案例教學法在《汽車可靠性工程》課堂教學中的應用

鄭光澤 姚英

摘 要

培養工程實踐能力是專業學位碩士研究生課程教學的重點。本文基于案例教學方法實施原則和《汽車可靠性工程》課程教學目標要求，介紹了《汽車可靠性工程》案例教學的案例設計、教學組織和實施效果，基于實踐過程總結分析了案例教學的內容難度、分析深度和局限性。通過案例教學，改變了課程理論性強，脫離工程實踐的教學困境，形成了理論聯系實踐的教學特點，提升了專業學位碩士研究生的工程實踐能力培養效果。

關鍵詞

案例教學;專業學位;研究生;工程實踐

中圖分類號： G643 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 11

0 引言

專業學位碩士研究生定位于“掌握某一專業領域堅實的基礎理論和寬廣的專業知識、具有較強的解決實際問題的能力，能夠承擔專業技術或管理工作、具有良好職業素養的高層次應用型專門人才”。采用“二元制”培養實踐能力成為專業學位碩士研究生培養工作的核心，也成了評價研究生培養質量的關鍵指標之一。葛平淑等[1]研究并實踐了面向工程應用能力和綜合素質的人才培養方案，王旭飛等[2]綜合考慮國家政策、區域特點和學校實際，提出了車輛工程學科課程體系的構建思路、方法和結果。

案例教學法作為一種基于實踐經驗的探索性教學模式，對提高專業學位碩士研究生綜合知識創新能力和工程實踐能力有著重要意義。案例教學法是根據教學目的要求，將已發生或將來可能發生的問題作為案例，組織學生對案例進行調查、閱讀分析、討論交流的研究活動，提出各種解決問題的方案，并對之進行論證說明，促使學生加深對知識的理解，從而提高其發現問題、分析問題和解決問題的能力。鄭玲等[3]以《汽車控制理論》課程為例，探索了案例教學在車輛工程全日制工程碩士培養中的創新實踐，并總結了案例教學的經驗和體會。劉曉晶等[4]提出了案例教學法實施組織應注意的案例典型性、條件設計合理性、反面案例恰當性問題。

本文面向車輛工程專業學位碩士研究生的工程實踐能力培養要求，結合《汽車可靠性工程》課程教學目標，開發了教學案例并實施，討論案例教學過程的一些原則、方法、不足和效果。

1 課程教學目標與案例教學的實施原則

1.1 課程教學目標

《汽車可靠性工程》是重慶理工大學車輛工程專業學位碩士研究生的專業學位課程，先修課程包括概率及數理統計、材料力學、互換性與測量技術基礎、汽車理論、汽車設計等。課程教學內容由汽車可靠性工程概論、可靠性基本概念、可靠性數學、汽車零部件可靠性設計、汽車產品可靠性設計、可靠性試驗、可靠性制造與工廠的可靠性工作等組成。

通過課程教學，使學生具備以下能力：（1）了解質量與可靠性的關系，掌握可靠性的基本概念、計算方法等方面的基本知識;（2）掌握FMEA、FTA、SPC等可靠性分析方法、質量控制方法，具備結合汽車零部件可靠性設計開展設計分析與過程控制實踐的能力;（3）建立工廠可靠性管理的基本概念，了解汽車零部件及整車產品可靠性管控方法;（4）具備開展汽車可靠性設計的基本能力，掌握汽車零部件、系統可靠性設計方法，以及應用可靠性設計分析工具開展汽車可靠性增長的能力。

1.2 案例教學的實施原則

案例教學與傳統的課堂教學相比，存在教學過程的主題與溝通方式、學生學習狀態和參與程度等不同，因此要開展好案例教學，在案例教學的實施過程必須要遵循原則：（1）啟發和誘導學生獨立思考的原則;（2）尊重學生創見的原則;（3）學生獨立學習方式、小組討論方式、全班辯論方式等多種教學方式的綜合原則;（4）案例素材的選擇、案例的情景描述、案例的深入分析、案例的審視以及歸納總結等基本教學環節精心設計原則。

2 案例教學實施

傳統的《汽車可靠性工程》的課程教學，由于相關的知識點理論性強，且基于概率和數理統計展開，導致學生理解困難，課程教學效果一般。根據《汽車可靠性工程》教學內容安排和教學目標要求，結合可靠性基本概念和可靠性數學撰寫了“變速器齒輪軸加工尺寸統計分析”，基于汽車零部件可靠性設計開發了“汽車傳動軸強度可靠性開發”，面向質量與可靠性、可靠性數學、工廠的可靠性工作等教學內容策劃了“發動機氣門裝配質量分析”等教學案例。鑒于文章篇幅，本論文僅以“發動機氣門裝配質量分析”為例，簡要說明案例教學的設計與教學組織。

2.1 案例設計

2.1.1 案例說明

某發動機工廠生產的一款發動機，搭載整車以后有一定數量的客戶反映氣門噪聲大。該問題反饋到設計開發部門，設計部門根據問題歸屬責成NVH部門摸排問題原因。

負責該問題整改的NVH工程師開展如下工作：（1）復查了產品定型的相關設計分析報告及實驗數據，結論顯示發動機氣門噪聲滿足開發要求。（2）召回針對客戶反映強烈的汽車，進行整車NVH實驗和發動機動力總成臺架實驗，實驗結果證明該汽車發動機氣門噪聲超標。（3）基于發動機產線下線檢測試驗臺測試結果，發現部分在線生產的發動機氣門噪聲超標。由此，可以確定氣門噪聲超標一定概率存在。由于氣門噪聲與氣門間隙密切相關，基本確定氣門噪聲小概率存在的原因是氣門加工/裝配超差。

基于發動機設計圖紙，明確發動機進氣氣門間隙的設計值為0.19±0.03mm，排氣氣門間隙的設計值為0.29±0.3mm。基于發動機氣門裝配臺架測試氣門間隙，收集245臺發動機氣門間隙數據（具體數據由于篇幅原因省略）。

基于該問題的排查過程及相關數據，結合課程教學內容圍繞以下幾點進行學習討論：（1）工程師解決問題的思路和措施的合理性;（2）氣門間隙的測量方法及誤差原因;（3）根據設計圖紙要求和測試數據進行氣門質量分析;（4）保障氣門裝配質量的措施。

2.1.2 教學組織

根據案例教學的實施原則和具體的學生專業背景情況，在實施案例教學時重點注意采用幾點措施，以保證教學質量。（1）知識準備：梳理案例分析可能用到的本課程教學內容知識點，提供相關文獻資料目錄;（2）團隊建立：采用小組討論、班級答辯的方式組織實施案例教學，每個小組3-4人，設立小組負責人;（3）時間保證：案例發布到答辯的時間為2周;（4）全員參與：明確小組人員工作內容及隨機確定答辯人的制度;（5）評價標準：評價學生在案例分析時表現的知識點應用、工程意識、團隊意識和基于工程的語言表達和交流能力;（6）教師作用：案例說明、知識點答疑、歸納總結。

2.1.3 教學效果

通過本案例教學，學生了解了氣門間隙的測量方法，氣門間隙裝配誤差產生原因及測量誤差的原因;基本掌握本案例所涉及的統計學參數均值、極值、標準差、3σ法則、統計過程控制SPC等知識點及其在工程中的應用;產品加工質量及工序能力的控制方法;加深理解了工程實踐中的發現問題、分析問題和解決問題的邏輯過程及其具體應用;基本具備了基于工程的交流能力。

在本案例中涉及的統計學的基本概念均值、極值、標準差等，采用傳統的教學方法，一般會基于公式進行講解說明，但很難與工程現象聯系起來。在案例分析時，針對245組數據，采用分組法分成45組，每組5個測量數據，然后統計分析每組隨機數據的均值、極值和標準差等統計參數，應用3σ法則對氣門間隙裝配質量穩定性進行分析。根據3σ法則確定的均值、極值的控制標準，可以發現氣門間隙的裝配質量的確存在超差的情況，說明裝配質量不穩定。

根據氣門間隙的設計值及其公差范圍，構建工序能力分析圖，計算工序能力指數Cp或Cpk。按照±0.03mm帶寬控制氣門間隙標準，其Cp值在0.87～1.20之間，Cpk值在0.57～1.05之間，得出氣門裝配系統尚未完全穩定，隨機因素對工序運行能力有一定影響的結論。

3 案例教學反思

案例教學對于提高全日制專業學位碩士研究生的工程實踐能力培養效果具有重要作用，在教學實施過程中學生的參與情況和完成情況整體較好。在組織實施案例教學過程中，如下3點總結對于完善案例教學組織實施，提升課程整體教學效果具有重要作用。

3.1 案例教學的內容難度

由于《汽車可靠性工程》涉及的知識面很廣，基于案例教學法開展課程教學，要使學生很好地理解汽車零部件及產品的可靠性設計方法，不僅需要具備相關的理論知識，還需要有一定的計算機軟件能力，而這部分能力因人而異，參差不同。因此，案例教學過程中需要準備一些計算軟件和工具軟件，并輔以詳細操作說明，使學生能夠盡快熟悉應用軟件、工具進行必要的計算分析，適當降低案例分析的計算難度，重點進行建模、分析，加深對相關知識點的理解和工程應用。

3.2 案例教學的分析深度

設計系列的問題、引出問題、通過分析討論獲得正確的認識或結果，是案例教學的關鍵點和難點。針對案例說明，分析案例的知識點，設計理論與實踐相結合的相關問題，并準備相關知識點和問題的文獻資料參考目錄供學生學習。為能夠深入分析案例，保證討論的參與度，采取了案例預答辯制度對案例答辯的提問方式、交流方式以及學生和教師互動環節等進行提前準備，保證了案例教學分析的深度，提升了對解決問題方法和相關知識點的掌握程度。

3.3 案例教學的局限性

通過案例教學在《汽車可靠性工程》課程教學的創新實踐應用，發現案例教學也存在效率不高、知識點碎片化的局限性。由于案例的情景描述、問題分析總結時間長，導致案例教學的效率較低。涉及的知識點比較多，所以在提供資料時難免出現零散概括知識點現象，導致知識點的學習不夠系統。為此，在案例教學過程中，應嚴格把握工程問題的邊界，及時梳理知識點，做好歸納總結，切實提升專業學位碩士研究生的工程實踐能力培養。

參考文獻

[1]葛平淑，趙秀春，張江燕，等.車輛工程專業應用型創新人才培養方案研究與實踐[J].實驗室科學，2018.06，p102-104.

[2]王旭飛，崔立堃，崔紅.地方院校車輛工程學科碩士研究生課程體系研究[J].大學教育，2018.09，p24-26.

[3]鄭玲，李以農.案例教學在車輛工程全日制工程碩士人才培養中的創新實踐[J].高教學刊，2018.10，p85-88.

[4]劉曉晶，吳海燕.案例教學法與創新人才培養[J].黑龍江高教研究，2008.03，p130-132.