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案例教学法在《汽车可靠性工程》课堂教学中的应用

案例教学法在《汽车可靠性工程》课堂教学中的应用

郑光泽 姚英

摘 要

培养工程实践能力是专业学位硕士研究生课程教学的重点。本文基于案例教学方法实施原则和《汽车可靠性工程》课程教学目标要求,介绍了《汽车可靠性工程》案例教学的案例设计、教学组织和实施效果,基于实践过程总结分析了案例教学的内容难度、分析深度和局限性。通过案例教学,改变了课程理论性强,脱离工程实践的教学困境,形成了理论联系实践的教学特点,提升了专业学位硕士研究生的工程实践能力培养效果。

关键词

案例教学;专业学位;研究生;工程实践

中图分类号: G643                     文献标识码: A

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

0 引言

专业学位硕士研究生定位于“掌握某一专业领域坚实的基础理论和宽广的专业知识、具有较强的解决实际问题的能力,能够承担专业技术或管理工作、具有良好职业素养的高层次应用型专门人才”。采用“二元制”培养实践能力成为专业学位硕士研究生培养工作的核心,也成了评价研究生培养质量的关键指标之一。葛平淑等[1]研究并实践了面向工程应用能力和综合素质的人才培养方案,王旭飞等[2]综合考虑国家政策、区域特点和学校实际,提出了车辆工程学科课程体系的构建思路、方法和结果。

案例教学法作为一种基于实践经验的探索性教学模式,对提高专业学位硕士研究生综合知识创新能力和工程实践能力有着重要意义。案例教学法是根据教学目的要求,将已发生或将来可能发生的问题作为案例,组织学生对案例进行调查、阅读分析、讨论交流的研究活动,提出各种解决问题的方案,并对之进行论证说明,促使学生加深对知识的理解,从而提高其发现问题、分析问题和解决问题的能力。郑玲等[3]以《汽车控制理论》课程为例,探索了案例教学在车辆工程全日制工程硕士培养中的创新实践,并总结了案例教学的经验和体会。刘晓晶等[4]提出了案例教学法实施组织应注意的案例典型性、条件设计合理性、反面案例恰当性问题。

本文面向车辆工程专业学位硕士研究生的工程实践能力培养要求,结合《汽车可靠性工程》课程教学目标,开发了教学案例并实施,讨論案例教学过程的一些原则、方法、不足和效果。

1 课程教学目标与案例教学的实施原则

1.1 课程教学目标

《汽车可靠性工程》是重庆理工大学车辆工程专业学位硕士研究生的专业学位课程,先修课程包括概率及数理统计、材料力学、互换性与测量技术基础、汽车理论、汽车设计等。课程教学内容由汽车可靠性工程概论、可靠性基本概念、可靠性数学、汽车零部件可靠性设计、汽车产品可靠性设计、可靠性试验、可靠性制造与工厂的可靠性工作等组成。

通过课程教学,使学生具备以下能力:(1)了解质量与可靠性的关系,掌握可靠性的基本概念、计算方法等方面的基本知识;(2)掌握FMEA、FTA、SPC等可靠性分析方法、质量控制方法,具备结合汽车零部件可靠性设计开展设计分析与过程控制实践的能力;(3)建立工厂可靠性管理的基本概念,了解汽车零部件及整车产品可靠性管控方法;(4)具备开展汽车可靠性设计的基本能力,掌握汽车零部件、系统可靠性设计方法,以及应用可靠性设计分析工具开展汽车可靠性增长的能力。

1.2 案例教学的实施原则

案例教学与传统的课堂教学相比,存在教学过程的主题与沟通方式、学生学习状态和参与程度等不同,因此要开展好案例教学,在案例教学的实施过程必须要遵循原则:(1)启发和诱导学生独立思考的原则;(2)尊重学生创见的原则;(3)学生独立学习方式、小组讨论方式、全班辩论方式等多种教学方式的综合原则;(4)案例素材的选择、案例的情景描述、案例的深入分析、案例的审视以及归纳总结等基本教学环节精心设计原则。

2 案例教学实施

传统的《汽车可靠性工程》的课程教学,由于相关的知识点理论性强,且基于概率和数理统计展开,导致学生理解困难,课程教学效果一般。根据《汽车可靠性工程》教学内容安排和教学目标要求,结合可靠性基本概念和可靠性数学撰写了“变速器齿轮轴加工尺寸统计分析”,基于汽车零部件可靠性设计开发了“汽车传动轴强度可靠性开发”,面向质量与可靠性、可靠性数学、工厂的可靠性工作等教学内容策划了“发动机气门装配质量分析”等教学案例。鉴于文章篇幅,本论文仅以“发动机气门装配质量分析”为例,简要说明案例教学的设计与教学组织。

2.1 案例设计

2.1.1 案例说明

某发动机工厂生产的一款发动机,搭载整车以后有一定数量的客户反映气门噪声大。该问题反馈到设计开发部门,设计部门根据问题归属责成NVH部门摸排问题原因。

负责该问题整改的NVH工程师开展如下工作:(1)复查了产品定型的相关设计分析报告及实验数据,结论显示发动机气门噪声满足开发要求。(2)召回针对客户反映强烈的汽车,进行整车NVH实验和发动机动力总成台架实验,实验结果证明该汽车发动机气门噪声超标。(3)基于发动机产线下线检测试验台测试结果,发现部分在线生产的发动机气门噪声超标。由此,可以确定气门噪声超标一定概率存在。由于气门噪声与气门间隙密切相关,基本确定气门噪声小概率存在的原因是气门加工/装配超差。

基于发动机设计图纸,明确发动机进气气门间隙的设计值为0.19±0.03mm,排气气门间隙的设计值为0.29±0.3mm。基于发动机气门装配台架测试气门间隙,收集245台发动机气门间隙数据(具体数据由于篇幅原因省略)。

基于该问题的排查过程及相关数据,结合课程教学内容围绕以下几点进行学习讨论:(1)工程师解决问题的思路和措施的合理性;(2)气门间隙的测量方法及误差原因;(3)根据设计图纸要求和测试数据进行气门质量分析;(4)保障气门装配质量的措施。

2.1.2 教学组织

根据案例教学的实施原则和具体的学生专业背景情况,在实施案例教学时重点注意采用几点措施,以保证教学质量。(1)知识准备:梳理案例分析可能用到的本课程教学内容知识点,提供相关文献资料目录;(2)团队建立:采用小组讨论、班级答辩的方式组织实施案例教学,每个小组3-4人,设立小组负责人;(3)时间保证:案例发布到答辩的时间为2周;(4)全员参与:明确小组人员工作内容及随机确定答辩人的制度;(5)评价标准:评价学生在案例分析时表现的知识点应用、工程意识、团队意识和基于工程的语言表达和交流能力;(6)教师作用:案例说明、知识点答疑、归纳总结。

2.1.3 教学效果

通过本案例教学,学生了解了气门间隙的测量方法,气门间隙装配误差产生原因及测量误差的原因;基本掌握本案例所涉及的统计学参数均值、极值、标准差、3σ法则、统计过程控制SPC等知识点及其在工程中的应用;产品加工质量及工序能力的控制方法;加深理解了工程实践中的发现问题、分析问题和解决问題的逻辑过程及其具体应用;基本具备了基于工程的交流能力。

在本案例中涉及的统计学的基本概念均值、极值、标准差等,采用传统的教学方法,一般会基于公式进行讲解说明,但很难与工程现象联系起来。在案例分析时,针对245组数据,采用分组法分成45组,每组5个测量数据,然后统计分析每组随机数据的均值、极值和标准差等统计参数,应用3σ法则对气门间隙装配质量稳定性进行分析。根据3σ法则确定的均值、极值的控制标准,可以发现气门间隙的装配质量的确存在超差的情况,说明装配质量不稳定。

根据气门间隙的设计值及其公差范围,构建工序能力分析图,计算工序能力指数Cp或Cpk。按照±0.03mm带宽控制气门间隙标准,其Cp值在0.87~1.20之间,Cpk值在0.57~1.05之间,得出气门装配系统尚未完全稳定,随机因素对工序运行能力有一定影响的结论。

3 案例教学反思

案例教学对于提高全日制专业学位硕士研究生的工程实践能力培养效果具有重要作用,在教学实施过程中学生的参与情况和完成情况整体较好。在组织实施案例教学过程中,如下3点总结对于完善案例教学组织实施,提升课程整体教学效果具有重要作用。

3.1 案例教学的内容难度

由于《汽车可靠性工程》涉及的知识面很广,基于案例教学法开展课程教学,要使学生很好地理解汽车零部件及产品的可靠性设计方法,不仅需要具备相关的理论知识,还需要有一定的计算机软件能力,而这部分能力因人而异,参差不同。因此,案例教学过程中需要准备一些计算软件和工具软件,并辅以详细操作说明,使学生能够尽快熟悉应用软件、工具进行必要的计算分析,适当降低案例分析的计算难度,重点进行建模、分析,加深对相关知识点的理解和工程应用。

3.2 案例教学的分析深度

设计系列的问题、引出问题、通过分析讨论获得正确的认识或结果,是案例教学的关键点和难点。针对案例说明,分析案例的知识点,设计理论与实践相结合的相关问题,并准备相关知识点和问题的文献资料参考目录供学生学习。为能够深入分析案例,保证讨论的参与度,采取了案例预答辩制度对案例答辩的提问方式、交流方式以及学生和教师互动环节等进行提前准备,保证了案例教学分析的深度,提升了对解决问题方法和相关知识点的掌握程度。

3.3 案例教学的局限性

通过案例教学在《汽车可靠性工程》课程教学的创新实践应用,发现案例教学也存在效率不高、知识点碎片化的局限性。由于案例的情景描述、问题分析总结时间长,导致案例教学的效率较低。涉及的知识点比较多,所以在提供资料时难免出现零散概括知识点现象,导致知识点的学习不够系统。为此,在案例教学过程中,应严格把握工程问题的边界,及时梳理知识点,做好归纳总结,切实提升专业学位硕士研究生的工程实践能力培养。

参考文献

[1]葛平淑,赵秀春,张江燕,等.车辆工程专业应用型创新人才培养方案研究与实践[J].实验室科学,2018.06,p102-104.

[2]王旭飞,崔立堃,崔红.地方院校车辆工程学科硕士研究生课程体系研究[J].大学教育,2018.09,p24-26.

[3]郑玲,李以农.案例教学在车辆工程全日制工程硕士人才培养中的创新实践[J].高教学刊,2018.10,p85-88.

[4]刘晓晶,吴海燕.案例教学法与创新人才培养[J].黑龙江高教研究,2008.03,p130-132.

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