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摘要：针对发动机故障诊断实践课程教学模式的现状与存在的问题，本文对递进式项目化教学模式在该课程中的运用进行了探索；通过知识体系的重新整合与梳理、发动机机械故障模拟课程的开设与教学模式的优化，从而取得较好的实际成效。实践证明，该教学方法可以有效提高学生的理论知识学习与工程综合实践能力。
关键词：发动机故障诊断；实践课程；递进式；项目化教学；教学模式优化
本文引用格式：孙裴,等.基于递进式项目化教学模式的发动机故障诊断实践课程探索[J].教育现代化,2019,6(13):39-41.
一引言
随着中国汽车工业的发展，社会对于汽车工程类人才的知识结构提出了新的要求。“发动机故障诊断”作为汽车工程类专业学生的重要专业课，是由机械原理、发动机构造与原理、发动机电控技术等多学科多技术相互交叉，渗透而成的一门综合性课程，涵盖知识领域广阔，并具有非常显著的理论实践相结合的教学特点。
近年来，国内部分高校针对自身情况，积极尝试汽车故障诊断类教学的改革：如军事交通学院的曾锐利老师[1]在原有课堂授课的基础上，增加了以学生为主体的文献阅读，及工程实践与课程设计环节；宁波工程学院的姚焕新[2]、江汉大学李素华等老师[3]将CDIO教学模式应用到了“汽车诊断与检测技术”项目教学中；南京工程学院刘国兵老师[4]提出校企合作下的汽车故障诊断教学模式并取得较好的效果。
类比上述教学方式，递进式项目化教学分为三大阶段：1.以导师引导为主的初级阶段；2.引入初级项目化作业的中级阶段；3.完成综合式项目化作业的高级阶段。相比CDIO等工程教育模式，递进式项目化教学具有层层深入的教学特点，对于理论基础较为薄弱的学生群体具有较好的引导与教学效果；且以递进式项目化教学的形式，能够较好地激发学生的主观能动性与团队合作意识[5]。
由此，本文以递进式项目化教学为核心，分析发动机故障诊断实践课程的现状与存在的问题，研究基于此教学方式的发动机故障诊断实践课程的优化教学方法，进一步为汽车工程类专业的实践类课程需求提供指导和借鉴。
二传统发动机故障诊断实践课程主要存在问题
（一）现阶段实践类课程内容与实际车用发动机故障形式存在较大偏差
现阶段，发动机故障诊断类实践教学，仍以发动机电器与电控系统的故障诊断为主，这是由于早期发动机电控系统与电器系统可靠性较低，其平均无故障运行时间较短。近年来，随着发动机电控系统可靠性技术的发展，其整体无故障工作时间已经达到了10000小时以上，车用发动机故障形式与故障部件的类型随之发生了较大的变化。郭际泽等[6]以车用柴油机为例，其中分系统故障部件分布概率与故障部件失效形式的关系如表1所示。
由表1可见，现阶段车用发动机的故障部件与失效形式较为多样。其中，以内部损坏，密封不良开裂等形式为主，总和约30%，并主要集中于机械系统中。与此相比，电器与电控系统的故障以线路故障为主，发生概率仅为6.34%。然而，现阶段，发动机故障诊断实践类课程针对发动机机械故障的系统化教学内容较少，与实际故障形式存在较大偏差。其主要原因是由于发动机机械故障具有较大的偶发性，且其故障形式多样，较难通过实践课程模拟进行再现；同时，在缺少专用设备时，此类故障在判定时需要在发动机故障诊断台架上进行带故障热启动，容易导致发动机损毁等严重后果。
（二）课程体系复杂、授课形式较为单一、知识掌握连贯性差
由于发动机故障诊断课程对学生的专业知识具有非常高的要求，属于综合性较高的课程。其基础课程包含电子电器原理、发动机构造、发动机原理、发动机电控等诸多专业课程，对学生在学习过程中的思辨能力、逻辑能力与判断能力均有较高的要求。同时，传统发动机故障诊断实践课程主要以老师课堂授课结合故障教学台架实习的学习形式，教学形式较为单一与死板，学生参与积极性较差，对于故障的理解仅停留在表面，较难从构造与系统工作原理层面故障产生的本质进行分析与理解，从而影响到教学效果。
（三）对学生的成绩评定方式较为单一，缺少灵活性与综合性
由于现阶段发动机故障诊断实践课程评分包含“出勤-课内考试-课后报告”三部分组成。其中，在实践教学阶段，对学生知识掌握程度的评估只有通过课内考试的形式进行，即通常情况下由教师在故障诊断台架上设置数个常见发动机故障，学生在规定时间内进行排除即可。此类考核方式具有操作简单，效率高；但是仅对学生在学习过程中知识掌握程度进行评价，无法全面对学生的理论分析能力、逻辑能力、团队协调能力等综合能力予以评估。
三 发动机故障诊断实践课程教学改进方法
( 一） 对发动机故障诊断实践课程的知识体系进行重新整合与梳理
由于发动机故障涉及电子电器原理，机械构造，发动机构造，发动机原理，发动机电控等诸多理论课程，授课时间跨度较大。故仅针对故障诊断课本进行授课，不可避免存在“头疼医头，脚疼医脚”的问题，致使学生在学习中较难对知识体系进行系统化的认知与学习。
在发动机故障诊断实践课程中，通过开设从原理基础实验、台架模拟类教学到综合性诊断三个步骤递进式的教学模式，分别针对发动机机械系统与发动机电子控制系统两个体系，从而保证学生在学习过程中拥有较为连贯的知识体系，从中可对先修类课程进行巩固。改进后的课程体系如表2所示。
（二）引入自主研发的发动机冷试系统与发动机机械故障模拟课程
发动机冷试（Engine cold test）是一种先进的线上诊断方法。其基本原理为通过电机拖转发动机曲轴旋转，同时对发动机诸多评价性参数如曲轴转矩、进排气压力、缸体振动等进行采集，由此对发动机机械故障进行诊断。相比传统的分解故障诊断与热试，发动机冷试具有测试精度高，检测效率高，测试过程可控性好，安全可靠等优势[7]。但线上冷试台架造价高昂，且适配于发动机生产线上，难以直接应用于实践课堂。
因此，针对发动机机械故障诊断环节，开发适合实践教学的发动机冷试系统具有非常重要的实际意义。通过冷试过程，不但能够使学生对先进的发动机线上诊断工艺有较为深入的了解，更可以对学生发动机构造、发动机原理等基础性课程知识得到巩固。同时，在完成发动机冷试的数据采集后，鼓励能力较强的学生通过专业模拟软件如LMS AMESim等，对发动机冷试动力学仿真模型进行搭建，并对故障特征进行模拟与重现。通过定量分析，在理论层面上对发动机机械故障的产生机理进行更为深入的学习。
（三）层层深入递进式项目化教学模式
由于学生存在知识理解差异与能力差异，若以完全相同的内容与形式对其进行授课，则较难把握授课深度与内容，容易使基础较差的学生反映上课“听不懂”或“无法理解”的问题，而使基础扎实，对此类课程具有浓厚兴趣的学生却感觉“知识量太少”等问题。
对此，递进化的教学模式是一种能够较好兼顾实际课程多种情况的实践教学形式，即针对基础一般，对此类课程兴趣不大的学生通过理论验证型实验，对基本知识理解透彻；而针对课程感兴趣的学生，可根据其兴趣进行自由分组、综合创新型实验课程的学习，同时鼓励学生对相关文献进行查询。
此外，通过教师导向的初级阶段后，课堂教学过程以学生分组学习，进行分项目实践学习为主。在此过程中，学生可针对较为感兴趣的实践内容进行自由分组学习，从而在学习过程中锻炼学生的团队协作意识与能力与主观能动性。如表3所示课程项目授课形式与课程目的。
（四）建立更为灵活的综合考察评分形式，对学生综合能力进行评定
考核方式作为对学生学习能力与知识掌握能力的重要方法，其方式与效果将直接影响授课效果评估。由于实践类课程在成绩评定中，不但需要考察学生的理论知识掌握能力，更要对其综合能力进行考量。郭亮等[8]提出了一种注重掌握基本理论知识的同时侧重学生多种能力的培养和学习过程中有效学习的引导，构建了集（knowledge）、能力（ability）、过程（process）评价为一体的“KAP立体考核法”。通过此方法，相对弱化学生理论知识掌握的能力的考核分值，对应提高实践课程中学生的表现、团队协作能力、阶段项目报告及综合项目作业成绩等在内的平时成绩的比重。对照原有与改进后的考核项如表4所示。
在对我校汽车工程专业20余位学生进行试验性教学后，学生普遍反映对发动机的结构工作原理认识与故障诊断的逻辑性思维有了较大的提升。同时，部分学生组队参加了汽车类学科竞赛（SAE BAJA大赛SAE FSC大赛与Honda节能竞技大赛），并在竞赛过程中展现出了良好的专业素养、创新意识与团队协作意识。最终取得了全国第一一项，全国第二一项的优异成绩。
故可认为，通过递进式项目化教学模式对发动机故障诊断实践课程知识体系重新整合与梳理等工作，使实践课堂教学与实际生产得到了较好的契合，注重对学生的综合能力培养；同时，通过递进式的课程教学，充分调动学生对课程知识及相关专业的自学与互学积极性，大力改善学生的创新意识与解决实际问题的能力，从而有效提高学生的工程综合实践能力。
参考文献
[1]曾锐利,梅检民,赵慧敏,等.新形势下《汽车故障诊断学》教学改革研究[J].教育教学论坛,2017,(10):135-136.
[2]姚焕新,胡如夫.CDIO在汽车诊断与检测技术项目教学中的应用[J].宁波工程学院学报,2010,22(1):100-102,114.
[3]李素华.《汽车检测与诊断技术》课程教学方法改革与实践[J].佳木斯职业学院学报,2012(11):8-9.
[4]刘国兵.应用型高校汽车检测与故障诊断技术课程教学改革探索[J].科教文汇,2010,127-128.
[5]王效安.关于递进式项目化实训教学的探索[J].求知导刊,2016(27):142-142.
[6]郭际泽.基于费用函数的某柴油发动机可靠性分配方法研究[D].沈阳:东北大学,2012.
[7]苏鹏.基于冷试的发动机装配故障在线诊断研究[D].合肥:合肥工业大学,2011.
[8]郭亮,张建新,王俊茹.递进式《传感器原理及应用》课程项目化改革与实践[J].价值工程,2018,37(3):256-258.
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