn)題、通過(guò)分析討論獲得正確的認(rèn)識(shí)或結(jié)果，是案例教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)案例說(shuō)明，分析案例的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐相結(jié)合的相關(guān)問(wèn)題，并準(zhǔn)備相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和問(wèn)題的文獻(xiàn)資料參考目錄供學(xué)生學(xué)習(xí)。為能夠深入分析案例，保證討論的參與度，采取了案例預(yù)答辯制度對(duì)案例答辯的提問(wèn)方式、交流方式以及學(xué)生和教師互動(dòng)環(huán)節(jié)等進(jìn)行提前準(zhǔn)備，保證了案例教學(xué)分析的深度，提升了對(duì)解決問(wèn)題方法和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

3.3 案例教學(xué)的局限性

通過(guò)案例教學(xué)在《汽車可靠性工程》課程教學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)案例教學(xué)也存在效率不高、知識(shí)點(diǎn)碎片化的局限性。由于案例的情景描述、問(wèn)題分析總結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致案例教學(xué)的效率較低。涉及的知識(shí)點(diǎn)比較多，所以在提供資料時(shí)難免出現(xiàn)零散概括知識(shí)點(diǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)不夠系統(tǒng)。為此，在案例教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格把握工程問(wèn)題的邊界，及時(shí)梳理知識(shí)點(diǎn)，做好歸納總結(jié)，切實(shí)提升專業(yè)學(xué)位碩士研究生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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