新工科建设背景下项目学习在“汽车设计”课程中的应用

翟昕 刘忠民 何海斌

[摘 要] 针对新工科建设要求，将项目学习的方法引入“汽车设计”课程中，通过引进CDIO教学理念、采用项目学习的教学方法、补充学习内容、改进学生评价方法等一系列措施，探索新工科建设过程中课程改革，经过三年的研究，取得了一定的进展。

[关键词] 项目学习;ODCI教学模式;课程改革

[基金项目] 2020年度校高等教育教学改革研究项目（YBJG202034）

[作者简介] 翟 昕（1975—），男，新疆喀什人，工学博士，杭州电子科技大学高级工程师，主要从事新能源汽车驱动系统、车辆NVH研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）02-0121-04    [收稿日期] 2020-04-30

高等教育水平是衡量国家发展水平和发展潜力的重要标志之一，与产业发展密切相关。为了支撑我国正在实施的“中国制造2025”“互联网+”和“网络强国”等重大战略，我国教学系统开展了“卓越工程师培养计划”“新工科”建设等改革举措，探索工程教育的新模式。为了实现我国高等工程教育2020年“探索形成新工科建设模式，主动适应新技术、新产业、新经济发展”的目标[1]，各学科要把握技术创新和产业发展的历史机遇，针对新工科和国际工程教育对学生、教师、学科和学校的新要求，肩负促进社会经济发展、深化校企合作的职责，培养具有较强专业知识和工程能力的技术人才。

一、新工科对专业课程的要求

新工科學科专业的建设要借鉴国内外改革经验，面向新经济，升级传统专业知识，培养具有国际视野的创新型工程技术人才。对于车辆工程专业而言，节能与新能源汽车产业是我国战略新兴产业，因此，车辆工程专业要在工程技术人才培养中承担重要的职责，努力创新，顺应产业发展趋势，助力产业发展。

“汽车设计”是车辆工程专业承上启下的核心课程，同学们在学习了“汽车构造”“汽车理论”等专业基础课后，对专业知识有了一定的基础，再通过“汽车设计”课程的学习，为后续的课程设计和毕业设计等实践环节奠定设计方法、设计思维和设计手段等基础，因此在培养体系中有重要的地位和作用。该课程教授学生整车及各大总成的结构方案与性能参数的合理选择，以及设计计算方法，锻炼学生综合应用前期所学的基础理论和专业基础知识，提高学生系统分析的思维方式和解决工程问题的能力。在新工科和工程教育背景下，在培养创新型工程技术人才的要求下，课程面临如下的挑战。

（一）知识体系的变化

“新工科”关注面向未来的新知识体系，新知识体系比传统体系更强调知识的整合性、贯通性和复杂性，课程教学也需聚焦更具体、目标更明确、应用更专业。这就要求教师在教授课程的过程中，一方面，优化知识体系，讲透基本原理，夯实基础知识，同时去除部分陈旧和老化的知识，补充产业最新发展的节能与新能源汽车、智能网联汽车、自动驾驶汽车等新知识和新技术;另一方面，要培养学生利用互联网、工程计算软件等工具，解决复杂工程问题的能力。

（二）思维方式的变化

“新工科”要培养学生“数学、自然科学和工程学知识的应用能力;分析和解释数据的能力;设计能力;多学科综合运用的能力;解决工程问题的能力;职业道德和伦理责任;交流沟通能力;宽厚的教育基础知识;终身学习能力;有关当代问题的知识;现代工程工具的使用能力”等11种能力[2]，原有的知识点讲解的授课方式就不能再满足要求了，应该结合上述11种能力的培养改善教学方法，重点培养学生工程思维和考虑问题的全面性。与此相对应的是教师需提升自身的工程能力，即建设双师型教师队伍。

（三）教学工作中心的变化

新工科教育要求以学生为中心，关注学生的学习方式和内容，尊重学生的个体兴趣与差异。而当代大学生想法新颖、个性突出、善于表现、兴趣和职业方向明确，但普遍存在学习态度不端正、知识融会贯通能力弱和职业发展规划缺失等问题，需要教师积极引导。因此需要教师在教学过程中要充分顾及学生的差异性，投入大量的时间和精力，而目前高校教师的科研压力普遍较大，协调教学和科研的关系是教师面临的共同难题。

二、项目学习的改革思路

要培养得到国际工程教育界认可的工程人才需要将工程教育理念运用到教学中去，改革学习内容和教学方式。在“汽车设计”课程改革中，将小组学习、信息化教学等方式和手段综合应用到项目学习中，是培养车辆工程综合型工程人才的积极尝试。

（一）项目学习

项目学习是一种基于实际问题引导学生开展调查的教和学综合教学法，其具有“围绕着问题组织课程，让学生在学习环境中对问题进行深层次的理解，脱离现有教学分离及以教师为中心的课堂教学方式”的特点[3]。项目学习最早始于美国，进入我国的时间相对较晚，在21世纪前后才有学者开展这方面的实践和研究。[4，5]

项目学习让学生在完成项目的过程中学习，在教师的引导下自主地进行知识建构既可以是一种辅助教与学的方式，也可以成为教与学的中心环节。

在教学实践的过程中，在“汽车设计”课程中应用项目学习，一边教授课本知识点，一边指定与所学内容有较大差异的车型让学生自主设计，能保证以学生为中心，结合工程实际问题，在掌握课本知识点的同时，积极进行资料收集、探索研究等项目开展的手段，帮助学生应用所学的知识及技能来获得项目成果所必需的能力。

（二）学生评价

目前高校学生的课程学习评价依据主要以知识点的记忆为主，专业能力的评价比例较低，甚至没有。在采用项目学习后，需要对学生的评价方式、评价模式以及评价指标进行相应的调整，做到点面结合，既体现基本知识和理论，又要体现学生工程能力和工程思维。

“汽车设计”课程以前对学生评价采用日常的课后作业和标准化测验为主要评价方法。这种评价方式偏重于对知识点的死记硬背，不利于综合能力突出但不愿花精力死记硬背的学生，不能科学地评价学生实际工程能力和工程思维方式。

在项目学习的情境式教学中，通过项目小组共同进行设计，完成设计报告、汇报PPT以及小组答辩，同时让全体学生参与评价过程，对设计内容、介绍及回答问题的情况进行评价，使评价和教学融为一体，使评价尽可能地反映学生的实际工程能力和工程思维方式。学生评价的最终目标应是以评价来促进学生达到预期的学习效果。学生工程能力的评价可以参照国内外权威機构的工科毕业生能力培养准则、工程师资历框架以及卓越工程师能力准则等，如美国ABET的“工程准则2000”、欧洲工程师协会的标准等[6，7]。

三、项目学习在课程中的应用

（一）引进CDIO理念

CDIO即“构思、设计、实现、运作”，CDIO工程教育理念由麻省理工学院等几所著名大学提出，是全球培养工程人才最新、最实用的教学模式，得到了国际工程教育界广泛认可。将CDIO工程教育理念运用到教学中，提升学生工程思维方式。在教学过程中将小组化教学形式与项目教学模式相结合，培养学生综合能力和解决复杂工程问题的能力。

我国要求工程教育学生应具备的技能为：基本素质（具有良好的工程职业道德、社会责任感和人文科学素养）;具有现代工程意识;掌握基础知识和专业知识;了解本专业领域的技术标准和相关行业的政策法规;终身学习能力;分析解决问题能力;创新意识和开发设计能力;管理与沟通合作能力;危机处理能力和国际交流合作能力[8]。在“汽车理论”教学过程中以学生为中心，将学生分成小组，通过项目学习，精心设计小组项目内容，在教师讲授完知识点后，由各小组完成自身项目的规划、材料收集、实施、展示，让学生在确定总体设计方案、具体零部件设计、相关强度校核计算、相关效果图和工程图纸绘制以及成果答辩并接受其他同学的质疑的过程中，完成“构思、设计、实现、运作”等工作。既可以最大程度训练学生上述能力，又能建立轻松愉快的教学环境，调动学生互动积极性，促进学生所学专业知识的掌握。

（二）课堂讲授辅助项目学习

在教学过程中，知识要点和难点通过课堂讲授的形式让学生了解、掌握，同时在讲授过程中强调本课程同其他课程的联系、与已学知识点的关系以及相关知识在工程实践中如何运用等。学生在理解上述内容的基础上，再通过项目作业的形式巩固知识点，利用互联网工具收集资料开拓视野，综合运用各种知识解决项目中的难点问题。

在实践过程中，按照目前市场热门车型和学生感兴趣的车型设计不同的项目，根据学生的意愿将其分成不同的项目组，每个项目组再按整体设计、各系统设计分成若干小组，每个小组需要根据项目的要求进行团队分工，合作完成基本任务。这些基本任务包括：根据整车要求设计结构、主要参数、校核计算，完成设计计算报告;根据自己设计系统的向前置小组索取数据，向后置小组提供数据;从互联网收集国际知名企业同类产品的信息;根据项目小组工作内容完成汇报PPT;向全体介绍项目设计情况（PPT），并回答相关问题。

（三）知识内容与时俱进

工科专业普遍存在授课教材的内容与产业和技术发展现状存在一定的滞后现象，由于近年来我国汽车产业和新能源汽车发展迅速，因此车辆工程专业这一矛盾尤其突出。浙江省吉利、众泰、万向等汽车及零部件企业发展迅速，合众、威马、电咖、零跑等造车新势力纷纷落户，带动了新能源、智能网联汽车产业蓬勃发展，极大地提升了学生的学习兴趣。因此在教学过程中，重视学生的疑惑，既讲清楚课本关键知识点，又要讲解清楚新旧产品的结构原理和各自的优缺点，同时介绍学科研究新进展，提高学生的学习兴趣。

精心设计项目内容，通过项目配合讲授内容，将产业和技术的最新发展引入到教学中，更新学生的知识体系。在保证项目内容涉及课本主要知识点的基础上，每个项目要有自身的特色，需要学生根据项目需要自己去完成相关设计，从实践的效果看，对于课堂没有教授的相关内容，学生的项目作业的完成情况反而更好，这充分说明了学习积极性的重要作用。

（四）学生评价注重效果

为配合教改的实施，对学生的评价也应做出相应的调整，“汽车设计”课程采用形成性评价与终结性评价相结合的评价方法。总评成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分构成。

项目学习的成绩作为平时成绩计入总成绩中。在成绩评估环节，注重完成项目的过程，综合对各环节给予评价。由于在改革探索阶段，项目学习的成绩组成：设计计算报告的完整、规范和正确性占40%;汇报PPT的逻辑、简洁和完整性占25%;小组介绍语言表述和回答提问表现占25%;与国际知名企业同类产品对比的完整性和全面性占10%。为提升团队凝聚力，让小组成员重视团队。给予两项特别评价：一是每个小组的组长有权根据每个成员的贡献和配合程度，在教师评定成绩的基础上，有5分的浮动分数;二是教师对每个小组对其他小组所需提供信息的配合程度，有5分的浮动分数。这样基本对项目学习进行客观评价。期末考试成绩仍然按照标准试卷测试的方法。

（五）改革过程持续改进

课程改革是一个持续改进的过程，各项工作在探索和纠偏中不断完善。所有教学手段需在一定的教育思想指导下，反映客观规律。必须认识到一些传统手段的有效性。

在课程改革的几年中也发现，对于基础知识薄弱、自主学习积极性不高的学生，项目学习的效果不理想，学生对完成相关的工作感到非常吃力。因此，这类学生的项目内容要尽可能贴近课本内容，从实践结果看这部分学生还是比较适应期末试卷考核的方式。而对于学习能力强、学习积极性高的学生，项目学习能充分调动其学习积极性，发挥其学习能力。

四、分析与总结

（一）效果分析

通过近三年的实践研究，在综合分析学生前后阶段学习效果的基础上，有以下结论。

1.学习态度是项目学习取得成效的关键。积极主动的学生学习效果非常好，在项目选择和团队分工阶段，他们会主动挑选有难度、工作量大的工作，并且很快完成小组分工、工作安排;在项目实施阶段，他们主动查阅资料、挑战有难度的内容，遇到困难时会主动联系老师，完善方案，课堂没有介绍的内容积极想办法;在项目答辩阶段，言简意赅、重点突出。同时他们对其他小组需要的参数、资料等，也能积极主动提供。

2.合理的人员搭配是项目学习取得成效的保证。合理的项目组人员搭配能形成互补，有利于项目的完成。通常女生比较认真仔细，因此计算准确、内容翔实、排版规范;对产业发展感兴趣的同学思路广、有想法，收集国际资料全，分析也到位，但是能反映到计算报告和PPT中的内容较有限，给人虎头蛇尾的感觉;部分内向的同学，计算报告和PPT质量非常高，但小组汇报时不善表达，感到没内容可说。从实际效果看，取得好成绩的小组基本都是人员搭配合理。

3.项目学习能促进学生主动学习。通过课程学习后的问卷调查，同学们基本都认可这种学习方式，认为对自身能力的提高很大。同学间相互促进，看到了差距会积极主动地想办法弥补。

（二）总结

在新工科教学改革背景下，各学科专业课程应突破传统的、狭隘的观念，拓宽人才培养工作的视野，实现适应科技进步和社会发展的培养方案。虽然目前在教学实践中开展了积极的尝试，也取得了一定的成效，但必须认识到课程改革是一个长期探索和实践的过程，我们应立足当前、面向未来，以发展的思维不断探索。我们也应该认识到：（1）目前改革举措开展的时间还比较短，取得的效果还需要在今后的工作中不断完善。（2）“新工科”改革具有长期性和复杂性，要充分认识到学生和社会需求的差异，很难有通用的标准和革新手段。（3）根据国家和学校的政策、学生的特性、学科的特点综合考虑，从专业知识体系建设的角度，各专业课程密切合作才是改革的出路。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部. “新工科”建设行动路线（“天大行动”）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/

201704/t20170412_302427.html

[2]Engineering Accreditation Commission， ABET， Criteria for Accrediting Engineering Programs（2006～2007 Accreditation Cycle）， http： www. abet. org/

[3]趙希武.基于项目学习模式的Intel未来教育的教学设计[J].教育技术研究，2006（2）.

[4]洪长礼.项目教学法的培训效果初探[J].福建行政学院福建经济管理干部学院学报，1998（4）.

[5]刘育东.我国项目学习研究：问题与趋势[J].苏州大学学报，2010（4）.

[6]李胜强，雷环，高国华，叶红玲.以项目为基础的教学方法对提高大学生工程实践自我效能的影响研究[J].高等工程教育研究，2011（3）.

[7]林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011（4）：48.

[8]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010（4）：22-27.

[9]刘宝，李贞刚，阮伯兴.基于工程教育专业认证的大学课堂教学模式改革[J].黑龙江高教研究，2017（4）：157-160.

Application of Project Learning in the Course of Auto Design under the Background of “Emerging Engineering Education”

ZHAI Xin， LIU Zhong-min， HE Hai-bin

（College of Mechanical Engineering，Hangzhou Dianzi University， Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract： According to the requirements of the “emerging engineering education”， the method of project learning is introduced into the Auto Design course. By adopting a series of measures， including introducing the CDIO teaching concept， applying the project learning method， supplementing the learning content， and improving the evaluation methods， the course reform in the process of “emerging engineering education”construction has been explored. After three years of follow-up research， some progress has been made.

Key words： project learning; CDIO teaching model; teaching reform