《內燃機學》課程的模塊化教學研究

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(武漢理工大學 能源與動力工程學院,武漢 430063)

《內燃機學》課程主要講述內燃機工作過程的基本理論及主要零部件設計原則和方法，是一門綜合性很強的課程。已作為國外知名綜合性大學及理工類大學動力機械類學生本科期間必修主干課之一。在國內，《內燃機學》已成為清華大學、西安交通大學、上海交通大學、吉林大學、武漢理工大學等高校動力工程類專業(yè)學生的必修主干課。針對卓越工程師試點專業(yè)實踐性的特殊要求，強調專業(yè)理論知識與實踐操作技能相結合，強化動手能力的培養(yǎng)。武漢理工大學2011年開始在源動力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)對各課程提出模塊化教學改革的新的教學模式[1]。

1 提高學生工程實踐能力

模塊式教學(MES：Modules of Employable Skills)是國際勞工組織在20世紀70年代開發(fā)出來的一種較為先進的教學模式。在我國一般稱之為“模塊式教學法”。它是在深入分析每個專業(yè)、職業(yè)(工種)和技能的基礎上，嚴格按照專業(yè)工作標準(崗位規(guī)范)，將教學大綱和教材開發(fā)成不同的教學模塊，形成類似積木組合式的教學方式。將各種教學模塊組合而成的教學計劃稱之為模塊式教學計劃，它實現了理論學習與操作訓練的有機結合。

模塊化教學在國外如德、英、美等國家的高等教育中應用較為廣泛，從教學組織到教材的編寫，都以知識技能“模塊”來劃分。國內的一些培訓教學中“模塊化”教學也得到了較好的應用。而國內的高等教育中應用較少，有一些學院的個別專業(yè)進行這方面的有益探索和嘗試。隨著素質教育的實行，以及本科生卓越工程師培養(yǎng)計劃的實施，試點專業(yè)必須轉變教學定位，積極開展模塊化教學，以提高學生的工程實踐能力[2]。

2 體現專業(yè)技能培養(yǎng)特色

工程實踐能力培養(yǎng)必須有具備模塊化專業(yè)技能特色的教學內容作支撐，但現有教材大部分都是建立在學科體系的基礎上，在教學內容和要求上沒能體現出本專業(yè)的崗位技能特點和要求。模塊化教學則徹底打散現有的課程體系，根據每一項知識專題的要求將教學內容重新組合，形成一個個相對獨立的“功能塊”。每一“功能塊”在短時間內完成教學，針對性地進行強化訓練，并緊接著進行理論、實踐的考核。

“模塊化”教學強調能力的培養(yǎng)，重視知識的實際運用，不追求知識體系的完整；將教學內容按培養(yǎng)工程應用型人才要求科學地劃分為若干個可以有機搭配和組合的模塊，本著必需和夠用的原則，篩選和重組教學內容；根據不同的教學目標和培養(yǎng)對象選擇不同的模塊內容進行教學；保證學生以較高效率修完所需課程相關內容并具備相應能力，從而達到畢業(yè)規(guī)定的標準。

《內燃機學》模塊化教學在知識結構上就是將內燃機結構、基本工作原理、代用燃料、電子控制技術、排放污染物的生成與控制、仿真計算設計、混合動力、振動與噪聲、動力系統(tǒng)匹配、故障診斷等內容。在教學層次上分為基本模塊群和專業(yè)發(fā)展模塊群。基本模塊群是任何專業(yè)發(fā)展方向的學生都必須要掌握的內容，例如內燃機結構、基本工作原理等模塊；專業(yè)發(fā)展模塊群是對某方面有興趣的學生才要求掌握的內容，是內燃機行業(yè)中最前沿的新技術、新能源等，例如內燃機電子控制技術模塊、內燃機代用燃料模塊等。

3 培養(yǎng)學生的實踐動手能力

提高大學生的實踐動手能力，突出技能訓練的主導地位，一直以來是高等院校始終貫徹的指導思想，也是內燃機學教學中模塊化教學的核心思想。

模塊化教學打破傳統(tǒng)的課程體系，建立若干個教學功能模塊，將《內燃機學》理論教學和內燃機技能訓練有機地結合在一起，培養(yǎng)學生對理論知識的綜合運用能力以及運用知識的實際操作能力。為此，圍繞《內燃機學》課程，設立了獨立的實驗實踐環(huán)節(jié)。學生首先進行三周的內燃機拆裝實習，了解內燃機的組成結構和基本工作原理；然后進入課堂教學階段，從理論上掌握內燃機工作過程的原理和性能，并通過課程實驗鞏固加深理論知識。完成理論教學環(huán)節(jié)后，進行課程設計，通過對內燃機整體或主要零部件的部分參數進行設計，初步了解內燃機設計的一般方法，為今后的實際應用打下基礎。完成以上環(huán)節(jié)之后進行生產實習，了解內燃機的實際使用和維護方面的知識。

1)以《內燃機學》課程體系建設取代單一的課程建設。《內燃機學》課程體系由“拆裝實習、理論教學、臺架實驗、課程設計和生產實習”五大教學環(huán)節(jié)組成，其中實踐教學環(huán)節(jié)當量學時數占課程體系總學時數的68%。模塊化教學強調能力的培養(yǎng)，重視知識的實際運用，不追求知識體系的完整，為培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維提供了可能。

2)在模塊化教學過程中，理論教學與技能訓練是同步進行的。理論指導實踐，通過實踐驗證理論知識，學生手腦并用，注重知識應用能力的培養(yǎng)。教學中可以先講授理論，用理論指導實踐操作；也可以從實訓實踐操作開始，先接受感性認識，再從理論上加以分析、歸納和總結；還可以在實訓教學中，就遇到的實際問題從理論上進行輔導，提高學生獨立解決問題的能力。

3)在實踐教學過程中，學習更加有針對性，學生可以根據自己的能力水平靈活調整實踐環(huán)節(jié)的學習時間，可集中時間和精力來強化弱項。同時，開設多個模塊課題，學生在選擇模塊學習的機會多，實訓時與其他學生比較也會產生緊迫感。學習、操作能力強、領悟快的學生可提前選修其他實訓模塊，對于學習散漫的同學也可起到鞭策作用，逐漸形成你追我趕的學習氛圍。

4)模塊式教學計劃充分體現“理實一體化”教學和課程綜合化設置等要求，有助于全面推行學分制管理。使今后在該專業(yè)大類范圍內開發(fā)新專業(yè)時只需修訂專業(yè)教學模塊即可，從而使新專業(yè)的開發(fā)周期縮短、效率提高，適應市場的需要。

4 重新定位教師和學生的角色

卓越工程師培養(yǎng)計劃無論是對教師還是對學生都提出了全新的要求。要求教師在授課時不能照本宣科，教師在傳授知識的同時，更重要的是培養(yǎng)學生的提出問題、分析問題和解決問題的能力，以及職業(yè)道德素養(yǎng)、團隊合作精神的建立；要求教師不僅具有較強的理論知識積淀，還要有較高的操作、動手能力和解決實踐操作中遇到問題的能力。

在模塊化教學過程中，讓教師的“教”與學生的“學”同步化，教師的教學目標與學生的學習目標一致化，針對每個學生的興趣，開展模塊化教學，使學生感到所學正是所要的。對于學生，要從過去的要我學，轉變?yōu)槲乙獙W，充分發(fā)揮主動能動性。模塊化教學還要求學生不要過分依賴教師，培養(yǎng)自己分析問題、解決問題的能力，要從過去應付考試、混張文憑的學習目的轉變?yōu)檎莆照娌艑崒W上來。對于教師的角色，要從信息的給予者轉變?yōu)閷W習的管理者，要激發(fā)、調動學生的學習興趣，是學生學習的教練和裁判。

5 突出卓越工程師培養(yǎng)特點

根據卓越工程師培養(yǎng)要求，針對《內燃機學》課程基礎性與實踐性的特點，在教學方法和教學手段改革中需重點把握難點分散和重點講透，現代教學手段與傳統(tǒng)教學模式相結合，理論教學與實踐教學并重，傳授知識、技能與提高素質互相兼顧，發(fā)揮教師教學的主導作用和學生自主探索并重的原則。采用了課堂講授，專題講座、師生互動討論、結構認知實踐教學和網絡教學等教學方式，同時利用現有的條件開展開放性實驗，加強學生的認識和實際動手能力的培養(yǎng)。

5.1 啟發(fā)式教學貫穿于理論教學環(huán)節(jié)，以達到最佳的教學效果

課堂教學中注重啟發(fā)、引導學生積極主動思考，將教師的傳授與學生的參與相結合，始終圍繞內燃機學的基本概念講解，重點包括：基本概念產生的背景、影響因素以及基本概念之間的細微區(qū)別；列舉基本概念的應用實例，使學生了解基本概念的用途；指導學生閱讀文獻、自主設計實驗，使學生進一步認識和掌握這些基本概念。

充分利用教具、模型、實物、展臺和實驗設備及多媒體課件等教學手段，注重培養(yǎng)學生的動手能力和分析問題解決問題的能力。《內燃機學》教學CAI軟件的內容除了文本、聲音、圖像外，還有動畫、錄像、幻燈片、電影的配合，可以使學生很好地掌握一些抽象和難于理解的內容。

5.2 實踐教學環(huán)節(jié)要求動手操作，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力

能源動力系統(tǒng)及自動化專業(yè)是應用型專業(yè),尤其作為卓越工程師培養(yǎng)試點專業(yè)，要求學生具有實際操作和解決問題的能力。學生在學習《內燃機學》這門課程時,不僅要懂得各種內燃機的結構和工作原理,更要懂得如何運用所學的知識來解決實際問題；而這種實際動手解決問題能力的培養(yǎng)在很大程度上需要從各種實踐教學環(huán)節(jié)中獲得,如柴油機拆裝、臺架試驗訓練以及課程設計訓練、生產實習等。

1)適當增加實驗課時。通過實驗教學,使學生熟悉內燃機典型零部件的結構，并測試其主要性能，加深對課堂所學理論知識的理解,培養(yǎng)學生的實際動手能力。

2)加強現場教學。現場教學可以大大提高教學效果,激發(fā)學生學習的熱情。課本中一些在課堂上需要花較長時間卻不容易講清楚的內燃機結構問題在現場教學中很容易解決,這樣可以大大節(jié)省課時,達到事半功倍的效果。當然，要上好現場課,需要任課教師事先寫好現場課的教學大綱,其中包括現場課的時間、地點、內容、學生的分組及輪換順序、指導教師與指導內容、現場課中要解決的問題等。現場課結束后,要求學生針對本次現場課的內容寫專題報告,字數不限,按科技論文的格式撰寫,為日后的畢業(yè)論文撰寫打下基礎,這樣就可以達到一舉兩得的目的。

3)全面開放內燃機實驗室,學生可以利用課余時間到實驗室觀看實物,進行內燃機的拆裝，也可在實驗師的指導下進行實驗或訓練,這樣可以使學生有更多的動手機會,有更多的時間來消化課堂所學知識,而且靈活機動。

5.3 開展雙語教學，適應行業(yè)發(fā)展需要

隨著世界經濟的發(fā)展和需求,中國船舶行業(yè)已進入國際市場,我校能源動力系統(tǒng)及自動化專業(yè)學生將為世界船東生產和服務。因此，對學生的培養(yǎng)目標正朝著“國際化”方向努力。在內燃機學課程部分內容教學中采用雙語教學直至最后完全使用英語教學,可以提高學生的英語運用和交流能力,從而使他們能夠適應生產、設計工作中的國際間交往要求。

6 構建多元的綜合評價體系

《內燃機》課程實踐性很強，學好并能用好相關知識是最重要的教學目標。考核學生對知識的掌握應以過程為主，重點體現學生對技術問題的分析理解能力和解決問題的能力，對學生的評價要綜合進行。可以有閉卷、開卷、筆試、口試、現場考核和課堂表現等方式，考試時間可長可短。比如對實踐性環(huán)節(jié)可采用開卷形式，教師提出課題的完成時間要求和能力要求。平時可用布置大作業(yè)的方式對學生進行課中測驗，這樣可督促一些平時不太認真的學生抓緊時間完成課題任務。

總之，隨著內燃機技術的發(fā)展和卓越工程師培養(yǎng)計劃的實施，《內燃機學》課程教學中實現學生工程實踐能力的提升，采用模塊化教學是一種較好的方法。

[1] 錢作勤，賀玉海，李煜輝.工科能源動力類專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃構想[J].船海工程，2011(4):39-42.

[2] 劉 旸.船舶與海洋工程專業(yè)本科模塊化教學體系構建與興趣教學方法研究[J].船海工程，2011(4):74-77.