基于“四步一體”的汽車發(fā)動機(jī)開放式實驗教學(xué)改革研究

李小平　蘇巖　解方喜

摘 要：文章針對目前汽車發(fā)動機(jī)專業(yè)實驗教學(xué)存在的問題和不足，從實驗課程體系結(jié)構(gòu)、實驗教學(xué)模式、實驗項目及實驗考核體系等方面進(jìn)行改革，提出了基于“引導(dǎo)預(yù)習(xí)、方案設(shè)計、模塊化臺架搭建、實驗分析”四步一體的開放式實驗教學(xué)模式。 “引導(dǎo)預(yù)習(xí)”提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；“方案設(shè)計”發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，加強(qiáng)學(xué)生獨立思考問題及解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；“模塊化臺架搭建”增強(qiáng)了學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力；“實驗分析”全面提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，為汽車發(fā)動機(jī)專業(yè)應(yīng)用型和研究型人才培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；開放式實驗教學(xué)；汽車發(fā)動機(jī)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）07-0018-02

對于工科院校來說，專業(yè)課程的實踐性較強(qiáng)，實驗教學(xué)是專業(yè)課程必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生加深對基礎(chǔ)知識理解的重要措施，是學(xué)生對理論知識驗證的重要手段，是設(shè)計新產(chǎn)品、創(chuàng)造新技術(shù)的重要方法。同時實驗教學(xué)也是工科院校培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力、思考能力、解決問題能力、團(tuán)體協(xié)作能力和創(chuàng)新思維能力的一個重要環(huán)節(jié)[1-3]。一直以來，各高等院校都在探索適合自身學(xué)科的實驗教學(xué)模式，開放式，創(chuàng)新性實驗教學(xué)模式廣受各院校歡迎[4-7]。近些年，本專業(yè)的教師為探索培養(yǎng)應(yīng)用型和研究型多層次高素質(zhì)的學(xué)生進(jìn)行了很多實踐教學(xué)更新，也取得了一些成效[8-9]。但目前本專業(yè)的實驗教學(xué)還存在一些不足，如實驗課程依附于理論課程，課時量少，設(shè)備使用率低，上課時間局限，缺乏創(chuàng)新型實驗等。實驗教學(xué)不能滿足現(xiàn)在學(xué)校提倡的培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，開放創(chuàng)新型實驗教學(xué)的要求，為此進(jìn)行汽車發(fā)動機(jī)專業(yè)實驗教學(xué)改革有著重要的意義。

一、汽車發(fā)動機(jī)實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.優(yōu)勢與特點：現(xiàn)有的實驗課安排在理論課程講授完成后，實驗教學(xué)方式主要為：年輕教師講授實驗方法、學(xué)生按實驗室教師指導(dǎo)操作、記錄數(shù)據(jù)、整理報告、教師批改實驗報告并給出成績。在這種實驗教學(xué)模式下，實驗教學(xué)與理論教學(xué)密切結(jié)合，有利于學(xué)生對理論知識的理解與掌握，同時實驗教學(xué)過程中方便管理，實驗教學(xué)臺架穩(wěn)定，考評標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

2.存在的問題：教學(xué)形式單一；實驗課依附理論課程，課時量少，汽車發(fā)動機(jī)專業(yè)4門主干課程實驗課時占總課時均不超過15%，同時實驗課程安排在理論課程結(jié)束之后，上課時間局限，且處于期末階段，學(xué)生投入實驗的精力較少；實驗儀器教學(xué)任務(wù)及臺時數(shù)少，設(shè)備使用率低；考核評價體系不完善，對部分實驗?zāi)芰?qiáng)的學(xué)生及有創(chuàng)新設(shè)計能力的學(xué)生的考核辦法欠缺；缺乏創(chuàng)新設(shè)計型實驗，抑制了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

二、汽車發(fā)動機(jī)實驗教學(xué)改革的策略

1.優(yōu)化課程體系。把專業(yè)實驗課從理論課程中分離出來，形成一門獨立的課程。工科院校的其他專業(yè)學(xué)生可將本專業(yè)實驗課設(shè)置為選修課，而本專業(yè)的學(xué)生為必修課。實驗課程項目包括演示性實驗、基本理論驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗及創(chuàng)新設(shè)計性實驗四大類，其中每類實驗項目中又包含必做實驗項目和選做實驗項目。學(xué)生可以根據(jù)自己的時間、興趣及能力選擇實驗課程及實驗項目。改革后將大大提高課程的任務(wù)量及實驗儀器教學(xué)臺時數(shù)，提高設(shè)備使用率，同時也提高學(xué)生實驗的自由度。

2.創(chuàng)新實踐教學(xué)模式?；凇八牟揭惑w”的開放式實驗教學(xué)模式是一種學(xué)生自主分組選擇實驗項目、實驗時間、實驗指導(dǎo)教師，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，學(xué)生自主設(shè)計實驗方案并自行搭建臺架完成實驗過程，分析實驗數(shù)據(jù)及撰寫實驗報告的教學(xué)形式，主要由“引導(dǎo)預(yù)習(xí)，方案設(shè)計，模塊化臺架搭建，實驗分析”四步組成。

（1）引導(dǎo)預(yù)習(xí)。學(xué)生先預(yù)習(xí)實驗大綱及實驗指導(dǎo)書，根據(jù)實驗教學(xué)大綱、實驗指導(dǎo)書自主選擇實驗項目，自行組隊，選擇實驗指導(dǎo)教師，確定實驗時間。此外，學(xué)生要根據(jù)實驗指導(dǎo)書，初步設(shè)計實驗方案，查閱實驗方案中涉及的實驗儀器相關(guān)資料，了解其工作原理及基本操作方法，自行選擇上課時間及實驗項目。這樣實驗時間及自由度得到了大幅提高，避免了部分學(xué)生由于時間沖突而無法按時完成實驗課程的情況。通過引導(dǎo)預(yù)習(xí)過程，學(xué)生了解實驗方法，同時了解實驗所需儀器的簡單工作原理及簡單操作方法，提高了自己查閱資料的能力及獨立思考的能力。書寫預(yù)習(xí)報告，培養(yǎng)了學(xué)生自我學(xué)習(xí)的習(xí)慣及歸納總結(jié)的能力。

（2）方案設(shè)計。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生獨自設(shè)計實驗方案，然后以小組形式，從實驗的科學(xué)性、先進(jìn)性、可行性等方面討論各自的實驗方案，最后小組討論，統(tǒng)一實驗方案，提交指導(dǎo)教師審閱，指導(dǎo)教師對小組方案不合理的方面給予指導(dǎo)修正，最終確定一個完善的可實施的實驗方案。在設(shè)計實驗方案的過程中，通過小組討論，學(xué)生可以了解自己設(shè)計的實驗方案的不足，哪些因素沒有考慮，忽略了哪些實驗程序。在這個過程中，學(xué)生可以了解發(fā)動機(jī)與測功機(jī)臺架的匹配，發(fā)動機(jī)與油耗儀的匹配，發(fā)動機(jī)與冷卻系統(tǒng)的匹配，以及其他測試設(shè)備在實驗中的選擇。例如，不能把一臺額定功率只有50kW的發(fā)動機(jī)裝在一臺CW440測功機(jī)上。如何選擇各種設(shè)備，搭建一個合理的實驗臺架，是現(xiàn)在實驗教學(xué)課程沒有提到的。現(xiàn)行的實驗教學(xué)，學(xué)生一進(jìn)入實驗室，臺架都是現(xiàn)存的，不用學(xué)生自己安裝，所以學(xué)生對臺架的搭建及臺架搭建過程中需要注意哪些問題一無所知。方案設(shè)計過程，使學(xué)生增強(qiáng)分析問題的能力，提高獨立思考的能力，同時培養(yǎng)了學(xué)生相互討論的交流式學(xué)習(xí)方法。

（3）模塊化臺架搭建。實驗室教師把實驗儀器設(shè)備分類模塊化，如一個發(fā)動機(jī)測試平臺包括臺架基礎(chǔ)模塊，發(fā)動機(jī)油路模塊，發(fā)動機(jī)冷卻水模塊，發(fā)動機(jī)氣路模塊及發(fā)動機(jī)參數(shù)測試模塊等五大模塊。這一部分的工作主要由實驗室教師在課前準(zhǔn)備好，學(xué)生進(jìn)入實驗室后，實驗指導(dǎo)教師大致介紹一下實驗室的結(jié)構(gòu)及實驗設(shè)備，然后學(xué)生分工按要求完成各模塊的連接，同時有問題可以請教指導(dǎo)教師。這一過程可以鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，也能反映出學(xué)生各自的實踐能力的強(qiáng)弱，同時還能反映出學(xué)生對理論知識的掌握程度及對實驗設(shè)備的預(yù)習(xí)情況。模塊化臺架的搭建，讓學(xué)生對實驗過程的了解更深刻，對實驗步驟了解更完善，同時對設(shè)備的結(jié)構(gòu)也有更深刻的認(rèn)識。

（4）實驗分析。搭建好臺架后，學(xué)生按實驗方案及方法開始實驗，對設(shè)備使用不太熟悉的，指導(dǎo)教師給予指導(dǎo)，學(xué)生通過對實驗數(shù)據(jù)，實驗現(xiàn)象的分析理解，加深了對所學(xué)理論知識和儀器設(shè)備的使用及測量原理的理解。以前學(xué)生做實驗只是記錄實驗數(shù)據(jù)，對操作儀器基本不會，實驗數(shù)據(jù)都是在實驗課程結(jié)束后再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可能導(dǎo)致部分有問題的實驗數(shù)據(jù)以及規(guī)律與理論知識不相符的數(shù)據(jù)無法解釋原因。通過預(yù)習(xí)報告，學(xué)生對實驗的現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)的規(guī)律有了大概的認(rèn)識，所以在實驗過程中發(fā)現(xiàn)規(guī)律不正確的實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生能現(xiàn)場分析原因，做到實驗數(shù)據(jù)有效可靠，鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，及現(xiàn)場處理實驗數(shù)據(jù)的能力。

3.實驗項目改革。以前的實驗項目包括演示性實

驗、驗證性實驗、綜合性實驗，但缺乏創(chuàng)新設(shè)計性實驗，且實驗項目基本是發(fā)動機(jī)的常規(guī)實驗，對一些新的技術(shù)，新的測試方法及一些行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)等等缺少更新。經(jīng)過改革后的實驗項目，提高了創(chuàng)新設(shè)計型實驗項目的比例，加入了一些新的測試方法、新的科研技術(shù)，以及新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生可自主選擇一些感興趣的創(chuàng)新設(shè)計型實驗，帶著興趣去做實驗，這樣既可以讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)研究中的困難和艱辛又能體會到實驗成功后的樂趣，既能提高學(xué)生在學(xué)習(xí)、生活及科研中遇到實際問題分析問題、解決問題的能力，又能提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，開拓學(xué)生的知識面。

4.考核體系改革。實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動手能力，加深理解和掌握所學(xué)理論知識，驗證理論現(xiàn)象，了解專業(yè)儀器設(shè)備和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)應(yīng)該以學(xué)生查閱資料的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達(dá)能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力等各方面作為一個綜合評價體系，全面準(zhǔn)確的評價學(xué)生的實踐能力。改革后的考核體系是以滿分為100分，其中預(yù)習(xí)報告占10%，設(shè)計方案占20%，臺架搭建占20%，實驗分析占20%，實驗報告10%，平時團(tuán)隊協(xié)作占10%，課堂出勤及表現(xiàn)占10%的加權(quán)考核體系，創(chuàng)新設(shè)計能力算加分項（20分為上限）。這種考核體系既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和動手實踐能力，又能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、獨立思維能力和科研能力，同時還能加強(qiáng)學(xué)生之間的團(tuán)隊協(xié)作能力，既能考評各個層次的學(xué)生能力，又能照顧到有創(chuàng)新設(shè)計能力的學(xué)生，對學(xué)生的各項能力考評也更公平公正。

三、結(jié)語

基于“四步一體”的汽車發(fā)動機(jī)專業(yè)開放式實驗教學(xué)模式有利于學(xué)生對汽車發(fā)動機(jī)的專業(yè)知識的理解、對實驗儀器設(shè)備的測量原理有更清楚的認(rèn)識，強(qiáng)化學(xué)生的動手實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，提高學(xué)生分析問題，解決問題的能力，加強(qiáng)學(xué)生團(tuán)體協(xié)作的能力及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，對工科專業(yè)課程的實驗教學(xué)具有一定的借鑒作用。

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[責(zé)任編輯 李金波]