基于OBE汽車總線應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)改革

摘 要：“汽車總線應(yīng)用技術(shù)”是我校電子信息類、電氣類、通信類專業(yè)所開設(shè)的一門核心特色課程，該課程知識(shí)覆蓋面廣、內(nèi)容抽象、專業(yè)性強(qiáng)，同時(shí)又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和工程性。鑒于當(dāng)前工程專業(yè)認(rèn)證的要求，致力于構(gòu)建一個(gè)多元化、平行結(jié)構(gòu)的課程體系，結(jié)合多樣化的混合式教學(xué)模式，以精心設(shè)計(jì)的教學(xué)情景為依托，對(duì)教學(xué)過程及多元化考核評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行全方位改革，旨在推動(dòng)課程的持續(xù)改進(jìn)與良性循環(huán)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變教育教學(xué)理念，提升教學(xué)質(zhì)量與成效。實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性顯著增強(qiáng)，其工程能力、創(chuàng)新能力和素質(zhì)能力得到了全面的提升。

關(guān)鍵詞：汽車總線；教學(xué)設(shè)計(jì)；教學(xué)模式；線上線下；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：TP273；G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）01-0-05

0 引 言

汽車作為新工業(yè)文明和時(shí)代發(fā)展的重要產(chǎn)物，現(xiàn)代汽車“新五化”是我國工業(yè)強(qiáng)國之路的重要戰(zhàn)略規(guī)劃。在國內(nèi)良好的政策與市場環(huán)境支持下，汽車產(chǎn)業(yè)迎來了全新的變革和深度的調(diào)整期[1-2]。隨著新能源技術(shù)的持續(xù)革新與現(xiàn)代汽車科技的日新月異，汽車電子控制單元的數(shù)量正以前所未有的速度增長。其中，以CAN總線為代表的車用總線通信技術(shù)，憑借其卓越的性能，完美契合了汽車綜合控制系統(tǒng)中多節(jié)點(diǎn)控制信號(hào)與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換的迫切需求[3-4]。在汽車智能化浪潮的加速推進(jìn)下，汽車電子及通信系統(tǒng)的重要性日益凸顯，而我國在該方面起步較晚，技術(shù)積累尚顯薄弱，相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人才需求量大[5]。為了順應(yīng)現(xiàn)代汽車電子行業(yè)及新能汽車發(fā)展的趨勢，很多高等院校的電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、汽車等專業(yè)相繼開設(shè)了汽車電子及車載總線技術(shù)相關(guān)的課程[6-7]。

“汽車總線應(yīng)用技術(shù)”作為我校電子信息類、電氣類、通信類專業(yè)所開設(shè)的一門核心特色課程，該課程知識(shí)覆蓋面廣、內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)，同時(shí)又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和工程性。在工程專業(yè)認(rèn)證的嚴(yán)格要求下，本課程致力于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維與工程意識(shí)。因此，如何幫助學(xué)生理解并掌握課程中的基本概念、原理和分析方法，以及培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，是當(dāng)前該課程教學(xué)面臨的核心挑戰(zhàn)，也將為學(xué)生畢業(yè)后從事汽車電子及車載總線等方面開發(fā)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[8-9]。汽車總線網(wǎng)絡(luò)在汽車電子控制及通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，結(jié)合當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展趨勢和我校汽車專業(yè)的教學(xué)特色，在部分二級(jí)學(xué)院的不同專業(yè)開設(shè)了“汽車總線應(yīng)用技術(shù)”特色專業(yè)課程。在專業(yè)認(rèn)證背景下，課程組成員充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)共享優(yōu)質(zhì)資源，圍繞課程的核心內(nèi)容：基本概念、基本原理、分析方法、典型應(yīng)用及綜合設(shè)計(jì)，構(gòu)建了系統(tǒng)的課程體系，并進(jìn)一步在教學(xué)方式、考核機(jī)制等方面進(jìn)行了創(chuàng)新改革，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提升課程教學(xué)的效果和質(zhì)量。

1 課程教學(xué)體系設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[10]開創(chuàng)性地提出了基于OBE模式的課程設(shè)計(jì)模型。在國內(nèi)，清華大學(xué)、武漢大學(xué)、上海交通大學(xué)等知名高校積極響應(yīng)國際化教育背景下的工程專業(yè)認(rèn)證要求，開展了一系列教育、教學(xué)改革工作[11-13]，并取得了顯著的成效。基于各高校的研究成果，同時(shí)緊密結(jié)合本校汽車專業(yè)的教學(xué)特色與人才培養(yǎng)目標(biāo)，提出基于OBE理念的人才培養(yǎng)和課程體系建設(shè)模型，具體模型如圖1所示。

以學(xué)生為中心，構(gòu)建“決策系統(tǒng)”“資源與服務(wù)系統(tǒng)”“監(jiān)控與過程系統(tǒng)”“評(píng)估與改進(jìn)系統(tǒng)”等四個(gè)系統(tǒng)核心。從學(xué)校的定位和特色出發(fā)，根據(jù)學(xué)校整體育人目標(biāo)來匹配課程目標(biāo)，明確課程在學(xué)生培養(yǎng)方案中的位置；其次根據(jù)師資隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)室等資源配置情況，精心規(guī)劃課程教學(xué)體系；在具體課程教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃和教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中，設(shè)立必要的監(jiān)督和調(diào)控機(jī)制；通過課程評(píng)價(jià)、信息收集與反饋機(jī)制，形成一個(gè)完整的評(píng)估與改進(jìn)系統(tǒng)，進(jìn)而持續(xù)地優(yōu)化和完善整個(gè)教學(xué)閉環(huán)系統(tǒng)。

基于上述模型，深入貫徹OBE理念，以電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、專業(yè)課程大綱為重要依據(jù)，推動(dòng)教育教學(xué)觀念的革新。借助現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方法，完善評(píng)估與改進(jìn)體系，形成以成果為導(dǎo)向的汽車電子類大課程教學(xué)體系，與其他相關(guān)課程一起配套建設(shè)多源化可拓展的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，并深入開展校企合作，以企業(yè)需求、工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依托，形成較為完善的實(shí)踐教學(xué)體系，以支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

大課程教學(xué)體系不僅為專業(yè)課程具體知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)提供了明確的方向和目標(biāo)，還重點(diǎn)增強(qiáng)了相近專業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián)性和銜接性[14]。與此同時(shí)，新課程體系從系統(tǒng)工程的視角出發(fā)，對(duì)課程知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)與素質(zhì)目標(biāo)的協(xié)調(diào)性與一致性進(jìn)行了深入梳理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建了“汽車總線應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)體系。以課程導(dǎo)入為驅(qū)動(dòng)力，形成以“共享資源”“課堂教學(xué)”“實(shí)踐教學(xué)”“自主學(xué)習(xí)”“創(chuàng)新教育”為主體框架的多元化、扁平化體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

在課題體系中基于慕課、超星學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，自建課程資源包和典型案例庫來開展課程理論教學(xué)；依托電子信息工程系通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室以及自主研發(fā)的車載總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，開展課程實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐教學(xué)；通過翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合的方式引導(dǎo)學(xué)生開展高效的自主學(xué)習(xí)；通過電工電子創(chuàng)新訓(xùn)練中心提供的場所開展學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目課題研究等創(chuàng)新教育活動(dòng)，能夠使得學(xué)生在寬口徑、多方面、全方位的視角下，深入學(xué)習(xí)與掌握車載總線網(wǎng)絡(luò)與汽車電子相關(guān)知識(shí)。

2 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)定位，基于學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)方面的要求，設(shè)計(jì)了基于工程專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)體系。該體系不僅涵蓋了基于OBE理念的課程目標(biāo)設(shè)定，還囊括了理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)方式創(chuàng)新、考核方式優(yōu)化、總結(jié)反饋機(jī)制以及持續(xù)改進(jìn)策略等多個(gè)維度，完善了各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)資料和軟硬件條件。通過應(yīng)用多元的教學(xué)方式，設(shè)計(jì)合理的教學(xué)情景，建立詳細(xì)的教學(xué)過程、多元化考核評(píng)價(jià)機(jī)制，確保課程的持續(xù)改進(jìn)和良性循環(huán)。

2.1 課程目標(biāo)與達(dá)成途徑

CAN、LIN、Flex Ray、MOST是當(dāng)前主流的車用總線，通過充分調(diào)研，結(jié)合課程教學(xué)大綱和課程內(nèi)容的分布，圍繞課程目標(biāo)對(duì)理論教學(xué)、過程訓(xùn)練、實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)的達(dá)成途徑和學(xué)時(shí)分配進(jìn)行了合理設(shè)置，見表1。

2.2 教學(xué)模式與方法

高效的課堂教學(xué)能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，具體實(shí)施要規(guī)范“教的方式”和“學(xué)的行為”，即教學(xué)模式和方法。因地制宜、多種方式混合的教學(xué)模式能夠最大程度提升授課的效率、效益和效果。結(jié)合課程實(shí)際情況，主要采用線上線下混合、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、理實(shí)一體化的教學(xué)模式。

（1）線上線下混合

充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源，挖掘“線上與線下相結(jié)合，演示講授與實(shí)踐操作相結(jié)合，師生互動(dòng)與分組討論相結(jié)合，課內(nèi)精講與課外拓展相結(jié)合，文字圖片與音像視頻相結(jié)合”的教學(xué)模式，開發(fā)和構(gòu)建多樣化、立體化的教學(xué)資源，多維度呈現(xiàn)較為抽象的知識(shí)點(diǎn)、系統(tǒng)模型或工作原理。如圖3所示，通過三維立體整車空間結(jié)構(gòu)模型和ECU節(jié)點(diǎn)分布圖，使得學(xué)生更直觀地理解汽車總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體架構(gòu)和基本原理。

線上線下教學(xué)的有機(jī)融合與靈活轉(zhuǎn)換可打破時(shí)間和空間的邊界限制。線上通過騰訊課堂和超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布課前預(yù)習(xí)、問題導(dǎo)入、課后知識(shí)外延等資料，滿足學(xué)生個(gè)性化、碎片化的學(xué)習(xí)需求；線下通過教師對(duì)共性問題、核心要點(diǎn)、系統(tǒng)原理的講解，來促進(jìn)學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容的消化吸收，并通過面對(duì)面的討論、答疑、實(shí)驗(yàn)、實(shí)操、實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)提升學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力。

（2）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

多總線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是現(xiàn)代整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要組成部分[15]，結(jié)合自身申請(qǐng)的科研項(xiàng)目“純電動(dòng)汽車異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究”相關(guān)內(nèi)容，作為典型案例，通過對(duì)CAN、LIN、Flex Ray、MOST等多總線混合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計(jì)了典型電動(dòng)汽車多總線混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。通過班級(jí)分組的方式成立項(xiàng)目小組，基于總體結(jié)構(gòu)中各電子部件和模塊功能及性能指標(biāo)要求，分組討論項(xiàng)目整體方案和技術(shù)問題。例如：相比傳統(tǒng)的燃油車，電動(dòng)汽車在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理等方面有何不同；在滿足汽車整體性能的前提下系統(tǒng)成本和開銷有哪些影響因素；針對(duì)不同采集數(shù)據(jù)量大小和數(shù)據(jù)傳輸速率快慢的要求，在不同模塊或部件中如何設(shè)計(jì)不同類型的總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來滿足系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性方面的指標(biāo)等。

（3）理實(shí)一體化教學(xué)

通過理實(shí)一體化教學(xué)設(shè)計(jì)可針對(duì)知識(shí)點(diǎn)來構(gòu)建學(xué)生素質(zhì)和技能的培養(yǎng)框架，將理論和實(shí)踐并行穿插進(jìn)行，充分融合，讓學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做，充分激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與動(dòng)手實(shí)踐能力。以汽車LIN總線工作原理知識(shí)點(diǎn)為例，課程導(dǎo)入通過課前安排預(yù)實(shí)踐內(nèi)容，要求學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料和文獻(xiàn)，對(duì)汽車LIN總線系統(tǒng)實(shí)例有一定的感知和認(rèn)識(shí)。教師基于重點(diǎn)內(nèi)容講授，并對(duì)預(yù)實(shí)踐中遇到的問題進(jìn)行解答；利用專業(yè)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的開發(fā)板或硬件平臺(tái)資源，設(shè)計(jì)一個(gè)LIN總線通信系統(tǒng)，通過軟件編程來模擬實(shí)現(xiàn)汽車燈控系統(tǒng)的工作原理，并進(jìn)一步就編程實(shí)踐過程中遇到的具體問題進(jìn)行講解，形成閉環(huán)鞏固和強(qiáng)化理論知識(shí)點(diǎn)的理解，以此來提高學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐能力。

2.3 多元考核評(píng)價(jià)方式

工程專業(yè)認(rèn)證需要培養(yǎng)學(xué)生多方面能力，需要從多個(gè)維度來建立合理科學(xué)的考核方式，以評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，并反映其素質(zhì)和技能的提升效果。因此，課程的考核機(jī)制更加注重多元化和動(dòng)態(tài)化。

課程考核評(píng)價(jià)方式如圖5所示，根據(jù)課程目標(biāo)細(xì)化考核過程和內(nèi)容，按照比例系數(shù)來匹配各考核環(huán)節(jié)，主要包括：課程互動(dòng)與匯報(bào)、課程考試、課程實(shí)驗(yàn)、課程大作業(yè)四個(gè)方面。教師可根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際掌握情況靈活調(diào)整各部分的比例系數(shù)。

3 課程改革成效

學(xué)校堅(jiān)持以提高本科教學(xué)質(zhì)量為核心，以課程為抓手，積極推進(jìn)教學(xué)研究與課程改革?！捌嚳偩€應(yīng)用技術(shù)”課程組成員遵循OBE理念進(jìn)行充分研討，落實(shí)教改舉措細(xì)節(jié)，根據(jù)近年來的實(shí)施總結(jié)來看，課程改革取得了一系列的成效。

（1）基于OBE的理念，通過教育信息化手段，充分利用線上資源結(jié)合汽車特色，將總線網(wǎng)絡(luò)課程知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合更新，形成前后呼應(yīng)、相互滲透、理論聯(lián)系實(shí)際的課件資源庫、線上拓展學(xué)習(xí)資源庫、大作業(yè)/課題案例庫、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源庫等豐富多化的教學(xué)資源庫，如圖6所示。

（2）堅(jiān)持以賽促學(xué)、以賽促教的思想，積極鼓勵(lì)結(jié)合課程內(nèi)容參加各類學(xué)科競賽，促進(jìn)教師教學(xué)能力提升、改進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。學(xué)生通過開放式案例設(shè)計(jì)來完成各類競賽作品，不僅工程實(shí)踐能力得到了大幅提升，同時(shí)也獲得了多項(xiàng)省級(jí)國家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，部分作品展示如圖7所示。

（3）為進(jìn)一步提升學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和學(xué)術(shù)研究水平，課程組成員組織學(xué)生積極申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，并擬定一系列畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，結(jié)合課程相關(guān)內(nèi)容開展方案創(chuàng)新與設(shè)計(jì)、理論研究與提升、工程實(shí)踐與鍛煉等活動(dòng)，提升學(xué)生的專業(yè)水平和素質(zhì)能力，不僅拓展和豐富了課程教學(xué)內(nèi)容，也為整個(gè)專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了有力的支撐。近年來申請(qǐng)的創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)情況如圖8所示。

4 結(jié) 語

為了進(jìn)一步落實(shí)OBE人才培養(yǎng)理念，推動(dòng)本科專業(yè)教育教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)課程資源共建共享，學(xué)校堅(jiān)持以提高本科教學(xué)質(zhì)量為核心，根據(jù)地方高校汽車專業(yè)教學(xué)特色，遵循OBE理念，以課程為抓手，積極推進(jìn)教學(xué)研究與課程改革。在此背景下，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對(duì)“汽車總線應(yīng)用技術(shù)”核心特色課程教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)模式、考核評(píng)價(jià)方式等方面進(jìn)行改革。課改實(shí)施后，教學(xué)質(zhì)量和效果得到了提升，并取得了一系列的成效。在此基礎(chǔ)上，未來將進(jìn)一步強(qiáng)化持續(xù)改進(jìn)，進(jìn)一步拓展教學(xué)資源，為該課程轉(zhuǎn)型升級(jí)為重點(diǎn)特色專業(yè)核心課程奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為其他專業(yè)課程改革和培養(yǎng)方案修訂提供借鑒和參考。

注：本文通訊作者為張金亮。

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