車輛課程中“逆向”教學模式與3D實驗探索

李寶林， 唐 力

(中國礦業大學，江蘇 徐州 221116)

車輛課程中“逆向”教學模式與3D實驗探索

李寶林， 唐 力

(中國礦業大學，江蘇 徐州 221116)

汽車構造課程主要以多媒體方式為主并輔助模型為實驗內容，一些學校以拆裝實驗來鞏固課堂上的理論教學，多數則是在實驗室觀看透明模型或演示板。課堂教學內容以基礎知識、機械原理與制造等專業基礎課程之后，各類專業課蜂擁而上令學生應接不暇難以理解。在學生初始接觸專業理論課即有針對性的講授一個完整的機械，敘述其“功能—組成—原理”之后再學習機械專業的基礎課程，通過嘗試這種“逆向”的專業課安排的方式，輔設3D實驗內容更增加了學生的學習興趣，促使學生獨立思考并在學習專業基礎課過程中提出問題提高課堂效果。

汽車構造； 發動機構造； “逆向”教學模式； 素質教育； 3D打印實驗

0 引 言

發動機原理與汽車構造是目前車輛及機械類專業的主要課程。授課內容的選擇、實驗條件設備、授課方法及教師的個人素質等因素在很大程度上決定了授課效果，同時作為機械專業的重要課程，是在機械原理、機械設計、工藝制造、液壓傳動等專業基礎課程之后的一門起到承前啟后的課程，直接影響到后續課程的學習興趣和學習效果，正如時銘顯院士指出新時代工程師應培養其多方面的素質和能力[1]。

工科高校的機械類課程很多內容也是以車輛內容為主，其主體結構、原理、設計方法等都是機械專業中經典的結構及理論知識的代表[2-3]，是基礎課程的延伸和理論知識應用的實例，是從理論進入實際應用的一個重要環節，也是一直在向國外名校成功的教學方式學習、嘗試、探索的過程[4-6]。

1 教學內容與模式的調整

我校通過指導學生機械制作和一些創新活動對低年級的學生即開始系統的講授車輛、發動機等內容，極大的提高了學生的學習興趣和自主思考的能力，并在活動中體會得到了“逆向”教學方式促進學生專業知識學習和素質能力的培養。

1.1 傳統的教學模式與“逆向”授課嘗試

“基礎課—專業基礎課—專業課—畢業設計”是工科院校學生從新生入學開始的“必由之路”。已經習慣了高考前的應試教育的模式培養的學生，在沒有很好的適應過程即開始了另一種“應試”的學習模式。大學教師按時上課，按時下課，下課即離開，很多學生在專業課開始后仍然不知所學內容和自己未來的方向。各科內容只有在課程設計和畢業設計中才有一個“綜合訓練”的過程，很難將所學內容有機結合、融會貫通成為真正的知識。

車輛和發動機的內容確實復雜，對于沒有專業知識的學生教學無從下手。如果嘗試在學習專業基礎課之前即灌輸學生未來要做哪些工作、需要哪些知識、掌握哪些基本技能，初步了解車輛的結構、發動機的組成和功能，將會更好地引導學生有意識地學習和思考。

違反常規的“逆向”授課方式可先介紹機械設計的產品，比如先講發動機、車輛的功能和組成，有了這些概念再引導學生要學習哪些內容、掌握哪些技能、建立哪些理念。

目前學生的機械制作和比賽都起到了推動學生制作和對創新探索的活動，也促進了學習的主動性，對學生的培養也突顯成效。但這些還局限在極少一部分學生中，尚不能起到廣泛的推動作用，如果這些活動在一定形式上進行改變并推廣到整體教學中，成為全面改革將會對總體的教學質量有著極大的改善。

初期這些嘗試可以由專業基礎教師講授，也可以由目前各類高校中的“導師”“班主任”來引導或以講座的方式循序漸進的介入。

1.2 三維設計及3D實驗內容改善教學效果

汽車的發展日新月異，層出不窮的汽車新技術與現有教材的更新速度脫節，線條式原理圖枯燥乏味，對于專業技能尚未熟練掌握的學生很難理解。

一些院校使用的教材內容為30年前的車輛設計及加工技術，其車型、發動機結構、車輛電控等配置結構及原理圖仍然采用早期的車輛原理和圖片，發動機及零部件仍然以機械剖面圖結構為主，總體圖結構圖交叉錯落的線條對于基礎知識并不熟練的學生理解有些困難。不僅分析、講解困難，同時也極易帶來視覺的疲勞感，這種被戲稱為“毀主觀”的原理圖極易導致學習的惰性，長時間消極被動的學習也影響了課程的學習甚至養成了死記硬背的壞習慣。尤其以現代教學方式中豐富的資料和多媒體視覺效果的沖擊[7]，車輛學科教材的更新與形式的改進更為重要。

在實際課堂教學中，一些機械結構采用三維設計軟件的對比講解有著良好的課堂效果[8]。例如很多教程中發動機配氣機構還是普通進排氣機構中氣門的開啟、氣門間隙調整等內容為主，如以三維軟件演示液壓挺柱的結構、功能的改進，與普通進排氣門的結構進行對比和演示，更能體現出現代設計理念、設計方法、產品更新等內容，也能進一步促進學生的學習興趣，同時也更好地理解結構的用途、實現的功能、設計方法，以及更好地理解設計的理念和現代設計中的軟件應用技能。

1.3 實驗增加3D打印

教材中的原理圖采用三維裝配或分解圖更具視覺上新鮮感，很好改變課堂上的氣氛與教學效果，同時更好的讓學生領會產品設計的概念。但原有的實驗課多數是以透視模型、解剖模型、教學演示板為主，更由于安全考慮，一些可能出現砸傷、磕碰的實驗教學內容取消或變成了“參觀”，實驗課枯燥乏味[9]。尤其以目前多媒體視頻等教學方式的融入，更暴露出現有教材內容和方式的脫節，也凸顯其陳舊過時更需要進一步更新[10]。

實驗課內容可擴展一些學生感興趣的內容，比如學生在課題學習零部件的功能、三維設計后，實驗課讓學生親自動手設計并進行的3D打印實驗，學習的內容更接近實際的應用，也有利于今后的學習和研究工作[11-12]，實驗課也更安全。

1.4 層次化課堂教學側重點不同

不同類型的學校、不同方向的培養應選擇不同的教材。

經典教材中很好地講述了各種機構的原理，例如汽油發動機的化油器、柴油機的直列單體泵、搖臂式進、排氣門等，這些對于設計方向掌握其設計理念和設計方法是一個很好的教學內容，但對于應用型學生的培養因學時的限制，該類的內容沒有必要講述。

對于應用型學生的培養，就業為汽車營銷、服務等，側重點以現代車輛結構為主；而對于培養設計方向的人才，應側重原理和設計方法等內容。

1.5 理論與實踐結合靈活多樣

高校車輛學科不同專業不同方向培養學生的出發點和培養的目的不同，大體可以分為設計類人才，應用技術人才兩類。對于未來可能從事設計工作的人才，在教學上應注重車輛的原理、結構和功能等，為未來從事車輛設計、研發開發進行創造性思維的培養，并對設計方法、強度校核、失效形式分析的模式重點講解或進行啟發式的討論；對應用技術人才或以結構原理及功能等方面為授課重點進行講解，實踐環節如發動機拆裝、底盤功能部件拆解等實驗方式代替課堂授課效果更佳。

在實踐方面學生更應注重“實操”的培訓，輔助以少量的理論內容教學更加有效。我國目前實際應用技術人才的缺口較大，同時面臨著車輛、機械工業人才需求的快速發展，都凸顯使用人才的重要。

1.6 授課重點的選擇

車輛課程涉獵知識寬泛，受教學課時所限所有內容逐一講解，不分專業側重只能敘及淺表，師生按照大綱奔命于內容、應對于考試，類同于掃盲、培訓，根本無法學到專業知識，也無法達到培養實踐能力、創新能力的目的。

授課內容選擇、講解重點突出，而對于易于理解內容如車輛構造、工作過程等的內容留給學生自主學習。如一些教材中化油器的內容，對于機械或車輛設計、研發專業的學生，化油器是很好的教學內容，不僅化油器的結構種類多，同時怠速、加濃、加速等不同的工況有不同的油路和控制方式，這類知識對于提高學生的設計能力、應對今后產品設計開發過程中的改進開闊了思路，而其他知識則自學或討論。對于車輛應用方向學生，則只是介紹普通化油器的功能而不必要講述其原理，即授課的對象應不同講述的內容和重點也不盡相同，掌握這一點即可很好靈活地講好這門課程。

2 實驗內容的選擇與實驗方法的更新

車輛專業課程的特點是實物教學直觀、易于理解，但有些內部結構的通孔、功能性部件等內容的講授單純看課本或PPT難以理解。

許多即便內容在課堂上對照圖片、原理圖反復講解學生還是難以真正理解其構造、工作原理，特殊零件的名稱和工作過程由于太多難以理解亂成一團。然而面對實物解剖圖講解時，只需進行提示學生即豁然開朗。車輛零部件很多其結構錯綜復雜，各部件運動關系又難以理解，針對模型、實物只需進行比對即可一目了然，因此車輛構造的內容更須授課與實驗相互交替進行才能取得最佳效果，尤以發動機、液壓挺柱、柴油柱塞泵、活塞連桿機構等更為有效的教學方法是以拆裝實驗為主，多種結構反復比較慢慢理解才能取得良好的教學效果。

2.1 實驗內容更新

車輛構造、發動機原理實驗內容增加拆裝、三維測繪、3D打印等改善教學效果。

高考的強化應試方式在學生的腦海中已形成思維的慣性：教師反復講解重點、學生整理重點、考試前死記硬背，再去揣摩分析題意怎樣獲取高分或順利通過考試。實驗報告也成為了一種模式，千篇一律的實驗報告格式甚至成為了標準的模板[13-15]，結果是學生似乎是進行了一個更為專業的職業技術培訓，卻沒有得到預期的專業技能的培養。

全部124例患者中有34例患者出現了高鈉血癥,這些患者接受治療和護理后,有22例被治愈,有12例死亡,有16例患者的休克期不穩定,35例膿毒癥,7例急性腎衰,12例死亡。我們將大面積燒傷患者分成了高鈉血癥死亡組,高鈉血癥存活組及非高鈉血癥組,對比三組的血鈉水平、燒傷面積,和病因發病例數,結果存在統計學差異性。

2.2 實驗手段和方法更新

以觀察實物、測繪、教學板等講解增加以常規測量、三維測繪和三維建模，輔助以公差設計或以拆裝和3D打印實物替代部分零件等實驗內容。

通常車輛實驗課是在模型室完成，面對實驗教學模型、實物、展示板等講解后完成實驗報告。這種方式已經成為固定的模式，對于學生來講缺乏新意。如果在實驗課中添加完成三維圖，并用3D進行打印出來，結合零部件的公差、強度及結構尺寸等相關課程內容，以實際加工要求為目標，多學科交叉，極大地調動了學生學習的積極性，更容易讓學生掌握機械方面的知識。

2.3 “逆向”授課方法提高學生的學習興趣

以發動機、車輛實車實驗為切入，了解發動機和車輛的功能、用途、作用等為先導，接續發動機原理、汽車理論等課程的跟進并詳細剖析，讓學生有一個好奇和興奮的開始，提高了學生的學習興趣和學習效果。

在實際體驗過程中，有同學因為有些內容沒有完全理解而再次去實驗室聽課或自己去進行拆裝實驗，體現出學生的學習興趣和主動學習的意識。

通過“逆向”教學的模式不僅提高了學習的效果同時也很好地鞏固了基礎知識的掌握和更深層次的理解，如機械原理中的齒輪傳動、自由度的分析、機械設計中的要求等更讓學生掌握了機械設計、機械制造的內涵。

車輛課程教學過程中，先讓學生了解功能、用途，并進行拆卸、組裝。尤其看到發動機或車輛起動的時刻，會激起學生極強的興奮點，也促使學生有一個學習的激情。對比傳統的模式，上課開始就進行原理、結構的授課方法，就極易導致學生的學習惰性甚至是麻木的學習態度。在工科的一些課程中也可以參照這個方法進行嘗試，比如在“幾何量公差與檢測”課程中就可以先引用一個實際生產的產品加工的實例進行剖析，講解零部件之間的配合與特性，讓學生在課程的初始就完全理解了該課程的作用和應該掌握的專業知識。

3 結 語

發動機與車輛構造課程是機械及制造專業中具有典型代表的課程，變換教學模式，針對將來學生的工作和就業方向有意識地培養設計、生產管理、零件制造、設備維護等不同技能知識的人才,為將來從事各自喜歡的工作，教材的選擇、內容的選擇、方式增加等應符合時代的發展并及時更新，不應以“經典內容”為理由而固步自封,不思開拓。

車輛“逆向”教學方法的嘗試也感悟到機械原理、機械設計的專業課,如果采用先講授完整機械設備的功能及用途，再另行拆解部件及機構,講授傳動原理，或許更好地調動學生對專業的興趣并提高教學效果。

不論采用什么教學方式和增加實驗內容，教師的專業知識和精力的投入是保證授課效果的首要條件。

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“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

江蘇高校品牌專業建設工程資助項目

李寶林(1962-)，男，吉林人，博士，研究員，主要從事車輛及公差等課程教學與特種車輛、礦山機械、風電設備等方面的研究工作。Tel: 0516-83995210；E-mail: li-baolin@163.com

G 642.0

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1006-7167(2017)01-0212-03