高校車輛工程專業(yè)課程教學改革的創(chuàng)新模式探究

謝素超 井坤坤 汪浩

摘? 要：作為鐵道車輛工程專業(yè)的重要課程，《機車車輛工程》具有綜合性強、實踐性強、專業(yè)知識廣泛的特點，需要我們不斷總結(jié)經(jīng)驗，改革創(chuàng)新教學模式。文章從征集教學改革建議入手，針對課堂教學方法、課程考核方式、普及學科專業(yè)背景、科研融合教學、實踐教學方法、課程思政等方面提出了一些新穎的改革方法，著力培養(yǎng)具有國際視野的鐵道車輛專業(yè)創(chuàng)新人才，以適應學科水平的飛躍發(fā)展和時代要求的不斷提升。所提建議可以為鐵路車輛工程專業(yè)或者相關(guān)專業(yè)的課程教學提供一定的指導和借鑒。

關(guān)鍵詞：《機車車輛工程》;本科生課程;教學改革;教學方法;建議

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）09-0044-06

Abstract： As an important course in the major of vehicle engineering， Locomotive and Vehicle Engineering has the characteristics of comprehensive， practical and extensive professional knowledge. We need to continuously sum up experience and reform innovative teaching mode. This paper starts with the suggestions for collecting teaching reforms， and puts forward some novel reform ideas for teaching methods， course assessment methods， popularizing professional background， scientific research integration teaching， practical teaching methods， etc. Efforts will be made to cultivate professional innovative talents for railway vehicles with an international perspective to adapt to the rapid development of the discipline level and the continuous improvement of the requirements of the times. The suggestions can provide certain guidance and reference for the course teaching of railway majors or related majors.

Keywords： "locomotive and vehicle engineering"; undergraduate course; teaching reform; teaching method; suggestion

一、概述

《機車車輛工程》課程是鐵道車輛工程專業(yè)最具專

業(yè)特征的同名專業(yè)課，是該專業(yè)的核心必修課程。而目前傳統(tǒng)教學方式存在局限性：教學內(nèi)容繁雜，課程安排不合理，教學和考核方式單一等。并且課程內(nèi)容陳舊，與專業(yè)當前發(fā)展前沿和實際工程應用脫節(jié)，教材內(nèi)容泛而不精，不符合新形勢下教學教育的要求[1-2]。

針對目前教學問題，研究學者們提出了眾多教學改革方案[3-4]。在教學內(nèi)容方面，提出課程內(nèi)容分段分級，精講與泛講相結(jié)合[5];引入相關(guān)工程案例，結(jié)合實踐試驗，充實教學內(nèi)容[6];加入課堂報告和問答環(huán)節(jié)，使學生參與教學內(nèi)容[7]。

在教學方法方面，提出了現(xiàn)場教學與多媒體相結(jié)合[8];以問題和提問為主導的教學手段[9];利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，結(jié)合線上與線下拓展學生學習方式[10];以及采用項目案例式、討論報告式、結(jié)合實踐實驗式等教學方法[11]。

在考核方式方面，結(jié)合平時表現(xiàn)、課程實驗與考試提出多樣化的考核方式[8];采用多環(huán)節(jié)、多層次的課程考核機制[12];將課堂中的問題回答、交流討論等活動等納入考核范圍[13]。

在新的時代背景下我國鐵路事業(yè)蒸蒸日上，作者貫徹創(chuàng)新型、綜合性的教育理念，基于多年的《機車車輛工程》課程教學經(jīng)驗，結(jié)合鐵道車輛工程專業(yè)特點和培養(yǎng)特色，對《機車車輛工程》課程進行了創(chuàng)新改革探討，針對性地提出了教學改革的相關(guān)建議，以期為我國鐵路發(fā)展培養(yǎng)優(yōu)秀人才。

二、教學創(chuàng)新改革的相關(guān)舉措

（一）征集教學改革建議、以反饋促教學

根據(jù)學?！侗究普n程考核管理辦法》中課程考核方式的相關(guān)要求：考核方式在形式上可分為筆試、口試、答辯、測驗、論文等，也可在不同階段開展考核，如平時測試、作業(yè)測評、課外閱讀、社會實踐、期末考核等。隨著各本科院校對平時課程中間過程考核的日益重視，逐漸提高了平時測試、作業(yè)測評的分數(shù)比例。鑒于此，作為《機車車輛工程》課程的多年任課教師，作者選取了很多題目作為學生的作業(yè)測評題，其中“通過本課程的學習，針對課堂教學、實踐實驗以及認知實習等環(huán)節(jié)，提一提本課程的教學改進建議”是選題之一，通過本題目的設置，旨在為完善教學手段、改進教學方法提供借鑒和參考。

在課堂教學結(jié)束時，通過征集學生反饋意見，進行總結(jié)分析，并有針對性地進行教學改革改進，以反饋促教學。圖1所示為某次課程結(jié)束后征集的學生建議統(tǒng)計分析圖，參與本次意見反饋的學生共計63人，收到的反饋意見共計119條。圖中課堂教學方法包括課件設計、多媒體使用、黑板板書、視頻動畫展示、實物展示、師生互動等方面;課堂考核方法包括課堂小測、課堂提問方式、提問內(nèi)容、獎懲措施等方面;課程作業(yè)測評包括結(jié)構(gòu)設計及分析、文獻綜述、論文撰寫、意見建議等;期末考核包括考試方式、考查范圍、答疑形式等;實驗實踐包括實驗方法、實驗測評等;認知實習包括實習單位選取、實習對象、實習安排、實習時間等;不能歸類到上面建議類型里的，都屬于“其它類型”。

從圖1中的分析結(jié)果可以直觀地看出，學生們比較關(guān)注的改革建議主要集中在課堂教學方法和課堂考核方法方面，其次是課程作業(yè)測評和認知實習部分。

需要注意的是，圖1只是針對本次課程結(jié)束時做的一次反饋意見統(tǒng)計，如果每一次課程結(jié)束之后都能持續(xù)地征集反饋意見，這樣統(tǒng)計的樣本點就會更加全面，更能做到有的放矢，更加完善地針對學生的建議進行全面地改進。

（二）多媒體板書相結(jié)合，增加提綱總結(jié)

針對《機車車輛工程》這類結(jié)構(gòu)組成及性能原理介紹的課程，在備課時做到圖文并茂、生動具體：課件中的圖片可以來源于現(xiàn)場、網(wǎng)絡、文獻資料和書本，同時部分又是書本上的拓展，兩者結(jié)合可以相得益彰，在上課時可以把機車車輛部件結(jié)構(gòu)組成及其性能原理生動具體地展示出來。但是，《機車車輛工程》這門課程涵蓋機車（內(nèi)燃機車及電力機車）和車輛（客車及貨車），涉及到的知識點比較多，每一個知識點的分布比較散亂、難以整理。因此，可以在每一個知識點對應的PPT課件基礎上添加一些提綱挈領的知識框架（需要在黑板上板書的內(nèi)容），便于學生們在框架中填充書本上的知識，或在此基礎上構(gòu)建出基于自身理解方式的知識架構(gòu)，以便學生在課后更好地歸納、理解與掌握。

圖2就是針對客車轉(zhuǎn)向架做的一個知識框架，在講解客車轉(zhuǎn)向架時，書本上分別羅列了209T、209P、209PK、206、209HS、206KP、CW-2、SW-160、SW-220K、CW-200、SW-300、CW-300以及國內(nèi)外高速動車組的轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架類型繁多而分散，沒有條理。為此，設計了如圖2所示的客車轉(zhuǎn)向架知識框架，作為黑板上的板書內(nèi)容。從圖2可以看出，該框架對書本上講到的以及書本里沒有提及的所有典型客車轉(zhuǎn)向架進行了歸納、梳理及總結(jié)，一目了然、方便理解，當涉及具體某一類型轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)介紹時，又可以對照多媒體PPT進行詳細闡述。同理，課程中的所有知識點都可以以此類推。

采用多媒體PPT課件與黑板上的板書相結(jié)合的方式，相輔相成、相得益彰，有助于學習者知識思維的建立。這可以減輕學生們的整理、歸納及理解的難度，提高學習效率，同時也減少了教師的板書量，減輕勞動強度，方便備課，是一項一舉多得的準備工作。

（三）課堂新穎提問方式，加強課堂考核

課堂提問是一種常見的平時測試手段。課堂的提問方式可以采取一種更新穎的方式，如圖3所示，即老師只需要隨機點名一位學生A起來回答第一個問題，如果回答錯誤，學生A接受懲罰，如果回答正確，由學生A指定下一個學生B，老師再提出問題，學生B回答，如此循環(huán)。為了節(jié)省時間和抽樣的多樣化，通常一組循環(huán)4個學生即結(jié)束，重新開始新的一輪答題，參與過答題的學生不再參加下一輪循環(huán)。懲罰措施由其他學生定，通常有才藝表演、在黑板上繪制一個車體部件結(jié)構(gòu)圖、出下一輪的題等，懲罰對象可以是針對單個學生，也可以是針對這一組沒有答對的學生團體。

這種課堂的提問方式的優(yōu)勢有：1. 相比較原本的課堂測評時采取一問一答的搶答形式，這種方式提高了學生平時測評得分機會的均勻性。新的提問方式：以學生指定學生的方式，也就是每一個學生在每一次課堂只有一次回答問題的機會;以前一問一答的搶答形式，有的學生想要搶答，但是性格羞澀，缺乏勇氣，這種方式也是一個給他們加分的“臺階”。2. 提問方式新穎，增加課堂趣味性。被提問學生以及提問問題都是未知的，增加課堂的緊張刺激感，也會促使學生們熟記知識點。3. 提問具有一定的群體針對性。原來的提問方式下學生A積極回答問題，而學生B不舉手、不回答，在新的方式下，老師可以通過提問A來提問B，可以改善學生不舉手回答問題的情況。

這種課堂的提問方式的劣勢有：1. 答題機會將集中在某些群體里，跟以前方式中答題機會多集中在某單個人的道理一樣。解決辦法：記住不同群體中積極的人，平攤答題機會。2. 如何照顧不積極回答問題的人，任何一個班級總有些人會游離在課堂之外，這個是不可避免的。解決辦法：讓這些人來做第一個回答問題的人。

（四）普及學科專業(yè)背景知識，服務學生就業(yè)及深造

《機車車輛工程》是一門專業(yè)性比較強的核心課程，在課堂上需要適度普及學科及專業(yè)的發(fā)展動態(tài)。下面將從普及什么內(nèi)容、為什么要普及、怎么去普及三個方面進行闡述，基本框架如圖4所示。

“普及什么內(nèi)容”主要側(cè)重于兩方面：一方面是從事本專業(yè)領域相關(guān)的教學科研人員，目前正在開展的科研動態(tài)以及即將解決的關(guān)鍵科學問題;另一方面就是本專業(yè)已經(jīng)畢業(yè)的校友，在自己職場領域的工作動態(tài)以及發(fā)展前景等。

“為什么要普及”得從學生們的需求說起。因為學生們從大三陸續(xù)開始學習《機車車輛工程》等專業(yè)課，同時大家也即將面臨讀研和工作的選擇：讀研要選擇哪個研究方向，工作要選擇哪個職業(yè)方向。做這些選擇之前，充分了解與專業(yè)相關(guān)的研究領域或者工作相關(guān)的發(fā)展情況是非常必要的。而《機車車輛工程》課程是本專業(yè)的同名課程和核心課程之一，這門課程相關(guān)的研究可以很大程度上代表本專業(yè)的研究，這門課程相關(guān)的工作也可以很大程度上代表本專業(yè)未來的工作。因此，在這個課上普及這些內(nèi)容是非常合適的。

“怎么去普及”可以從以下三個方面去實施：其一，在講某一節(jié)內(nèi)容之前或者講完之后，大概說明一下目前這個章節(jié)相關(guān)內(nèi)容對應的研究情況和工作上的應用情況。如果學生們知道所學內(nèi)容目前的研究動態(tài)和發(fā)展動向，勢必會提高他們的積極性。其二，在上課的過程中，圍繞某一個知識點穿插主講老師或者同行的科研情況，包括研究方法、研究過程、研究成果等。這樣做可以讓學生們大致了解如果自己選擇讀研，需要做一些什么事情，要怎么樣去做，然后再看看這些是不是自己想要的或者合適的選擇。其三，除了校內(nèi)老師授課，還可以邀請在本行業(yè)從事相關(guān)工作的校友，給學生們介紹一下他們目前的工作、經(jīng)歷、建議等，結(jié)合具體的例子會更具說服力。其實施形式可以多樣化，視具體情況而定，比如讓授課老師轉(zhuǎn)述，或者借助現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，讓校友準備一些文字材料或拍攝視頻，讓授課老師在課堂上展示;如果條件允許，可以不定期地邀請一些校友返回課堂，跟學生面對面交流，等等。

（五）科研融合教學，提升學生專業(yè)熱情

教學與科研是一個具有內(nèi)在聯(lián)系且不可分割的統(tǒng)一體，教學與科研既不互相矛盾，也不能互相代替，沒有科研的教學是不完整的教學?？蒲腥谌虢虒W，實驗平臺提供基礎，教學促進科研，如此才能相得益彰，讓教學資源及靈感火花在師生之間充分涌流，實施思路如圖5所示，具體實施方案如下：

1. 介紹科研實例：將科研工作中所取得的成果及科研論文中的主要論點充實到課程中，作為實例進行詳解，并通過教學將其轉(zhuǎn)化和升級，以此來明確學生學習目的，激發(fā)學習興趣，啟發(fā)獨立思維和專業(yè)思維。例如，在講到轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)及發(fā)展歷程的過程中，可引入國家自然科學基金面上項目“鐵道車輛碰撞過程中的縱向失穩(wěn)機制及其抑制方法研究”項目，以實例講解碰撞過程中車輛縱向失穩(wěn)與車輛間連接結(jié)構(gòu)的關(guān)系，進而引出車端連接結(jié)構(gòu)組成及其各部分作用，以及對車輛失穩(wěn)的影響等。

2. 引入科研難題：可將科研中的難題也引入教學當中，大家一起進行思考，努力形成師生互動，激發(fā)彼此的創(chuàng)新靈感，提升學生的學習熱情，教師的科研熱情;如在進行車體部分講解時，可引入中車長春軌道客車股份有限公司“大風條件下車體變形測試”項目中如何進行車體變形量的測試以及如何評價車體變形量是否超限等問題，在學生充分了解車體結(jié)構(gòu)的基礎上，引導其思考車體在惡劣條件下所承受載荷，進一步提升學習深度，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

3. 增添課程實踐環(huán)節(jié)：在課程開始就將課設題目及要求發(fā)給學生，形式可多樣化，學生可自由選擇、自由組合，但一組不宜多于5人，防止劃水現(xiàn)象的出現(xiàn)，甚至針對一些較為優(yōu)秀的學生，可讓其參與到老師的科研項目中來。實踐環(huán)節(jié)是科研與教學結(jié)合最緊密的，可以充分調(diào)動學生思維及學習能力，在學習知識的基礎上進行合理應用，提升學生專業(yè)學習熱情及能力。課設題目要充分貼近課本內(nèi)容，讓學生在學習課本知識的基礎上繼續(xù)深入、升華知識。例如：針對轉(zhuǎn)向架部分，可設立轉(zhuǎn)向架的三維建模題目，使學生充分理解轉(zhuǎn)向架每個構(gòu)成部分;可設立轉(zhuǎn)向架在第一第二工況的強度仿真分析題目，使學生在理解轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的基礎上進行運行或調(diào)車過程中轉(zhuǎn)向架承載能力的探究;除仿真外也可充分利用實驗室設備資源，設立轉(zhuǎn)向架靜強度測試實驗題目，提升學生動手實踐能力，針對車體及車輛運行品質(zhì)等也可設立一系列的仿真及實驗題目，在此就不一一贅述。

上述三個方面相互促進，可帶領學生逐步走入科研，全面地調(diào)動學生的專業(yè)學習熱情，潛移默化地提高大家學習的積極性，逐步引導大家建立科研思維。

要使學生更好地進入科研狀態(tài)，完備的實驗平臺及設備必不可少。我校軌道交通安全教育部重點實驗室擁有目前世界上規(guī)模最大、實驗速度最高的高速列車動模型實驗平臺，同時，實驗室還擁有自主研建的軌道車輛實車及大部件碰撞實驗系統(tǒng)，可針對車體外形設計、車體強度分析及吸能結(jié)構(gòu)的設計等進行實驗研究;除此之外，實驗室還擁有大型的風沙風洞實驗裝備、列車變氣動載荷實驗裝置、風/沙/雨/雪/冰氣動實驗平臺群、列車運行姿態(tài)實驗系統(tǒng)、特種車輛實車安全監(jiān)測系統(tǒng)、列車機器視覺在線監(jiān)測系統(tǒng)等，可針對轉(zhuǎn)向架性能、列車空氣動力學性能、列車在各種復雜天氣下的運行安全性能進行相應指標的監(jiān)測;而軌道車輛虛擬仿真實驗平臺、軌道裝備先進制造實驗系統(tǒng)、智能交通設備計算機視覺與機器學習檢測平臺等智能先進平臺更可極大增加學生的專業(yè)興趣，并可利用這些平臺進行車輛工程方向的探索。

（六）將“工廠”帶進課堂，用模型輔助教學

《機車車輛工程》是一門非常注重理論結(jié)合實踐的專業(yè)課程，在理論課程學習結(jié)束后會安排工廠認識實習，為學生提供接觸工廠生產(chǎn)實際，豐富理論學習內(nèi)容的機會。由于工廠實習環(huán)境與學校教學環(huán)境有很大不同，流動的學習地點、嘈雜的生產(chǎn)現(xiàn)場、緊迫的實習時間，給學習帶來許多不利因素，很多學生表示在認識實習中只能走馬觀花，對整體得到一個粗淺的認識。雖然這是教學向多方因素妥協(xié)的結(jié)果，但是對于珍貴的工廠實地參觀機會來說略微可惜。為此在認識實習之前，通過配置教具模型的方式，對書本上的抽象部件以及工廠生產(chǎn)的重要部件進行具體展示，對難以通過書本和PPT表達的部件之間的相互聯(lián)系及作用進行直觀展現(xiàn)，將“工廠”帶進課堂，使學生在頭腦中對所學內(nèi)容形成一個立體而全面的印象。模型既可以是商業(yè)生產(chǎn)的專用教具，也可以是認識實習中將會出現(xiàn)的重要部件的3D打印模型，在理論教學中學生對工廠認識實習的內(nèi)容擁有整體認識，在認識實習的短暫而寶貴的時間中學生就可以更具針對性的參觀學習，使工廠實習和理論教學緊密結(jié)合，教學質(zhì)量得以提高。

在配置教具模型的同時，讓學生通過對機車車輛重要部件進行3D建模的方式，使學生自主學習，豐富課程知識，提高專業(yè)素養(yǎng)，增強學習興趣。鐵道車輛的組成分為車體，轉(zhuǎn)向架，制動裝置，連接和緩沖裝置以及車輛內(nèi)部設備五個部分。在介紹完鐵道車輛基本知識之后，具體講解各類車輛裝置之前，通過學生自由分組的形式，安排學生對書本上的車輛裝置進行3D建模，每組學生選取不同的裝置，組內(nèi)不同學生選取不同的裝置部件，確保每一位學生都有參與的機會。此時學生已經(jīng)對鐵道車輛擁有了整體認識，隨著課程教學的深入推進同步進行模型的創(chuàng)建，在結(jié)課之前將作品提交作為平時成績的參考?？紤]到學生的時間安排，建模過程不宜占用學生過多的課余時間，模型不求精確具體，但求展現(xiàn)教學中講解的車輛裝置的基本組成，根據(jù)學生熟悉知識的差異模型既可以是基于UG等專業(yè)CAD軟件的三維結(jié)構(gòu)模型，也可以是基于3Dmax等三維建模渲染軟件的設計模型。建模與教學的結(jié)合旨在通過三維建模提高學生對課程重點內(nèi)容的掌握，同時完成作品可以提高學生的學習成就感和專業(yè)自豪感。

（七）課程思政，教書育人協(xié)同融合

習總書記指出：“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應”?；舅悸房蚣苋鐖D6所示。

專業(yè)課思政教育應采取“邊學習，邊理解，邊實踐”的方式，使得教材、知識點中包含的眾多“思政元素”能以各種方式在課堂教學過程中展開和呈現(xiàn)。通過對《機車車輛工程》課程本身所涉及的專業(yè)知識的分析，可以梳理總結(jié)出豐富的思政元素。按照課程推移順序可以羅列以下幾個關(guān)鍵點。

課程在講到三分之一的時候，即講到轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)原理及基本部件，會引用原香港中文大學校長金耀基曾說過的一段話“學生在大學里，實際上是學四種東西（如圖7（a）所示）：一是學怎樣讀書（learn to learn）;二是學怎樣做事（learn to do）;三是學怎樣與人相處（learn to together）;最后是學怎樣做人（learn to be）。”所謂學怎樣讀書，就是培養(yǎng)學生新的學習方法，養(yǎng)成良好的學習習慣，不像中小學一樣全程灌入式地被動學習，大學生要注重培養(yǎng)主動學習能力、自學能力和探究精神，需要學習的不是知識本身而是獲得的能力、方法和技巧;所謂學怎樣做事，就是自己需要的是什么，勇于創(chuàng)新，敢于實踐，努力提高辦事能力;學怎樣與人相處，不僅是學會共同工作、共同生活，更是學會關(guān)心、學會分享、學會合作，積極參與社會活動，在各種“磨合”中找到新的認同、確立新的共識;學怎樣做人，就是大學教育的最終目標，就是要把學生培養(yǎng)成一個對自己負責、對家庭有用、對集體有益、對國家有貢獻的人。

在課程講到一半的時候，即講到具體客車轉(zhuǎn)向架時，會進行教學階段總結(jié)（如圖7（b）所示）：技不在高而在德，術(shù)不在巧而在心。師者，傳的是道，授的是業(yè)，解的是惑，給的是情?！敖處熓侨祟愳`魂的工程師，承擔著神圣使命。傳道者自己首先要明道、信道。高校教師要堅持教育者先受教育，努力成為先進思想文化的傳播者、黨執(zhí)政的堅定支持者，更好擔起學生健康成長指導者和引路人的責任?！币缘铝⑸怼⒁缘铝W、以德施教，為學生點亮理想的燈、照亮前行的路。

在課程講到五分之四時，即講完客車車體結(jié)構(gòu)時，就會穿插著講“人生的境界”，圍繞知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造三位一體的課程建設目標，在課程內(nèi)容中尋找與社會主義核心價值觀、專業(yè)倫理、學習倫理、家國情懷、國際視野、創(chuàng)新思維、工匠精神、人文情懷等相關(guān)德育元素的“觸點”和“融點”，通過典型案例等教學素材的設計運用，以“潤物無聲”的方式將正確的價值追求、理想信念和家國情懷有效地傳遞給學生（如圖7（c）所示）。

三、結(jié)束語

現(xiàn)如今，我國鐵路事業(yè)蒸蒸日上，《機車車輛工程》作為鐵道車輛工程專業(yè)的核心課程，需要我們不斷總結(jié)經(jīng)驗，改革創(chuàng)新教學模式，以《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》以及《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》等文件精神為指導，達到培養(yǎng)更多更優(yōu)秀的鐵路專業(yè)創(chuàng)新人才的目的，以適應學科水平的飛躍發(fā)展和時代要求的不斷提升。本文從征集教學改革建議入手，針對課堂教學方法、課程考核方式、普及學科專業(yè)背景、科研融合教學、實踐教學方法、學生學習方法、課程思政等方面提出了一些新穎的想法，可以為鐵路車輛工程專業(yè)或者相關(guān)專業(yè)的課程教學提供一定的指導和借鑒。

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