“項目-任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)模式大學(xué)生工程能力培養(yǎng)研究

羅浩　吳振鵬　朱俊懿

摘 要：在大力倡導(dǎo)工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，對工科專業(yè)工程應(yīng)用類軟件課程的教學(xué)改革勢在必行。此研究基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念和要求，對《汽車CAD/CAE》課程教學(xué)問題和現(xiàn)狀進行分析與梳理，采用“項目-任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)模式，以實際工程需求為依據(jù)，對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式等方面開展教學(xué)改革，并持續(xù)反饋改進，以達到一定程度上提高學(xué)生工程能力的目的，以夯實車輛工程專業(yè)開展工程教育認(rèn)證的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車CAD/CAE 工程能力 教學(xué)改革

在中國高等教育中，工程教育是重要組成部分。作為國際認(rèn)可的工程教育質(zhì)量保證體系，工程教育專業(yè)認(rèn)證也是工程師資格與工程教育國際認(rèn)可的重要基礎(chǔ)。 工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是確保其是否符合行業(yè)認(rèn)可的工程畢業(yè)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這是一項以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的資格評估。在這種情況下，學(xué)生不僅應(yīng)具有扎實的專業(yè)理論知識，而且還應(yīng)具有較強的工程意識和能力。

目前，國內(nèi)外學(xué)者已開始了項目驅(qū)動和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法相融合的研究，并取得了一定的研究成果。在工程教育專業(yè)認(rèn)證及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下，探索兩種教學(xué)法相融合的教學(xué)模式，提升學(xué)生工程創(chuàng)新實踐能力勢在必行。

此研究以筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》課程為例來開展課程教學(xué)改革研究。根據(jù)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的《汽車CAD/CAE》課程教學(xué)，一般以三維軟件的常規(guī)操作方法教學(xué)為主，本質(zhì)上是軟件使用教程的學(xué)習(xí)。教學(xué)流程采用軟件普遍的使用教程流程進行，建模對象一般是較為簡單的針對單一知識點的模型。課程結(jié)束后，學(xué)生普遍掌握了單一知識點的軟件操作方法，即掌握了軟件的使用方法。但是，針對本專業(yè)涉及的汽車上復(fù)雜的汽車零部件建模，學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計過程中，普遍感覺無從下手，很多學(xué)生不具備復(fù)雜汽車零部件建模的能力，不具備相應(yīng)的工程能力。本研究探索“項目-任務(wù)驅(qū)動”的混合教學(xué)模式在《汽車CAD/CAE》課程中的應(yīng)用，為如何更好地培養(yǎng)工科專業(yè)學(xué)生的工程能力提供了一定的理論參考。具體而言，以武漢商學(xué)院機電工程學(xué)院2017級車輛工程專業(yè)學(xué)生為研究對象，從《汽車CAD/CAE》課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式等幾個方面展開研究，對《汽車CAD/CAE》課程進行教學(xué)改革，將工程能力作為《汽車CAD/CAE》課程的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建知識點和任務(wù)對應(yīng)的課程內(nèi)容，以便為其他課程改革提供范例。

1 教學(xué)過程中的問題

1.1 學(xué)生工程能力普遍不足

在第九屆中國工程院院士大會上，工程院常務(wù)副院長潘院士表示，中國的高等工程教育存在一些弊端，即教育重視理論而忽視實踐，在教職員工方面缺乏工程實踐背景，導(dǎo)致學(xué)生大多從理論上學(xué)習(xí)。課程結(jié)構(gòu)不合理，缺乏實踐知識的指導(dǎo)，課程創(chuàng)新還不夠。創(chuàng)新能力和工程能力的訓(xùn)練不足，對職業(yè)道德和職業(yè)能力的教育還不夠。高等工程教育的這種情況使我們的學(xué)生缺乏創(chuàng)新能力、實踐能力、合作意識和人際交往能力。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式制度不完善

《汽車CAD/CAE》該課程最重要的部分是培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，其中最重要的是獨立設(shè)計和建模復(fù)雜零件的能力。目前，學(xué)生在知識的學(xué)習(xí)上面面俱到，單一的軟件操作掌握熟練，但是在實際項目中卻無從下手。筆者認(rèn)為，存在這樣的問題，主要有以下幾個原因：

在傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中，根據(jù)對部分普通高校車輛工程專業(yè)《汽車CAD/CAE》課程的研究調(diào)查。目前，大多數(shù)高校車輛工程專業(yè)都開設(shè)了《汽車CAD/CAE》課程。普通高等教育教材種類多，不同學(xué)校的教材和教學(xué)大綱并不相同，但教材的內(nèi)容主要基于對單個軟件操作技能的講解。教學(xué)內(nèi)容的組織是以軟件的使用流程進行，學(xué)生往往對單一軟件操作方法掌握的比較熟練，但綜合設(shè)計建模能力較弱。其次，教學(xué)內(nèi)容主要來源于教材，一般包括軟件的二維草圖繪制，三維零件建模，零件裝配，仿真等等，缺少較為復(fù)雜的汽車相關(guān)的零部件的綜合設(shè)計建模訓(xùn)練。再者，學(xué)生過于依賴教師，過于依賴課本，對于教材中涉及的操作方法，可以熟練地對照課本進行操作。但是，對于教師單獨給出的、沒有操作教程的對象的建模，學(xué)生普遍無從下手，獨立解決工程問題的能力有限，缺少工程設(shè)計思維的訓(xùn)練。

在傳統(tǒng)的授課方式中，主要是授課教師在講臺上講解，幾乎所有的教學(xué)活動都是由老師組織的，學(xué)生只是被動地接受。在這種教學(xué)模式下，它嚴(yán)重制約了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計思維和工程實踐能力的培養(yǎng)。特別是在實驗環(huán)節(jié)中，學(xué)生基本上按照實驗指導(dǎo)書的指導(dǎo)進行，缺乏獨立工程實踐項目設(shè)計建模的訓(xùn)練，在綜合設(shè)計建模操作時相當(dāng)吃力，缺少工程設(shè)計思維的訓(xùn)練。

在傳統(tǒng)的考核方式中，對于《汽車CAD/CAE》課程，目前傳統(tǒng)的考核方式仍以紙質(zhì)試卷考試的方式為主，考核方式單一。此研究將探索以上機實踐操作考試、平時實踐項目提交、參與學(xué)科競賽成績和課堂綜合表現(xiàn)等形式的多維考核方式，評定這門課程最終成績。

2 教學(xué)改革思路

工程能力的培養(yǎng)最核心的目的是要讓學(xué)生能夠獨立自主地完成一項項工程項目。在基于“項目-任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)模式中，首先，我們應(yīng)該設(shè)計合理可行的項目，然后結(jié)合課程相關(guān)知識點制定相應(yīng)的任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中，能夠使學(xué)生的實際工程能力有所提升，讓學(xué)生在掌握課程基礎(chǔ)知識的同時，進一步培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。

本研究從基于“項目-任務(wù)驅(qū)動”混合教學(xué)模式出發(fā)，對筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》，研究了該課程的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方法，解決整個教學(xué)過程中工程能力不足的問題。本文探討了培養(yǎng)學(xué)生工程能力的教學(xué)模式，以及如何將考核方法滲透到教學(xué)過程的各個方面。將課程的主線劃分為一個個實際工程項目，將課程的知識要點和工程項目的實例對應(yīng)起來，使教學(xué)內(nèi)容在前后聯(lián)系上更加緊密，使學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)得更加連續(xù)和融合。 同時，根據(jù)知識點，在教學(xué)中制定相關(guān)的課程任務(wù)，使學(xué)生在完成課程任務(wù)的過程中，帶動學(xué)生學(xué)習(xí)《汽車CAD / CAE》的知識點，從而更好地鍛煉學(xué)生的計算機繪圖，仿真和工程能力。具體而言：

2.1 基于“項目-任務(wù)驅(qū)動”混合教學(xué)模式的教學(xué)目標(biāo)

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，以實際工程需求為依據(jù)，改變傳統(tǒng)教學(xué)過程中“按模塊，講命令”的方式，以實際工程設(shè)計思維的培養(yǎng)為目標(biāo)，重點培養(yǎng)學(xué)生基于三維設(shè)計軟件工具，解決復(fù)雜汽車零部件的設(shè)計建模能力，而不是熟悉軟件使用方法的能力。

2.2 基于“項目-任務(wù)驅(qū)動”混合教學(xué)模式的教學(xué)內(nèi)容

本課程從汽車的核心部件開始，在結(jié)構(gòu)設(shè)計和建模思想的指導(dǎo)下，結(jié)合實際項目和企業(yè)實例，使學(xué)生掌握相關(guān)設(shè)計和建模的具體過程和操作方法，以便讓學(xué)生的實際工程能力得到有效提升。通過甄選，確定了“把手草圖繪制”、“發(fā)動機撥叉建?！?、“蝸桿設(shè)計”、“汽車油箱三維建?！薄ⅰ白兯倨鬏S三維建?！薄ⅰ白兯傧溲b配體”、“支架工程圖設(shè)計”等具體的汽車相關(guān)的綜合設(shè)計項目，對于每一個項目，針對性地分拆為多個課堂任務(wù)。通過“項目-任務(wù)驅(qū)動”模式，推進授課進程。在課程最后，結(jié)合相關(guān)CEA軟件，確定了以例如“基于ADAMS/CAR（一種CAE汽車軟件）四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱動力學(xué)仿真”和“基于ANSYS（一種CAE軟件）的白車身結(jié)構(gòu)分析”等實際工程實例為教學(xué)綜合項目，并鼓勵學(xué)生參與“全國汽車創(chuàng)意設(shè)計大賽”、“中國汽車造型設(shè)計大賽”、“先進成圖大賽”和“3D大賽”等學(xué)科競賽，將好的學(xué)生作品納入本課程的教學(xué)案例庫中，擴充課程教學(xué)資源。

同時，通過與相關(guān)企業(yè)開展校企聯(lián)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)，借助實際企業(yè)工程項目豐富教學(xué)案例，增強學(xué)生對評價標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計過程的認(rèn)識，增加學(xué)生的工程實踐經(jīng)驗，從而教學(xué)內(nèi)容更具針對性，突出專業(yè)性，提高實用性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。課后練習(xí)是工程實踐教學(xué)的重要組成部分，可以加深學(xué)生對模塊命令和課堂內(nèi)容的理解和掌握。因此，有必要建立一個豐富的習(xí)題數(shù)據(jù)庫，根據(jù)實際操作的難度將其劃分為不同的層次，并根據(jù)相應(yīng)的要求提供相關(guān)的課后實踐內(nèi)容，為學(xué)生的持續(xù)進步和發(fā)展提供幫助和便利。

2.3 基于“項目-任務(wù)驅(qū)動”混合教學(xué)模式的授課方式

改變傳統(tǒng)授課方式，減少教師“填鴨式”授課時間。教師的主要職責(zé)是組織課堂教學(xué)和課堂答疑。適當(dāng)增加學(xué)生自主上機練習(xí)時間，采用分組完成單獨完成項目的方式，讓學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)解決問題，對于學(xué)生解決不了的，再由授課教師進行講解。針對筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》課程，目前授課方式全部采用上機授課。對于軟件中“各命令”，“各模塊”的學(xué)習(xí)，由教師推薦軟件自學(xué)網(wǎng)站，學(xué)生自學(xué)的方式進行。課程中，首先將學(xué)生分成若干小組，由教師分發(fā)前文中提到的綜合設(shè)計項目。然后學(xué)生一起討論，對于本次課的項目，需要用到哪些軟件操作命令，設(shè)計的流程可以有哪些，具體的流程步驟如何等。最后學(xué)生自主上機操作，教師答疑。

2.4 基于“項目-任務(wù)驅(qū)動”混合教學(xué)模式的考核方式

考核方式上，減少筆試的權(quán)重，側(cè)重以上機實踐操作考試、平時實踐項目提交、參與學(xué)科競賽成績和課堂綜合表現(xiàn)為依據(jù)的多維課程考核形式。為了更好地評估應(yīng)用型本科生的學(xué)習(xí)過程，應(yīng)將考核過程深化到每個教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進他們的全面發(fā)展。

3 結(jié)語

隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證的不斷推廣，課程改革和專業(yè)建設(shè)是獲得專業(yè)認(rèn)證的必由之路。本研究在筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》課程的基礎(chǔ)上，研究分析了《汽車CAD/CAE》課程的教學(xué)問題和現(xiàn)狀，面向現(xiàn)代工程教育專業(yè)認(rèn)證開展實踐探索與課程改革。在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式等方面進行了優(yōu)化設(shè)計。從課程改革效果看，“項目-任務(wù)驅(qū)動”混合教學(xué)模式和企業(yè)工程項目案例的整合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，增強了學(xué)生的工程實踐能力，優(yōu)化的教學(xué)方法充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。該課程的教學(xué)效果取得了良好的效果，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了保證。此教學(xué)模式同樣可以嘗試應(yīng)用于《UG計算機輔助制造》和《Altium Designer電路設(shè)計與仿真》等應(yīng)用性較強的工程應(yīng)用軟件課程的教學(xué)。工程專業(yè)認(rèn)證和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下，探索基于“項目-任務(wù)驅(qū)動”的混合教學(xué)模式，有利于大力提升應(yīng)用型本科高校學(xué)生的工程應(yīng)用能力。同時，探索《汽車CAD/CAE》等工程軟件類課程的教學(xué)方法和質(zhì)量評估體系，有利于深化教學(xué)改革，提高教學(xué)水平與人才培養(yǎng)質(zhì)量。

基金名稱：武漢商學(xué)院2019年度校級教學(xué)改革研究項目。編號：2019N019

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