非工科院校“汽車構造”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

“汽車構造”是汽車相關專業的核心基礎課，是集理論性和高操作性于一體的應用型課程，是汽車理論、汽車設計、汽車診斷與維修等后續專業課程的基礎。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教師們共同努力的目標。張學艷[1]等提出應對陳舊繁雜的內容進行刪減，并利用虛擬現實技術，以任務為驅動進行教學。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，同時增加實訓組數有利于教學效果的提高。劉海軍[3]等提出教學內容模塊化，將理論授課、專業實踐和考核集中于一個模塊完成。杜波[4]等人則將“翻轉課堂”應用到底盤構造的教學中，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配套非常完善的基礎上進行的。

2015年教育部發布教發(2015)7號文件[5]，旨在引導部分地方普通本科高校向應用型轉變。樂山師范學院積極響應國家號召，在發展好，發展強師范專業的基礎上，結合其下屬的理工科學院專業優勢，增設多個應用型專業。其中汽車服務工程專業于2016年在電子與材料工程學院成立，并正式招生。“汽車構造”作為該專業的核心專業基礎課，開設在大二學年，分上下學期進行。上學期主要講授汽車構造之發動機篇，下學期則主攻汽車底盤部分。筆者在三輪“汽車構造”的教學過程中發現：非工科院校(師范類學校)的汽車構造課程推進比理工科學校更難。如何利用現有資源，獲得最大的教學效果是本文研究的目標。

1 非工科院校汽車構造教學現狀

1.1 學生來源現狀

自2016年開設汽車服務工程專業以來，已招收3屆該專業學生，每個專業一個班，每屆人數不超過40人，第一志愿報考該專業的比例逐年下滑，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調配過來，本身可能對該專業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的相關課程，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，男女比例也不到40%(見表1)，這就對汽車構造的實踐課造成很大困難。汽車零部件多、復雜、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，如此循環必將影響該門課程的教學效果。

表1 汽車服務工程專業學生來源

年級總人數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狀

汽車專業是實踐性和操作性極強的專業，需要很多實驗實訓設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，受經費和場地的限制，即使目前學校已經投入汽車服務工程專業實驗室建設經費100多萬，后續要不斷完善和維護的經費也是巨大的，加之新專業專任教師和有經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“汽車構造教學和汽服專業建設意見”的調查問卷發現(采用問卷星調查，發出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 課程內容及教學方法的現狀

汽車一般約有1萬個不可拆解的獨立零部件，F1賽車的獨立零部件數量可以達到2萬個之多[9]。汽車構造則是專門學習汽車結構與原理的課程，其涉及的內容廣泛，理論復雜，多學科交叉。學生如果沒有理工科思維基礎及基本的識圖、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容。隨著汽車新技術不斷發展，智能汽車、新能源汽車、超輕材料汽車成為研究熱點，傳統汽車構造教材內容更新不及時，致使學生學到的知識無法與企業要求接軌。即使是最經典、應用最廣泛的吉林大學陳家瑞主編的第3版《汽車構造》(上、下冊)教材也仍保留有如化油器式發動機這樣已經被基本淘汰的發動機技術知識，而新的汽車技術則涉及較少。2020屆汽服專業畢業生表示，在考研和就業過程中，高校和企業都更傾向招收有新汽車技術基礎或背景的學生。圖1是關于汽車構造授課內容存在哪些問題的調查，可以發現學生們普遍認為汽車構造的內容多、雜、難、舊，并表示書上的很多結構圖看不懂且課時量不足。

圖1 汽車構造授課內容存在的問題

2 改革的具體措施

針對非工科學校女多男少、調劑生源比例遠大于第一志愿比例情況，學院開設了專業導論課并聘請汽車相關專家為學生們答疑解惑，增強他們對專業的認知和自信。就“汽車構造”這門課程而言，筆者將從三輪的教學實踐出發，結合校賽、省賽經驗，提出提高教學效果的具體措施。

2.1 多渠道的實踐教學

由于汽車結構復雜，汽車零部件結構所涉及的原理又非常抽象，只單純依靠理論講解，無實物或實物模型，學習會非常枯燥難懂。此時實踐課程就起到了非常關鍵的輔助作用——化抽象為具體，化復雜為簡單。成功的實驗實訓可以在短時間內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歷了三個階段：第一階段，受限于實驗設備儀器，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，對于小零部件的結構與原理采用教室內邊拆邊講，對于零件組成的系統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現，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學生不想參加實訓的主要原因的調查結果基本一致，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，節省購買大型儀器設備經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展，這樣才能更有效地指導學生實踐。

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 不想參加實訓的主要原因

2.2 精簡更新教學內容

為更新教學內容，在第二輪教學開始后，汽服專業采用的是吉林大學史文庫、姚為民主編的《汽車構造》第六版，為“十二五”普通高等教學本科國家級規劃教材。其內容刪減了已經被淘汰的部分舊發動機知識如化油器，二沖程發動機，增加了汽車電子控制等部分內容，配圖色彩和種類也更豐富。但在教學過程中，筆者發現，書本內容涵蓋較大(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，后續學習勁頭持續下降。因此在教學中教師應該非常清楚每個章節的重難點，以最簡單的例子講解最基礎的原理，挑重點且應用廣的知識點講，次要的則可作為課后閱讀材料或科普材料供學生擴展。上冊發動機篇里的兩個大機構、五大系統中往復活塞式內燃機的工作原理、曲柄連桿機構的工作順序、配氣定時及氣門間隙、電控汽柴油燃油噴射系統應該重點講解。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。其他發動機結構里特別細的則可以適當省略。

機械原理和設計課程應該提前開設，在教學過程中，學生普遍反映(約61.22%，見圖1)看不懂汽車結構圖，即使有三維輔助，沒有機械原理基礎，學習理論也如空中樓閣。考研時，機械原理和設計也是各大高校汽車專業的筆試和復試專業課。其次雖然增加了電控部分，但在這部分的授課中教師更應側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，二是汽車的電路分析龐大復雜，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汽車專業的畢業生，轉而向計算機、車聯網、智能駕駛傾斜。從圖6也可以發現新能源汽車和智能控制技術是學生們最迫切希望學習的內容，分別占到了81.63%和77.55%。

圖6 希望更新的學習內容

2.3 多種教學方法融合

講授法結合多媒體教學已經是汽車構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。

首先經過三輪實踐，邊拆邊講目前是進行汽車結構學習最優的方式，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秀獎，從競賽中學習和總結了教學經驗發現：以知識點的形式展開，將每個知識點壓縮在10～20分鐘內，并將與之關聯的知識點串聯起來，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 期望的汽車構造課堂呈現形式

對稱錐齒輪差速器是驅動橋動力傳遞的最后一個關鍵環節，其結構分析是基礎，差速原理是重難點。采用“實際現象引出問題—師生討論、交流—教師啟發性講解—形成結論—案例應用分析”的步驟進行。首先以“摩托車隊伍整齊轉彎”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)，講解差速器結構組成。創設問題情境(觀察視頻中汽車在直行和轉彎時差速器工作狀態有什么不同，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鍵是轉彎時行星齒輪公轉的同時發生了自轉，最后通過速度分析得到轉彎時差速關系(見圖12)。此時理論講解結束，為加深知識理解和應用，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”失控側翻，造成車毀人亡(見圖13)。分析原因是由于主減速器內一斷裂的螺帽導致差速器殼卡死無法轉動，利用差速公式2n0=n1+n2即n0=0，左右車輪將會等速反向轉動，導致車輛出現突然制動，高速下甩尾側翻。差速器轉速特性知識點到此結束，最后留下課后問題“汽車陷入泥里的一側車輪高速空轉，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)為下一節差速器轉矩特性的講解打下基礎。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，效果顯著。

圖8 類比導入

圖9 結構分析

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，新技術的知識點則可采用研討式、項目啟發式、任務驅動式、翻轉課堂等以學生為主體，老師負責指導答疑的教學方法。這些方法可以充分調動學生學習的主動性，培養學生查閱資料、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，將課程任務重擔轉嫁給學生。從圖7也可以看出“翻轉課堂”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”試點專業和校級重點建設專業。汽車離不開電，將汽車的機械和本學院的電子信息結合，不僅可以充分發揮學院已有的專業優勢，而且順應了汽車往電子化、信息化、智能化發展趨勢。學院的材料科學專業科研涉及光伏材料、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、汽車電動化相結合。電材學院連續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用起來的同時，擴展電控方面的知識。同時現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課程的學習和發展。

3 結語

非工科院校發展汽車專業面臨著生源、資金、設備、師資的困境，如何利用好現有資源上好汽車構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上，量化知識點，用案例法、類比法、引導法去銜接汽車結構與原理，并輔以拆裝動畫弱化結構的復雜性和抽象性。對最新的汽車技術則可以采用研討式、項目啟發式、任務驅動式、翻轉課堂等充分調動學生的主動性和積極性。在實踐教學上，教師應主動向雙師雙能型發展，增強實訓指導能力，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，充分發揮學院電子信息和材料專業優勢，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研究的課題。