就業導向的汽車電子工程專業設計教學改革與實踐

陳 煒 郭津津 王收軍 劉 軍 劉振忠天津理工大學天津市先進機電系統設計與智能控制重點實驗室 天津 300384

?

就業導向的汽車電子工程專業設計教學改革與實踐

陳 煒 郭津津 王收軍 劉 軍 劉振忠
天津理工大學天津市先進機電系統設計與智能控制重點實驗室 天津 300384

摘 要：根據汽車電子工程就業導向的專業結構和應用實踐性強的特點，討論了專業設計實踐課程的教學定位和教學要求，闡述教學團隊對相關課程群理論和實踐教學的建設、優化、改進，并詳述專業設計教學內容的設置、選題安排以及實踐教學平臺的建設，最后探討了專業設計的管理制度、評價機制以及取得的教學效果。

關鍵詞：課程群；專業設計；實踐平臺

天津理工大學是天津市的工科院校之一，自成立以來一直致力于服務和發展當地經濟。“十二五”伊始，機械工程學院根據人才市場的定位及專業結構，在機械電子工程專業下增設“戰略性新興產業相關專業”汽車電子工程專業方向，確定人才培養定位為機械工程、電子技術和車輛工程幾方面知識兼具的應用復合型人才。

由于汽車電子工程專業的就業導向非常明確[1]，在教學中強調培養學生的實踐能力和工程能力，因此在課程設置時，需要針對實驗教學、課程設計、生產實習、專業設計、畢業設計等實踐環節的內容及方法進行全新規劃和改革，提高學生的工程設計能力和實際應用能力。而專業設計作為實踐課程體系的重要環節，其教學內容是實驗教學的延伸和綜合，其授課時間介于課程設計和畢業設計之間，在教學安排上起著承上啟下的重要作用。規范、嚴謹的專業設計訓練可以使學生順利進入畢業設計環節，起到事半功倍的良性循環作用。

針對這一情況，教學團隊對汽車電子工程專業方向的專業設計進行全新定位，根據人才需求確定教學目標，明確專業設計的教學要求，整合專業課程群的理論和實踐教學內容，建設相應的實踐平臺，并在選題、設計、答辯等各個環節制定了詳細的管理制度，為專業設計規范、嚴格的教學實施和高水準的教學成果提供了保證。

1 汽車電子工程專業設計的定位

由于專業設計在汽車電子工程專業方向建設的重要地位，教學團隊對此課程的準確定位、教學內容設置及其教學效果非常重視。經過教學團隊的反復調研和多次研討，確定培養目標為培養學生建立正確和規范的工程設計理念，了解工程應用領域的設計流程和方法,初步掌握汽車電子工程應用的能力。且達到如下要求：掌握本專業有關設計方面的基本要領和步驟，將所學知識進行一次系統總結和運用，提高調查研究、獨立思考、分析和理解問題的能力，為下一步盡快進入畢業設計做準備。具體操作體現在如下幾方面，在教學時間上，將汽車電子工程方向專業設計安排在大學本科的第七學期，歷時3周；在課程體系中，將專業設計安排在專業課基礎課、專業課、課程設計之后，在畢業設計之前，且與生產實習同期；在教學要求上，教學內容以實際需要為出發點，按照實踐、實際、實用的原則設置，強調解決工程實際問題，注重知識和技能的綜合運用[2,3]。

2 相關專業課教學內容的建設與優化

汽車電子工程專業方向的成立伊始就致力于服務當地經濟，因此，專業課程緊密跟蹤汽車電子市場人才需求，加強與企業聯系，并著重突出學生在汽車檢測與控制技術方面的特色和優勢，因此在專業課教學內容設置時也以這一思想為準則。即以就業為導向，培養應用型汽車電子人才為目的，設置應用實踐性的理論和實踐教學環節的課程體系，使學生具有一定的設計和應用能力。

2.1 專業課程群教學內容的優化

在專業課的設置上，圍繞該課程體系，對相關的課程的教學內容、方法及形式進行優化，減少重復課時，突出汽-機-電跨學科內容的交叉、融合和滲透[4]。設置以控制工程基礎、汽車檢測與診斷分析、嵌入式技術和汽車電子控制技術及應用等課程為主的課程群，整合和優化各門課程的授課學時和教學內容，使教學理論知識點和實踐環節有更好的銜接。目前，課題組針對專業定位建立5個發展子方向：汽車傳感器的設計、優化與研發，汽車檢測系統及其標準，嵌入式與智能控制技術，汽車電子總線技術，自動駕駛技術。其中前三個本專業建設的短期發展方向，后兩個為長期發展規劃。

在教學中，將計算機仿真技術、虛擬儀器技術融入課堂教學中，并重視和強調工程實踐教學環節。在電路分析基礎和汽車檢測與診斷分析課程中，分別融入Multisim電路仿真軟件和LabVIEW虛擬儀器，開發仿真模型，進行可視化教學，強化工程實例、化抽象為具體，提高授課質量，同時建立教學網上資源，編寫電子教案、建立試題庫。

由于專業課程群教學內容對設計和應用專業知識有所側重，學生也在課程學習過程有所掌握和訓練，因此，學生在專業課程學習時已打下一定基礎，不至于在專業設計環節拿到任務時感到一片茫然，甚至無從下手。

2.2 應用實踐教學內容的改革

在實驗和實踐教學環節，要為后期專業設計和畢業設計打好基礎，為培養應用型人才做好銜接。因此，在實驗教學內容上增設課程綜合性實驗、專業綜合性實驗、自主設計性實驗及科研創新性實踐內容，通過教師和學生之間的互動，達到訓練和提高學生綜合運用所學專業知識，分析、解決實際問題的能力[5]。例如，設置汽車電子工程實訓課程，在實驗室授課，利用汽車實驗室配備有整車透明實訓臺、全車電器實訓臺、汽車電器綜合實訓臺等設備，通過發動機、變速箱的拆裝及汽車整車的性能實驗等實踐環節，讓學生了解整車的構造及工作與控制原理，鍛煉本專業學生的動手能力。

另外，在實驗室建設和管理上，增加實驗室的開放性，目前已經新建立完成汽車構造、汽車故障診斷及汽車電子控制等5個狀態實驗室，并對汽車電子工程專業學生開放。為了更好地理論聯系實踐，彌補實驗和實踐教學環節的不足，教學團隊擬搭建檢測與故障診斷虛擬仿真平臺，如汽車水溫傳感器檢測、信號報警、油門控制閥等仿真實驗，并在開發過程中，使學生以創新項目的形式參與進來，提高學生的創新能力和綜合實踐能力。

3 就業導向的專業設計實踐平臺的搭建

3.1 專業設計教學內容的設置

汽車電子工程專業方向在第七學期的日常教學，更多地側重設計與實踐環節，為了確保專業設計質量和進度，學院建立專門的專業設計教室，學生在教師的指導下開展設計。為了能把專業課程群的零散知識串聯起來，糅合在一個設計實踐課程中，教學團隊設計了全新的實踐教學內容，并開發出專業設計實踐平臺[6]。目前有兩種機器人作為專業設計對象，一種是智能循跡機器人系統，另一種是模塊拼裝智能機器人。學生利用實踐平臺可以開展單片機控制系統電子元器件焊接與搭建、機器人外形構造設計、傳感檢測系統規劃和算法程序調試等任務。而教師在設置設計任務的時候，不但將微機原理與應用、機械制圖、汽車構造、測試技術與信號分析、汽車檢測與診斷技術、汽車控制技術等相關課程的各個知識點有機的串聯、融合在一起，而且在教學內容中會增加一些趣味性，使學生自覺投入其中。

3.2 專業設計的教學要求和選題

汽車電子工程專業方向專業設計的教學由2～3名經驗豐富的專業指導教師負責，一般2～3名學生分為一組，每組布置必做任務和選做任務。其中必做任務就是要求所有學生都必須掌握的知識，而選做任務則可以根據實踐平臺的功能設置。在指導教師布置設計任務和題目時，應本著知識面宜廣不宜深的原則，且題目要明確、具體，具有明確的信息，任務設置要有可完成性,保證在規定的時間內，創造出階段性的成果[7]。目的就是培養學生靈活運用已經學過的知識，使學生在規定的時間內獨立完成PCB板設計、機械結構設計、編程調試等任務，掌握初步外形構造設計、規范的工程繪圖、傳感器檢測技術、單片機控制系統硬件設計、程序編制與調試等能力和技術。

例如，2014屆學生每組的必做任務分別為(1)采用Pro/E，SolidWorks和UG中的任何一種三維繪圖工具對模塊機器人進行三維建模，導出裝配圖打印，要求標注整體尺寸，繪制簡單明細表(不少于10個零件)；(2)搭建三輪或四輪智能機器人，焊接電路板，上電后機器人小車能前行、后退、左轉、右轉；(3)參照畢業設計說明書的格式要求，撰寫專業設計報告，并打印上交。而每組的選做任務均為編制基于C環境的匯編語言，分別完成循跡、避障、識別火源滅火等任務。

通過專業設計一系列的訓練，學生普遍了解工程問題及其解決方法，專業技能和工程能力得到了全面的鍛煉，而且會將機械與電控知識的結合應用到實際系統的開發和設計中，拓寬學生的學科基礎知識以及專業適應能力，有效提高了學生動手實踐和設計能力，圖1所示為學生專業設計作品。

圖1 學生設計的模塊化拼裝機器人和智能循跡機器人

4 專業設計考核評價機制的建立

4.1 管理機制

為了保證專業設計規范、嚴格進行，保質、按時、有序地完成，教學團隊制定了詳細的管理制定，對學生和指導教師都有明確的規定。針對指導教師，要求在專業設計教室全程指導；針對學生，根據每個學生的課表嚴格考勤。專業設計過程中，若各組發現設計裝置有缺失或損壞，學生找指導教師領取或換取，并進行記錄和登記，使指導教師能及時了解電子元器件數量，方便教師之間的工作交接和記錄裝置的使用狀態。專業設計結束，統一安排答辯，演示必做任務和選做任務，提交各組的設計報告等，并由專人清點每組的教學儀器和工具，確保專業設計的硬件環境能循環利用。

4.2 評價體系

由于專業設計選題中就明確規定每組學生的必做和選做任務，而且指導教師全程跟蹤指導每一組甚至每位學生，因此，教師對每個小組的工作進展和成果非常了解。專業設計結束時，參照畢業設計環節組織學生答辯，所有指導教師到場參加，并觀摩學生的演示和操作。答辯時長每組8～10分鐘，要求學生提供工程圖紙、設計報告，并陳述和現場演示必選任務。具體操作時，可以讓領取同一選做任務的所有組同時演示，以方便區分各組的優劣和甄別抄襲。指導教師可以根據各組的出勤、現場演示和設計報告綜合給出每組成績，表1即為專業設計答辯的評價表格。另外，學院每年舉院級“機械電子設計”大賽并評獎，這一方面促進了學生的積極性，擴展了知識面，同時也加強不同專業之間學生的競爭和交流，起到了專業設計良性循環的作用[8]。

表1 專業設計答辯的評價表格

5 結束語

我校機械工程學院采用改革后的專業設計課程已于2013年實施于汽車電子工程和機械電子工程的其他專業方向，目前已經開展3年，指導學生逾300人，各實踐教學環節的教學改革與實施正在動態進行。學生通過這樣有針對性的訓練，初步了解機電一體化裝置的工作原理、設計過程、開發流程和應用技術。學生根據設計任務和要求，能進行原理分析和任務分解，完成機械設計和控制設計，進而實現裝置動作要求。學生從書本上簡單、分散的知識點到方案論證、具體設計計算，再到外形測繪、工程圖的繪制和論文撰寫，都能按部就班的實現[9]。而且，學生在專業設計過程中，使學生增強了自信心，還促進了同學之間的合作和交流，培養了團隊意識，進一步了解到專業的特色，也認識到自己的不足。總之，專業設計的實施有效激發學生的學習自覺性，培養了創新設計能力，提高了學生面向工程的設計能力，為畢業設計的順利實施以及實際工作打下了良好的工程訓練基礎。

參考文獻

[1] 韓翠英,劉樹民.汽車電子技術專業校企合作人才培養模式改革與實踐：以內蒙古機電職業技術學院電氣工程系為例[J].內蒙古農業大學學報:社會科學版,2011,13(56):157-159.

[2] 趙康.論高等教育中的專業設計[J].教育研究,2000(10):21-27.

[3] 鄒慧君,杜如虛.美國機械工程專業設計課程改革動向及其啟迪[J].教育與教材研究,1998(6):40-41.

[4] 宋應華,陳盛明,李寧.化工專業設計類課程群的教學改革與實踐[J].重慶工商大學學報:自然科學版,2014,31(10):81-85.

[5] 茍愛萍,王江波.立足“卓越工程師”人才培養的園林專業設計課程教學實踐探索[J].安徽農業科學,2015,43(27):265-267.

[6] 周伯英.關于機械設計及制造專業的專業課程內容、教學目的和學生專業設計能力的培養問題[A].第五屆全國機械設計及制造專業教學研討會議論文集[C].1995:117-121.

[7] 烏日開西·艾依提.快速成形技術在機械類專業設計教學中的應用[J].中國現代教育裝備,2009(8):52-53.

[8] 魏勇軍.就業導向的園林專業設計類課程考核評價改革研究[J].西南師范大學學報:自然科學版,2013,38(2):147-150.

[9] 趙影,趙鋼,黃孫偉.應用型電氣工程及其自動化學生專業設計的探討[J].實驗室科學,2011,14(5):160-163.

Reform and Practice in the Teaching of Professional Design of Employment-oriented Automotive Electronic Engineering

ChenWei, Guo Jinjin, Wang Shoujun, Liu Jun, Liu Zhenzhong
Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronical System, Tianjin University of Technology, Tianjin, 300384, China

Abstract:According to the professional structure and application of the characteristics of the employment-oriented automotive electronic engineering, teaching location and teaching requirements of the practice course of professional design are discussed. The teaching team’s construction, optimization and improvement of theory and practice teaching of the related course group are stated. Especially, the establishment of the teaching content, the topic assignment and the construction of the practical teaching platform for the professional design are elaborated in detail. Finally the management system, the evaluation mechanism and the teaching effects for the course of professional design are discussed.

Key words:course group; professional design; practice platform

收稿日期：2016-01-29

作者簡介：陳煒，博士，副教授，教研室主任。郭津津，博士，教授，系主任。劉軍，博士，教授，院長。劉振忠，博士，講師。通訊作者：王收軍，碩士，教授。

基金項目：天津市普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃重點項目(編號：C03-0802)。