基于OBE理念的智能車輛工程C語言課程教學改革研究

摘 要：在智能車輛工程領(lǐng)域，編程能力對于解決復(fù)雜工程問題和汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)至關(guān)重要。C語言作為基礎(chǔ)編程語言，在智能車輛相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)、汽車電子控制單元（ECU）編程等方面廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的C語言課程教學往往脫離智能車輛工程實際應(yīng)用場景，導(dǎo)致學生學習目的不明確，難以將所學知識有效應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域?；贠BE（成果導(dǎo)向教育）理念，研究結(jié)合智能車輛工程專業(yè)需求對C語言課程教學進行改革，通過優(yōu)化教學內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法和構(gòu)建多元化考核體系，有效提升了學生運用C語言解決智能車輛工程實際問題的能力，培養(yǎng)了學生的工程實踐素養(yǎng)與創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：OBE理念 智能車輛工程 C語言 教學改革 項目驅(qū)動 多元化考核

1 緒論

隨著智能車輛工程的快速發(fā)展，汽車電子控制系統(tǒng)日益復(fù)雜，對編程能力的要求不斷提高。C語言作為嵌入式系統(tǒng)和汽車電子控制單元（ECU）開發(fā)的核心語言，其教學質(zhì)量直接影響學生的專業(yè)能力和就業(yè)競爭力。根據(jù)《中國汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》顯示，我國汽車電子產(chǎn)業(yè)規(guī)模到2025年有望突破1.2萬億元，對掌握C語言編程技能的智能車輛工程人才需求巨大。然而，傳統(tǒng)C語言課程教學存在以下問題。

教學內(nèi)容脫離實際：偏重語法講解，缺乏與智能車輛工程應(yīng)用場景的結(jié)合，導(dǎo)致學生難以將所學知識應(yīng)用于實踐。

教學方法單一：以講授為主，缺乏互動和實踐環(huán)節(jié)，難以激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。

考核體系不完善：重視期末考試，忽視過程性評價和綜合能力考核，無法全面反映學生的學習成果。

針對這些問題，研究基于OBE理念，結(jié)合智能車輛工程專業(yè)需求，對C語言課程教學進行改革，旨在構(gòu)建以成果為導(dǎo)向、以學生為中心的教學模式，提升學生的編程能力和工程實踐素養(yǎng)。

2 OBE理念在智能車輛工程專業(yè)C語言教學中的應(yīng)用原則

2.1 以智能車輛工程專業(yè)需求為導(dǎo)向確定教學目標

OBE理念強調(diào)以學生的學習成果為導(dǎo)向，明確教學目標是教學改革的基礎(chǔ)。通過深入分析智能車輛工程專業(yè)對C語言編程能力的需求，設(shè)定以下教學目標。

知識目標：掌握變量、選擇語句、控制語句、函數(shù)等C語言基礎(chǔ)語法和編程規(guī)范，理解其在智能車輛工程中的應(yīng)用場景。

能力目標：具備運用C語言進行汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)采集與處理、算法設(shè)計與實現(xiàn)的能力。能夠解決程序開發(fā)過程中的問題。

素質(zhì)目標：培養(yǎng)工程實踐素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力。

2.2 反向設(shè)計教學內(nèi)容與方法

基于確定的教學目標，從智能車輛工程實際應(yīng)用案例出發(fā)，反向設(shè)計教學內(nèi)容與方法，確保教學的針對性和實用性。

教學內(nèi)容設(shè)計：基礎(chǔ)語法與工程案例結(jié)合，在講解變量、數(shù)據(jù)類型、運算符等基礎(chǔ)語法時，引入智能車輛工程中的實際參數(shù)（如車速、轉(zhuǎn)速、溫度等）作為示例。例如，通過計算汽車制動距離公式，講解浮點型變量和算術(shù)運算符的應(yīng)用。

函數(shù)與模塊設(shè)計：以汽車電子控制單元中的功能模塊（如燃油噴射控制、點火控制等）為例，講解函數(shù)的定義、調(diào)用和模塊化編程思想。設(shè)計燃油噴射控制函數(shù)，包含噴油量計算、噴油時刻控制等子函數(shù)，實現(xiàn)模塊化編程。

引入工程相關(guān)庫函數(shù)與工具：介紹用于串口通信、定時器控制、中斷處理的庫函數(shù)，以及常用的數(shù)學庫函數(shù)在汽車動力學模型計算中的應(yīng)用。例如，使用math.h庫中的sin、cos函數(shù)計算車輛懸掛系統(tǒng)的響應(yīng)特性。

教學方法創(chuàng)新：項目驅(qū)動教學法，將課程劃分為多個與智能車輛工程相關(guān)的項目任務(wù)，如汽車油耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)模擬等，引導(dǎo)學生通過分析問題、設(shè)計算法、編寫代碼、調(diào)試優(yōu)化等完整過程完成項目任務(wù)。項目任務(wù)書明確功能需求、技術(shù)指標和交付物要求。

小組協(xié)作學習：組織學生以小組形式開展項目實踐，每組3-5人，明確分工與協(xié)作要求，培養(yǎng)團隊溝通與協(xié)作能力。采用角色輪換機制，確保每位學生都能體驗不同崗位職責。

案例教學：引入智能車輛工程中的實際案例，如汽車智能防撞系統(tǒng)、汽車電子控制系統(tǒng)等，通過分析案例需求、設(shè)計思路和實現(xiàn)方法，加深學生對C語言在工程中應(yīng)用的理解。選取特斯拉Autopilot系統(tǒng)部分代碼作為案例，解析其算法實現(xiàn)邏輯。

2.3 持續(xù)改進教學過程

建立完善的教學質(zhì)量反饋與持續(xù)改進機制，確保教學質(zhì)量的持續(xù)提升。

反饋渠道多元化：通過課堂問卷、作業(yè)反饋、項目實踐報告等方式收集學生對教學內(nèi)容、教學方法和考核體系的意見和建議。教師根據(jù)學生的學習表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、項目實踐成果等，反思教學中存在的問題和不足。邀請企業(yè)專家參與課程評價，從行業(yè)需求和實際應(yīng)用角度提出改進建議。

持續(xù)改進措施：根據(jù)反饋結(jié)果，及時調(diào)整教學內(nèi)容，增加新的工程案例和項目任務(wù)，確保教學內(nèi)容的前沿性和實用性。例如，新增新能源汽車電池管理系統(tǒng)編程案例，融入最新的電池狀態(tài)估算算法。針對反饋中反映的問題，改進教學方法，如增加互動環(huán)節(jié)、引入在線學習平臺（建設(shè)C語言慕課資源，包含微課視頻和在線編程練習）等，提高教學效果。根據(jù)反饋結(jié)果，優(yōu)化考核體系，增加過程性評價比重，完善評價標準（制定詳細的代碼規(guī)范評分細則和項目答辯評分標準），確?？己梭w系的科學性和公正性。

3 智能車輛工程專業(yè)C語言課程教學改革的具體措施

3.1 結(jié)合智能車輛工程實際應(yīng)用優(yōu)化教學內(nèi)容

將C語言的基礎(chǔ)語法知識講解與智能車輛工程實際應(yīng)用案例緊密結(jié)合，幫助學生理解語法知識在實際工程中的應(yīng)用場景。

變量與數(shù)據(jù)類型：以車輛的行駛速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油箱液位等實際參數(shù)為例，講解整型、浮點型等數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用。設(shè)計車速采集程序，演示不同數(shù)據(jù)類型的存儲范圍和精度差異。

運算符與表達式：結(jié)合汽車制動距離計算、燃油消耗率估算等實際公式，講解算術(shù)運算符、關(guān)系運算符和邏輯運算符的應(yīng)用。通過編寫制動距離計算函數(shù)，展示運算符的優(yōu)先級和結(jié)合性。

控制結(jié)構(gòu)：以汽車故障診斷系統(tǒng)中的故障碼讀取與解析流程為例，講解順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。在故障碼解析程序中，if-else多分支結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)不同的故障碼進行分類處理，而while循環(huán)結(jié)構(gòu)則可實現(xiàn)對一系列故障碼的持續(xù)讀取與解析，直至完成所有故障信息的處理。

數(shù)組：以車載CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，講解一維數(shù)組、二維數(shù)組、多維數(shù)組、字符數(shù)組等知識點，在CAN總線數(shù)據(jù)采集與解析程序中，多種數(shù)組方式被用于存儲和解析不同控制器節(jié)點的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的管理也因此得以有效實現(xiàn)，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

函數(shù)與模塊化編程：以自動駕駛路徑規(guī)劃模塊為例，境界函數(shù)的定義、參數(shù)傳遞、返回值等知識應(yīng)用。通過將自動駕駛系統(tǒng)需要根據(jù)地圖數(shù)據(jù)、傳感器信息規(guī)劃行駛路徑。將路徑規(guī)劃算法封裝為函數(shù)，接收起點、終點坐標和障礙物信息，返回最優(yōu)路徑。這不僅體現(xiàn)了模塊化編程的思想，還有助于提高代碼的可維護性和可擴展性，為自動駕駛技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。

3.2 采用項目驅(qū)動教學法與小組協(xié)作學習

3.2.1 項目驅(qū)動教學法實施

將整個C語言課程劃分為多個與智能車輛工程相關(guān)的項目任務(wù)，每個項目任務(wù)包含明確的功能需求與技術(shù)指標。

汽車油耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計：要求學生運用C語言實現(xiàn)油耗數(shù)據(jù)采集（模擬傳感器輸入）、計算（基于油耗模型）、顯示（LCD模擬）以及超限報警（閾值判斷）等功能。項目要求數(shù)據(jù)采集誤差小于2%，報警響應(yīng)時間小于1s。

發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)模擬：要求學生運用C語言實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的PID控制算法，模擬不同工況（怠速、加速、減速）下的轉(zhuǎn)速控制效果。項目要求轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)態(tài)誤差小于50rpm，超調(diào)量小于10%。

汽車燈光控制系統(tǒng)實驗：先引入汽車燈光控制的實際應(yīng)用場景作為引導(dǎo)案例，講解其中涉及的C語言知識點（如IO端口操作、定時器控制等），然后讓學生根據(jù)引導(dǎo)案例完成汽車燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)實驗項目。項目要求實現(xiàn)遠近光燈切換、轉(zhuǎn)向燈閃爍等功能，閃爍頻率誤差小于5%。

項目實施過程中，教師引導(dǎo)學生通過分析問題、設(shè)計算法、編寫代碼、調(diào)試優(yōu)化等完整過程完成項目任務(wù)，培養(yǎng)學生的獨立解決問題能力和創(chuàng)新思維。采用“任務(wù)分解-方案設(shè)計-代碼實現(xiàn)-測試驗證-優(yōu)化改進”五步教學法。

3.2.2 小組協(xié)作學習組織

組織學生以小組形式開展項目實踐，每組3-5人，明確分工與協(xié)作要求。例如，在汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)模擬項目中，小組成員分別負責不同功能模塊（如進氣控制模塊、燃油噴射模塊、點火控制模塊等）的編程實現(xiàn)，然后進行模塊集成與整體調(diào)試。通過小組協(xié)作，學生不僅能夠相互學習、共同進步，還能培養(yǎng)團隊溝通與協(xié)作能力。

3.3 構(gòu)建多元化考核評價體系

3.3.1 突出過程性考核

改變傳統(tǒng)以期末考試成績?yōu)橹鲗?dǎo)的考核方式，增加過程性考核比重，全面考察學生在C語言學習過程中的表現(xiàn)與能力提升。過程性考核包括以下幾個方面。

平時作業(yè)完成情況：評價學生作業(yè)的正確性、規(guī)范性和創(chuàng)新性。

課堂參與度：評價學生在課堂上的提問質(zhì)量、討論貢獻和互動情況。采用課堂表現(xiàn)積分制，設(shè)置加分項和扣分項。

項目實踐過程中的表現(xiàn)：評價學生在項目實踐中的代碼質(zhì)量、調(diào)試能力、團隊協(xié)作精神等。

通過過程性考核，及時反饋學生學習進度與問題，促使學生注重平時學習積累與能力培養(yǎng)。

3.3.2 期末考核項目化

期末考核采用項目設(shè)計與答辯的形式，要求學生獨立完成一個與智能車輛工程相關(guān)的C語言編程項目。項目內(nèi)容可由學生根據(jù)自身興趣與專業(yè)方向自選，如設(shè)計一個簡單的汽車尾氣排放監(jiān)測系統(tǒng)（監(jiān)測CO、HC等排放物濃度）、模擬汽車變速器換擋控制邏輯（基于車速和油門信號）等。學生需要提交完整的項目報告（包含項目需求分析、設(shè)計思路、代碼實現(xiàn)、測試結(jié)果等內(nèi)容），并進行現(xiàn)場答辯展示。教師根據(jù)項目的創(chuàng)新性（采用創(chuàng)新指數(shù)評分表）、可行性（功能實現(xiàn)完整度）、代碼規(guī)范性（采用代碼規(guī)范檢查工具）以及學生的答辯表現(xiàn)（表達能力、邏輯清晰度）等方面進行綜合評價。

3.3.3 引入學生自我評價和同伴評價

在考核體系中引入學生自我評價和同伴評價，增強評價的全面性和客觀性。學生自我評價有助于培養(yǎng)學生的自我監(jiān)控和自我調(diào)整能力；同伴評價有助于學生了解同伴的優(yōu)點和不足，促進共同進步。采用“自我評價報告-同伴互評量表-教師綜合評價”三元評價體系。

4 教學改革實踐效果與案例分析

4.1 實踐效果

C語言課程教學在實施上述改革措施后，取得了顯著的教學效果。學生學習興趣與積極性提高，課堂參與度增強，主動提問與討論的氛圍更加濃厚。學生對C語言課程的學習興趣明顯提高，課后自學和實驗時間增加。編程能力與工程實踐素養(yǎng)提升，在項目實踐過程中，學生能夠?qū)⑺鶎WC語言知識靈活運用于智能車輛工程實際問題解決。部分學生能夠創(chuàng)新性地引入新的算法和技術(shù)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。團隊協(xié)作與溝通能力增強，通過小組協(xié)作學習，學生學會了如何與他人合作，共同完成任務(wù)。在項目答辯和展示過程中，學生的表達能力和溝通技巧得到鍛煉。

4.2 案例分析

以“汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)模擬項目”為例，該項目要求學生運用C語言實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的PID控制算法。項目實施過程中，學生需要完成以下任務(wù)。

需求分析：明確轉(zhuǎn)速控制范圍、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量等指標。

算法設(shè)計：選擇PID控制算法，確定比例、積分、微分系數(shù)。

代碼實現(xiàn)：編寫PID控制函數(shù)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速采集、控制量計算和輸出。

調(diào)試優(yōu)化：通過仿真測試，調(diào)整PID參數(shù)，優(yōu)化控制效果。

項目實施后，學生提交的控制系統(tǒng)在模擬工況下表現(xiàn)出良好的控制性能。數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)態(tài)誤差平均值為32rpm（低于項目要求的50rpm），超調(diào)量平均值為6.8%（低于項目要求的10%）。通過該項目，學生不僅掌握了PID控制算法的原理和實現(xiàn)方法，還學會了如何根據(jù)實際需求進行算法設(shè)計和參數(shù)調(diào)優(yōu)，有效提升了工程實踐能力和問題解決能力。

5 結(jié)論與展望

基于OBE理念的智能車輛工程專業(yè)C語言課程教學改革，緊密圍繞智能車輛工程專業(yè)需求，通過優(yōu)化教學內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法與考核評價體系等措施，有效提升了學生運用C語言解決智能車輛工程實際問題的能力，培養(yǎng)了學生的工程實踐素養(yǎng)與創(chuàng)新思維。在實際教學應(yīng)用中取得了良好的效果，為智能車輛工程專業(yè)人才的編程能力培養(yǎng)提供了有力支撐。未來，隨著智能車輛工程技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，C語言課程教學改革還需持續(xù)探索與完善，以更好地適應(yīng)行業(yè)對智能車輛工程專業(yè)人才編程技能的新要求。

基金項目：質(zhì)量工程項目，J1124020，《高級程序C語言》實踐驅(qū)動創(chuàng)新改革。

參考文獻：

[1] Spady W G. Outcome-Based Education：

Critical Issues and Answers[M]. Arlington：

American Association of School Administr-

ators， 1994.

[2]羅鈿，劉小斌.新工科背景下車輛工程專業(yè)賽教融合教學改革[J].汽車實用技術(shù)，2022，47（08）：156-159.

[3]沈鈺杰，吳皆凝，劉雁玲，等.新工科背景下的車輛工程專業(yè)課程多元化教學改革探析[J].教育教學論壇，2020（35）：151-152.

[4]郭姍姍，劉云龍，劉永勝.新工科背景下車輛工程專業(yè)實驗教學改革與實踐[J].濰坊學院學報，2019，19（06）：85-90.

[5]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014（02）：29-34.

[6]中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會.工程教育認證標準（2022版）：T/CEEAA 001—2022[S].北京：中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會，2022.

[7]中國汽車工業(yè)協(xié)會.中國汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2022-2023）[R].北京：中國汽車工業(yè)協(xié)會，2023.

[8] International Organization for Standard

ization. Road Vehicles-Functional Safety：

ISO 26262[S].2018.

[9] Kolmos A， Holgaard J E. Learning with

Production in Engineering Education[J].

European Journal of Engineering Education， 2014， 39（2）：151-166.