趙立軍,劉清河,李偉,王劍鋒
(1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 汽車工程學(xué)院,山東 威海 264209;2.中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程研究院,天津 300300)
《汽車試驗學(xué)》是高校車輛工程專業(yè)學(xué)生的重要課程,其教學(xué)內(nèi)容以汽車整車性能測試、主要總成和重要部件的性能測試為主,按照“在基本理論分析的基礎(chǔ)上,通過主要性能測試來全面掌握技術(shù)性能、結(jié)構(gòu)特點和性能分析方法”的思路,系統(tǒng)介紹試驗原理、主要儀器設(shè)備工作原理和測量方法等。教學(xué)過程中設(shè)置有一定學(xué)時的實驗實踐內(nèi)容,對課程實驗條件要求較高,實驗室建設(shè)和維護(hù)的經(jīng)費投入較大。虛擬實驗的理念于近年來逐漸被車輛工程領(lǐng)域教師所接受,這不僅可以降低對汽車試驗硬件條件的要求,且具有很好的教學(xué)效果。購置實驗設(shè)備和虛擬實驗工作并行,可以作為實驗教學(xué)內(nèi)容和方式的一種互補。
“互動式教學(xué)模式”是指教師“教”和學(xué)生“學(xué)”兩個過程互相作用的整體性動態(tài)過程,具體表現(xiàn)為教師的主導(dǎo)施教和學(xué)生的主體認(rèn)識相輔相成的課堂活動過程。堅持“自主、合作、探究”的教學(xué)理念,提高教學(xué)效率,既注重“雙基”的落實,又著眼于學(xué)生的發(fā)展和能力的提高,是素質(zhì)教育的根本所在。對于汽車試驗學(xué)這種理論和實踐能力培養(yǎng)并重的課程來說,互動式教學(xué)可以強化學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識,提升學(xué)習(xí)質(zhì)量。
可見,虛擬實驗和互動式教學(xué)適用于在《汽車試驗學(xué)》中,但其應(yīng)用實踐尚未見文獻(xiàn)報道,作為有益的嘗試,值得研究與探索。
虛擬實驗技術(shù)以其低成本、高效能、靈活可靠等特點在現(xiàn)代化教學(xué)中開始得到越來越普遍的應(yīng)用。
國外的虛擬實驗技術(shù)起步較早,也有很多著名的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng),比如美國加里福尼亞大學(xué)的集成電路模擬程序SPICE[1],加拿大西北大學(xué)的虛擬物理實驗室[2]等。國內(nèi)于上世紀(jì)九十年代末期開始將虛擬實驗技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域[3]。在車輛教學(xué)領(lǐng)域中,北京理工大學(xué)開發(fā)的坦克構(gòu)造與設(shè)計視景仿真教學(xué)平臺[4]與車輛電子控制虛擬實驗教學(xué)平臺[5]已成功應(yīng)用于實驗教學(xué),并取得了良好效果。同濟大學(xué)汽車學(xué)院也進(jìn)行了虛擬實驗技術(shù)在《流體力學(xué)與液壓傳動》課程中應(yīng)用的探討[6]。
虛擬實驗可以在一定程度上緩解實驗資源的不足,而且在設(shè)計工作過程中,學(xué)生能夠得到更好更全面的學(xué)習(xí)。從實驗構(gòu)思、實驗設(shè)計、實驗原理,到實驗方法和數(shù)據(jù)處理,有一個整體的學(xué)習(xí)過程。
當(dāng)然,這要求授課教師通過收集資料、理論儲備,在課上講授虛擬實驗知識,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬實驗設(shè)計,并得出有意義的結(jié)論,解決以往學(xué)生對實驗全過程認(rèn)知和理解不足的問題。這可以大大加強課程的學(xué)習(xí)效果,促進(jìn)學(xué)生綜合能力的鍛煉和提升,為畢業(yè)后從事該領(lǐng)域工作打下良好的基礎(chǔ)。
為此,筆者在此次教學(xué)研究過程中,將授課的學(xué)生分成12組,每組 8-10人。虛擬實驗題目主要來源于中國汽車技術(shù)研究中心(天津)汽車工程研究院現(xiàn)有的科研試驗設(shè)備,這樣有基本方案可供設(shè)計參考,利于制定可行的設(shè)計目標(biāo),不至于太過盲目。當(dāng)然,虛擬實驗過程是不能對已有設(shè)備進(jìn)行模仿甚至抄襲的,否則就失去了研究的意義。題目包括整車軸耦合疲勞耐久試驗、四立柱輪耦合疲勞耐久試驗室、六自由度疲勞耐久試驗室、排氣系統(tǒng)疲勞耐久試驗室、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)疲勞耐久試驗室、制動系統(tǒng)疲勞耐久試驗臺架、開閉件疲勞耐久試驗室、金屬件高頻疲勞耐久試驗室、載荷譜采集及傳感器系統(tǒng)、白車身/零部件剛度試驗室、汽車零部件材料試驗室、減振器臺架試驗室等。
虛擬實驗設(shè)計工作主要分為六個過程:功能及設(shè)計任務(wù)分析、方案論證、主體參數(shù)設(shè)計、設(shè)計計算及分析、實驗過程及試驗數(shù)據(jù)模擬、經(jīng)濟性分析。在此過程中,要求每個小組內(nèi)部協(xié)作完成所有任務(wù),這也是對協(xié)作和溝通能力的培養(yǎng)及鍛煉。
經(jīng)過近年的發(fā)展,在教育界達(dá)成共識的互動式教學(xué)模式,其關(guān)鍵環(huán)節(jié)概括為:教師的啟動-互動的前提、學(xué)生感悟-互動的基礎(chǔ)、小組活動-互動的主體、組際交流-互動的關(guān)鍵、成果展示-互動的檢測和評價。通過“互動式”教學(xué)模式可以不斷推動師生之間的交流,更使得學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高漲,為實現(xiàn)個性發(fā)展、發(fā)揮內(nèi)在潛能、培養(yǎng)綜合創(chuàng)新能力提供有利條件[7]。Pugsley研究發(fā)現(xiàn),互動式教學(xué)的成效顯著優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方式[8]。Zakrzewska發(fā)現(xiàn),互動性教學(xué)方式顯著提高學(xué)習(xí)者溝通能力[9]。北京大學(xué)“世界課堂”[10]、中國醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院[11]、華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院[12]、廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院[13]等都已經(jīng)在課程中嘗試采用互動式教學(xué)模式,重視學(xué)生探索思維的鍛煉,注重培養(yǎng)學(xué)生知識的學(xué)科交叉性,更注重高層次創(chuàng)新思維的鍛煉,增強了學(xué)生主體間的交往活動,有利于促進(jìn)高校教學(xué)模式的創(chuàng)新及人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。
對《汽車試驗學(xué)》課程進(jìn)行全新的教學(xué)設(shè)計,在保證該課程理論知識能夠按照培養(yǎng)要求進(jìn)行傳授的基礎(chǔ)上,設(shè)計更好的課上/課下教學(xué)內(nèi)容,高效地解決有限學(xué)時下的教學(xué)內(nèi)容講授和學(xué)習(xí)問題。將互動式教學(xué)模式引入課堂之后,教師需要調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時分配,傳統(tǒng)的純教學(xué)學(xué)時要有所壓縮。教師加強指導(dǎo),根據(jù)虛擬實驗設(shè)計任務(wù)和進(jìn)度要求,為學(xué)生安排課下學(xué)習(xí)任務(wù)和虛擬實驗設(shè)計任務(wù)。這樣一來,課上既有教師的重點講授、難點分析和對虛擬實驗設(shè)計的指導(dǎo),也有學(xué)生小組講述分享自己的虛擬實驗環(huán)節(jié)。同學(xué)們帶著自己所在學(xué)習(xí)小組的任務(wù)進(jìn)行主動學(xué)習(xí),在教師指導(dǎo)下進(jìn)行完善和修正,最終將完成的工作以科學(xué)和直觀的形式展示。
為了提高學(xué)生的表達(dá)和展示能力,每周安排一次學(xué)生的虛擬實驗設(shè)計工作進(jìn)度匯報。限時5分鐘,利用PPT進(jìn)行展示,合理安排時間分配和內(nèi)容組織,在講臺上客串“主講人”,為大家介紹設(shè)計過程和成果。教師現(xiàn)場點評,以利于下一步的工作更加合理和順利。這對于新時代教與學(xué)的關(guān)系來說,是一種更新更有效的大學(xué)課堂教學(xué)方式。
累加式考核就是將包括出勤率、課堂的投入程度、回答問題的主觀能動性、作業(yè)的完成情況、實驗的表現(xiàn)等等教學(xué)的全過程都納入考核的范圍,并通過權(quán)重調(diào)節(jié)這些環(huán)節(jié)之間的輕重關(guān)系,引導(dǎo)學(xué)生做好每一個環(huán)節(jié)。推行累加式考核方法的核心和目標(biāo)是引導(dǎo)教師采用啟發(fā)式、探究式、互動式的課堂教學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)激發(fā)創(chuàng)新意識,提升創(chuàng)新能力。哈爾濱工業(yè)大學(xué)[14]、湖北工業(yè)大學(xué)[15]等在教學(xué)中采用了累加式考核體系,實踐效果出色。課程采用累加式考核是科學(xué)的,但是更加合理地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,是其關(guān)鍵所在。將這種虛擬實驗考核納入課程考核中,能夠更加準(zhǔn)確地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、知識的全面性和掌握程度,這會是一種更加科學(xué)和公平的處理方式。經(jīng)過與學(xué)生充分溝通,協(xié)商后確定課程考核方案,分為以下三部分。
(1)出勤和課上表現(xiàn)環(huán)節(jié)
滿分10分;每缺勤1學(xué)時,扣0.5分;課程對應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)必須參加,實驗報告必須認(rèn)真撰寫和按時提交;虛擬實驗設(shè)計的匯報和考核環(huán)節(jié)必須參加。
(2)虛擬實驗設(shè)計環(huán)節(jié)給分標(biāo)準(zhǔn)說明
本環(huán)節(jié)滿分50分。按照授課教師提出的設(shè)計題目,學(xué)生設(shè)計小組內(nèi)部協(xié)作完成設(shè)計任務(wù)。六周時間內(nèi),根據(jù)前期工作安排進(jìn)行合作學(xué)習(xí),完成各階段的課題任務(wù)。期間各小組每周均需進(jìn)行一次進(jìn)度匯報,根據(jù)教師點評內(nèi)容進(jìn)行修改完善。最終進(jìn)行結(jié)題匯報和提交虛擬實驗設(shè)計工作報告,所有同學(xué)按照教師設(shè)計的打分表和打分要求,根據(jù)課程設(shè)計完成情況及展示效果進(jìn)行評分。在最終匯報展示后,根據(jù)本環(huán)節(jié)打分統(tǒng)計結(jié)果,將各小組分為 A、B、C三檔,各檔比例為20%、50%、30%,各檔對應(yīng)不同的成績計算權(quán)重。
小組組員的得分,由組長組織本小組成員共同商定具體的給分辦法:可以由組長根據(jù)平時表現(xiàn)和付出來初步給定,再經(jīng)組內(nèi)公示無異議之后確定;也可以在組長組織下組內(nèi)評議決定。給分標(biāo)準(zhǔn)主要參照兩個方面,組員上臺進(jìn)行進(jìn)度匯報時的展示效果,意在鼓勵組員上臺展示,此項為實際得分的重要參考;組員在整個課程設(shè)計任務(wù)周期內(nèi)對小組任務(wù)的貢獻(xiàn)量,根據(jù)小組各成員對課程設(shè)計任務(wù)貢獻(xiàn)度的大小進(jìn)行給分。建議組員實際得分分為50、48、45三檔。后續(xù)由授課教師組織進(jìn)行計算調(diào)節(jié)的處理工作。
(3)試卷考核環(huán)節(jié)
以閉卷和筆試試題形式進(jìn)行;試題主要考核學(xué)生對試驗過程的分析處理能力和計算分析能力,題型以分析說明和計算說明為主。滿分為40分。
按照上述教學(xué)方案和內(nèi)容實施教學(xué)過程,經(jīng)過本輪授課后,對本課程104名同學(xué)進(jìn)行課堂教學(xué)情況調(diào)查問卷,匯總后得出分析結(jié)果。
對本次采取的累加式考核方法滿意程度調(diào)查,“滿意”占53.8%,“比較滿意”占 44.2%,“比較不滿意”占 1.9%;對這種互動式的教學(xué)方法的滿意程度調(diào)查,“滿意”占55.8%,“比較滿意”占43.3%,“比較不滿意”占1.0%;對自己主要得到的提高和收獲調(diào)查,“專業(yè)知識”占17.4%,“文獻(xiàn)查閱”占27%,“軟件應(yīng)用”占16.3%,“團(tuán)隊合作”占26.3%,“語言表達(dá)”占 13%;對在設(shè)計小組里感受到團(tuán)隊協(xié)作的重要性調(diào)查,“總是”占43.3%,“經(jīng)?!闭?8.1%,“偶爾”占 7.7%,“沒有”占 1.0%;對設(shè)計小組團(tuán)隊合作進(jìn)行學(xué)習(xí)認(rèn)可程度調(diào)查,“認(rèn)可”占56.7%,“比較認(rèn)可”占38.5%,“比較不認(rèn)可”占2.9%,“不認(rèn)可”占1.9%;認(rèn)為這種虛擬實驗設(shè)計+互動式教學(xué)的方式還可以加強的方面的調(diào)查,“試驗題目設(shè)計”占30%,“課堂教學(xué)方式”占21.5%,“小組合作方式”占50%;認(rèn)為這種教學(xué)的方式是否有繼續(xù)實踐或推廣價值的調(diào)查,“有價值”占47.6%,“比較有價值”占45.6%,“比較沒有價值”占 6.8%,“沒有價值”為0;對《汽車試驗學(xué)》課程的學(xué)習(xí)效果和表現(xiàn)的滿意程度調(diào)查,“滿意”占34%,“比較滿意”占58.3%,“比較不滿意”占7.8%,“不滿意”為0。
可以看出,學(xué)生對本輪授課方式的滿意程度令人欣慰,同時也提出了更高的要求,這有助于教師在以后教學(xué)過程中不斷完善。
(1)通過對《汽車試驗學(xué)》課程進(jìn)行全新的教學(xué)設(shè)計(課上/課下環(huán)節(jié)),可以在保證講授該課程理論知識的基礎(chǔ)上,完成虛擬實驗設(shè)計的學(xué)習(xí)過程,提高有限學(xué)時內(nèi)的教學(xué)質(zhì)量。
(2)學(xué)生通過收集資料、理論學(xué)習(xí)、設(shè)計計算分析和講解展示,完成一個完整的虛擬實驗設(shè)計全過程,得到知識寬度和高度提升,學(xué)習(xí)效果令人滿意。
(3)本文提出的教學(xué)方式,實現(xiàn)一定程度的課堂翻轉(zhuǎn),活躍課堂氛圍,獲得了真正意義上的累加式考核方案,可按此理念繼續(xù)探索和研究提高教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的教學(xué)方法。
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