基于“工程教育”背景下的《汽车构造》课程教学改革与实践*

孙悦超，黄明鑫，李明圣，李曼

基于“工程教育”背景下的《汽车构造》课程教学改革与实践*

孙悦超，黄明鑫，李明圣，李曼

（岭南师范学院，广东 湛江 524048）

汽车构造是汽车类专业的骨干课之一，学生对本课程的掌握程度将直接影响后续其它专业课程的学习，对工科专业人才培养质量起重要作用。为提高汽车构造课程的教学质量，文章针对原有教学之不足进行了一定的教学改革实践探索。改革具体内容有双师双能型师资队伍建设、理实同步教学、专业技能训练、虚拟与现实授课、课程网络教学平台建设等，通过改革，教师可以利用现代信息新技术和实验设备，把理论授课、混合现实、三维仿真、实践强化、课程网络平台有机结合起来，形成工程教育背景下的“理实同步、创新培养”的教学新模式。实践证明该模式可使汽车复杂的内部结构、抽象的工作原理，变得直观、具体、易懂，便于学生自主学习；并可激发学生的学习兴趣和实践创新能力培养、产生融会贯通的学习效果，切实保障了人才培养质量。

工程教育；课程改革；教育技术；理实一体

前言

“汽车构造”作为车辆工程、汽车服务工程、交通运输工程等专业的骨干课程，主要内容包括发动机、底盘、车身结构及工作原理等。受课程总学时限制及新时代应用型人才培养课程设置等因素的影响，国内各高校现行人才培养方案中“汽车构造”课程总学时普遍有所减少。但现代汽车工业日新月异，新技术、新材料、新工艺推陈出新，比如电控技术应用更加成熟和完善、新能源汽车的快速普及等等，都使“汽车构造”所涉及的内容不断增加和更新，对授课教师的教学能力和授课水平也提出了更高的要求。“汽车构造”在专业课程体系中具有承上启下的桥梁作用，开课前学生需掌握工程力学、机械原理、机械设计、电工电子等知识，学好本课程可为后续“汽车检测与诊断”、“汽车设计”、“汽车理论”等专业课程奠定基础。

针对汽车构造复杂、工作原理抽象、实践技能强、技术不断更新的特点，如果配合现代教育新技术，在理论讲授时对复杂的汽车零件结构和抽象的工作原理辅助三维虚拟仿真动画演示，并适当安排实验室现场教学，必将大幅增加学生的学习兴趣和理解速度，达到事半功倍的成效。另外，教师将重要的教学资源上传精品课程网络平台或手机APP，学生通过网络便可直观的复习或者自主学习课程内容。通过上述措施即可达到增加教师授课速度完成教学内容的目的，又能保证教学质量[1,2]。因此我们对汽车构造课程采取以上措施进行教学改革，将理论授课、VR或MR、实践强化、课程网络资源有效结合起来，构成“理实同步、创新培养”的教学新模式，使不可见的汽车内部复杂结构、抽象的工作原理，变得直观可见、容易理解，产生融会贯通的教学效果。

1 本课程教学现况

1.1 理论实践相互脱节

现行大部分本科高校的《汽车构造》课程在教学过程中，将理论和实践两个模块分离单独教学。两个模块相对独立，理论环节抽象进度又快使学生理解困难，实践强化与理论学习不能有效促进融合。理论模块由教师满堂灌式课堂讲解，完成以知识能力为本位的教学目标；理论内容进行一个或若干章节后，才安排相应内容给专职实验员进行实践教学，且实践模块多以认识实验为主，很难达到应用型人才的培养目标[3,4]。

理论和实践教学脱节的主要原因有：一是受实验条件的限制，大多本科高校实验场所紧张不具备中高职学校的场地，不具备理实一体化教学的课室；二是受教师实践能力的约束，绝大多数理论课教师尤其是青年教师都是从学校到学校，缺少实践经验，不具备理实一体教学的能力。理论和实践教学模块的脱节使理论授课教师对复杂的结构零件和工作原理难以在有限的学时课堂内描述清楚，学生理解困难；学生在理论模块学完后到对应实践模块再学习，导致学生对汽车的实际结构不认识，常出现滤清器、汽油泵、发电机、起动机等部件混淆或者不认识的情况，甚至凸轮轴和曲轴都分不清。三是受总学时的影响，汽车构造总学时相比以前有大幅度的减少，调查发现有的本科学校该课程甚至不足50的总学时；导致很多教师为了完成课程内容更加依赖课堂教学，无法重视实践，使得理论与实践严重脱离，学生在理论学习中对抽象的结构和工作原理难以理解。实践课滞后于理论课较长时间的情况也普遍存在，有的学校理论课结束后才进行集中实践；这样学生的理论知识记忆已经模糊，加之理论学习中对知识的理解本身也不很清晰，因此即使学生有很高的学习兴趣，也难以达到容易理解、融会贯通的效果，严重影响教学质量，最终不能实现应用型人才培养的教学目标。

1.2 教学模式与培养目标不适应

虽然各高校普遍采用多媒体技术进行汽车构造课程教学，但并没有实质改变传统的教学模式[5]。传统教学过程被认为是知识的传授或搬运过程，更多侧重于学生对教材知识的掌握程度，教师处于支配的主导地位，学生则处于接受的被动地位，教师教学过度依赖教材。因汽车构造课程总学时减少，致使教师“满堂灌”的教学方式更加严重，使原本抽象、复杂的零件结构变得更加枯燥、理解更难，容易在教学中产生定式思维和差异化大等问题。

传统教学模式已不能适应“汽车构造”新形势下应用型本科人才培养的教学要求。传统教学模式教师虽费尽精力，但教学效果并不好，影响教师工作的积极性、主动性；学生起初满怀希望要学好这门课，但汽车构造复杂抽象不易理解，想学又学不懂，慢慢失去了学习兴趣，影响专业能力提升[6,7]。因此，为了适应新形势下应用型本科人才的培养需要，必须对本课程现有的教学模式进行改革，保证授课质量以满足学生对专业知识的渴求。

1.3 现代教育新技术利用不够

现代社会在信息技术、“互联网+”等的快速推动下，教育新技术手段推陈出新、不断有好的教学手段出现，比如微课、慕课、手机APP、VR、MR等教育手段的出现和运用。其中VR 是Virtual Reality（虚拟现实或灵镜技术）的简称，具有直观、便捷等优势。MR 是Mixed Reality（混合现实技术）的简称[8]，是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。通过虚拟现实技术的引入，可建立一个基于实车的虚拟实训平台，改革汽车构造课程的教学方法和手段。

传统黑板板书及多媒体PPT已不能满足现代工科课程教学的需要：传统板书教学过程单一、授课效率低、讲解抽象难以具体、学生领会困难，在工科一些涉及复杂零件结构、原理抽象需三维演示、内容多学时少的课程中传统板书已经无法适应现已淘汰；多媒体辅助教学虽然提高了授课速度，增加了机械结构直观性，但存在师生互动性差、空间复杂结构表现不够、不能方便统计和分析学生对课程的掌握程度等问题。在汽车构造课程教学中虽然老师们广泛运用了多媒体等信息技术，但还不能更好的运用各类现代网络教育平台[9]、VR、MR等先进技术，对于汽车构造中不易观察或结构复杂的零部件难以进行全方位精细的讲解、学生仅凭抽象思维进行空间想象很难对抽象复杂的汽车结构和工作原理学懂弄通。

2 课程改革具体措施

2.1 提升教师授课能力

培养现代汽车服务工程应用型人才教师就要不断更新教育理念、改革原有教学模式，不能理论教师只懂理论、实践教师只会操作。教师要做到既懂理论又会实践，同时具备理论教学素质和实践教学双项技能，另外对汽车新技术、新知识和行业发展动态也要有一定的认知和把握，这样才会给学生启发性的帮助。教师只有具备了“理论+技能”的授课基本素质，才能对课程教学过程进行科学组织实施和有效掌控，才能做到教学内容理论、实践兼顾，指导学生把理论知识有效运用到实践中[10]。

应用型本科院校的教师要更新思想，必须由“单一型”向“双师双能”型的教师转变，即改变理论教师只注重理论研修而忽视技能实践、实验员只会操作不懂理论的现象。理论教师在继续教育学习中，应该更多注重实践技能的提高；各应用型本科高校也要多从实践创新的角度支持专业教师的应用技能提升，打造一支既懂汽车理论又能够实践操作的“双师双能”型师资队伍。我校针对机械类工科专业，学校承担全部费用的政策支持专业教师考取各类职业技能证书，鼓励教师到企业锻炼并给予相应政策支持，将“双师双能型”教师数量纳入二级学院绩效考核指标，大大提高了教师实践技能强化的积极性。目前汽车服务工程专业符合规定条件的教师和实验员都考取了汽车维修技师、维修高级技师等职业资格证书。

2.2 实践教学改革

（1）理实同步教学

理实同步教学就是整合理论课在教室上、实验课在实验室分开进行的方式，把理论课安排到实验室与实验同步进行。教师采用辅助多媒体、三维软件等讲解理论后，立刻对照实物、模型结构现场讲解，使学生对汽车构造理解和认知更加深刻，通过现场实践加深了对理论的理解，理论和实践可相互促进。教师还可将理论和实践完全融合在一起，进行理实一体化教学。教师在讲解发动机、底盘构造时，可在实验室利用解剖模型、整车实物现场教学，学生直接面对实物，边听边看也可以动手操作，使学生对汽车复杂抽象的零件结构理解的会更深。例如在发动机拆装实践中，以往是老师先演示与讲授，然后学生分组直接拆装。但这容易出现部分学生不仔细听老师讲解、为了拆装而拆装、不按规定使用工具、只图快不顾学习效果等问题，导致部分学生发动机拆装后仍然不认识发动机的一些重要零部件，比如有的同学曲轴和凸轮轴分不清、甚至不认识飞轮，更谈不上工作原理了。如果让学生结合软件在仿真环境中进行多次拆装操作、反复练习，遇到工具使用不当或者操作不规范的情况就不能进行到下一步，如果规范了操作和拆装流程，在实际进行发动机拆装时就不会或者很少出现上述情况。理实同步教学除了提高教学质量外，还有助于实验室的建设管理，真正做到实验室建设为本科教学服务。

（2）开设专业技能训练课

专业技能训练是培养应用型本科人才教学改革的主要内容，也是工学交替、产教融合的重要形式。我们改革调整后的人才培养方案从第三学期开始每学期在校内汽车检测与维修车间进行2周以上的专业技能训练，包括汽车拆装与调整、维护与保养、检测与维修、综合技能考证等。专业技能训练严格按照课程大纲和企业工艺标准进行拆解、装配、调整和维护，专业技能训练除了可使汽车构造的课堂知识点在实践中进一步掌握和应用，还能加强学生的安全意识、团队意识并提高实践应用能力。

图1 发动机拆装专业技能训练

图1是发动机拆装专业技能训练，将学生分组同时集中训练，拆装实践强化将抽象的理论结构升华为具体的现实情况，不但激发学生的学习兴趣和理解能力，而且提高了实践动手应用能力。

图2 手动变速器拆装与调试

图2是手动变速器拆装与调试技能训练，通过该训练学生理论实践相结合进一步巩固变速器的结构、工作原理，对课堂上的抽象化理论进一步理解强化。

（3）拓宽第二课堂

第二课堂主要是开展各类创新比赛和创新创业课程实践，是培养学生创新意识和实践应用能力的催化剂，也是实践教学改革的重要内容。在学习汽车构造课程的同时学生已具有机械设计基础和电工电子技术等课程知识，这对参加汽车爱好者协会、机械电子协会组织的各类竞赛奠定了专业基础。鼓励学生参加的比赛有汽车三维模型设计大赛、汽车营销大赛、智能汽车竞赛以及大学生创新创业大赛等。学生通过参加各类比赛，需要用到汽车构造的相关知识、经历模型设计、熟悉零部件、相关结构设计等环节，这样可以促使汽车构造课程形成知识点体系并与其它课程融会贯通，达到激发学生的创新思维能力和实践应用能力的应用型人才培养目标。

2.3 利用现代教育新技术授课

传统多媒体授课，虽然可以结合图片、动画等给学生演示汽车零部件结构和工作过程。但存在教学内容多、演示速度快等问题使学生观察到的汽车实际结构效果不佳，对汽车复杂零件结构及工作原理的认识理解难以深入。但通过VR或MR技术、3D仿真等建立汽车零部件结构原理模型，学生操作鼠标、键盘、MR眼镜等即可360度无死角地观察汽车零部件的所有详细构造、工作情况，跟实际拆解汽车零部件所观察的内部结构效果一致。VR是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统，通过计算机模拟产生一个三维虚拟世界，为用户提供视觉等感官模拟、仿佛身历其境，可在虚拟空间中观察和操作互动。展示汽车构造、工作原理的VR教学系统，是基于实际的汽车结构场景作为学习环境，模拟实际汽车结构和工作过程，让学生在虚拟现实环境中产生兴趣主动学习，从而解决学生空间想象力不够而影响学习积极性的问题。MR则是数字化现实加上虚拟数字画面，MR能通过一个摄像头让你看到裸眼都看不到的现实，AR只管叠加虚拟环境而不管现实本身。图3为某前驱轿车两轴五速变速器的换挡动力传递路线仿真教学演示、图4是汽车转向系统的VR效果图。

图3 手动变速器仿真教学

图4 汽车转向系统VR图

通过VR、MR教学可使学生在实验或者发动机、变速器拆装过程中从多个角度观察整车、发动机、变速器及其所有零部件结构，对这些零部件可随时进行虚拟拆装，并能全程对拆卸和装配过程及装配结果通过计算机指导、分析、评价。因此学生可以通过VR、MR反复训练来熟悉汽车零部件结构以及它们的工作过程，这样反复实践、分析和比较各零部件之间的结构及装配关系，可激发学生学习和探索创新的积极性，提高发现问题和解决问题的创新应用能力。

通过VR并结合老师的讲解，对汽车内部构造认识清晰明了、对相应工作原理掌握深刻，不但提高了教学质量和效率，还极大提高了学生学习和探索的兴趣，保证了人才的培养质量。

2.4 建立网络教学平台

利用《汽车构造》校级精品课程建设项目，建设网络教学平台和课程手机APP。将授课教案、录像、课件等上传至课程资料库，规范的发动机拆装视频及各系统的结构原理视频、音频、动画等资料也分别按文件单独上传到课程教学资源库。图5为汽车构造精品课程界面，点击教学资源就可以看到汽车各系统的主要零件构造及工作原理视频。例如点击离合器后就会播放离合器结构、拆装过程和配有其工作原理讲解的视频，见图6，非常方便学生自主学习。

精品课程网站还设置了实习实践模块，将学生实验大纲、实验指导书、实习实验报告、企业实践交流、创新比赛、实践总结等资料上传，利用学生的经验、实践，将传统教学资源网络化便于学生自主学习，同时教师可将更多新知识、新方法拓展到网络平台里、对学生反馈的问题进行解答。通过建设精品课程教学平台，展现多方面多角度的课程资源，能使学生通过不同的兴趣点进入学习，并提高师生间、学生间的交流，使教学过程管理更加方便、科学。

图5 汽车构造网络资源库

图6 离合器拆装播放图

3 结束语

课程教学改革是人才培养方案落地实施的根本保证，事关人才培养质量。实践证明，基于“理实同步、创新培养”的《汽车构造》课程教学改革不但提高了本课程的教学质量，还提高了教师业务水平，同时加快了我校汽车服务工程专业向应用型人才培养的转型速度，促进了专业建设发展。是能够促进课内和课外相结合的实践教学与理论教学一体化的模式，其特色是在培养方案中将理论课、实践课以课内和课外一体化的形式构成相互交叉、相互融合、相互渗透的整体教育体系。

[1] 秦红.地方本科院校培养应用型创新人才的实践与思考[J].高等工程教育研究,2016(2):91-94.

[2] 华小洋,蒋胜永,朱志勇.试论应用型人才培养体系的建构[J].高等工程教育研究,2017(6):100-104.

[3] 王鑫,杨亚萍,郑颖.应用型本科院校“汽车构造”课程多维度教学模式探讨[J].西安航空学院学报,2016,34(1):90-95.

[4] 江帆,张春良,王一军等.机械专业学生主动实践能力培养体系构建[J].高等工程教育研究,2016(1):187-192.

[5] 王永宽,牛礼民,刘庆运.汽车构造课程教学改革研究与实践[J].安徽工业大学学报（社会科学版）,2017(1):79-80.

[6] 胡亚楠.汽车构造课程教学改革研究[J].大学教育,2018(6):81-83.

[7] 侯占峰,刘海洋,佟鑫等.基于混合式教学模式的汽车构造课程网络教学平台建设[J].内蒙古农业大学学报( 社会科学版),2018(3): 45-48.

[8] 常鹤晖.基于VR虚拟仿真技术的汽车专业课程建设[J].中国教育信息化,2014(18):74-76.

[9] 李存霞,姬瑞海,林克伟等.基于工作过程的ＣＭＭ情景教学法研究与实践[J].高等工程教育研究,2015(3):157-160+192.

[10] 瞿振元.推动高等工程教育向更高水平迈进[J].高等工程教育研究,2017(1):12-16+23.

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

G642.0

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1671-7988(2021)06-159-05

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孙悦超，教授，就职于岭南师范学院。

广东高校创新强校工程（教育科研类）项目“汽车服务工程应用型本科人才校企协同培养机制研究”；2017广东省本科高校教学改革项目“汽车服务工程应用型本科人才校企协同育人机制研究和改革实践”；2018年岭南师范学院教育教学研究和改革项目“基于工程教育认证的工科专业实习实践改革研究”（LSJG1848）。