车辆课程中“逆向”教学模式与3D实验探索

李宝林， 唐 力

(中国矿业大学，江苏 徐州 221116)

车辆课程中“逆向”教学模式与3D实验探索

李宝林， 唐 力

(中国矿业大学，江苏 徐州 221116)

汽车构造课程主要以多媒体方式为主并辅助模型为实验内容，一些学校以拆装实验来巩固课堂上的理论教学，多数则是在实验室观看透明模型或演示板。课堂教学内容以基础知识、机械原理与制造等专业基础课程之后，各类专业课蜂拥而上令学生应接不暇难以理解。在学生初始接触专业理论课即有针对性的讲授一个完整的机械，叙述其“功能—组成—原理”之后再学习机械专业的基础课程，通过尝试这种“逆向”的专业课安排的方式，辅设3D实验内容更增加了学生的学习兴趣，促使学生独立思考并在学习专业基础课过程中提出问题提高课堂效果。

汽车构造； 发动机构造； “逆向”教学模式； 素质教育； 3D打印实验

0 引 言

发动机原理与汽车构造是目前车辆及机械类专业的主要课程。授课内容的选择、实验条件设备、授课方法及教师的个人素质等因素在很大程度上决定了授课效果，同时作为机械专业的重要课程，是在机械原理、机械设计、工艺制造、液压传动等专业基础课程之后的一门起到承前启后的课程，直接影响到后续课程的学习兴趣和学习效果，正如时铭显院士指出新时代工程师应培养其多方面的素质和能力[1]。

工科高校的机械类课程很多内容也是以车辆内容为主，其主体结构、原理、设计方法等都是机械专业中经典的结构及理论知识的代表[2-3]，是基础课程的延伸和理论知识应用的实例，是从理论进入实际应用的一个重要环节，也是一直在向国外名校成功的教学方式学习、尝试、探索的过程[4-6]。

1 教学内容与模式的调整

我校通过指导学生机械制作和一些创新活动对低年级的学生即开始系统的讲授车辆、发动机等内容，极大的提高了学生的学习兴趣和自主思考的能力，并在活动中体会得到了“逆向”教学方式促进学生专业知识学习和素质能力的培养。

1.1 传统的教学模式与“逆向”授课尝试

“基础课—专业基础课—专业课—毕业设计”是工科院校学生从新生入学开始的“必由之路”。已经习惯了高考前的应试教育的模式培养的学生，在没有很好的适应过程即开始了另一种“应试”的学习模式。大学教师按时上课，按时下课，下课即离开，很多学生在专业课开始后仍然不知所学内容和自己未来的方向。各科内容只有在课程设计和毕业设计中才有一个“综合训练”的过程，很难将所学内容有机结合、融会贯通成为真正的知识。

车辆和发动机的内容确实复杂，对于没有专业知识的学生教学无从下手。如果尝试在学习专业基础课之前即灌输学生未来要做哪些工作、需要哪些知识、掌握哪些基本技能，初步了解车辆的结构、发动机的组成和功能，将会更好地引导学生有意识地学习和思考。

违反常规的“逆向”授课方式可先介绍机械设计的产品，比如先讲发动机、车辆的功能和组成，有了这些概念再引导学生要学习哪些内容、掌握哪些技能、建立哪些理念。

目前学生的机械制作和比赛都起到了推动学生制作和对创新探索的活动，也促进了学习的主动性，对学生的培养也突显成效。但这些还局限在极少一部分学生中，尚不能起到广泛的推动作用，如果这些活动在一定形式上进行改变并推广到整体教学中，成为全面改革将会对总体的教学质量有着极大的改善。

初期这些尝试可以由专业基础教师讲授，也可以由目前各类高校中的“导师”“班主任”来引导或以讲座的方式循序渐进的介入。

1.2 三维设计及3D实验内容改善教学效果

汽车的发展日新月异，层出不穷的汽车新技术与现有教材的更新速度脱节，线条式原理图枯燥乏味，对于专业技能尚未熟练掌握的学生很难理解。

一些院校使用的教材内容为30年前的车辆设计及加工技术，其车型、发动机结构、车辆电控等配置结构及原理图仍然采用早期的车辆原理和图片，发动机及零部件仍然以机械剖面图结构为主，总体图结构图交叉错落的线条对于基础知识并不熟练的学生理解有些困难。不仅分析、讲解困难，同时也极易带来视觉的疲劳感，这种被戏称为“毁主观”的原理图极易导致学习的惰性，长时间消极被动的学习也影响了课程的学习甚至养成了死记硬背的坏习惯。尤其以现代教学方式中丰富的资料和多媒体视觉效果的冲击[7]，车辆学科教材的更新与形式的改进更为重要。

在实际课堂教学中，一些机械结构采用三维设计软件的对比讲解有着良好的课堂效果[8]。例如很多教程中发动机配气机构还是普通进排气机构中气门的开启、气门间隙调整等内容为主，如以三维软件演示液压挺柱的结构、功能的改进，与普通进排气门的结构进行对比和演示，更能体现出现代设计理念、设计方法、产品更新等内容，也能进一步促进学生的学习兴趣，同时也更好地理解结构的用途、实现的功能、设计方法，以及更好地理解设计的理念和现代设计中的软件应用技能。

1.3 实验增加3D打印

教材中的原理图采用三维装配或分解图更具视觉上新鲜感，很好改变课堂上的气氛与教学效果，同时更好的让学生领会产品设计的概念。但原有的实验课多数是以透视模型、解剖模型、教学演示板为主，更由于安全考虑，一些可能出现砸伤、磕碰的实验教学内容取消或变成了“参观”，实验课枯燥乏味[9]。尤其以目前多媒体视频等教学方式的融入，更暴露出现有教材内容和方式的脱节，也凸显其陈旧过时更需要进一步更新[10]。

实验课内容可扩展一些学生感兴趣的内容，比如学生在课题学习零部件的功能、三维设计后，实验课让学生亲自动手设计并进行的3D打印实验，学习的内容更接近实际的应用，也有利于今后的学习和研究工作[11-12]，实验课也更安全。

1.4 层次化课堂教学侧重点不同

不同类型的学校、不同方向的培养应选择不同的教材。

经典教材中很好地讲述了各种机构的原理，例如汽油发动机的化油器、柴油机的直列单体泵、摇臂式进、排气门等，这些对于设计方向掌握其设计理念和设计方法是一个很好的教学内容，但对于应用型学生的培养因学时的限制，该类的内容没有必要讲述。

对于应用型学生的培养，就业为汽车营销、服务等，侧重点以现代车辆结构为主；而对于培养设计方向的人才，应侧重原理和设计方法等内容。

1.5 理论与实践结合灵活多样

高校车辆学科不同专业不同方向培养学生的出发点和培养的目的不同，大体可以分为设计类人才，应用技术人才两类。对于未来可能从事设计工作的人才，在教学上应注重车辆的原理、结构和功能等，为未来从事车辆设计、研发开发进行创造性思维的培养，并对设计方法、强度校核、失效形式分析的模式重点讲解或进行启发式的讨论；对应用技术人才或以结构原理及功能等方面为授课重点进行讲解，实践环节如发动机拆装、底盘功能部件拆解等实验方式代替课堂授课效果更佳。

在实践方面学生更应注重“实操”的培训，辅助以少量的理论内容教学更加有效。我国目前实际应用技术人才的缺口较大，同时面临着车辆、机械工业人才需求的快速发展，都凸显使用人才的重要。

1.6 授课重点的选择

车辆课程涉猎知识宽泛，受教学课时所限所有内容逐一讲解，不分专业侧重只能叙及浅表，师生按照大纲奔命于内容、应对于考试，类同于扫盲、培训，根本无法学到专业知识，也无法达到培养实践能力、创新能力的目的。

授课内容选择、讲解重点突出，而对于易于理解内容如车辆构造、工作过程等的内容留给学生自主学习。如一些教材中化油器的内容，对于机械或车辆设计、研发专业的学生，化油器是很好的教学内容，不仅化油器的结构种类多，同时怠速、加浓、加速等不同的工况有不同的油路和控制方式，这类知识对于提高学生的设计能力、应对今后产品设计开发过程中的改进开阔了思路，而其他知识则自学或讨论。对于车辆应用方向学生，则只是介绍普通化油器的功能而不必要讲述其原理，即授课的对象应不同讲述的内容和重点也不尽相同，掌握这一点即可很好灵活地讲好这门课程。

2 实验内容的选择与实验方法的更新

车辆专业课程的特点是实物教学直观、易于理解，但有些内部结构的通孔、功能性部件等内容的讲授单纯看课本或PPT难以理解。

许多即便内容在课堂上对照图片、原理图反复讲解学生还是难以真正理解其构造、工作原理，特殊零件的名称和工作过程由于太多难以理解乱成一团。然而面对实物解剖图讲解时，只需进行提示学生即豁然开朗。车辆零部件很多其结构错综复杂，各部件运动关系又难以理解，针对模型、实物只需进行比对即可一目了然，因此车辆构造的内容更须授课与实验相互交替进行才能取得最佳效果，尤以发动机、液压挺柱、柴油柱塞泵、活塞连杆机构等更为有效的教学方法是以拆装实验为主，多种结构反复比较慢慢理解才能取得良好的教学效果。

2.1 实验内容更新

车辆构造、发动机原理实验内容增加拆装、三维测绘、3D打印等改善教学效果。

高考的强化应试方式在学生的脑海中已形成思维的惯性：教师反复讲解重点、学生整理重点、考试前死记硬背，再去揣摩分析题意怎样获取高分或顺利通过考试。实验报告也成为了一种模式，千篇一律的实验报告格式甚至成为了标准的模板[13-15]，结果是学生似乎是进行了一个更为专业的职业技术培训，却没有得到预期的专业技能的培养。

全部124例患者中有34例患者出现了高钠血症,这些患者接受治疗和护理后,有22例被治愈,有12例死亡,有16例患者的休克期不稳定,35例脓毒症,7例急性肾衰,12例死亡。我们将大面积烧伤患者分成了高钠血症死亡组,高钠血症存活组及非高钠血症组,对比三组的血钠水平、烧伤面积,和病因发病例数,结果存在统计学差异性。

2.2 实验手段和方法更新

以观察实物、测绘、教学板等讲解增加以常规测量、三维测绘和三维建模，辅助以公差设计或以拆装和3D打印实物替代部分零件等实验内容。

通常车辆实验课是在模型室完成，面对实验教学模型、实物、展示板等讲解后完成实验报告。这种方式已经成为固定的模式，对于学生来讲缺乏新意。如果在实验课中添加完成三维图，并用3D进行打印出来，结合零部件的公差、强度及结构尺寸等相关课程内容，以实际加工要求为目标，多学科交叉，极大地调动了学生学习的积极性，更容易让学生掌握机械方面的知识。

2.3 “逆向”授课方法提高学生的学习兴趣

以发动机、车辆实车实验为切入，了解发动机和车辆的功能、用途、作用等为先导，接续发动机原理、汽车理论等课程的跟进并详细剖析，让学生有一个好奇和兴奋的开始，提高了学生的学习兴趣和学习效果。

在实际体验过程中，有同学因为有些内容没有完全理解而再次去实验室听课或自己去进行拆装实验，体现出学生的学习兴趣和主动学习的意识。

通过“逆向”教学的模式不仅提高了学习的效果同时也很好地巩固了基础知识的掌握和更深层次的理解，如机械原理中的齿轮传动、自由度的分析、机械设计中的要求等更让学生掌握了机械设计、机械制造的内涵。

车辆课程教学过程中，先让学生了解功能、用途，并进行拆卸、组装。尤其看到发动机或车辆起动的时刻，会激起学生极强的兴奋点，也促使学生有一个学习的激情。对比传统的模式，上课开始就进行原理、结构的授课方法，就极易导致学生的学习惰性甚至是麻木的学习态度。在工科的一些课程中也可以参照这个方法进行尝试，比如在“几何量公差与检测”课程中就可以先引用一个实际生产的产品加工的实例进行剖析，讲解零部件之间的配合与特性，让学生在课程的初始就完全理解了该课程的作用和应该掌握的专业知识。

3 结 语

发动机与车辆构造课程是机械及制造专业中具有典型代表的课程，变换教学模式，针对将来学生的工作和就业方向有意识地培养设计、生产管理、零件制造、设备维护等不同技能知识的人才,为将来从事各自喜欢的工作，教材的选择、内容的选择、方式增加等应符合时代的发展并及时更新，不应以“经典内容”为理由而固步自封,不思开拓。

车辆“逆向”教学方法的尝试也感悟到机械原理、机械设计的专业课,如果采用先讲授完整机械设备的功能及用途，再另行拆解部件及机构,讲授传动原理，或许更好地调动学生对专业的兴趣并提高教学效果。

不论采用什么教学方式和增加实验内容，教师的专业知识和精力的投入是保证授课效果的首要条件。

[1] 时铭显.面向21世纪的美国工程教育改革[J].中国大学教育,2002(10):38-40.

[2] 郭建新,伍少初.《汽车构造》的教学与实践[J].重庆工学院学报,2000(12):41-43.

[3] 李朝晖,陈莹莹,林 君.汽车构造课程实验改革的探索与实践[J].实验科学与技术,2008(9):329-331.

[4] 孙爱民.深化高校实验教学改革的实践与思考[J].实验室研究与探索,2002(2):9-11.

[5] 徐立臻.爱尔兰高等教育对我国高校教学实践环节改革的借鉴意义[J].中国大学教学,2006(4):59-61.

[6] 江 捷.英国高校实验教学的分析与启示[J].实验技术与管理,2008(1):110-111.

[7] 孔寒冰,叶 民,王沛民.国外工程教育发展的几个典型特征[J].高等工程教育研究,2004(4):57-61.

[8] 姬芬竹,高 峰,徐国艳. 提高“汽车构造”课堂教学质量的探讨[J].高教论坛,2009(9):66-69.

[9] 王海波,孙青竹.提高实验教学质量的探索与实践[J].试验技术与管理,2011,28(7):174-176.

[10] 许崇利,谢 莹,许崇波.高校实验教学体系的创新[J].江苏教育学院学报(自然科学),2011(2):53-55.

[11] 田联进.美国高等教育制度历史发展逻辑探寻[J].中国高等教育,2010(5):43-45.

[12] 成思源,周小东.基于3D打印技术的实验教学[J].实验室研究与探索,2015,34(8):158-161.

[13] 余克橡.工科专业实验课教学改革探讨[J].高教论坛,2008(4):148-149.

[14] 潘迪夫,李素康.大学工科专业实验教学改革探索与思考[J].高教论坛,2005(4):43-46.

[15] 刘丽秋,卢艳军.关于工科专业实验教学设计的探讨[J].试验技术与管理,2011,28(7):249-250.

“Reverse” Methods in Vehicle Teaching and Experiments with 3D Print Exploring

LIBao-lin,TANGLi

(China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China)

Automobile structure courses were mainly composed of multimedia and model for experimental content. Some schools were supplemented by disassembling experiments to consolidate the classroom theoretical teaching and most were watching the transparent model in the laboratory or demo board. Classroom teaching content starts with basic theory, mechanical theory and manufacturing and other professional foundation course. All kinds of professional courses rushing makes students understand difficultly. If students understand work process of an engine then these will target them study. After introducing “function-component-principle” the students then learn other mechanical professional basic courses. By trying to this way of the “reverse” course arrangement and adding 3D experiment content, the students’ interest is increased, and independently think about principle of device is also increased, they could ask questions in the process of learning professional basic course.

automobile structure; engine structure; “reverse” teaching methods; quality education; 3D printing experiment

2016-03-01

江苏高校品牌专业建设工程资助项目

李宝林(1962-)，男，吉林人，博士，研究员，主要从事车辆及公差等课程教学与特种车辆、矿山机械、风电设备等方面的研究工作。Tel: 0516-83995210；E-mail: li-baolin@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)01-0212-03