案例教学法在《汽车设计》课程教学中的应用

张 璘，李永力，张 辉

(吉林化工学院 航空工程学院，吉林 吉林 132022)

《汽车设计》课程是我校车辆工程专业的专业核心课程，是建立在汽车构造、汽车理论、汽车电子控制技术、汽车制造工艺学等专业课程基础之上的一门学科，在汽车行业应用型人才的培养过程中起到了至关重要的作用。本课程教学内容注重紧贴工程实际应用，有着不同于其他专业课程的特色，主要体现为三个方面：第一是学习内容兼具知识广度和专业深度，难度较高；第二是教学内容模块鲜明[1]，大多教材按照车辆的结构和性能设计将教学内容分为若干个模块，各模块互有不同且自成体系[2]；第三是近年来汽车设计开发技术发展迅猛，技术的更新迭代速度较快。

上述特点为本课程的教学设计和教学模式都提出了新的要求，在有限的教学学时内，传统以教师为中心的“黑板+粉笔+PPT”教学模式使学生处于被动学习状态，不利于培养学生的工程实践能力，教学效果非常有限。影响了本课程的教学质量。为解决传统教学模式弊端，课题组在2020年《汽车设计》课程教学改革中引入案例教学法，以达到提高教学效果、更好地培养车辆工程专业人才的目的[3-4]。

一、案例教学法对《汽车设计》课程教学的适用性

(一) 案例教学法的应用

案例教学的起源可追溯到我国春秋战国时期以及古希腊哲学家苏格拉底的“问答法”教学案例，高校案例教学最早于1870年由哈佛法学院使用，现代已被逐步应用于工科、理科等专业教学中[5-6]。近年来我国多所高校将案例教学法引入了《汽车设计》课程的教学中[7-9]，根据各高校实际教学情况不同主要分为三类，分别为常规汽车部件设计、汽车部件设计实践及科研与教学结合等，如表1所示。

表1 案例教学法在《汽车设计》课程中的分类及具体内容

(二) 案例教学法对本课程教学的适用性

根据我校《车辆工程专业人才培养方案》，《汽车设计》课程对本专业毕业生的培养要求为六点，如图1所示，均为“H(强)支撑强度”。可以看出：本课程在巩固专业理论基础的同时，也十分注重培养学生专业知识素养，而案例教学法的根本宗旨即是从实际入手、着重解决汽车设计的应用问题，在发现、分析、解决问题的过程中激发学生的学习兴趣，增强其对专业知识的理解并不断提高自身的专业能力水平。

图1 《汽车设计》课程的专业人才培养要求

本课程教材根据教学内容划分的模块不同主要分为两类，如图2所示。第一类教材内容介绍了汽车车身总体、离合器、机械变速器等各机构设计的相关基本知识，主要以汽车底盘系统设计为主；第二类教材适度保留了第一类教材中的设计内容，同时加入车辆性能设计和电动汽车设计的相关内容。两类教材内容均介绍了汽车底盘设计的一般流程、设计理论和计算方法。对设计过程，尤其是理论和计算环节教条、机械式地教学会使课程教学模式变得僵化，造成教师无法调动课堂情绪、而学生消极学习的效果。案例教学法针对不同机构设计均提出了相应案例进行讲解，训练学生独立设计的基本能力：首先教师从机构设计概述和要求入手，引导学生根据实际案例车辆的功用、设计侧重点不同，提出相应的设计要求；其次学生根据具体的设计要求，自主分析出需要选取的相应结构；最后由教师引导学生选取结构参数，并进行计算校核。在案例教学的过程中，机构设计的各环节均包含了学生自主提出问题、分析问题、解决问题的过程，教师将学生引导成为汽车基础设计角色的地位，而不是使学生成为知识的被动吸收者[10]，符合我校人才培养方案中对本课程的教学要求。

图2 《汽车设计》课程教学内容

汽车产品开发包含的外延比本课程内容要大得多，为使授课内容紧跟工程实际应用，教师应及时关注与各模块内容有关的最新技术，如汽车电器与电子技术、电控汽油喷射、自动变速器，ABS、EPS、自动巡航、主动悬架、新式万向节等。将最近设计案例及时恰当地融于教学过程中，提高教学内容的先进性。

综上，在本课程的教学过程中引入相应案例，以研究“车辆设计问题”为中心，学生则以掌握分析、解决问题的方法为主，可充分满足专业人才的培养要求。

二、案例教学法在《汽车设计》课程教学中的具体实施

(一) 教学材料准备环节

根据本课程的特点，车身结构设计案例、各总成结构设计案例、“非标件”的设计及加工、车辆制造及实验器械的开发与制作、车辆结构及性能仿真分析等均可作为教学的储备案例。选择教学案例时，重点考虑案例的典型性和先进性，案例应符合汽车设计基本流程，使学生在学习案例之后，达到举一反三的效果。

课题组每年根据《车辆工程专业培养方案》和本课程的教学总结对教学大纲、授课计划及教案进行修订和调整，以保证案例教学效果与课程教学目标一致；教学安排应保证足够的理论授课学时；教学方法以案例教学法为主、任务驱动及线上线下教学为辅，注重教学时与学生的互动；采用合理考核方式及评价标准等。

(二) 教学环节

教学环节是案例教学法引入本课程的关键，课题组在近两年的教学实践中分别对两类教材进行案例教学设计。如图3(a)所示，2020年本课题组第一次将案例教学法应用于汽车各机构总成设计的教学中，前半学期课程教学效果良好，极大激发了学生的学习兴趣；在课程后期教学环节中，由于每个案例均采用了“设计要求、结构方案、确定主要参数、主要零部件的强度计算”框架，学生的学习积极性受到影响，同时出现了教学学时紧张的情况。2021年课题组采用了如图3(b)中的案例教学内容，在保留了车身设计、离合器设计和悬架机构设计案例的同时，在车辆性能设计与电动汽车设计部分均加入了相应的教学案例，在教学条件允许的情况下，对各教学案例采用翻转课堂、线上线下、任务驱动等辅助教学方法，丰富了教学方法和手段，提高了学生的学习兴趣。

(a) 2020年案例教学内容

(b) 2021年案例教学内容图3 近两年《汽车设计》课程案例教学内容

三、案例教学法在《汽车设计》课程教学中的应用效果

(一) 教学成果

案例教学法应用于《汽车设计》课程后教学成果显著。部分案例教学内容采用了翻转课堂等方式，由教师作为引导、学生主讲各结构设计过程，激发了学习热情并锻炼了专业表述能力；由学生自行组织的兴趣小组定期进行研讨、汇报成果，利用课余时间自行设计的《新型汽车自适应悬架系统》在大学生创新创业训练计划中获得了国家级立项；学生辅助教师发表了论文《一种基于北斗导航的汽车自动驾驶系统设计》等，图4为案例教学法应用于《汽车设计》课程的教学成果。

(a) 学生讲解案例 (b) 兴趣小组汇报成果(c) 学生设计自适应悬架 (d) 学生辅助设计导航系统

(二) 笔试成绩对比分析

案例教学法应用于本课程17级教学后，笔试成绩分布情况呈现出合理的正态分布趋势，如图5所示。其中人数最多的分数集中在70～79.9分数区间，与预期相同；与前两届的学生成绩相比，不及格分数段的人数明显减少，而80分以上高分人数得到显著提升；值得注意的是，由于本课程无划重点、押题环节，使笔试分数获得90分以上的人数较少。笔试成绩的统计情况如表2所示，虽然笔试成绩的最高分有一定的变化幅度，但最低分数逐年提高缩小了分数全距，改善了笔试成绩的分布情况；笔试成绩最低分数的提高也使本课程的及格率明显提升；试卷的平均成绩与预期分数逐渐接近且标准差减小。

试卷成绩图5 近四年《汽车设计》课程笔试成绩的分布情况

近四年《汽车设计》课程笔试成绩的分布情况和统计情况说明：学生笔试成绩与教师日常教学效果密不可分，案例教学法的应用激发了学生日常学习的浓厚兴趣，使其更容易理解与掌握汽车设计的理论知识。试卷的成绩分布情况、及格率、与预期分数偏差、标准差等指标也均表明案例教学明显提高了本课程的教学质量。

表2 近四年《汽车设计》课程笔试成绩的统计情况

四、案例教学法在《汽车设计》课程教学中的应用拓展

在车辆工程专业应用型本科人才的培养体系中，《汽车设计》课程的地位是十分重要的，应彻底改变传统“教师为中心”的教学观念，注重教学方法和多学科的教学融合，紧密联系车辆的实际设计和生产技术流程；在案例法教学应用较为成熟的基础上，《汽车设计》课程教学可发展为多种教学法相辅相成的“混合式教学模式”，以提升学生学习主动性为基本出发点，培养学生综合专业素质为根本目标，经过多年教学实践从而形成科学、完善的教学模式。

五、结 语

案例教学法在《汽车设计》课程教学中的应用取得了良好的教学效果，教学中的经验总结如下：

(1)案例教学提升了教学效果及学生的学习主动性；

(2)案例教学需要对学时进行合理分配，难度不宜过大，案例的专业广度可以开阔学生的眼界和激发学习兴趣，同时一线授课教师应具有较高的专业及职业素养；

(3)《汽车设计》课程在应用案例法教学的同时，应结合翻转课堂、任务驱动等教学法，注重教学内容的多学科交叉融合，紧密联系车辆的实际设计和生产技术流程，并根据实际应用效果不断进行总结和补充，从而形成科学、完善的教学模式。