摩擦学教学中案例教学法的运用范文

摘要：尝试在课程教学中引入工程项目和教学案例。初步设计了两个案例：滑块轴承最大承载力参数化研究和润滑油检测方法研究。通过课堂讲解和案例教学，激发了学生学习兴趣，促进了探究学习能力和解决问题能力培养。实践证明，在摩擦学原理教学中实施案例教学十分必要，成效显著。

关键词：案例教学；摩擦学原理；传统教学案例

教学法（CaseStudy）是由哈佛大学法学院院长ChristopherColumbusLangdell教授创立的一种教学方法，理论教学与实践活动相结合，依据实际案例，引导学生自主学习，自主探究，以提高运用理论解决实际问题的能力[1]。专业硕士研究生培养是一个复杂的系统工程，案例教学有助于培养独立科研能力、创新能力，从而提高综合素质。实践能力的培养需要合适的教学案例。摩擦学研究关乎能源，可能制约高端装备的升级换代与性能提升，是节能和绿色发展的重要组成部分。摩擦学具有明显的交叉性、系统性和时变性[2-3]。摩擦学原理课程包括摩擦、磨损和润滑3方面内容，是机械设计及理论专业研究生的专业学位课。由于课程内容多，抽象而复杂，仅靠“老师讲、学生听”的传统教学模式，难以调动学生学习主动性和积极性。为此，综合课程内容的理论知识与实践需要，尝试在教学中引入工程项目和教学案例，引导学生进行探究性学习。

一、摩擦学原理案例教学的意义

机械工程学科是青岛理工大学最早的学位授权点之一，机械与汽车工程学院拥有机械工程一级学科博士学位授权点和机械工程一级学科博士后科研流动站，拥有4个一级学科硕士学位授权点。学校领导及研究生教育主管部门重视机械工程学位点研究生的教育工作，现已形成了学士-硕士-博士-博士后完整的多层次人才培养体系，在校博士、硕士研究生400余人。摩擦学研究所自1989年成立以来，在摩擦学领域取得了一些代表性的研究成果，如“热黏度楔机理”、“非牛顿润滑理论”、“光干涉弹流润滑实验台”、“高速滚动轴承的动态测试系统”等。将这些成果作为教学案例，既提高了课堂教学的趣味性，又加深了学生对摩擦学理论的理解。为实现专业学位研究生培养目标，利用中央与地方共建专项经费、山东省摩擦学与先进表面工程实验室重点建设经费等,购置了先进的科研仪器和设备，如粗糙度轮廓测量分析仪，多功能摩擦磨损测试仪，扫描电子显微镜，微型面接触润滑油膜测量仪等，为研究生实践教学提供了较好的硬件条件，便于案例教学开展。

二、摩擦学原理教学案例设计

摩擦学原理课程是研究生专业学位课，由于每个导师的研究内容不同，学生上课阶段往往对课程还没有清楚的认识。对此，在课程进行之初，举例说明导师研究方向和工程应用背景，以及该研究领域发展趋势。既使本组学生明确了导师的研究领域，又开阔了其他研究生的视野，明确了摩擦学涉及的范围。案例设计1：滑块轴承最大承载力的参数化研究。楔形滑块是几何形状最简单的流体润滑部件，除单独使用外，常作为推力滑动轴承的组成元件。当滑块的几何形状不太复杂时，常常可以得到解析解。另外，对滑块问题的分析不仅有助于了解润滑的基本特性，也是推力轴承润滑设计的基础。理论讲解：以无限长滑块为例，说明解析法求解Reynolds方程的过程，求出压力分布和最大压力，将压力积分，求得单位长度上的承载量[4]。按照无量纲承载量的表达式，讨论影响最大承载力的因素。分析可得无量纲载荷的大小取决于收敛比K，从而得到著名的6W曲线，即收敛比K对无量纲载荷的影响。实验验证：该曲线在诸多《摩擦学原理》教材中都有体现，但由于实验仪器所限，不能进行有效的试验验证。经过研究，自制了面接触油膜测量试验台，可以进行实验验证。实验之前需先了解面接触润滑油膜测量仪结构，明确测量原理，控制温度和湿度等实验条件，选择实验用油和实验试块。实验步骤：检查测量设备-试样清洗-玻璃盘安装与调平-试样安装与倾角固定-载荷平衡和施加-实验、数据采集-数据处理过程-实验台整理。实验内容：载荷一定，膜厚随速度变化；载荷、速度一定，膜厚随倾角变化。根据实验数据，绘出膜厚随速度和倾角的变化曲线，并根据无量纲承载力的定义式得出载荷随收敛比的变化规律。将实验结果与理论计算结果进行对比，以验证理论计算结果的正确性。案例设计2：齿轮箱中润滑油检测方法探究。对于大型机组或重要机械系统如高铁齿轮箱，要求在运转一段时间后能准确而方便地判断润滑油是否需要更换。为此，设计了润滑油检测方法的探究教学案例。教学方式：自由讨论。教学内容：探究合理的检测方法。学生采用头脑风暴法，按照自己的理解，各抒己见，创造性地提出了很多方法，如荧光法、铁谱法、光学法、PH值测定法等。有的学生提出在放油口安装磁性元件，以监测铁屑数量等。通过案例引入，活跃了教学气氛，学生在讨论中明确了油品检测知识。

三、教学反馈及效果

与传统的“满堂灌”或“老师讲、学生听”的教学模式相比，案例教学更加注重研究生探究能力，既激发了学生的学习兴趣，又提高了分析问题、解决问题能力。设计与讲课内容紧密结合的案例，是案例教学的保障。例如，滑块轴承案例，学生在理论学习之后，通过自己设计实验，验证了理论结果，完整而又系统地理解了滑块轴承的最大承载力问题。案例要源于工程实际。教学实践证明，学生对来自生产和生活的案例更容易接受，如磨损检测、润滑油更换、自清洁技术，等等。研究生能透过表面看到此类研究问题的实质，通过查找资料、小组讨论等解决问题。来自导师研究课题的案例，能拉近学生与课程的距离，学生通过案例学习，能清楚课题的摩擦学本质，从而快速融入导师研究团队，也为其研究做了很好的积累。案例的选择要与时俱进，选择与摩擦学发展前沿领域和重大装备相关的案例，既开阔了学生视野，又给研究生课程注入新鲜血液。比如，在2017年课程教学中，主讲教师结合9月在北京举行的世界摩擦学大会，给学生放映了世界摩擦学大会的宣传片，以增加学生对摩擦学的感性认识，明确摩擦学的历史、发展和应用。

参考文献：

[1]邱选兵，齐美山，魏计林，等.案例教学法在工程类创新型研究生实践教学中的应用研究[J].大学教育，2014（12）：135-137.

[2]威廉埃利特.案例学习指南：阅读、分析、讨论案例和撰写案例报告[M].刘刚，钱成，译.北京：中国人民大学出版社，2009：1.

[3]周仲荣.摩擦学发展前沿[M].北京：科学出版社，2006：139.

[4]温诗铸.摩擦学原理[M].北京：清华大学出版社，2012：79-84.

作者：郭峰 王健 单位：青岛理工大学