《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》課程的模塊化教學(xué)研究

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(武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,武漢 430063)

《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》課程主要講述內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程的基本理論及主要零部件設(shè)計(jì)原則和方法，是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的課程。已作為國(guó)外知名綜合性大學(xué)及理工類大學(xué)動(dòng)力機(jī)械類學(xué)生本科期間必修主干課之一。在國(guó)內(nèi)，《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》已成為清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、吉林大學(xué)、武漢理工大學(xué)等高校動(dòng)力工程類專業(yè)學(xué)生的必修主干課。針對(duì)卓越工程師試點(diǎn)專業(yè)實(shí)踐性的特殊要求，強(qiáng)調(diào)專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐操作技能相結(jié)合，強(qiáng)化動(dòng)手能力的培養(yǎng)。武漢理工大學(xué)2011年開(kāi)始在源動(dòng)力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)對(duì)各課程提出模塊化教學(xué)改革的新的教學(xué)模式[1]。

1 提高學(xué)生工程實(shí)踐能力

模塊式教學(xué)(MES：Modules of Employable Skills)是國(guó)際勞工組織在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種較為先進(jìn)的教學(xué)模式。在我國(guó)一般稱之為“模塊式教學(xué)法”。它是在深入分析每個(gè)專業(yè)、職業(yè)(工種)和技能的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照專業(yè)工作標(biāo)準(zhǔn)(崗位規(guī)范)，將教學(xué)大綱和教材開(kāi)發(fā)成不同的教學(xué)模塊，形成類似積木組合式的教學(xué)方式。將各種教學(xué)模塊組合而成的教學(xué)計(jì)劃稱之為模塊式教學(xué)計(jì)劃，它實(shí)現(xiàn)了理論學(xué)習(xí)與操作訓(xùn)練的有機(jī)結(jié)合。

模塊化教學(xué)在國(guó)外如德、英、美等國(guó)家的高等教育中應(yīng)用較為廣泛，從教學(xué)組織到教材的編寫(xiě)，都以知識(shí)技能“模塊”來(lái)劃分。國(guó)內(nèi)的一些培訓(xùn)教學(xué)中“模塊化”教學(xué)也得到了較好的應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)的高等教育中應(yīng)用較少，有一些學(xué)院的個(gè)別專業(yè)進(jìn)行這方面的有益探索和嘗試。隨著素質(zhì)教育的實(shí)行，以及本科生卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施，試點(diǎn)專業(yè)必須轉(zhuǎn)變教學(xué)定位，積極開(kāi)展模塊化教學(xué)，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力[2]。

2 體現(xiàn)專業(yè)技能培養(yǎng)特色

工程實(shí)踐能力培養(yǎng)必須有具備模塊化專業(yè)技能特色的教學(xué)內(nèi)容作支撐，但現(xiàn)有教材大部分都是建立在學(xué)科體系的基礎(chǔ)上，在教學(xué)內(nèi)容和要求上沒(méi)能體現(xiàn)出本專業(yè)的崗位技能特點(diǎn)和要求。模塊化教學(xué)則徹底打散現(xiàn)有的課程體系，根據(jù)每一項(xiàng)知識(shí)專題的要求將教學(xué)內(nèi)容重新組合，形成一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的“功能塊”。每一“功能塊”在短時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)，針對(duì)性地進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，并緊接著進(jìn)行理論、實(shí)踐的考核。

“模塊化”教學(xué)強(qiáng)調(diào)能力的培養(yǎng)，重視知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用，不追求知識(shí)體系的完整；將教學(xué)內(nèi)容按培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才要求科學(xué)地劃分為若干個(gè)可以有機(jī)搭配和組合的模塊，本著必需和夠用的原則，篩選和重組教學(xué)內(nèi)容；根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)對(duì)象選擇不同的模塊內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)；保證學(xué)生以較高效率修完所需課程相關(guān)內(nèi)容并具備相應(yīng)能力，從而達(dá)到畢業(yè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》模塊化教學(xué)在知識(shí)結(jié)構(gòu)上就是將內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、基本工作原理、代用燃料、電子控制技術(shù)、排放污染物的生成與控制、仿真計(jì)算設(shè)計(jì)、混合動(dòng)力、振動(dòng)與噪聲、動(dòng)力系統(tǒng)匹配、故障診斷等內(nèi)容。在教學(xué)層次上分為基本模塊群和專業(yè)發(fā)展模塊群。基本模塊群是任何專業(yè)發(fā)展方向的學(xué)生都必須要掌握的內(nèi)容，例如內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、基本工作原理等模塊；專業(yè)發(fā)展模塊群是對(duì)某方面有興趣的學(xué)生才要求掌握的內(nèi)容，是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)中最前沿的新技術(shù)、新能源等，例如內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)模塊、內(nèi)燃機(jī)代用燃料模塊等。

3 培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力

提高大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，突出技能訓(xùn)練的主導(dǎo)地位，一直以來(lái)是高等院校始終貫徹的指導(dǎo)思想，也是內(nèi)燃機(jī)學(xué)教學(xué)中模塊化教學(xué)的核心思想。

模塊化教學(xué)打破傳統(tǒng)的課程體系，建立若干個(gè)教學(xué)功能模塊，將《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》理論教學(xué)和內(nèi)燃機(jī)技能訓(xùn)練有機(jī)地結(jié)合在一起，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的綜合運(yùn)用能力以及運(yùn)用知識(shí)的實(shí)際操作能力。為此，圍繞《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》課程，設(shè)立了獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)。學(xué)生首先進(jìn)行三周的內(nèi)燃機(jī)拆裝實(shí)習(xí)，了解內(nèi)燃機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和基本工作原理；然后進(jìn)入課堂教學(xué)階段，從理論上掌握內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程的原理和性能，并通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)鞏固加深理論知識(shí)。完成理論教學(xué)環(huán)節(jié)后，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)整體或主要零部件的部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，初步了解內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般方法，為今后的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。完成以上環(huán)節(jié)之后進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，了解內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際使用和維護(hù)方面的知識(shí)。

1)以《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》課程體系建設(shè)取代單一的課程建設(shè)?！秲?nèi)燃機(jī)學(xué)》課程體系由“拆裝實(shí)習(xí)、理論教學(xué)、臺(tái)架實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)”五大教學(xué)環(huán)節(jié)組成，其中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)量學(xué)時(shí)數(shù)占課程體系總學(xué)時(shí)數(shù)的68%。模塊化教學(xué)強(qiáng)調(diào)能力的培養(yǎng)，重視知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用，不追求知識(shí)體系的完整，為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維提供了可能。

2)在模塊化教學(xué)過(guò)程中，理論教學(xué)與技能訓(xùn)練是同步進(jìn)行的。理論指導(dǎo)實(shí)踐，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證理論知識(shí)，學(xué)生手腦并用，注重知識(shí)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。教學(xué)中可以先講授理論，用理論指導(dǎo)實(shí)踐操作；也可以從實(shí)訓(xùn)實(shí)踐操作開(kāi)始，先接受感性認(rèn)識(shí)，再?gòu)睦碚撋霞右苑治?、歸納和總結(jié)；還可以在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，就遇到的實(shí)際問(wèn)題從理論上進(jìn)行輔導(dǎo)，提高學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

3)在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)更加有針對(duì)性，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力水平靈活調(diào)整實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)時(shí)間，可集中時(shí)間和精力來(lái)強(qiáng)化弱項(xiàng)。同時(shí)，開(kāi)設(shè)多個(gè)模塊課題，學(xué)生在選擇模塊學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)多，實(shí)訓(xùn)時(shí)與其他學(xué)生比較也會(huì)產(chǎn)生緊迫感。學(xué)習(xí)、操作能力強(qiáng)、領(lǐng)悟快的學(xué)生可提前選修其他實(shí)訓(xùn)模塊，對(duì)于學(xué)習(xí)散漫的同學(xué)也可起到鞭策作用，逐漸形成你追我趕的學(xué)習(xí)氛圍。

4)模塊式教學(xué)計(jì)劃充分體現(xiàn)“理實(shí)一體化”教學(xué)和課程綜合化設(shè)置等要求，有助于全面推行學(xué)分制管理。使今后在該專業(yè)大類范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)新專業(yè)時(shí)只需修訂專業(yè)教學(xué)模塊即可，從而使新專業(yè)的開(kāi)發(fā)周期縮短、效率提高，適應(yīng)市場(chǎng)的需要。

4 重新定位教師和學(xué)生的角色

卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃無(wú)論是對(duì)教師還是對(duì)學(xué)生都提出了全新的要求。要求教師在授課時(shí)不能照本宣科，教師在傳授知識(shí)的同時(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及職業(yè)道德素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作精神的建立；要求教師不僅具有較強(qiáng)的理論知識(shí)積淀，還要有較高的操作、動(dòng)手能力和解決實(shí)踐操作中遇到問(wèn)題的能力。

在模塊化教學(xué)過(guò)程中，讓教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”同步化，教師的教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)一致化，針對(duì)每個(gè)學(xué)生的興趣，開(kāi)展模塊化教學(xué)，使學(xué)生感到所學(xué)正是所要的。對(duì)于學(xué)生，要從過(guò)去的要我學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)槲乙獙W(xué)，充分發(fā)揮主動(dòng)能動(dòng)性。模塊化教學(xué)還要求學(xué)生不要過(guò)分依賴教師，培養(yǎng)自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，要從過(guò)去應(yīng)付考試、混張文憑的學(xué)習(xí)目的轉(zhuǎn)變?yōu)檎莆照娌艑?shí)學(xué)上來(lái)。對(duì)于教師的角色，要從信息的給予者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的管理者，要激發(fā)、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是學(xué)生學(xué)習(xí)的教練和裁判。

5 突出卓越工程師培養(yǎng)特點(diǎn)

根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)要求，針對(duì)《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》課程基礎(chǔ)性與實(shí)踐性的特點(diǎn)，在教學(xué)方法和教學(xué)手段改革中需重點(diǎn)把握難點(diǎn)分散和重點(diǎn)講透，現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重，傳授知識(shí)、技能與提高素質(zhì)互相兼顧，發(fā)揮教師教學(xué)的主導(dǎo)作用和學(xué)生自主探索并重的原則。采用了課堂講授，專題講座、師生互動(dòng)討論、結(jié)構(gòu)認(rèn)知實(shí)踐教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等教學(xué)方式，同時(shí)利用現(xiàn)有的條件開(kāi)展開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)識(shí)和實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

5.1 啟發(fā)式教學(xué)貫穿于理論教學(xué)環(huán)節(jié)，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果

課堂教學(xué)中注重啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)思考，將教師的傳授與學(xué)生的參與相結(jié)合，始終圍繞內(nèi)燃機(jī)學(xué)的基本概念講解，重點(diǎn)包括：基本概念產(chǎn)生的背景、影響因素以及基本概念之間的細(xì)微區(qū)別；列舉基本概念的應(yīng)用實(shí)例，使學(xué)生了解基本概念的用途；指導(dǎo)學(xué)生閱讀文獻(xiàn)、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和掌握這些基本概念。

充分利用教具、模型、實(shí)物、展臺(tái)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備及多媒體課件等教學(xué)手段，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力?！秲?nèi)燃機(jī)學(xué)》教學(xué)CAI軟件的內(nèi)容除了文本、聲音、圖像外，還有動(dòng)畫(huà)、錄像、幻燈片、電影的配合，可以使學(xué)生很好地掌握一些抽象和難于理解的內(nèi)容。

5.2 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)要求動(dòng)手操作，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力

能源動(dòng)力系統(tǒng)及自動(dòng)化專業(yè)是應(yīng)用型專業(yè),尤其作為卓越工程師培養(yǎng)試點(diǎn)專業(yè)，要求學(xué)生具有實(shí)際操作和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》這門(mén)課程時(shí),不僅要懂得各種內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,更要懂得如何運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題；而這種實(shí)際動(dòng)手解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)在很大程度上需要從各種實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中獲得,如柴油機(jī)拆裝、臺(tái)架試驗(yàn)訓(xùn)練以及課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等。

1)適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué),使學(xué)生熟悉內(nèi)燃機(jī)典型零部件的結(jié)構(gòu)，并測(cè)試其主要性能，加深對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的理解,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

2)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)可以大大提高教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。課本中一些在課堂上需要花較長(zhǎng)時(shí)間卻不容易講清楚的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)中很容易解決,這樣可以大大節(jié)省課時(shí),達(dá)到事半功倍的效果。當(dāng)然，要上好現(xiàn)場(chǎng)課,需要任課教師事先寫(xiě)好現(xiàn)場(chǎng)課的教學(xué)大綱,其中包括現(xiàn)場(chǎng)課的時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容、學(xué)生的分組及輪換順序、指導(dǎo)教師與指導(dǎo)內(nèi)容、現(xiàn)場(chǎng)課中要解決的問(wèn)題等。現(xiàn)場(chǎng)課結(jié)束后,要求學(xué)生針對(duì)本次現(xiàn)場(chǎng)課的內(nèi)容寫(xiě)專題報(bào)告,字?jǐn)?shù)不限,按科技論文的格式撰寫(xiě),為日后的畢業(yè)論文撰寫(xiě)打下基礎(chǔ),這樣就可以達(dá)到一舉兩得的目的。

3)全面開(kāi)放內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生可以利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室觀看實(shí)物,進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的拆裝，也可在實(shí)驗(yàn)師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或訓(xùn)練,這樣可以使學(xué)生有更多的動(dòng)手機(jī)會(huì),有更多的時(shí)間來(lái)消化課堂所學(xué)知識(shí),而且靈活機(jī)動(dòng)。

5.3 開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)，適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和需求,中國(guó)船舶行業(yè)已進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng),我校能源動(dòng)力系統(tǒng)及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生將為世界船東生產(chǎn)和服務(wù)。因此，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)正朝著“國(guó)際化”方向努力。在內(nèi)燃機(jī)學(xué)課程部分內(nèi)容教學(xué)中采用雙語(yǔ)教學(xué)直至最后完全使用英語(yǔ)教學(xué),可以提高學(xué)生的英語(yǔ)運(yùn)用和交流能力,從而使他們能夠適應(yīng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)工作中的國(guó)際間交往要求。

6 構(gòu)建多元的綜合評(píng)價(jià)體系

《內(nèi)燃機(jī)》課程實(shí)踐性很強(qiáng)，學(xué)好并能用好相關(guān)知識(shí)是最重要的教學(xué)目標(biāo)。考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握應(yīng)以過(guò)程為主，重點(diǎn)體現(xiàn)學(xué)生對(duì)技術(shù)問(wèn)題的分析理解能力和解決問(wèn)題的能力，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)要綜合進(jìn)行?？梢杂虚]卷、開(kāi)卷、筆試、口試、現(xiàn)場(chǎng)考核和課堂表現(xiàn)等方式，考試時(shí)間可長(zhǎng)可短。比如對(duì)實(shí)踐性環(huán)節(jié)可采用開(kāi)卷形式，教師提出課題的完成時(shí)間要求和能力要求。平時(shí)可用布置大作業(yè)的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行課中測(cè)驗(yàn)，這樣可督促一些平時(shí)不太認(rèn)真的學(xué)生抓緊時(shí)間完成課題任務(wù)。

總之，隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展和卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施，《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》課程教學(xué)中實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程實(shí)踐能力的提升，采用模塊化教學(xué)是一種較好的方法。

[1] 錢(qián)作勤，賀玉海，李煜輝.工科能源動(dòng)力類專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃構(gòu)想[J].船海工程，2011(4):39-42.

[2] 劉 旸.船舶與海洋工程專業(yè)本科模塊化教學(xué)體系構(gòu)建與興趣教學(xué)方法研究[J].船海工程，2011(4):74-77.