羅浩　吳振鵬　朱俊懿

摘 要：在大力倡導(dǎo)工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，對(duì)工科專業(yè)工程應(yīng)用類軟件課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。此研究基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念和要求，對(duì)《汽車CAD/CAE》課程教學(xué)問題和現(xiàn)狀進(jìn)行分析與梳理，采用“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式，以實(shí)際工程需求為依據(jù)，對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式等方面開展教學(xué)改革，并持續(xù)反饋改進(jìn)，以達(dá)到一定程度上提高學(xué)生工程能力的目的，以夯實(shí)車輛工程專業(yè)開展工程教育認(rèn)證的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車CAD/CAE 工程能力 教學(xué)改革

在中國(guó)高等教育中，工程教育是重要組成部分。作為國(guó)際認(rèn)可的工程教育質(zhì)量保證體系，工程教育專業(yè)認(rèn)證也是工程師資格與工程教育國(guó)際認(rèn)可的重要基礎(chǔ)。 工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是確保其是否符合行業(yè)認(rèn)可的工程畢業(yè)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這是一項(xiàng)以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的資格評(píng)估。在這種情況下，學(xué)生不僅應(yīng)具有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，而且還應(yīng)具有較強(qiáng)的工程意識(shí)和能力。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開始了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法相融合的研究，并取得了一定的研究成果。在工程教育專業(yè)認(rèn)證及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下，探索兩種教學(xué)法相融合的教學(xué)模式，提升學(xué)生工程創(chuàng)新實(shí)踐能力勢(shì)在必行。

此研究以筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》課程為例來開展課程教學(xué)改革研究。根據(jù)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的《汽車CAD/CAE》課程教學(xué)，一般以三維軟件的常規(guī)操作方法教學(xué)為主，本質(zhì)上是軟件使用教程的學(xué)習(xí)。教學(xué)流程采用軟件普遍的使用教程流程進(jìn)行，建模對(duì)象一般是較為簡(jiǎn)單的針對(duì)單一知識(shí)點(diǎn)的模型。課程結(jié)束后，學(xué)生普遍掌握了單一知識(shí)點(diǎn)的軟件操作方法，即掌握了軟件的使用方法。但是，針對(duì)本專業(yè)涉及的汽車上復(fù)雜的汽車零部件建模，學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，普遍感覺無從下手，很多學(xué)生不具備復(fù)雜汽車零部件建模的能力，不具備相應(yīng)的工程能力。本研究探索“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的混合教學(xué)模式在《汽車CAD/CAE》課程中的應(yīng)用，為如何更好地培養(yǎng)工科專業(yè)學(xué)生的工程能力提供了一定的理論參考。具體而言，以武漢商學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2017級(jí)車輛工程專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，從《汽車CAD/CAE》課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式等幾個(gè)方面展開研究，對(duì)《汽車CAD/CAE》課程進(jìn)行教學(xué)改革，將工程能力作為《汽車CAD/CAE》課程的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)和任務(wù)對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容，以便為其他課程改革提供范例。

1 教學(xué)過程中的問題

1.1 學(xué)生工程能力普遍不足

在第九屆中國(guó)工程院院士大會(huì)上，工程院常務(wù)副院長(zhǎng)潘院士表示，中國(guó)的高等工程教育存在一些弊端，即教育重視理論而忽視實(shí)踐，在教職員工方面缺乏工程實(shí)踐背景，導(dǎo)致學(xué)生大多從理論上學(xué)習(xí)。課程結(jié)構(gòu)不合理，缺乏實(shí)踐知識(shí)的指導(dǎo)，課程創(chuàng)新還不夠。創(chuàng)新能力和工程能力的訓(xùn)練不足，對(duì)職業(yè)道德和職業(yè)能力的教育還不夠。高等工程教育的這種情況使我們的學(xué)生缺乏創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、合作意識(shí)和人際交往能力。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式制度不完善

《汽車CAD/CAE》該課程最重要的部分是培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，其中最重要的是獨(dú)立設(shè)計(jì)和建模復(fù)雜零件的能力。目前，學(xué)生在知識(shí)的學(xué)習(xí)上面面俱到，單一的軟件操作掌握熟練，但是在實(shí)際項(xiàng)目中卻無從下手。筆者認(rèn)為，存在這樣的問題，主要有以下幾個(gè)原因：

在傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中，根據(jù)對(duì)部分普通高校車輛工程專業(yè)《汽車CAD/CAE》課程的研究調(diào)查。目前，大多數(shù)高校車輛工程專業(yè)都開設(shè)了《汽車CAD/CAE》課程。普通高等教育教材種類多，不同學(xué)校的教材和教學(xué)大綱并不相同，但教材的內(nèi)容主要基于對(duì)單個(gè)軟件操作技能的講解。教學(xué)內(nèi)容的組織是以軟件的使用流程進(jìn)行，學(xué)生往往對(duì)單一軟件操作方法掌握的比較熟練，但綜合設(shè)計(jì)建模能力較弱。其次，教學(xué)內(nèi)容主要來源于教材，一般包括軟件的二維草圖繪制，三維零件建模，零件裝配，仿真等等，缺少較為復(fù)雜的汽車相關(guān)的零部件的綜合設(shè)計(jì)建模訓(xùn)練。再者，學(xué)生過于依賴教師，過于依賴課本，對(duì)于教材中涉及的操作方法，可以熟練地對(duì)照課本進(jìn)行操作。但是，對(duì)于教師單獨(dú)給出的、沒有操作教程的對(duì)象的建模，學(xué)生普遍無從下手，獨(dú)立解決工程問題的能力有限，缺少工程設(shè)計(jì)思維的訓(xùn)練。

在傳統(tǒng)的授課方式中，主要是授課教師在講臺(tái)上講解，幾乎所有的教學(xué)活動(dòng)都是由老師組織的，學(xué)生只是被動(dòng)地接受。在這種教學(xué)模式下，它嚴(yán)重制約了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。特別是在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，學(xué)生基本上按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的指導(dǎo)進(jìn)行，缺乏獨(dú)立工程實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)建模的訓(xùn)練，在綜合設(shè)計(jì)建模操作時(shí)相當(dāng)吃力，缺少工程設(shè)計(jì)思維的訓(xùn)練。

在傳統(tǒng)的考核方式中，對(duì)于《汽車CAD/CAE》課程，目前傳統(tǒng)的考核方式仍以紙質(zhì)試卷考試的方式為主，考核方式單一。此研究將探索以上機(jī)實(shí)踐操作考試、平時(shí)實(shí)踐項(xiàng)目提交、參與學(xué)科競(jìng)賽成績(jī)和課堂綜合表現(xiàn)等形式的多維考核方式，評(píng)定這門課程最終成績(jī)。

2 教學(xué)改革思路

工程能力的培養(yǎng)最核心的目的是要讓學(xué)生能夠獨(dú)立自主地完成一項(xiàng)項(xiàng)工程項(xiàng)目。在基于“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式中，首先，我們應(yīng)該設(shè)計(jì)合理可行的項(xiàng)目，然后結(jié)合課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)制定相應(yīng)的任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中，能夠使學(xué)生的實(shí)際工程能力有所提升，讓學(xué)生在掌握課程基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。

本研究從基于“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”混合教學(xué)模式出發(fā)，對(duì)筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》，研究了該課程的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方法，解決整個(gè)教學(xué)過程中工程能力不足的問題。本文探討了培養(yǎng)學(xué)生工程能力的教學(xué)模式，以及如何將考核方法滲透到教學(xué)過程的各個(gè)方面。將課程的主線劃分為一個(gè)個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目，將課程的知識(shí)要點(diǎn)和工程項(xiàng)目的實(shí)例對(duì)應(yīng)起來，使教學(xué)內(nèi)容在前后聯(lián)系上更加緊密，使學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)得更加連續(xù)和融合。 同時(shí)，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)中制定相關(guān)的課程任務(wù)，使學(xué)生在完成課程任務(wù)的過程中，帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)《汽車CAD / CAE》的知識(shí)點(diǎn)，從而更好地鍛煉學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖，仿真和工程能力。具體而言：

2.1 基于“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”混合教學(xué)模式的教學(xué)目標(biāo)

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，以實(shí)際工程需求為依據(jù)，改變傳統(tǒng)教學(xué)過程中“按模塊，講命令”的方式，以實(shí)際工程設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)為目標(biāo)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生基于三維設(shè)計(jì)軟件工具，解決復(fù)雜汽車零部件的設(shè)計(jì)建模能力，而不是熟悉軟件使用方法的能力。

2.2 基于“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”混合教學(xué)模式的教學(xué)內(nèi)容

本課程從汽車的核心部件開始，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建模思想的指導(dǎo)下，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目和企業(yè)實(shí)例，使學(xué)生掌握相關(guān)設(shè)計(jì)和建模的具體過程和操作方法，以便讓學(xué)生的實(shí)際工程能力得到有效提升。通過甄選，確定了“把手草圖繪制”、“發(fā)動(dòng)機(jī)撥叉建?！?、“蝸桿設(shè)計(jì)”、“汽車油箱三維建?！薄ⅰ白兯倨鬏S三維建?！?、“變速箱裝配體”、“支架工程圖設(shè)計(jì)”等具體的汽車相關(guān)的綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目，對(duì)于每一個(gè)項(xiàng)目，針對(duì)性地分拆為多個(gè)課堂任務(wù)。通過“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”模式，推進(jìn)授課進(jìn)程。在課程最后，結(jié)合相關(guān)CEA軟件，確定了以例如“基于ADAMS/CAR（一種CAE汽車軟件）四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱動(dòng)力學(xué)仿真”和“基于ANSYS（一種CAE軟件）的白車身結(jié)構(gòu)分析”等實(shí)際工程實(shí)例為教學(xué)綜合項(xiàng)目，并鼓勵(lì)學(xué)生參與“全國(guó)汽車創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽”、“中國(guó)汽車造型設(shè)計(jì)大賽”、“先進(jìn)成圖大賽”和“3D大賽”等學(xué)科競(jìng)賽，將好的學(xué)生作品納入本課程的教學(xué)案例庫中，擴(kuò)充課程教學(xué)資源。

同時(shí)，通過與相關(guān)企業(yè)開展校企聯(lián)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)，借助實(shí)際企業(yè)工程項(xiàng)目豐富教學(xué)案例，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)過程的認(rèn)識(shí)，增加學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而教學(xué)內(nèi)容更具針對(duì)性，突出專業(yè)性，提高實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。課后練習(xí)是工程實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分，可以加深學(xué)生對(duì)模塊命令和課堂內(nèi)容的理解和掌握。因此，有必要建立一個(gè)豐富的習(xí)題數(shù)據(jù)庫，根據(jù)實(shí)際操作的難度將其劃分為不同的層次，并根據(jù)相應(yīng)的要求提供相關(guān)的課后實(shí)踐內(nèi)容，為學(xué)生的持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展提供幫助和便利。

2.3 基于“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”混合教學(xué)模式的授課方式

改變傳統(tǒng)授課方式，減少教師“填鴨式”授課時(shí)間。教師的主要職責(zé)是組織課堂教學(xué)和課堂答疑。適當(dāng)增加學(xué)生自主上機(jī)練習(xí)時(shí)間，采用分組完成單獨(dú)完成項(xiàng)目的方式，讓學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)解決問題，對(duì)于學(xué)生解決不了的，再由授課教師進(jìn)行講解。針對(duì)筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》課程，目前授課方式全部采用上機(jī)授課。對(duì)于軟件中“各命令”，“各模塊”的學(xué)習(xí)，由教師推薦軟件自學(xué)網(wǎng)站，學(xué)生自學(xué)的方式進(jìn)行。課程中，首先將學(xué)生分成若干小組，由教師分發(fā)前文中提到的綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目。然后學(xué)生一起討論，對(duì)于本次課的項(xiàng)目，需要用到哪些軟件操作命令，設(shè)計(jì)的流程可以有哪些，具體的流程步驟如何等。最后學(xué)生自主上機(jī)操作，教師答疑。

2.4 基于“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”混合教學(xué)模式的考核方式

考核方式上，減少筆試的權(quán)重，側(cè)重以上機(jī)實(shí)踐操作考試、平時(shí)實(shí)踐項(xiàng)目提交、參與學(xué)科競(jìng)賽成績(jī)和課堂綜合表現(xiàn)為依據(jù)的多維課程考核形式。為了更好地評(píng)估應(yīng)用型本科生的學(xué)習(xí)過程，應(yīng)將考核過程深化到每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)他們的全面發(fā)展。

3 結(jié)語

隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證的不斷推廣，課程改革和專業(yè)建設(shè)是獲得專業(yè)認(rèn)證的必由之路。本研究在筆者承擔(dān)的《汽車CAD/CAE》課程的基礎(chǔ)上，研究分析了《汽車CAD/CAE》課程的教學(xué)問題和現(xiàn)狀，面向現(xiàn)代工程教育專業(yè)認(rèn)證開展實(shí)踐探索與課程改革。在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核方式等方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。從課程改革效果看，“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”混合教學(xué)模式和企業(yè)工程項(xiàng)目案例的整合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，增強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，優(yōu)化的教學(xué)方法充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。該課程的教學(xué)效果取得了良好的效果，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了保證。此教學(xué)模式同樣可以嘗試應(yīng)用于《UG計(jì)算機(jī)輔助制造》和《Altium Designer電路設(shè)計(jì)與仿真》等應(yīng)用性較強(qiáng)的工程應(yīng)用軟件課程的教學(xué)。工程專業(yè)認(rèn)證和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下，探索基于“項(xiàng)目-任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的混合教學(xué)模式，有利于大力提升應(yīng)用型本科高校學(xué)生的工程應(yīng)用能力。同時(shí)，探索《汽車CAD/CAE》等工程軟件類課程的教學(xué)方法和質(zhì)量評(píng)估體系，有利于深化教學(xué)改革，提高教學(xué)水平與人才培養(yǎng)質(zhì)量。

基金名稱：武漢商學(xué)院2019年度校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目。編號(hào)：2019N019

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