孫悅超，黃明鑫，李明圣，李曼

基于“工程教育”背景下的《汽車構造》課程教學改革與實踐*

孫悅超，黃明鑫，李明圣，李曼

（嶺南師范學院，廣東 湛江 524048）

汽車構造是汽車類專業(yè)的骨干課之一，學生對本課程的掌握程度將直接影響后續(xù)其它專業(yè)課程的學習，對工科專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量起重要作用。為提高汽車構造課程的教學質(zhì)量，文章針對原有教學之不足進行了一定的教學改革實踐探索。改革具體內(nèi)容有雙師雙能型師資隊伍建設、理實同步教學、專業(yè)技能訓練、虛擬與現(xiàn)實授課、課程網(wǎng)絡教學平臺建設等，通過改革，教師可以利用現(xiàn)代信息新技術和實驗設備，把理論授課、混合現(xiàn)實、三維仿真、實踐強化、課程網(wǎng)絡平臺有機結合起來，形成工程教育背景下的“理實同步、創(chuàng)新培養(yǎng)”的教學新模式。實踐證明該模式可使汽車復雜的內(nèi)部結構、抽象的工作原理，變得直觀、具體、易懂，便于學生自主學習；并可激發(fā)學生的學習興趣和實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)、產(chǎn)生融會貫通的學習效果，切實保障了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

工程教育；課程改革；教育技術；理實一體

前言

“汽車構造”作為車輛工程、汽車服務工程、交通運輸工程等專業(yè)的骨干課程，主要內(nèi)容包括發(fā)動機、底盤、車身結構及工作原理等。受課程總學時限制及新時代應用型人才培養(yǎng)課程設置等因素的影響，國內(nèi)各高?，F(xiàn)行人才培養(yǎng)方案中“汽車構造”課程總學時普遍有所減少。但現(xiàn)代汽車工業(yè)日新月異，新技術、新材料、新工藝推陳出新，比如電控技術應用更加成熟和完善、新能源汽車的快速普及等等，都使“汽車構造”所涉及的內(nèi)容不斷增加和更新，對授課教師的教學能力和授課水平也提出了更高的要求?！捌嚇嬙臁痹趯I(yè)課程體系中具有承上啟下的橋梁作用，開課前學生需掌握工程力學、機械原理、機械設計、電工電子等知識，學好本課程可為后續(xù)“汽車檢測與診斷”、“汽車設計”、“汽車理論”等專業(yè)課程奠定基礎。

針對汽車構造復雜、工作原理抽象、實踐技能強、技術不斷更新的特點，如果配合現(xiàn)代教育新技術，在理論講授時對復雜的汽車零件結構和抽象的工作原理輔助三維虛擬仿真動畫演示，并適當安排實驗室現(xiàn)場教學，必將大幅增加學生的學習興趣和理解速度，達到事半功倍的成效。另外，教師將重要的教學資源上傳精品課程網(wǎng)絡平臺或手機APP，學生通過網(wǎng)絡便可直觀的復習或者自主學習課程內(nèi)容。通過上述措施即可達到增加教師授課速度完成教學內(nèi)容的目的，又能保證教學質(zhì)量[1,2]。因此我們對汽車構造課程采取以上措施進行教學改革，將理論授課、VR或MR、實踐強化、課程網(wǎng)絡資源有效結合起來，構成“理實同步、創(chuàng)新培養(yǎng)”的教學新模式，使不可見的汽車內(nèi)部復雜結構、抽象的工作原理，變得直觀可見、容易理解，產(chǎn)生融會貫通的教學效果。

1 本課程教學現(xiàn)況

1.1 理論實踐相互脫節(jié)

現(xiàn)行大部分本科高校的《汽車構造》課程在教學過程中，將理論和實踐兩個模塊分離單獨教學。兩個模塊相對獨立，理論環(huán)節(jié)抽象進度又快使學生理解困難，實踐強化與理論學習不能有效促進融合。理論模塊由教師滿堂灌式課堂講解，完成以知識能力為本位的教學目標；理論內(nèi)容進行一個或若干章節(jié)后，才安排相應內(nèi)容給專職實驗員進行實踐教學，且實踐模塊多以認識實驗為主，很難達到應用型人才的培養(yǎng)目標[3,4]。

理論和實踐教學脫節(jié)的主要原因有：一是受實驗條件的限制，大多本科高校實驗場所緊張不具備中高職學校的場地，不具備理實一體化教學的課室；二是受教師實踐能力的約束，絕大多數(shù)理論課教師尤其是青年教師都是從學校到學校，缺少實踐經(jīng)驗，不具備理實一體教學的能力。理論和實踐教學模塊的脫節(jié)使理論授課教師對復雜的結構零件和工作原理難以在有限的學時課堂內(nèi)描述清楚，學生理解困難；學生在理論模塊學完后到對應實踐模塊再學習，導致學生對汽車的實際結構不認識，常出現(xiàn)濾清器、汽油泵、發(fā)電機、起動機等部件混淆或者不認識的情況，甚至凸輪軸和曲軸都分不清。三是受總學時的影響，汽車構造總學時相比以前有大幅度的減少，調(diào)查發(fā)現(xiàn)有的本科學校該課程甚至不足50的總學時；導致很多教師為了完成課程內(nèi)容更加依賴課堂教學，無法重視實踐，使得理論與實踐嚴重脫離，學生在理論學習中對抽象的結構和工作原理難以理解。實踐課滯后于理論課較長時間的情況也普遍存在，有的學校理論課結束后才進行集中實踐；這樣學生的理論知識記憶已經(jīng)模糊，加之理論學習中對知識的理解本身也不很清晰，因此即使學生有很高的學習興趣，也難以達到容易理解、融會貫通的效果，嚴重影響教學質(zhì)量，最終不能實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)的教學目標。

1.2 教學模式與培養(yǎng)目標不適應

雖然各高校普遍采用多媒體技術進行汽車構造課程教學，但并沒有實質(zhì)改變傳統(tǒng)的教學模式[5]。傳統(tǒng)教學過程被認為是知識的傳授或搬運過程，更多側(cè)重于學生對教材知識的掌握程度，教師處于支配的主導地位，學生則處于接受的被動地位，教師教學過度依賴教材。因汽車構造課程總學時減少，致使教師“滿堂灌”的教學方式更加嚴重，使原本抽象、復雜的零件結構變得更加枯燥、理解更難，容易在教學中產(chǎn)生定式思維和差異化大等問題。

傳統(tǒng)教學模式已不能適應“汽車構造”新形勢下應用型本科人才培養(yǎng)的教學要求。傳統(tǒng)教學模式教師雖費盡精力，但教學效果并不好，影響教師工作的積極性、主動性；學生起初滿懷希望要學好這門課，但汽車構造復雜抽象不易理解，想學又學不懂，慢慢失去了學習興趣，影響專業(yè)能力提升[6,7]。因此，為了適應新形勢下應用型本科人才的培養(yǎng)需要，必須對本課程現(xiàn)有的教學模式進行改革，保證授課質(zhì)量以滿足學生對專業(yè)知識的渴求。

1.3 現(xiàn)代教育新技術利用不夠

現(xiàn)代社會在信息技術、“互聯(lián)網(wǎng)+”等的快速推動下，教育新技術手段推陳出新、不斷有好的教學手段出現(xiàn)，比如微課、慕課、手機APP、VR、MR等教育手段的出現(xiàn)和運用。其中VR 是Virtual Reality（虛擬現(xiàn)實或靈鏡技術）的簡稱，具有直觀、便捷等優(yōu)勢。MR 是Mixed Reality（混合現(xiàn)實技術）的簡稱[8]，是虛擬現(xiàn)實技術的進一步發(fā)展，該技術通過在虛擬環(huán)境中引入現(xiàn)實場景信息，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。通過虛擬現(xiàn)實技術的引入，可建立一個基于實車的虛擬實訓平臺，改革汽車構造課程的教學方法和手段。

傳統(tǒng)黑板板書及多媒體PPT已不能滿足現(xiàn)代工科課程教學的需要：傳統(tǒng)板書教學過程單一、授課效率低、講解抽象難以具體、學生領會困難，在工科一些涉及復雜零件結構、原理抽象需三維演示、內(nèi)容多學時少的課程中傳統(tǒng)板書已經(jīng)無法適應現(xiàn)已淘汰；多媒體輔助教學雖然提高了授課速度，增加了機械結構直觀性，但存在師生互動性差、空間復雜結構表現(xiàn)不夠、不能方便統(tǒng)計和分析學生對課程的掌握程度等問題。在汽車構造課程教學中雖然老師們廣泛運用了多媒體等信息技術，但還不能更好的運用各類現(xiàn)代網(wǎng)絡教育平臺[9]、VR、MR等先進技術，對于汽車構造中不易觀察或結構復雜的零部件難以進行全方位精細的講解、學生僅憑抽象思維進行空間想象很難對抽象復雜的汽車結構和工作原理學懂弄通。

2 課程改革具體措施

2.1 提升教師授課能力

培養(yǎng)現(xiàn)代汽車服務工程應用型人才教師就要不斷更新教育理念、改革原有教學模式，不能理論教師只懂理論、實踐教師只會操作。教師要做到既懂理論又會實踐，同時具備理論教學素質(zhì)和實踐教學雙項技能，另外對汽車新技術、新知識和行業(yè)發(fā)展動態(tài)也要有一定的認知和把握，這樣才會給學生啟發(fā)性的幫助。教師只有具備了“理論+技能”的授課基本素質(zhì)，才能對課程教學過程進行科學組織實施和有效掌控，才能做到教學內(nèi)容理論、實踐兼顧，指導學生把理論知識有效運用到實踐中[10]。

應用型本科院校的教師要更新思想，必須由“單一型”向“雙師雙能”型的教師轉(zhuǎn)變，即改變理論教師只注重理論研修而忽視技能實踐、實驗員只會操作不懂理論的現(xiàn)象。理論教師在繼續(xù)教育學習中，應該更多注重實踐技能的提高；各應用型本科高校也要多從實踐創(chuàng)新的角度支持專業(yè)教師的應用技能提升，打造一支既懂汽車理論又能夠?qū)嵺`操作的“雙師雙能”型師資隊伍。我校針對機械類工科專業(yè)，學校承擔全部費用的政策支持專業(yè)教師考取各類職業(yè)技能證書，鼓勵教師到企業(yè)鍛煉并給予相應政策支持，將“雙師雙能型”教師數(shù)量納入二級學院績效考核指標，大大提高了教師實踐技能強化的積極性。目前汽車服務工程專業(yè)符合規(guī)定條件的教師和實驗員都考取了汽車維修技師、維修高級技師等職業(yè)資格證書。

2.2 實踐教學改革

（1）理實同步教學

理實同步教學就是整合理論課在教室上、實驗課在實驗室分開進行的方式，把理論課安排到實驗室與實驗同步進行。教師采用輔助多媒體、三維軟件等講解理論后，立刻對照實物、模型結構現(xiàn)場講解，使學生對汽車構造理解和認知更加深刻，通過現(xiàn)場實踐加深了對理論的理解，理論和實踐可相互促進。教師還可將理論和實踐完全融合在一起，進行理實一體化教學。教師在講解發(fā)動機、底盤構造時，可在實驗室利用解剖模型、整車實物現(xiàn)場教學，學生直接面對實物，邊聽邊看也可以動手操作，使學生對汽車復雜抽象的零件結構理解的會更深。例如在發(fā)動機拆裝實踐中，以往是老師先演示與講授，然后學生分組直接拆裝。但這容易出現(xiàn)部分學生不仔細聽老師講解、為了拆裝而拆裝、不按規(guī)定使用工具、只圖快不顧學習效果等問題，導致部分學生發(fā)動機拆裝后仍然不認識發(fā)動機的一些重要零部件，比如有的同學曲軸和凸輪軸分不清、甚至不認識飛輪，更談不上工作原理了。如果讓學生結合軟件在仿真環(huán)境中進行多次拆裝操作、反復練習，遇到工具使用不當或者操作不規(guī)范的情況就不能進行到下一步，如果規(guī)范了操作和拆裝流程，在實際進行發(fā)動機拆裝時就不會或者很少出現(xiàn)上述情況。理實同步教學除了提高教學質(zhì)量外，還有助于實驗室的建設管理，真正做到實驗室建設為本科教學服務。

（2）開設專業(yè)技能訓練課

專業(yè)技能訓練是培養(yǎng)應用型本科人才教學改革的主要內(nèi)容，也是工學交替、產(chǎn)教融合的重要形式。我們改革調(diào)整后的人才培養(yǎng)方案從第三學期開始每學期在校內(nèi)汽車檢測與維修車間進行2周以上的專業(yè)技能訓練，包括汽車拆裝與調(diào)整、維護與保養(yǎng)、檢測與維修、綜合技能考證等。專業(yè)技能訓練嚴格按照課程大綱和企業(yè)工藝標準進行拆解、裝配、調(diào)整和維護，專業(yè)技能訓練除了可使汽車構造的課堂知識點在實踐中進一步掌握和應用，還能加強學生的安全意識、團隊意識并提高實踐應用能力。

圖1 發(fā)動機拆裝專業(yè)技能訓練

圖1是發(fā)動機拆裝專業(yè)技能訓練，將學生分組同時集中訓練，拆裝實踐強化將抽象的理論結構升華為具體的現(xiàn)實情況，不但激發(fā)學生的學習興趣和理解能力，而且提高了實踐動手應用能力。

圖2 手動變速器拆裝與調(diào)試

圖2是手動變速器拆裝與調(diào)試技能訓練，通過該訓練學生理論實踐相結合進一步鞏固變速器的結構、工作原理，對課堂上的抽象化理論進一步理解強化。

（3）拓寬第二課堂

第二課堂主要是開展各類創(chuàng)新比賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程實踐，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和實踐應用能力的催化劑，也是實踐教學改革的重要內(nèi)容。在學習汽車構造課程的同時學生已具有機械設計基礎和電工電子技術等課程知識，這對參加汽車愛好者協(xié)會、機械電子協(xié)會組織的各類競賽奠定了專業(yè)基礎。鼓勵學生參加的比賽有汽車三維模型設計大賽、汽車營銷大賽、智能汽車競賽以及大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。學生通過參加各類比賽，需要用到汽車構造的相關知識、經(jīng)歷模型設計、熟悉零部件、相關結構設計等環(huán)節(jié)，這樣可以促使汽車構造課程形成知識點體系并與其它課程融會貫通，達到激發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力和實踐應用能力的應用型人才培養(yǎng)目標。

2.3 利用現(xiàn)代教育新技術授課

傳統(tǒng)多媒體授課，雖然可以結合圖片、動畫等給學生演示汽車零部件結構和工作過程。但存在教學內(nèi)容多、演示速度快等問題使學生觀察到的汽車實際結構效果不佳，對汽車復雜零件結構及工作原理的認識理解難以深入。但通過VR或MR技術、3D仿真等建立汽車零部件結構原理模型，學生操作鼠標、鍵盤、MR眼鏡等即可360度無死角地觀察汽車零部件的所有詳細構造、工作情況，跟實際拆解汽車零部件所觀察的內(nèi)部結構效果一致。VR是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，通過計算機模擬產(chǎn)生一個三維虛擬世界，為用戶提供視覺等感官模擬、仿佛身歷其境，可在虛擬空間中觀察和操作互動。展示汽車構造、工作原理的VR教學系統(tǒng)，是基于實際的汽車結構場景作為學習環(huán)境，模擬實際汽車結構和工作過程，讓學生在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中產(chǎn)生興趣主動學習，從而解決學生空間想象力不夠而影響學習積極性的問題。MR則是數(shù)字化現(xiàn)實加上虛擬數(shù)字畫面，MR能通過一個攝像頭讓你看到裸眼都看不到的現(xiàn)實，AR只管疊加虛擬環(huán)境而不管現(xiàn)實本身。圖3為某前驅(qū)轎車兩軸五速變速器的換擋動力傳遞路線仿真教學演示、圖4是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的VR效果圖。

圖3 手動變速器仿真教學

圖4 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)VR圖

通過VR、MR教學可使學生在實驗或者發(fā)動機、變速器拆裝過程中從多個角度觀察整車、發(fā)動機、變速器及其所有零部件結構，對這些零部件可隨時進行虛擬拆裝，并能全程對拆卸和裝配過程及裝配結果通過計算機指導、分析、評價。因此學生可以通過VR、MR反復訓練來熟悉汽車零部件結構以及它們的工作過程，這樣反復實踐、分析和比較各零部件之間的結構及裝配關系，可激發(fā)學生學習和探索創(chuàng)新的積極性，提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的創(chuàng)新應用能力。

通過VR并結合老師的講解，對汽車內(nèi)部構造認識清晰明了、對相應工作原理掌握深刻，不但提高了教學質(zhì)量和效率，還極大提高了學生學習和探索的興趣，保證了人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

2.4 建立網(wǎng)絡教學平臺

利用《汽車構造》校級精品課程建設項目，建設網(wǎng)絡教學平臺和課程手機APP。將授課教案、錄像、課件等上傳至課程資料庫，規(guī)范的發(fā)動機拆裝視頻及各系統(tǒng)的結構原理視頻、音頻、動畫等資料也分別按文件單獨上傳到課程教學資源庫。圖5為汽車構造精品課程界面，點擊教學資源就可以看到汽車各系統(tǒng)的主要零件構造及工作原理視頻。例如點擊離合器后就會播放離合器結構、拆裝過程和配有其工作原理講解的視頻，見圖6，非常方便學生自主學習。

精品課程網(wǎng)站還設置了實習實踐模塊，將學生實驗大綱、實驗指導書、實習實驗報告、企業(yè)實踐交流、創(chuàng)新比賽、實踐總結等資料上傳，利用學生的經(jīng)驗、實踐，將傳統(tǒng)教學資源網(wǎng)絡化便于學生自主學習，同時教師可將更多新知識、新方法拓展到網(wǎng)絡平臺里、對學生反饋的問題進行解答。通過建設精品課程教學平臺，展現(xiàn)多方面多角度的課程資源，能使學生通過不同的興趣點進入學習，并提高師生間、學生間的交流，使教學過程管理更加方便、科學。

圖5 汽車構造網(wǎng)絡資源庫

圖6 離合器拆裝播放圖

3 結束語

課程教學改革是人才培養(yǎng)方案落地實施的根本保證，事關人才培養(yǎng)質(zhì)量。實踐證明，基于“理實同步、創(chuàng)新培養(yǎng)”的《汽車構造》課程教學改革不但提高了本課程的教學質(zhì)量，還提高了教師業(yè)務水平，同時加快了我校汽車服務工程專業(yè)向應用型人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)型速度，促進了專業(yè)建設發(fā)展。是能夠促進課內(nèi)和課外相結合的實踐教學與理論教學一體化的模式，其特色是在培養(yǎng)方案中將理論課、實踐課以課內(nèi)和課外一體化的形式構成相互交叉、相互融合、相互滲透的整體教育體系。

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Teaching Reform and Practice of Applied Undergraduate Course "Automobile Construction" Based on "Synchronization of theory and practice, Innovation and Cultivation"*

Sun Yuechao, Huang Mingxin, Li Mingsheng, Li Man

( Lingnan Normal University, Guangdong Zhanjiang 524048 )

The course of automobile construction is one of the backbone courses for automotive majors and students' mastery of the course will directly affect the follow-up study of other professional courses so this course plays an important role in the quality of professional training.In order to improve the teaching quality of the automobile construction course, we have carried out some practical exploration of teaching reform for the deficiency of previous teaching (methods). The specific contents of the reform include the construction of dual-qualified faculty, the synchronous teaching of theory and practice,the training of professional skills, the combination of virtual and realistic teaching, and the construction of network teaching platform of curriculum, etc.Through the reform,teachers can use modern information technology and experimental equipment to organically combine theory teaching, mixed reality, three-dimensional simulation, practice strengthening and network platform of curriculum, which helps to form a brand-new teaching mode of " Synchronization of theory and practice and innovation training ". Practice has proved that this model can make the complex internal structure and abstract working principle of the car become intuitive, specific and easy to understand and facilitate students' self-learning. And it can also stimulate students' interest in learning and cultivate their practical innovation ability, produce a comprehensive learning effect and finally guarantee the quality of talent training.

Engineering education; Curriculum reform; Educational technology; Integration of theory and practice

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.050

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1671-7988(2021)06-159-05

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孫悅超，教授，就職于嶺南師范學院。

廣東高校創(chuàng)新強校工程（教育科研類）項目“汽車服務工程應用型本科人才校企協(xié)同培養(yǎng)機制研究”；2017廣東省本科高校教學改革項目“汽車服務工程應用型本科人才校企協(xié)同育人機制研究和改革實踐”；2018年嶺南師范學院教育教學研究和改革項目“基于工程教育認證的工科專業(yè)實習實踐改革研究”（LSJG1848）。