基于“四步一體”的汽車發動機開放式實驗教學改革研究

李小平　蘇巖　解方喜

摘 要：文章針對目前汽車發動機專業實驗教學存在的問題和不足，從實驗課程體系結構、實驗教學模式、實驗項目及實驗考核體系等方面進行改革，提出了基于“引導預習、方案設計、模塊化臺架搭建、實驗分析”四步一體的開放式實驗教學模式。 “引導預習”提高了學生學習的興趣，充分調動學生學習的積極性；“方案設計”發揮學生的主觀能動性，加強學生獨立思考問題及解決問題的能力，培養了學生的創新思維能力；“模塊化臺架搭建”增強了學生團隊協作能力；“實驗分析”全面提高了學生的綜合素質，為汽車發動機專業應用型和研究型人才培養奠定了基礎。

關鍵詞：教學改革；開放式實驗教學；汽車發動機

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）07-0018-02

對于工科院校來說，專業課程的實踐性較強，實驗教學是專業課程必不可少的教學環節，是學生加深對基礎知識理解的重要措施，是學生對理論知識驗證的重要手段，是設計新產品、創造新技術的重要方法。同時實驗教學也是工科院校培養學生動手實踐能力、思考能力、解決問題能力、團體協作能力和創新思維能力的一個重要環節[1-3]。一直以來，各高等院校都在探索適合自身學科的實驗教學模式，開放式，創新性實驗教學模式廣受各院校歡迎[4-7]。近些年，本專業的教師為探索培養應用型和研究型多層次高素質的學生進行了很多實踐教學更新，也取得了一些成效[8-9]。但目前本專業的實驗教學還存在一些不足，如實驗課程依附于理論課程，課時量少，設備使用率低，上課時間局限，缺乏創新型實驗等。實驗教學不能滿足現在學校提倡的培養創新型人才，開放創新型實驗教學的要求，為此進行汽車發動機專業實驗教學改革有著重要的意義。

一、汽車發動機實驗教學現狀分析

1.優勢與特點：現有的實驗課安排在理論課程講授完成后，實驗教學方式主要為：年輕教師講授實驗方法、學生按實驗室教師指導操作、記錄數據、整理報告、教師批改實驗報告并給出成績。在這種實驗教學模式下，實驗教學與理論教學密切結合，有利于學生對理論知識的理解與掌握，同時實驗教學過程中方便管理，實驗教學臺架穩定，考評標準統一。

2.存在的問題：教學形式單一；實驗課依附理論課程，課時量少，汽車發動機專業4門主干課程實驗課時占總課時均不超過15%，同時實驗課程安排在理論課程結束之后，上課時間局限，且處于期末階段，學生投入實驗的精力較少；實驗儀器教學任務及臺時數少，設備使用率低；考核評價體系不完善，對部分實驗能力強的學生及有創新設計能力的學生的考核辦法欠缺；缺乏創新設計型實驗，抑制了學生的創新思維。

二、汽車發動機實驗教學改革的策略

1.優化課程體系。把專業實驗課從理論課程中分離出來，形成一門獨立的課程。工科院校的其他專業學生可將本專業實驗課設置為選修課，而本專業的學生為必修課。實驗課程項目包括演示性實驗、基本理論驗證性實驗、綜合設計性實驗及創新設計性實驗四大類，其中每類實驗項目中又包含必做實驗項目和選做實驗項目。學生可以根據自己的時間、興趣及能力選擇實驗課程及實驗項目。改革后將大大提高課程的任務量及實驗儀器教學臺時數，提高設備使用率，同時也提高學生實驗的自由度。

2.創新實踐教學模式。基于“四步一體”的開放式實驗教學模式是一種學生自主分組選擇實驗項目、實驗時間、實驗指導教師，指導教師引導學生預習，學生自主設計實驗方案并自行搭建臺架完成實驗過程，分析實驗數據及撰寫實驗報告的教學形式，主要由“引導預習，方案設計，模塊化臺架搭建，實驗分析”四步組成。

（1）引導預習。學生先預習實驗大綱及實驗指導書，根據實驗教學大綱、實驗指導書自主選擇實驗項目，自行組隊，選擇實驗指導教師，確定實驗時間。此外，學生要根據實驗指導書，初步設計實驗方案，查閱實驗方案中涉及的實驗儀器相關資料，了解其工作原理及基本操作方法，自行選擇上課時間及實驗項目。這樣實驗時間及自由度得到了大幅提高，避免了部分學生由于時間沖突而無法按時完成實驗課程的情況。通過引導預習過程，學生了解實驗方法，同時了解實驗所需儀器的簡單工作原理及簡單操作方法，提高了自己查閱資料的能力及獨立思考的能力。書寫預習報告，培養了學生自我學習的習慣及歸納總結的能力。

（2）方案設計。通過預習，學生獨自設計實驗方案，然后以小組形式，從實驗的科學性、先進性、可行性等方面討論各自的實驗方案，最后小組討論，統一實驗方案，提交指導教師審閱，指導教師對小組方案不合理的方面給予指導修正，最終確定一個完善的可實施的實驗方案。在設計實驗方案的過程中，通過小組討論，學生可以了解自己設計的實驗方案的不足，哪些因素沒有考慮，忽略了哪些實驗程序。在這個過程中，學生可以了解發動機與測功機臺架的匹配，發動機與油耗儀的匹配，發動機與冷卻系統的匹配，以及其他測試設備在實驗中的選擇。例如，不能把一臺額定功率只有50kW的發動機裝在一臺CW440測功機上。如何選擇各種設備，搭建一個合理的實驗臺架，是現在實驗教學課程沒有提到的。現行的實驗教學，學生一進入實驗室，臺架都是現存的，不用學生自己安裝，所以學生對臺架的搭建及臺架搭建過程中需要注意哪些問題一無所知。方案設計過程，使學生增強分析問題的能力，提高獨立思考的能力，同時培養了學生相互討論的交流式學習方法。

（3）模塊化臺架搭建。實驗室教師把實驗儀器設備分類模塊化，如一個發動機測試平臺包括臺架基礎模塊，發動機油路模塊，發動機冷卻水模塊，發動機氣路模塊及發動機參數測試模塊等五大模塊。這一部分的工作主要由實驗室教師在課前準備好，學生進入實驗室后，實驗指導教師大致介紹一下實驗室的結構及實驗設備，然后學生分工按要求完成各模塊的連接，同時有問題可以請教指導教師。這一過程可以鍛煉學生的動手實踐能力，提高學生的團隊協作能力，也能反映出學生各自的實踐能力的強弱，同時還能反映出學生對理論知識的掌握程度及對實驗設備的預習情況。模塊化臺架的搭建，讓學生對實驗過程的了解更深刻，對實驗步驟了解更完善，同時對設備的結構也有更深刻的認識。

（4）實驗分析。搭建好臺架后，學生按實驗方案及方法開始實驗，對設備使用不太熟悉的，指導教師給予指導，學生通過對實驗數據，實驗現象的分析理解，加深了對所學理論知識和儀器設備的使用及測量原理的理解。以前學生做實驗只是記錄實驗數據，對操作儀器基本不會，實驗數據都是在實驗課程結束后再進行數據分析，可能導致部分有問題的實驗數據以及規律與理論知識不相符的數據無法解釋原因。通過預習報告，學生對實驗的現象及實驗數據的規律有了大概的認識，所以在實驗過程中發現規律不正確的實驗數據，學生能現場分析原因，做到實驗數據有效可靠，鍛煉了學生分析問題、解決問題的能力，及現場處理實驗數據的能力。

3.實驗項目改革。以前的實驗項目包括演示性實

驗、驗證性實驗、綜合性實驗，但缺乏創新設計性實驗，且實驗項目基本是發動機的常規實驗，對一些新的技術，新的測試方法及一些行業新標準等等缺少更新。經過改革后的實驗項目，提高了創新設計型實驗項目的比例，加入了一些新的測試方法、新的科研技術，以及新的行業標準。學生可自主選擇一些感興趣的創新設計型實驗，帶著興趣去做實驗，這樣既可以讓學生體會到學習研究中的困難和艱辛又能體會到實驗成功后的樂趣，既能提高學生在學習、生活及科研中遇到實際問題分析問題、解決問題的能力，又能提高學生的創新思維能力，開拓學生的知識面。

4.考核體系改革。實驗教學是培養學生動手能力，加深理解和掌握所學理論知識，驗證理論現象，了解專業儀器設備和培養學生創新能力的一個重要教學環節。實驗教學應該以學生查閱資料的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結協作的能力等各方面作為一個綜合評價體系，全面準確的評價學生的實踐能力。改革后的考核體系是以滿分為100分，其中預習報告占10%，設計方案占20%，臺架搭建占20%，實驗分析占20%，實驗報告10%，平時團隊協作占10%，課堂出勤及表現占10%的加權考核體系，創新設計能力算加分項（20分為上限）。這種考核體系既能提高學生的學習積極性和動手實踐能力，又能激發學生的創新意識和創新精神，培養學生的創新能力、獨立思維能力和科研能力，同時還能加強學生之間的團隊協作能力，既能考評各個層次的學生能力，又能照顧到有創新設計能力的學生，對學生的各項能力考評也更公平公正。

三、結語

基于“四步一體”的汽車發動機專業開放式實驗教學模式有利于學生對汽車發動機的專業知識的理解、對實驗儀器設備的測量原理有更清楚的認識，強化學生的動手實踐能力，培養學生獨立思考的能力，提高學生分析問題，解決問題的能力，加強學生團體協作的能力及培養學生的創新思維能力，促進學生綜合素質的培養，對工科專業課程的實驗教學具有一定的借鑒作用。

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[責任編輯 李金波]