非工科院校“汽車構(gòu)造”課程教學改革的研究與實踐

李 丹，蔣 強，李 敏，何都益

(樂山師范學院 a.電子與材料工程學院；b.圖書館、檔案館，四川 樂山 614000)

0 引言

“汽車構(gòu)造”是汽車相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，是集理論性和高操作性于一體的應(yīng)用型課程，是汽車理論、汽車設(shè)計、汽車診斷與維修等后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。如何上好這門課程，如何讓學生學懂這門課程成了汽車專業(yè)教師們共同努力的目標。張學艷[1]等提出應(yīng)對陳舊繁雜的內(nèi)容進行刪減，并利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以任務(wù)為驅(qū)動進行教學。盧玫[2]認為采用小班化教學，增加實訓課時，配備高級實驗師，同時增加實訓組數(shù)有利于教學效果的提高。劉海軍[3]等提出教學內(nèi)容模塊化，將理論授課、專業(yè)實踐和考核集中于一個模塊完成。杜波[4]等人則將“翻轉(zhuǎn)課堂”應(yīng)用到底盤構(gòu)造的教學中，取得了一定的成效。但這些研究都是在其學校是理工科并且汽車教學相關(guān)配套非常完善的基礎(chǔ)上進行的。

2015年教育部發(fā)布教發(fā)(2015)7號文件[5]，旨在引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。樂山師范學院積極響應(yīng)國家號召，在發(fā)展好，發(fā)展強師范專業(yè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其下屬的理工科學院專業(yè)優(yōu)勢，增設(shè)多個應(yīng)用型專業(yè)。其中汽車服務(wù)工程專業(yè)于2016年在電子與材料工程學院成立，并正式招生。“汽車構(gòu)造”作為該專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，開設(shè)在大二學年，分上下學期進行。上學期主要講授汽車構(gòu)造之發(fā)動機篇，下學期則主攻汽車底盤部分。筆者在三輪“汽車構(gòu)造”的教學過程中發(fā)現(xiàn)：非工科院校(師范類學校)的汽車構(gòu)造課程推進比理工科學校更難。如何利用現(xiàn)有資源，獲得最大的教學效果是本文研究的目標。

1 非工科院校汽車構(gòu)造教學現(xiàn)狀

1.1 學生來源現(xiàn)狀

自2016年開設(shè)汽車服務(wù)工程專業(yè)以來，已招收3屆該專業(yè)學生，每個專業(yè)一個班，每屆人數(shù)不超過40人，第一志愿報考該專業(yè)的比例逐年下滑，到2018年級只有7%(見表1)。這說明絕大部分學生是從其他如英語、會計、小學教育等文科專業(yè)調(diào)配過來，本身可能對該專業(yè)不太了解也不太感興趣。然而興趣是最好的老師，學生學習興趣低很大程度上會一開始就抵觸該專業(yè)的相關(guān)課程，學習效率也會大打折扣。加之讀師范院校的多為女生，即使是理科學院下屬的專業(yè)，男女比例也不到40%(見表1)，這就對汽車構(gòu)造的實踐課造成很大困難。汽車零部件多、復(fù)雜、笨重，對女生來說拆裝存在很大難度，進而影響其實驗實訓效果，學生成就感低就進一步打擊了他們學習該課程的興趣，如此循環(huán)必將影響該門課程的教學效果。

表1 汽車服務(wù)工程專業(yè)學生來源

年級總?cè)藬?shù)第一志愿比例男女比例2018級297%38%

1.2 師資及實驗室配套現(xiàn)狀

汽車專業(yè)是實踐性和操作性極強的專業(yè)，需要很多實驗實訓設(shè)備及場地作為學生訓練和實踐學習的載體，才能收到較好的學習效果[6-8]。作為地方普通本科師范類高校，受經(jīng)費和場地的限制，即使目前學校已經(jīng)投入汽車服務(wù)工程專業(yè)實驗室建設(shè)經(jīng)費100多萬，后續(xù)要不斷完善和維護的經(jīng)費也是巨大的，加之新專業(yè)專任教師和有經(jīng)驗的實驗教師的缺乏，實驗實訓課程的開展及理論學習的效果受到一定程度的影響。通過對三個年級的104名學生進行“汽車構(gòu)造教學和汽服專業(yè)建設(shè)意見”的調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)(采用問卷星調(diào)查，發(fā)出104份，收回98份，有效98份)，有近85%的學生希望增加實訓課時和多引進實驗設(shè)備，加大實踐操作；78%的學生希望多引進實驗教師。

1.3 課程內(nèi)容及教學方法的現(xiàn)狀

汽車一般約有1萬個不可拆解的獨立零部件，F(xiàn)1賽車的獨立零部件數(shù)量可以達到2萬個之多[9]。汽車構(gòu)造則是專門學習汽車結(jié)構(gòu)與原理的課程，其涉及的內(nèi)容廣泛，理論復(fù)雜，多學科交叉。學生如果沒有理工科思維基礎(chǔ)及基本的識圖、讀圖能力，按照一般的講授法很難使學生聽懂老師的授課內(nèi)容。隨著汽車新技術(shù)不斷發(fā)展，智能汽車、新能源汽車、超輕材料汽車成為研究熱點，傳統(tǒng)汽車構(gòu)造教材內(nèi)容更新不及時，致使學生學到的知識無法與企業(yè)要求接軌。即使是最經(jīng)典、應(yīng)用最廣泛的吉林大學陳家瑞主編的第3版《汽車構(gòu)造》(上、下冊)教材也仍保留有如化油器式發(fā)動機這樣已經(jīng)被基本淘汰的發(fā)動機技術(shù)知識，而新的汽車技術(shù)則涉及較少。2020屆汽服專業(yè)畢業(yè)生表示，在考研和就業(yè)過程中，高校和企業(yè)都更傾向招收有新汽車技術(shù)基礎(chǔ)或背景的學生。圖1是關(guān)于汽車構(gòu)造授課內(nèi)容存在哪些問題的調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)學生們普遍認為汽車構(gòu)造的內(nèi)容多、雜、難、舊，并表示書上的很多結(jié)構(gòu)圖看不懂且課時量不足。

圖1 汽車構(gòu)造授課內(nèi)容存在的問題

2 改革的具體措施

針對非工科學校女多男少、調(diào)劑生源比例遠大于第一志愿比例情況，學院開設(shè)了專業(yè)導(dǎo)論課并聘請汽車相關(guān)專家為學生們答疑解惑，增強他們對專業(yè)的認知和自信。就“汽車構(gòu)造”這門課程而言，筆者將從三輪的教學實踐出發(fā)，結(jié)合校賽、省賽經(jīng)驗，提出提高教學效果的具體措施。

2.1 多渠道的實踐教學

由于汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，汽車零部件結(jié)構(gòu)所涉及的原理又非常抽象，只單純依靠理論講解，無實物或?qū)嵨锬Ｐ?，學習會非?？菰镫y懂。此時實踐課程就起到了非常關(guān)鍵的輔助作用——化抽象為具體，化復(fù)雜為簡單。成功的實驗實訓可以在短時間內(nèi)給學生輸出大模塊的重要知識點，學生對知識點的理解也更深刻，近99%的學生認為拆裝實訓有助于理論學習，其中76.53%的學生認為有很大幫助(見圖2)。筆者在三輪教學過程中經(jīng)歷了三個階段：第一階段，受限于實驗設(shè)備儀器，主要以理論授課為主，輔以軟件模擬拆裝為輔；第二階段，在每章理論授課后加入集中的一次模擬拆裝和一次動手拆裝；第三階段，對于小零部件的結(jié)構(gòu)與原理采用教室內(nèi)邊拆邊講，對于零件組成的系統(tǒng)則沿用第二階段方法。學生普遍反映加入分散拆裝和集中實訓的方法更容易學懂、學透該門課程。即使是考題難度加大的情況下，期末考試的成績分數(shù)也在逐年提高。近88%的學生更傾向自己親自動手拆裝，而軟件模擬則可作為前期準備(見圖3)。從拆裝實訓的安排時機(見圖4)也可以看出學生更希望邊拆邊講即希望將實踐課與理論課統(tǒng)一起來，并且做到無縫銜接，而不是僅每章一次或者學期末的集中實訓，因此第三輪的授課效果是最好的。

但仔細分析學生掌握度和期末考試成績發(fā)現(xiàn)，提高的效果并不是跨越式的，究其原因還是實訓老師不足，設(shè)備儀器笨重難拆，實訓課時有限。當然學生懶惰心里如不想寫實訓報告也是原因之一，這也和圖5學生不想?yún)⒓訉嵱柕闹饕虻恼{(diào)查結(jié)果基本一致，怕累怕臟反而意外占比很少。為解決以上問題，建議：(a)和本市另兩所工科學校合作，利用他們已有的汽車實訓大樓做集中實訓，節(jié)省購買大型儀器設(shè)備經(jīng)費的同時還可以加強三校合作。(b)購買一些報廢且已分塊的汽車零部件，不僅便宜，拆裝不心疼，而且可以方便教師拿到教室邊拆邊講。(c)外聘實驗師，實驗師既可以是工科高校的教師也可以是車企里的工程師。(d)充分發(fā)揮汽車類校企合作單位在實踐課中的作用。(e)教師利用假期培訓實操向雙師型發(fā)展，這樣才能更有效地指導(dǎo)學生實踐。

圖2 拆裝實訓對理論學習的影響

圖3 實訓方式的選擇

圖4 拆裝實訓的安排時機

圖5 不想?yún)⒓訉嵱柕闹饕?/p>

2.2 精簡更新教學內(nèi)容

為更新教學內(nèi)容，在第二輪教學開始后，汽服專業(yè)采用的是吉林大學史文庫、姚為民主編的《汽車構(gòu)造》第六版，為“十二五”普通高等教學本科國家級規(guī)劃教材。其內(nèi)容刪減了已經(jīng)被淘汰的部分舊發(fā)動機知識如化油器，二沖程發(fā)動機，增加了汽車電子控制等部分內(nèi)容，配圖色彩和種類也更豐富。但在教學過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，書本內(nèi)容涵蓋較大(上下兩冊書共838頁，二十六章)，在課時有限的情況下，如果完全按照本書進行教學，學生的學習進度會非常快，知識點顯得多而雜，學生容易疲憊和模糊重點，因畏難情緒，后續(xù)學習勁頭持續(xù)下降。因此在教學中教師應(yīng)該非常清楚每個章節(jié)的重難點，以最簡單的例子講解最基礎(chǔ)的原理，挑重點且應(yīng)用廣的知識點講，次要的則可作為課后閱讀材料或科普材料供學生擴展。上冊發(fā)動機篇里的兩個大機構(gòu)、五大系統(tǒng)中往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的工作原理、曲柄連桿機構(gòu)的工作順序、配氣定時及氣門間隙、電控汽柴油燃油噴射系統(tǒng)應(yīng)該重點講解。起動系、潤滑系、點火系和冷卻系則可以精煉成起動路徑、潤滑路徑、點火路徑及冷卻路徑。其他發(fā)動機結(jié)構(gòu)里特別細的則可以適當省略。

機械原理和設(shè)計課程應(yīng)該提前開設(shè)，在教學過程中，學生普遍反映(約61.22%，見圖1)看不懂汽車結(jié)構(gòu)圖，即使有三維輔助，沒有機械原理基礎(chǔ)，學習理論也如空中樓閣?？佳袝r，機械原理和設(shè)計也是各大高校汽車專業(yè)的筆試和復(fù)試專業(yè)課。其次雖然增加了電控部分，但在這部分的授課中教師更應(yīng)側(cè)重電控原理和實施策略的講授，而不是具體的電路分析。一是學生沒有汽車電子的基礎(chǔ)，二是汽車的電路分析龐大復(fù)雜，也不是本門課程重點，在競賽中或科普中引入可能是最好的解決方法。最后壓縮的課時可以用以增加新能源汽車、電動汽車和智能控制的基本知識，這既是學生渴望也是市場要求。尤其是近兩年來各大車企大幅度降薪裁員，不招收或少招收傳統(tǒng)汽車專業(yè)的畢業(yè)生，轉(zhuǎn)而向計算機、車聯(lián)網(wǎng)、智能駕駛傾斜。從圖6也可以發(fā)現(xiàn)新能源汽車和智能控制技術(shù)是學生們最迫切希望學習的內(nèi)容，分別占到了81.63%和77.55%。

圖6 希望更新的學習內(nèi)容

2.3 多種教學方法融合

講授法結(jié)合多媒體教學已經(jīng)是汽車構(gòu)造教學的一大基本方法，在多媒體教學中插入豐富的圖片、視頻以降低課程抽象度是該課程教師們的基本共識。如何在此基礎(chǔ)上獲得更好的教學效果，本文進行了具體的探究和實踐。

首先經(jīng)過三輪實踐，邊拆邊講目前是進行汽車結(jié)構(gòu)學習最優(yōu)的方式，學生也普遍認為這種方法效果更好(見圖7)。而原理類的理論知識的講解則更需要教師應(yīng)用更多的教學技巧和方法。筆者于2018年獲校級教學競賽一等獎、第四屆四川省高校教師教學競賽優(yōu)秀獎，從競賽中學習和總結(jié)了教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)：以知識點的形式展開，將每個知識點壓縮在10～20分鐘內(nèi)，并將與之關(guān)聯(lián)的知識點串聯(lián)起來，利用案例分析和類比法可以非常生動形象，大大提高學生學習的興趣和效率。下面筆者就以對稱錐齒輪差速器的學習為例說明。

圖7 期望的汽車構(gòu)造課堂呈現(xiàn)形式

對稱錐齒輪差速器是驅(qū)動橋動力傳遞的最后一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)分析是基礎(chǔ)，差速原理是重難點。采用“實際現(xiàn)象引出問題—師生討論、交流—教師啟發(fā)性講解—形成結(jié)論—案例應(yīng)用分析”的步驟進行。首先以“摩托車隊伍整齊轉(zhuǎn)彎”的動圖(見圖8)，引入汽車為什么要使用差速器，即差速器的功用。接著播放差速器裝配視頻(見圖9)，講解差速器結(jié)構(gòu)組成。創(chuàng)設(shè)問題情境(觀察視頻中汽車在直行和轉(zhuǎn)彎時差速器工作狀態(tài)有什么不同，見圖10)引入差速器工作原理，通過受力分析(見圖11)引入差速器差速的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)彎時行星齒輪公轉(zhuǎn)的同時發(fā)生了自轉(zhuǎn)，最后通過速度分析得到轉(zhuǎn)彎時差速關(guān)系(見圖12)。此時理論講解結(jié)束，為加深知識理解和應(yīng)用，引入實際交通事故案例：購買不到1個月的某小型普通客車行駛至某高速公路(干瀝青路面)時，車輛突然“制動”失控側(cè)翻，造成車毀人亡(見圖13)。分析原因是由于主減速器內(nèi)一斷裂的螺帽導(dǎo)致差速器殼卡死無法轉(zhuǎn)動，利用差速公式2n0=n1+n2即n0=0，左右車輪將會等速反向轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致車輛出現(xiàn)突然制動，高速下甩尾側(cè)翻。差速器轉(zhuǎn)速特性知識點到此結(jié)束，最后留下課后問題“汽車陷入泥里的一側(cè)車輪高速空轉(zhuǎn)，而良好路面上的車輪卻靜止不動，且難以‘自拔’，該如何脫困？”(見圖15)為下一節(jié)差速器轉(zhuǎn)矩特性的講解打下基礎(chǔ)。整個知識點用時20分鐘，PPT共10頁，但所含的重難點全部涉及，并且以生動且具體的形式呈現(xiàn)，效果顯著。

圖8 類比導(dǎo)入

圖9 結(jié)構(gòu)分析

圖10 工作差異

圖11 受力分析

圖12 速度分析

圖13 事故案例

圖14 事故原因

圖15 課后問題

對于新的工藝，新技術(shù)的知識點則可采用研討式、項目啟發(fā)式、任務(wù)驅(qū)動式、翻轉(zhuǎn)課堂等以學生為主體，老師負責指導(dǎo)答疑的教學方法。這些方法可以充分調(diào)動學生學習的主動性，培養(yǎng)學生查閱資料、整理文獻、小組合作的能力，也會讓課堂更活躍，師生溝通交流更多。但這種方法不宜使用過多，如果教師沒有做好充分的統(tǒng)籌工作，學生又缺乏自律性和主動性，不僅課程推進困難，學生也會認為教師在變相偷懶，將課程任務(wù)重擔轉(zhuǎn)嫁給學生。從圖7也可以看出“翻轉(zhuǎn)課堂”并不太受歡迎，僅有不到10%的支持率。

2.4 充分利用學院優(yōu)勢

電子與材料工程學院的電子信息工程、材料科學與工程為“四川省卓越工程師教育計劃”試點專業(yè)和校級重點建設(shè)專業(yè)。汽車離不開電，將汽車的機械和本學院的電子信息結(jié)合，不僅可以充分發(fā)揮學院已有的專業(yè)優(yōu)勢，而且順應(yīng)了汽車往電子化、信息化、智能化發(fā)展趨勢。學院的材料科學專業(yè)科研涉及光伏材料、超輕材料、新能源尤其是動力電池方向則能很好的與汽車輕量化、汽車電動化相結(jié)合。電材學院連續(xù)八年承辦四川省大學生智能汽車比賽，獲國獎50余項，省獎300余項[10]。鼓勵學生積極加入智能汽車比賽，將已學的理論知識應(yīng)用起來的同時，擴展電控方面的知識。同時現(xiàn)有的工程能力訓練大賽和機器人大賽又可以使學生充分學習設(shè)計、制造、裝配等機械知識，訓練他們的動手能力。如果做到機械、電控、材料的完美融合必然有助于學生專業(yè)課程的學習和發(fā)展。

3 結(jié)語

非工科院校發(fā)展汽車專業(yè)面臨著生源、資金、設(shè)備、師資的困境，如何利用好現(xiàn)有資源上好汽車構(gòu)造課程是專任教師需要主動去解決的問題。實踐表明：在理論教學上，教師要在吃透課本的基礎(chǔ)上，量化知識點，用案例法、類比法、引導(dǎo)法去銜接汽車結(jié)構(gòu)與原理，并輔以拆裝動畫弱化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和抽象性。對最新的汽車技術(shù)則可以采用研討式、項目啟發(fā)式、任務(wù)驅(qū)動式、翻轉(zhuǎn)課堂等充分調(diào)動學生的主動性和積極性。在實踐教學上，教師應(yīng)主動向雙師雙能型發(fā)展，增強實訓指導(dǎo)能力，同時多采用邊拆邊講的方法。同其他工科高校開展合作，充分利用校企合作資源，充分發(fā)揮學院電子信息和材料專業(yè)優(yōu)勢，鼓勵學生積極參加學科競賽也是重要的實踐學習途徑。疫情下所引起的線上教學問題，及該門課程實訓如何在線上開展是今后可以繼續(xù)研究的課題。