導(dǎo)語：發(fā)動機(jī)課程教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：提升為解決發(fā)動機(jī)課程包括發(fā)動機(jī)原理、發(fā)動機(jī)構(gòu)造和發(fā)動機(jī)拆裝中存在的學(xué)生自學(xué)能力不強(qiáng)、課內(nèi)外教學(xué)環(huán)節(jié)脫節(jié)、學(xué)生動手實(shí)踐機(jī)會少、對發(fā)動機(jī)構(gòu)造和原理理解不深等問題，同時聚焦于“OBE”理念在課程教學(xué)中的實(shí)施，構(gòu)建了以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，包含“課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)踐、綜合創(chuàng)新”的“三平臺”發(fā)動機(jī)課程“教學(xué)做一體化”教學(xué)模式。圍繞成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)這三個工程教育認(rèn)證教學(xué)理念開展了相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的效果，也為將來發(fā)動機(jī)課程的持續(xù)改進(jìn)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；發(fā)動機(jī)課程；教學(xué)做一體化；OBE

一、發(fā)動機(jī)課程教學(xué)背景

工程教育認(rèn)證強(qiáng)調(diào)以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，遵循持續(xù)改進(jìn)的基本理念[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證所突出強(qiáng)調(diào)的學(xué)生學(xué)習(xí)成果，是聚焦于學(xué)生“應(yīng)該得到什么”，能夠有力地保障高校的教育質(zhì)量。世界各國的工程教育認(rèn)證明確提出畢業(yè)生應(yīng)具備一定的基本知識、能力和素質(zhì)。美國工程教育認(rèn)證委員會ABET在2014~2015年的工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，列出十一項學(xué)生學(xué)習(xí)成果。我國的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作開始于2006年，對工程教育專業(yè)的畢業(yè)生的十項基本能力和素質(zhì)提出明確要求，不僅僅是學(xué)習(xí)書本上的知識，更是對解決復(fù)雜的工程應(yīng)用和學(xué)科研究能力的提高。其目標(biāo)是促進(jìn)我國的工程教育改革，提高教育質(zhì)量，已成為我國“五位一體”的高教評估體系的重要組成部分。工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)既充分反映當(dāng)代社會對工程師能力的基本要求，也體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的理念，考慮了學(xué)生未來的發(fā)展需要[2-7]?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確提出：“關(guān)心每個學(xué)生，促進(jìn)每個學(xué)生主動地、生動活潑地發(fā)展，尊重教育規(guī)律和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，為每個學(xué)生提供適合的教育?！贝罅Τ珜?dǎo)以學(xué)生為中心的工程教育專業(yè)認(rèn)證為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了可借鑒的框架體系和具體操作模式[8]。發(fā)動機(jī)課程教學(xué)過程中存在多模塊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、學(xué)科交叉等現(xiàn)象，受時間和空間限制，實(shí)踐教學(xué)與課堂教學(xué)無法緊密銜接。而合理的課程體系是優(yōu)化整體知識體系的關(guān)鍵一環(huán)，能夠有效保障專業(yè)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[9-11]。針對發(fā)動機(jī)課程教學(xué)中存在的問題，以全面提高學(xué)生創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)為宗旨，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向，構(gòu)建了包含發(fā)動機(jī)構(gòu)造、發(fā)動機(jī)原理以及發(fā)動機(jī)拆裝三門發(fā)動機(jī)課程在內(nèi)的新教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)踐貫穿理論，來培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)及動手實(shí)踐的能力，加強(qiáng)學(xué)生對發(fā)動機(jī)相關(guān)知識的理解和掌握。

二、課程進(jìn)行改革的必要性

（一）教學(xué)理念亟需轉(zhuǎn)變。大學(xué)作為培養(yǎng)高層次創(chuàng)造性人才、進(jìn)行科學(xué)研究和知識創(chuàng)新的重要基地，將直接影響到國家的綜合國力和國際競爭能力的強(qiáng)弱。傳統(tǒng)的“重教有余、重學(xué)不足；灌輸有余，啟發(fā)不足；復(fù)制有余、創(chuàng)新不足”教學(xué)理念在培養(yǎng)學(xué)生能力方面存在著明顯的不足，嚴(yán)重影響學(xué)生的思維獲利，壓抑了學(xué)生的主觀能動性。科學(xué)的教學(xué)應(yīng)該注重學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，充分發(fā)揮學(xué)生的個性能力。教學(xué)的目標(biāo)，關(guān)鍵是提高學(xué)生創(chuàng)造性、應(yīng)用現(xiàn)有知識解決復(fù)雜問題[12]。因此，應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)理念，以提高學(xué)生創(chuàng)新精神和適應(yīng)能力為目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力。（二）教學(xué)手段需與時俱進(jìn)。發(fā)動機(jī)構(gòu)造課程中點(diǎn)火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)原理課程中燃燒室燃燒、排氣凈化過程等內(nèi)容，由于部件復(fù)雜，而且有的內(nèi)容涉及到化學(xué)反應(yīng)等微觀內(nèi)容，不容易被學(xué)生理解。發(fā)動機(jī)拆裝課程中，各部件的裝配關(guān)系、配合情況等內(nèi)容由于教學(xué)條件限制，不能滿足每個學(xué)生都拆裝一次的要求。傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，需要引入虛擬仿真、三維制圖軟件、流場分析軟件FLUENT軟件等信息手段，從而加強(qiáng)學(xué)生的訓(xùn)練，強(qiáng)化知識的掌握。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以應(yīng)用該平臺對相類似的系統(tǒng)進(jìn)行分析，提高自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力[13]。（三）教學(xué)方法需要改革。傳統(tǒng)教學(xué)中只注重教師的講授，學(xué)生聽課，單項傳授知識的教學(xué)方法。在教學(xué)中，教師占據(jù)了課堂的絕大部分時間，導(dǎo)致教學(xué)中的教師中心化。一節(jié)課中，教師的說話、活動時間占了課堂的一大半，為板書而板書，為演示而演示的現(xiàn)象也不少見。教師更多的是從自身出發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注于自身如何教好，而不是學(xué)生如何學(xué)好，學(xué)生是否真正學(xué)到了知識等。教學(xué)中明顯的反映出是學(xué)生在幫助教師完成教學(xué)任務(wù)，而不是教師在幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。而一支高水平的師資隊伍能夠真正滿足于工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，教師不僅只完成自己的教學(xué)任務(wù)，更為學(xué)生提供整體的指導(dǎo)與咨詢，以提高學(xué)生素質(zhì)能力為主。因此，傳統(tǒng)教學(xué)方法難以適應(yīng)工程認(rèn)證導(dǎo)向的教學(xué)要求，必須堅持“理論結(jié)合實(shí)踐、以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向”的原則，把“教學(xué)”傳統(tǒng)的以教為主的思想轉(zhuǎn)化為以學(xué)為主，不斷對其進(jìn)行調(diào)整[14-16]。

三、新的課程教學(xué)模式

（一）教學(xué)內(nèi)容方面。發(fā)動機(jī)教材內(nèi)容滯后于汽車新技術(shù)的發(fā)展，一些新的發(fā)動機(jī)技術(shù)沒有在課本上體現(xiàn)，與工廠正在應(yīng)用的技術(shù)相脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生到了工廠后不能很好進(jìn)入工作狀態(tài)，企業(yè)需要花費(fèi)較大精力進(jìn)行培訓(xùn)。在與企業(yè)進(jìn)行多次調(diào)研和溝通的情況下，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)。將發(fā)動機(jī)構(gòu)造和發(fā)動機(jī)原理的實(shí)驗(yàn)單獨(dú)獨(dú)立出來，設(shè)立構(gòu)造與原理實(shí)驗(yàn)課程，增加實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課時。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中增加共軌實(shí)驗(yàn)、汽油電控噴射實(shí)驗(yàn)、排放測試等相關(guān)實(shí)驗(yàn)；在增加操作實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，也增加了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以進(jìn)行虛擬拆裝、系統(tǒng)部件認(rèn)知等。另外，針對學(xué)生需要增加新技術(shù)的掌握和了解，利用北京舉行的國際內(nèi)燃機(jī)展和國際汽車展，組織學(xué)生到展覽會進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解國內(nèi)及國際發(fā)動機(jī)的新技術(shù)、市場主流技術(shù)及技術(shù)的發(fā)展趨勢，從而增加學(xué)生國際視野。（二）教學(xué)方法與手段。虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)不僅具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，還是相互依存的關(guān)系。虛擬實(shí)驗(yàn)以真實(shí)實(shí)驗(yàn)原理為基礎(chǔ)，利用多媒體技術(shù)和現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)對真實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬；真實(shí)實(shí)驗(yàn)需要以虛擬實(shí)驗(yàn)作為補(bǔ)充和拓展。只有充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，利用其互補(bǔ)性克服各自的局限性，才能使學(xué)生得到全面的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，達(dá)到提升本科實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的目的。在教學(xué)過程中，利用PRO/E、SOLIDWORKS、UG等三維軟件對發(fā)動機(jī)原理的部件進(jìn)行建模，利用FLUENT軟件對發(fā)動機(jī)原理的流場進(jìn)行分析，利用3DMAX軟件對發(fā)動機(jī)拆裝進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。發(fā)動機(jī)構(gòu)造課程主要講述發(fā)動機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)及其功用。包括了發(fā)動機(jī)的兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)各部件都有實(shí)物造型，形狀特點(diǎn)容易被學(xué)生理解，由于受到部件的尺寸和重量、復(fù)雜程度的影響，在課堂上不宜將各部件和系統(tǒng)帶入進(jìn)行講解。所以需要課上課下結(jié)合，課上主要以三維造型、軟件進(jìn)行原理模擬為主，課下進(jìn)行實(shí)物測量，結(jié)構(gòu)認(rèn)知為主。發(fā)動機(jī)構(gòu)造課程實(shí)踐性強(qiáng)，所以主要以實(shí)物測量及認(rèn)知為主，仿真模擬進(jìn)行輔助。出于學(xué)生認(rèn)知的需要，依據(jù)發(fā)動機(jī)的裝配關(guān)系，建立了發(fā)動機(jī)立體分解模型，按照發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和位置關(guān)系進(jìn)行拆解，發(fā)動機(jī)立體拆解現(xiàn)場如圖1所示。本課程建立了汽、柴油發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、起動系統(tǒng)的三維仿真模型。每部分三維圖形都是基于實(shí)物進(jìn)行，參考性強(qiáng)。發(fā)動機(jī)拆裝課程主要考核學(xué)生的動手實(shí)踐能力，是發(fā)動機(jī)構(gòu)造課程的后續(xù)實(shí)踐課程。課程主要強(qiáng)化各部件之間的裝配關(guān)系，工具的使用情況，考核對各個機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)的位置、作用及拆裝方法的掌握程度。本課程基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的虛擬仿真平臺，進(jìn)行發(fā)動機(jī)及其子系統(tǒng)工作原理的仿真演示，創(chuàng)制基于虛擬仿真模型的汽、柴油發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)的虛擬交互式拆卸與裝配實(shí)訓(xùn)，汽車發(fā)動機(jī)三維仿真拆裝實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)如圖2所示。教學(xué)方法主要包括軟件操作示范、重要系統(tǒng)及機(jī)構(gòu)功能展示講解、互動探討及學(xué)生實(shí)際操作、單位時間模擬拆裝考核、關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)功能復(fù)述等。使每一位學(xué)生都能結(jié)合虛擬拆裝，熟悉并掌握汽車發(fā)動機(jī)構(gòu)造相關(guān)知識，深化對相關(guān)專業(yè)課程的認(rèn)知，達(dá)到“一人一機(jī)”、可反復(fù)拆裝的教學(xué)效果。在計算機(jī)上進(jìn)行模擬拆裝后，再到發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物拆裝，可以避免由于小組拆裝時由于不能實(shí)現(xiàn)每一個學(xué)生都從頭到尾親自完成每一步拆裝而導(dǎo)致的無法全面考核每個學(xué)生的動手能力的問題。通過仿真實(shí)訓(xùn)和實(shí)地拆裝綜合表現(xiàn)確定學(xué)生成績。發(fā)動機(jī)原理課程主要講述發(fā)動機(jī)的動力輸出與能量利用原理，包括動力性經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、燃料與工質(zhì)特性、熱力循環(huán)分析與能量利用、充量更換過程、以及運(yùn)行特性與性能調(diào)控。發(fā)動機(jī)的燃燒與排放問題，包括燃燒基礎(chǔ)知識、混合氣形成和燃燒過程、特殊燃燒問題的機(jī)理與對策、有害排放物的生成與控制、以及高效低污染新燃燒方法與新能源。這些內(nèi)容都十分抽象，且由于涉及到微觀氣體運(yùn)動、燃燒高溫等理化現(xiàn)象，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，不易觀察，所以利用虛擬仿真技術(shù)模擬發(fā)動機(jī)內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化。例如開展發(fā)動機(jī)噴油泵實(shí)驗(yàn)進(jìn)行噴油量的調(diào)整和在FLUENT中對噴霧形狀的特點(diǎn)進(jìn)行模擬，將兩者結(jié)合應(yīng)用，使學(xué)生能更深刻理解燃油噴射過程。課程教學(xué)中，應(yīng)用一維整機(jī)性能仿真軟件GT-POW－ER以及三維仿真軟件FIRE，STAR-CD，KIVA，CON－VERGE等模擬發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒過程、流場模擬機(jī)性能仿真。例如：應(yīng)用CHEMKIN對發(fā)動機(jī)滯燃期、層流火焰速度以及HCCI燃燒等內(nèi)容進(jìn)行仿真。應(yīng)用美國GAMMATechnologies公司開發(fā)的GT-POWER仿真軟件、奧地利AVL公司開發(fā)的BOOST仿真軟件和英國Ricardo公司開發(fā)的WAVE仿真軟件對發(fā)動機(jī)性能進(jìn)行仿真分析。在發(fā)動機(jī)原理的授課教學(xué)中，此類計算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用也更好的將科研與教學(xué)相結(jié)合，將最新的科研成果以及研究方法對學(xué)生們進(jìn)行講解與展示，使教學(xué)內(nèi)容與方式做到與時俱進(jìn)。（三）課程組織形式方面。除了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，在課程組織上，選擇2-4學(xué)時進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”式教學(xué)模式，以小組方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生可以自由組合，分別研究發(fā)動機(jī)構(gòu)造或原理課程教學(xué)目標(biāo)的一小部分。每組確定一名小組長作為組織者，各組學(xué)生根據(jù)教學(xué)要求去查詢資料，歸納總結(jié)，提出自己的觀點(diǎn)和看法，經(jīng)過小組內(nèi)部討論后，以小組為單位闡述對主題的見解，限定15分鐘內(nèi)以多媒體的方式進(jìn)行展示和匯報，由其他的同學(xué)和教師提問，并對匯報內(nèi)容提出改進(jìn)建議。由此，學(xué)生在課堂上有更多自主時間與教師參與關(guān)鍵學(xué)習(xí)活動，能從中學(xué)到更多的知識和技能，不僅是關(guān)于知識本身，還有個人的演講能力、口頭表達(dá)能力和團(tuán)隊精神。同時，增加學(xué)生和教師互動和個性化溝通的方法，讓所有的學(xué)生都能參與到其中，都能獲得個性化的教育。

四、結(jié)束語

通過對課程內(nèi)容的持續(xù)改進(jìn)，使發(fā)動機(jī)構(gòu)造、發(fā)動機(jī)拆裝和發(fā)動機(jī)原理課程相結(jié)合。課堂上主要進(jìn)行部件和原理的傳授，課下虛擬仿真技術(shù)支持的虛擬仿真平臺上先對發(fā)動機(jī)進(jìn)行虛擬裝配，再對發(fā)動機(jī)實(shí)物進(jìn)行拆裝，利用三維軟件繪制各零部件的三維圖及運(yùn)動仿真，以便更深刻的理解發(fā)動機(jī)構(gòu)造及其裝配關(guān)系，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。同時通過虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用、翻轉(zhuǎn)課堂、展覽會學(xué)習(xí)等教學(xué)方法和手段的應(yīng)用，開拓學(xué)生視野，實(shí)現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)與課下學(xué)習(xí)結(jié)合、校內(nèi)學(xué)習(xí)與校外學(xué)習(xí)結(jié)合，使學(xué)生更加積極主動地學(xué)習(xí)。這種教學(xué)模式涵蓋了車輛工程專業(yè)發(fā)動機(jī)系列課程，并在實(shí)際中取得了良好的效果，為今后的其他課程改革提供參考和經(jīng)驗(yàn)。

作者:張學(xué)敏 李金鳳 侯秀寧 劉思瑤 單位:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院