非工科院校“汽车构造”课程教学改革的研究与实践

李 丹，蒋 强，李 敏，何都益

(乐山师范学院 a.电子与材料工程学院；b.图书馆、档案馆，四川 乐山 614000)

0 引言

“汽车构造”是汽车相关专业的核心基础课，是集理论性和高操作性于一体的应用型课程，是汽车理论、汽车设计、汽车诊断与维修等后续专业课程的基础。如何上好这门课程，如何让学生学懂这门课程成了汽车专业教师们共同努力的目标。张学艳[1]等提出应对陈旧繁杂的内容进行删减，并利用虚拟现实技术，以任务为驱动进行教学。卢玫[2]认为采用小班化教学，增加实训课时，配备高级实验师，同时增加实训组数有利于教学效果的提高。刘海军[3]等提出教学内容模块化，将理论授课、专业实践和考核集中于一个模块完成。杜波[4]等人则将“翻转课堂”应用到底盘构造的教学中，取得了一定的成效。但这些研究都是在其学校是理工科并且汽车教学相关配套非常完善的基础上进行的。

2015年教育部发布教发(2015)7号文件[5]，旨在引导部分地方普通本科高校向应用型转变。乐山师范学院积极响应国家号召，在发展好，发展强师范专业的基础上，结合其下属的理工科学院专业优势，增设多个应用型专业。其中汽车服务工程专业于2016年在电子与材料工程学院成立，并正式招生。“汽车构造”作为该专业的核心专业基础课，开设在大二学年，分上下学期进行。上学期主要讲授汽车构造之发动机篇，下学期则主攻汽车底盘部分。笔者在三轮“汽车构造”的教学过程中发现：非工科院校(师范类学校)的汽车构造课程推进比理工科学校更难。如何利用现有资源，获得最大的教学效果是本文研究的目标。

1 非工科院校汽车构造教学现状

1.1 学生来源现状

自2016年开设汽车服务工程专业以来，已招收3届该专业学生，每个专业一个班，每届人数不超过40人，第一志愿报考该专业的比例逐年下滑，到2018年级只有7%(见表1)。这说明绝大部分学生是从其他如英语、会计、小学教育等文科专业调配过来，本身可能对该专业不太了解也不太感兴趣。然而兴趣是最好的老师，学生学习兴趣低很大程度上会一开始就抵触该专业的相关课程，学习效率也会大打折扣。加之读师范院校的多为女生，即使是理科学院下属的专业，男女比例也不到40%(见表1)，这就对汽车构造的实践课造成很大困难。汽车零部件多、复杂、笨重，对女生来说拆装存在很大难度，进而影响其实验实训效果，学生成就感低就进一步打击了他们学习该课程的兴趣，如此循环必将影响该门课程的教学效果。

表1 汽车服务工程专业学生来源

年级总人数第一志愿比例男女比例2018级297%38%

1.2 师资及实验室配套现状

汽车专业是实践性和操作性极强的专业，需要很多实验实训设备及场地作为学生训练和实践学习的载体，才能收到较好的学习效果[6-8]。作为地方普通本科师范类高校，受经费和场地的限制，即使目前学校已经投入汽车服务工程专业实验室建设经费100多万，后续要不断完善和维护的经费也是巨大的，加之新专业专任教师和有经验的实验教师的缺乏，实验实训课程的开展及理论学习的效果受到一定程度的影响。通过对三个年级的104名学生进行“汽车构造教学和汽服专业建设意见”的调查问卷发现(采用问卷星调查，发出104份，收回98份，有效98份)，有近85%的学生希望增加实训课时和多引进实验设备，加大实践操作；78%的学生希望多引进实验教师。

1.3 课程内容及教学方法的现状

汽车一般约有1万个不可拆解的独立零部件，F1赛车的独立零部件数量可以达到2万个之多[9]。汽车构造则是专门学习汽车结构与原理的课程，其涉及的内容广泛，理论复杂，多学科交叉。学生如果没有理工科思维基础及基本的识图、读图能力，按照一般的讲授法很难使学生听懂老师的授课内容。随着汽车新技术不断发展，智能汽车、新能源汽车、超轻材料汽车成为研究热点，传统汽车构造教材内容更新不及时，致使学生学到的知识无法与企业要求接轨。即使是最经典、应用最广泛的吉林大学陈家瑞主编的第3版《汽车构造》(上、下册)教材也仍保留有如化油器式发动机这样已经被基本淘汰的发动机技术知识，而新的汽车技术则涉及较少。2020届汽服专业毕业生表示，在考研和就业过程中，高校和企业都更倾向招收有新汽车技术基础或背景的学生。图1是关于汽车构造授课内容存在哪些问题的调查，可以发现学生们普遍认为汽车构造的内容多、杂、难、旧，并表示书上的很多结构图看不懂且课时量不足。

图1 汽车构造授课内容存在的问题

2 改革的具体措施

针对非工科学校女多男少、调剂生源比例远大于第一志愿比例情况，学院开设了专业导论课并聘请汽车相关专家为学生们答疑解惑，增强他们对专业的认知和自信。就“汽车构造”这门课程而言，笔者将从三轮的教学实践出发，结合校赛、省赛经验，提出提高教学效果的具体措施。

2.1 多渠道的实践教学

由于汽车结构复杂，汽车零部件结构所涉及的原理又非常抽象，只单纯依靠理论讲解，无实物或实物模型，学习会非常枯燥难懂。此时实践课程就起到了非常关键的辅助作用——化抽象为具体，化复杂为简单。成功的实验实训可以在短时间内给学生输出大模块的重要知识点，学生对知识点的理解也更深刻，近99%的学生认为拆装实训有助于理论学习，其中76.53%的学生认为有很大帮助(见图2)。笔者在三轮教学过程中经历了三个阶段：第一阶段，受限于实验设备仪器，主要以理论授课为主，辅以软件模拟拆装为辅；第二阶段，在每章理论授课后加入集中的一次模拟拆装和一次动手拆装；第三阶段，对于小零部件的结构与原理采用教室内边拆边讲，对于零件组成的系统则沿用第二阶段方法。学生普遍反映加入分散拆装和集中实训的方法更容易学懂、学透该门课程。即使是考题难度加大的情况下，期末考试的成绩分数也在逐年提高。近88%的学生更倾向自己亲自动手拆装，而软件模拟则可作为前期准备(见图3)。从拆装实训的安排时机(见图4)也可以看出学生更希望边拆边讲即希望将实践课与理论课统一起来，并且做到无缝衔接，而不是仅每章一次或者学期末的集中实训，因此第三轮的授课效果是最好的。

但仔细分析学生掌握度和期末考试成绩发现，提高的效果并不是跨越式的，究其原因还是实训老师不足，设备仪器笨重难拆，实训课时有限。当然学生懒惰心里如不想写实训报告也是原因之一，这也和图5学生不想参加实训的主要原因的调查结果基本一致，怕累怕脏反而意外占比很少。为解决以上问题，建议：(a)和本市另两所工科学校合作，利用他们已有的汽车实训大楼做集中实训，节省购买大型仪器设备经费的同时还可以加强三校合作。(b)购买一些报废且已分块的汽车零部件，不仅便宜，拆装不心疼，而且可以方便教师拿到教室边拆边讲。(c)外聘实验师，实验师既可以是工科高校的教师也可以是车企里的工程师。(d)充分发挥汽车类校企合作单位在实践课中的作用。(e)教师利用假期培训实操向双师型发展，这样才能更有效地指导学生实践。

图2 拆装实训对理论学习的影响

图3 实训方式的选择

图4 拆装实训的安排时机

图5 不想参加实训的主要原因

2.2 精简更新教学内容

为更新教学内容，在第二轮教学开始后，汽服专业采用的是吉林大学史文库、姚为民主编的《汽车构造》第六版，为“十二五”普通高等教学本科国家级规划教材。其内容删减了已经被淘汰的部分旧发动机知识如化油器，二冲程发动机，增加了汽车电子控制等部分内容，配图色彩和种类也更丰富。但在教学过程中，笔者发现，书本内容涵盖较大(上下两册书共838页，二十六章)，在课时有限的情况下，如果完全按照本书进行教学，学生的学习进度会非常快，知识点显得多而杂，学生容易疲惫和模糊重点，因畏难情绪，后续学习劲头持续下降。因此在教学中教师应该非常清楚每个章节的重难点，以最简单的例子讲解最基础的原理，挑重点且应用广的知识点讲，次要的则可作为课后阅读材料或科普材料供学生扩展。上册发动机篇里的两个大机构、五大系统中往复活塞式内燃机的工作原理、曲柄连杆机构的工作顺序、配气定时及气门间隙、电控汽柴油燃油喷射系统应该重点讲解。起动系、润滑系、点火系和冷却系则可以精炼成起动路径、润滑路径、点火路径及冷却路径。其他发动机结构里特别细的则可以适当省略。

机械原理和设计课程应该提前开设，在教学过程中，学生普遍反映(约61.22%，见图1)看不懂汽车结构图，即使有三维辅助，没有机械原理基础，学习理论也如空中楼阁。考研时，机械原理和设计也是各大高校汽车专业的笔试和复试专业课。其次虽然增加了电控部分，但在这部分的授课中教师更应侧重电控原理和实施策略的讲授，而不是具体的电路分析。一是学生没有汽车电子的基础，二是汽车的电路分析庞大复杂，也不是本门课程重点，在竞赛中或科普中引入可能是最好的解决方法。最后压缩的课时可以用以增加新能源汽车、电动汽车和智能控制的基本知识，这既是学生渴望也是市场要求。尤其是近两年来各大车企大幅度降薪裁员，不招收或少招收传统汽车专业的毕业生，转而向计算机、车联网、智能驾驶倾斜。从图6也可以发现新能源汽车和智能控制技术是学生们最迫切希望学习的内容，分别占到了81.63%和77.55%。

图6 希望更新的学习内容

2.3 多种教学方法融合

讲授法结合多媒体教学已经是汽车构造教学的一大基本方法，在多媒体教学中插入丰富的图片、视频以降低课程抽象度是该课程教师们的基本共识。如何在此基础上获得更好的教学效果，本文进行了具体的探究和实践。

首先经过三轮实践，边拆边讲目前是进行汽车结构学习最优的方式，学生也普遍认为这种方法效果更好(见图7)。而原理类的理论知识的讲解则更需要教师应用更多的教学技巧和方法。笔者于2018年获校级教学竞赛一等奖、第四届四川省高校教师教学竞赛优秀奖，从竞赛中学习和总结了教学经验发现：以知识点的形式展开，将每个知识点压缩在10～20分钟内，并将与之关联的知识点串联起来，利用案例分析和类比法可以非常生动形象，大大提高学生学习的兴趣和效率。下面笔者就以对称锥齿轮差速器的学习为例说明。

图7 期望的汽车构造课堂呈现形式

对称锥齿轮差速器是驱动桥动力传递的最后一个关键环节，其结构分析是基础，差速原理是重难点。采用“实际现象引出问题—师生讨论、交流—教师启发性讲解—形成结论—案例应用分析”的步骤进行。首先以“摩托车队伍整齐转弯”的动图(见图8)，引入汽车为什么要使用差速器，即差速器的功用。接着播放差速器装配视频(见图9)，讲解差速器结构组成。创设问题情境(观察视频中汽车在直行和转弯时差速器工作状态有什么不同，见图10)引入差速器工作原理，通过受力分析(见图11)引入差速器差速的关键是转弯时行星齿轮公转的同时发生了自转，最后通过速度分析得到转弯时差速关系(见图12)。此时理论讲解结束，为加深知识理解和应用，引入实际交通事故案例：购买不到1个月的某小型普通客车行驶至某高速公路(干沥青路面)时，车辆突然“制动”失控侧翻，造成车毁人亡(见图13)。分析原因是由于主减速器内一断裂的螺帽导致差速器壳卡死无法转动，利用差速公式2n0=n1+n2即n0=0，左右车轮将会等速反向转动，导致车辆出现突然制动，高速下甩尾侧翻。差速器转速特性知识点到此结束，最后留下课后问题“汽车陷入泥里的一侧车轮高速空转，而良好路面上的车轮却静止不动，且难以‘自拔’，该如何脱困？”(见图15)为下一节差速器转矩特性的讲解打下基础。整个知识点用时20分钟，PPT共10页，但所含的重难点全部涉及，并且以生动且具体的形式呈现，效果显著。

图8 类比导入

图9 结构分析

图10 工作差异

图11 受力分析

图12 速度分析

图13 事故案例

图14 事故原因

图15 课后问题

对于新的工艺，新技术的知识点则可采用研讨式、项目启发式、任务驱动式、翻转课堂等以学生为主体，老师负责指导答疑的教学方法。这些方法可以充分调动学生学习的主动性，培养学生查阅资料、整理文献、小组合作的能力，也会让课堂更活跃，师生沟通交流更多。但这种方法不宜使用过多，如果教师没有做好充分的统筹工作，学生又缺乏自律性和主动性，不仅课程推进困难，学生也会认为教师在变相偷懒，将课程任务重担转嫁给学生。从图7也可以看出“翻转课堂”并不太受欢迎，仅有不到10%的支持率。

2.4 充分利用学院优势

电子与材料工程学院的电子信息工程、材料科学与工程为“四川省卓越工程师教育计划”试点专业和校级重点建设专业。汽车离不开电，将汽车的机械和本学院的电子信息结合，不仅可以充分发挥学院已有的专业优势，而且顺应了汽车往电子化、信息化、智能化发展趋势。学院的材料科学专业科研涉及光伏材料、超轻材料、新能源尤其是动力电池方向则能很好的与汽车轻量化、汽车电动化相结合。电材学院连续八年承办四川省大学生智能汽车比赛，获国奖50余项，省奖300余项[10]。鼓励学生积极加入智能汽车比赛，将已学的理论知识应用起来的同时，扩展电控方面的知识。同时现有的工程能力训练大赛和机器人大赛又可以使学生充分学习设计、制造、装配等机械知识，训练他们的动手能力。如果做到机械、电控、材料的完美融合必然有助于学生专业课程的学习和发展。

3 结语

非工科院校发展汽车专业面临着生源、资金、设备、师资的困境，如何利用好现有资源上好汽车构造课程是专任教师需要主动去解决的问题。实践表明：在理论教学上，教师要在吃透课本的基础上，量化知识点，用案例法、类比法、引导法去衔接汽车结构与原理，并辅以拆装动画弱化结构的复杂性和抽象性。对最新的汽车技术则可以采用研讨式、项目启发式、任务驱动式、翻转课堂等充分调动学生的主动性和积极性。在实践教学上，教师应主动向双师双能型发展，增强实训指导能力，同时多采用边拆边讲的方法。同其他工科高校开展合作，充分利用校企合作资源，充分发挥学院电子信息和材料专业优势，鼓励学生积极参加学科竞赛也是重要的实践学习途径。疫情下所引起的线上教学问题，及该门课程实训如何在线上开展是今后可以继续研究的课题。