基于“四步一体”的汽车发动机开放式实验教学改革研究

李小平　苏岩　解方喜

摘 要：文章针对目前汽车发动机专业实验教学存在的问题和不足，从实验课程体系结构、实验教学模式、实验项目及实验考核体系等方面进行改革，提出了基于“引导预习、方案设计、模块化台架搭建、实验分析”四步一体的开放式实验教学模式。 “引导预习”提高了学生学习的兴趣，充分调动学生学习的积极性；“方案设计”发挥学生的主观能动性，加强学生独立思考问题及解决问题的能力，培养了学生的创新思维能力；“模块化台架搭建”增强了学生团队协作能力；“实验分析”全面提高了学生的综合素质，为汽车发动机专业应用型和研究型人才培养奠定了基础。

关键词：教学改革；开放式实验教学；汽车发动机

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）07-0018-02

对于工科院校来说，专业课程的实践性较强，实验教学是专业课程必不可少的教学环节，是学生加深对基础知识理解的重要措施，是学生对理论知识验证的重要手段，是设计新产品、创造新技术的重要方法。同时实验教学也是工科院校培养学生动手实践能力、思考能力、解决问题能力、团体协作能力和创新思维能力的一个重要环节[1-3]。一直以来，各高等院校都在探索适合自身学科的实验教学模式，开放式，创新性实验教学模式广受各院校欢迎[4-7]。近些年，本专业的教师为探索培养应用型和研究型多层次高素质的学生进行了很多实践教学更新，也取得了一些成效[8-9]。但目前本专业的实验教学还存在一些不足，如实验课程依附于理论课程，课时量少，设备使用率低，上课时间局限，缺乏创新型实验等。实验教学不能满足现在学校提倡的培养创新型人才，开放创新型实验教学的要求，为此进行汽车发动机专业实验教学改革有着重要的意义。

一、汽车发动机实验教学现状分析

1.优势与特点：现有的实验课安排在理论课程讲授完成后，实验教学方式主要为：年轻教师讲授实验方法、学生按实验室教师指导操作、记录数据、整理报告、教师批改实验报告并给出成绩。在这种实验教学模式下，实验教学与理论教学密切结合，有利于学生对理论知识的理解与掌握，同时实验教学过程中方便管理，实验教学台架稳定，考评标准统一。

2.存在的问题：教学形式单一；实验课依附理论课程，课时量少，汽车发动机专业4门主干课程实验课时占总课时均不超过15%，同时实验课程安排在理论课程结束之后，上课时间局限，且处于期末阶段，学生投入实验的精力较少；实验仪器教学任务及台时数少，设备使用率低；考核评价体系不完善，对部分实验能力强的学生及有创新设计能力的学生的考核办法欠缺；缺乏创新设计型实验，抑制了学生的创新思维。

二、汽车发动机实验教学改革的策略

1.优化课程体系。把专业实验课从理论课程中分离出来，形成一门独立的课程。工科院校的其他专业学生可将本专业实验课设置为选修课，而本专业的学生为必修课。实验课程项目包括演示性实验、基本理论验证性实验、综合设计性实验及创新设计性实验四大类，其中每类实验项目中又包含必做实验项目和选做实验项目。学生可以根据自己的时间、兴趣及能力选择实验课程及实验项目。改革后将大大提高课程的任务量及实验仪器教学台时数，提高设备使用率，同时也提高学生实验的自由度。

2.创新实践教学模式。基于“四步一体”的开放式实验教学模式是一种学生自主分组选择实验项目、实验时间、实验指导教师，指导教师引导学生预习，学生自主设计实验方案并自行搭建台架完成实验过程，分析实验数据及撰写实验报告的教学形式，主要由“引导预习，方案设计，模块化台架搭建，实验分析”四步组成。

（1）引导预习。学生先预习实验大纲及实验指导书，根据实验教学大纲、实验指导书自主选择实验项目，自行组队，选择实验指导教师，确定实验时间。此外，学生要根据实验指导书，初步设计实验方案，查阅实验方案中涉及的实验仪器相关资料，了解其工作原理及基本操作方法，自行选择上课时间及实验项目。这样实验时间及自由度得到了大幅提高，避免了部分学生由于时间冲突而无法按时完成实验课程的情况。通过引导预习过程，学生了解实验方法，同时了解实验所需仪器的简单工作原理及简单操作方法，提高了自己查阅资料的能力及独立思考的能力。书写预习报告，培养了学生自我学习的习惯及归纳总结的能力。

（2）方案设计。通过预习，学生独自设计实验方案，然后以小组形式，从实验的科学性、先进性、可行性等方面讨论各自的实验方案，最后小组讨论，统一实验方案，提交指导教师审阅，指导教师对小组方案不合理的方面给予指导修正，最终确定一个完善的可实施的实验方案。在设计实验方案的过程中，通过小组讨论，学生可以了解自己設计的实验方案的不足，哪些因素没有考虑，忽略了哪些实验程序。在这个过程中，学生可以了解发动机与测功机台架的匹配，发动机与油耗仪的匹配，发动机与冷却系统的匹配，以及其他测试设备在实验中的选择。例如，不能把一台额定功率只有50kW的发动机装在一台CW440测功机上。如何选择各种设备，搭建一个合理的实验台架，是现在实验教学课程没有提到的。现行的实验教学，学生一进入实验室，台架都是现存的，不用学生自己安装，所以学生对台架的搭建及台架搭建过程中需要注意哪些问题一无所知。方案设计过程，使学生增强分析问题的能力，提高独立思考的能力，同时培养了学生相互讨论的交流式学习方法。

（3）模块化台架搭建。实验室教师把实验仪器设备分类模块化，如一个发动机测试平台包括台架基础模块，发动机油路模块，发动机冷却水模块，发动机气路模块及发动机参数测试模块等五大模块。这一部分的工作主要由实验室教师在课前准备好，学生进入实验室后，实验指导教师大致介绍一下实验室的结构及实验设备，然后学生分工按要求完成各模块的连接，同时有问题可以请教指导教师。这一过程可以锻炼学生的动手实践能力，提高学生的团队协作能力，也能反映出学生各自的实践能力的强弱，同时还能反映出学生对理论知识的掌握程度及对实验设备的预习情况。模块化台架的搭建，让学生对实验过程的了解更深刻，对实验步骤了解更完善，同时对设备的结构也有更深刻的认识。

（4）实验分析。搭建好台架后，学生按实验方案及方法开始实验，对设备使用不太熟悉的，指导教师给予指导，学生通过对实验数据，实验现象的分析理解，加深了对所学理论知识和仪器设备的使用及测量原理的理解。以前学生做实验只是记录实验数据，对操作仪器基本不会，实验数据都是在实验课程结束后再进行数据分析，可能导致部分有问题的实验数据以及规律与理论知识不相符的数据无法解释原因。通过预习报告，学生对实验的现象及实验数据的规律有了大概的认识，所以在实验过程中发现规律不正确的实验数据，学生能现场分析原因，做到实验数据有效可靠，锻炼了学生分析问题、解决问题的能力，及现场处理实验数据的能力。

3.实验项目改革。以前的实验项目包括演示性实

验、验证性实验、综合性实验，但缺乏创新设计性实验，且实验项目基本是发动机的常规实验，对一些新的技术，新的测试方法及一些行业新标准等等缺少更新。经过改革后的实验项目，提高了创新设计型实验项目的比例，加入了一些新的测试方法、新的科研技术，以及新的行业标准。学生可自主选择一些感兴趣的创新设计型实验，带着兴趣去做实验，这样既可以让学生体会到学习研究中的困难和艰辛又能体会到实验成功后的乐趣，既能提高学生在学习、生活及科研中遇到实际问题分析问题、解决问题的能力，又能提高学生的创新思维能力，开拓学生的知识面。

4.考核体系改革。实验教学是培养学生动手能力，加深理解和掌握所学理论知识，验证理论现象，了解专业仪器设备和培养学生创新能力的一个重要教学环节。实验教学应该以学生查阅资料的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作的能力等各方面作为一个综合评价体系，全面准确的评价学生的实践能力。改革后的考核体系是以满分为100分，其中预习报告占10%，设计方案占20%，台架搭建占20%，实验分析占20%，實验报告10%，平时团队协作占10%，课堂出勤及表现占10%的加权考核体系，创新设计能力算加分项（20分为上限）。这种考核体系既能提高学生的学习积极性和动手实践能力，又能激发学生的创新意识和创新精神，培养学生的创新能力、独立思维能力和科研能力，同时还能加强学生之间的团队协作能力，既能考评各个层次的学生能力，又能照顾到有创新设计能力的学生，对学生的各项能力考评也更公平公正。

三、结语

基于“四步一体”的汽车发动机专业开放式实验教学模式有利于学生对汽车发动机的专业知识的理解、对实验仪器设备的测量原理有更清楚的认识，强化学生的动手实践能力，培养学生独立思考的能力，提高学生分析问题，解决问题的能力，加强学生团体协作的能力及培养学生的创新思维能力，促进学生综合素质的培养，对工科专业课程的实验教学具有一定的借鉴作用。

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[责任编辑 李金波]