新工科建設背景下項目學習在“汽車設計”課程中的應用

翟昕 劉忠民 何海斌

[摘 要] 針對新工科建設要求，將項目學習的方法引入“汽車設計”課程中，通過引進CDIO教學理念、采用項目學習的教學方法、補充學習內容、改進學生評價方法等一系列措施，探索新工科建設過程中課程改革，經過三年的研究，取得了一定的進展。

[關鍵詞] 項目學習;ODCI教學模式;課程改革

[基金項目] 2020年度校高等教育教學改革研究項目（YBJG202034）

[作者簡介] 翟 昕（1975—），男，新疆喀什人，工學博士，杭州電子科技大學高級工程師，主要從事新能源汽車驅動系統、車輛NVH研究。

[中圖分類號] G642? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）02-0121-04? ? [收稿日期] 2020-04-30

高等教育水平是衡量國家發展水平和發展潛力的重要標志之一，與產業發展密切相關。為了支撐我國正在實施的“中國制造2025”“互聯網+”和“網絡強國”等重大戰略，我國教學系統開展了“卓越工程師培養計劃”“新工科”建設等改革舉措，探索工程教育的新模式。為了實現我國高等工程教育2020年“探索形成新工科建設模式，主動適應新技術、新產業、新經濟發展”的目標[1]，各學科要把握技術創新和產業發展的歷史機遇，針對新工科和國際工程教育對學生、教師、學科和學校的新要求，肩負促進社會經濟發展、深化校企合作的職責，培養具有較強專業知識和工程能力的技術人才。

一、新工科對專業課程的要求

新工科學科專業的建設要借鑒國內外改革經驗，面向新經濟，升級傳統專業知識，培養具有國際視野的創新型工程技術人才。對于車輛工程專業而言，節能與新能源汽車產業是我國戰略新興產業，因此，車輛工程專業要在工程技術人才培養中承擔重要的職責，努力創新，順應產業發展趨勢，助力產業發展。

“汽車設計”是車輛工程專業承上啟下的核心課程，同學們在學習了“汽車構造”“汽車理論”等專業基礎課后，對專業知識有了一定的基礎，再通過“汽車設計”課程的學習，為后續的課程設計和畢業設計等實踐環節奠定設計方法、設計思維和設計手段等基礎，因此在培養體系中有重要的地位和作用。該課程教授學生整車及各大總成的結構方案與性能參數的合理選擇，以及設計計算方法，鍛煉學生綜合應用前期所學的基礎理論和專業基礎知識，提高學生系統分析的思維方式和解決工程問題的能力。在新工科和工程教育背景下，在培養創新型工程技術人才的要求下，課程面臨如下的挑戰。

（一）知識體系的變化

“新工科”關注面向未來的新知識體系，新知識體系比傳統體系更強調知識的整合性、貫通性和復雜性，課程教學也需聚焦更具體、目標更明確、應用更專業。這就要求教師在教授課程的過程中，一方面，優化知識體系，講透基本原理，夯實基礎知識，同時去除部分陳舊和老化的知識，補充產業最新發展的節能與新能源汽車、智能網聯汽車、自動駕駛汽車等新知識和新技術;另一方面，要培養學生利用互聯網、工程計算軟件等工具，解決復雜工程問題的能力。

（二）思維方式的變化

“新工科”要培養學生“數學、自然科學和工程學知識的應用能力;分析和解釋數據的能力;設計能力;多學科綜合運用的能力;解決工程問題的能力;職業道德和倫理責任;交流溝通能力;寬厚的教育基礎知識;終身學習能力;有關當代問題的知識;現代工程工具的使用能力”等11種能力[2]，原有的知識點講解的授課方式就不能再滿足要求了，應該結合上述11種能力的培養改善教學方法，重點培養學生工程思維和考慮問題的全面性。與此相對應的是教師需提升自身的工程能力，即建設雙師型教師隊伍。

（三）教學工作中心的變化

新工科教育要求以學生為中心，關注學生的學習方式和內容，尊重學生的個體興趣與差異。而當代大學生想法新穎、個性突出、善于表現、興趣和職業方向明確，但普遍存在學習態度不端正、知識融會貫通能力弱和職業發展規劃缺失等問題，需要教師積極引導。因此需要教師在教學過程中要充分顧及學生的差異性，投入大量的時間和精力，而目前高校教師的科研壓力普遍較大，協調教學和科研的關系是教師面臨的共同難題。

二、項目學習的改革思路

要培養得到國際工程教育界認可的工程人才需要將工程教育理念運用到教學中去，改革學習內容和教學方式。在“汽車設計”課程改革中，將小組學習、信息化教學等方式和手段綜合應用到項目學習中，是培養車輛工程綜合型工程人才的積極嘗試。

（一）項目學習

項目學習是一種基于實際問題引導學生開展調查的教和學綜合教學法，其具有“圍繞著問題組織課程，讓學生在學習環境中對問題進行深層次的理解，脫離現有教學分離及以教師為中心的課堂教學方式”的特點[3]。項目學習最早始于美國，進入我國的時間相對較晚，在21世紀前后才有學者開展這方面的實踐和研究。[4，5]

項目學習讓學生在完成項目的過程中學習，在教師的引導下自主地進行知識建構既可以是一種輔助教與學的方式，也可以成為教與學的中心環節。

在教學實踐的過程中，在“汽車設計”課程中應用項目學習，一邊教授課本知識點，一邊指定與所學內容有較大差異的車型讓學生自主設計，能保證以學生為中心，結合工程實際問題，在掌握課本知識點的同時，積極進行資料收集、探索研究等項目開展的手段，幫助學生應用所學的知識及技能來獲得項目成果所必需的能力。

（二）學生評價

目前高校學生的課程學習評價依據主要以知識點的記憶為主，專業能力的評價比例較低，甚至沒有。在采用項目學習后，需要對學生的評價方式、評價模式以及評價指標進行相應的調整，做到點面結合，既體現基本知識和理論，又要體現學生工程能力和工程思維。

“汽車設計”課程以前對學生評價采用日常的課后作業和標準化測驗為主要評價方法。這種評價方式偏重于對知識點的死記硬背，不利于綜合能力突出但不愿花精力死記硬背的學生，不能科學地評價學生實際工程能力和工程思維方式。

在項目學習的情境式教學中，通過項目小組共同進行設計，完成設計報告、匯報PPT以及小組答辯，同時讓全體學生參與評價過程，對設計內容、介紹及回答問題的情況進行評價，使評價和教學融為一體，使評價盡可能地反映學生的實際工程能力和工程思維方式。學生評價的最終目標應是以評價來促進學生達到預期的學習效果。學生工程能力的評價可以參照國內外權威機構的工科畢業生能力培養準則、工程師資歷框架以及卓越工程師能力準則等，如美國ABET的“工程準則2000”、歐洲工程師協會的標準等[6，7]。

三、項目學習在課程中的應用

（一）引進CDIO理念

CDIO即“構思、設計、實現、運作”，CDIO工程教育理念由麻省理工學院等幾所著名大學提出，是全球培養工程人才最新、最實用的教學模式，得到了國際工程教育界廣泛認可。將CDIO工程教育理念運用到教學中，提升學生工程思維方式。在教學過程中將小組化教學形式與項目教學模式相結合，培養學生綜合能力和解決復雜工程問題的能力。

我國要求工程教育學生應具備的技能為：基本素質（具有良好的工程職業道德、社會責任感和人文科學素養）;具有現代工程意識;掌握基礎知識和專業知識;了解本專業領域的技術標準和相關行業的政策法規;終身學習能力;分析解決問題能力;創新意識和開發設計能力;管理與溝通合作能力;危機處理能力和國際交流合作能力[8]。在“汽車理論”教學過程中以學生為中心，將學生分成小組，通過項目學習，精心設計小組項目內容，在教師講授完知識點后，由各小組完成自身項目的規劃、材料收集、實施、展示，讓學生在確定總體設計方案、具體零部件設計、相關強度校核計算、相關效果圖和工程圖紙繪制以及成果答辯并接受其他同學的質疑的過程中，完成“構思、設計、實現、運作”等工作。既可以最大程度訓練學生上述能力，又能建立輕松愉快的教學環境，調動學生互動積極性，促進學生所學專業知識的掌握。

（二）課堂講授輔助項目學習

在教學過程中，知識要點和難點通過課堂講授的形式讓學生了解、掌握，同時在講授過程中強調本課程同其他課程的聯系、與已學知識點的關系以及相關知識在工程實踐中如何運用等。學生在理解上述內容的基礎上，再通過項目作業的形式鞏固知識點，利用互聯網工具收集資料開拓視野，綜合運用各種知識解決項目中的難點問題。

在實踐過程中，按照目前市場熱門車型和學生感興趣的車型設計不同的項目，根據學生的意愿將其分成不同的項目組，每個項目組再按整體設計、各系統設計分成若干小組，每個小組需要根據項目的要求進行團隊分工，合作完成基本任務。這些基本任務包括：根據整車要求設計結構、主要參數、校核計算，完成設計計算報告;根據自己設計系統的向前置小組索取數據，向后置小組提供數據;從互聯網收集國際知名企業同類產品的信息;根據項目小組工作內容完成匯報PPT;向全體介紹項目設計情況（PPT），并回答相關問題。

（三）知識內容與時俱進

工科專業普遍存在授課教材的內容與產業和技術發展現狀存在一定的滯后現象，由于近年來我國汽車產業和新能源汽車發展迅速，因此車輛工程專業這一矛盾尤其突出。浙江省吉利、眾泰、萬向等汽車及零部件企業發展迅速，合眾、威馬、電咖、零跑等造車新勢力紛紛落戶，帶動了新能源、智能網聯汽車產業蓬勃發展，極大地提升了學生的學習興趣。因此在教學過程中，重視學生的疑惑，既講清楚課本關鍵知識點，又要講解清楚新舊產品的結構原理和各自的優缺點，同時介紹學科研究新進展，提高學生的學習興趣。

精心設計項目內容，通過項目配合講授內容，將產業和技術的最新發展引入到教學中，更新學生的知識體系。在保證項目內容涉及課本主要知識點的基礎上，每個項目要有自身的特色，需要學生根據項目需要自己去完成相關設計，從實踐的效果看，對于課堂沒有教授的相關內容，學生的項目作業的完成情況反而更好，這充分說明了學習積極性的重要作用。

（四）學生評價注重效果

為配合教改的實施，對學生的評價也應做出相應的調整，“汽車設計”課程采用形成性評價與終結性評價相結合的評價方法。總評成績由平時成績和期末考試成績兩部分構成。

項目學習的成績作為平時成績計入總成績中。在成績評估環節，注重完成項目的過程，綜合對各環節給予評價。由于在改革探索階段，項目學習的成績組成：設計計算報告的完整、規范和正確性占40%;匯報PPT的邏輯、簡潔和完整性占25%;小組介紹語言表述和回答提問表現占25%;與國際知名企業同類產品對比的完整性和全面性占10%。為提升團隊凝聚力，讓小組成員重視團隊。給予兩項特別評價：一是每個小組的組長有權根據每個成員的貢獻和配合程度，在教師評定成績的基礎上，有5分的浮動分數;二是教師對每個小組對其他小組所需提供信息的配合程度，有5分的浮動分數。這樣基本對項目學習進行客觀評價。期末考試成績仍然按照標準試卷測試的方法。

（五）改革過程持續改進

課程改革是一個持續改進的過程，各項工作在探索和糾偏中不斷完善。所有教學手段需在一定的教育思想指導下，反映客觀規律。必須認識到一些傳統手段的有效性。

在課程改革的幾年中也發現，對于基礎知識薄弱、自主學習積極性不高的學生，項目學習的效果不理想，學生對完成相關的工作感到非常吃力。因此，這類學生的項目內容要盡可能貼近課本內容，從實踐結果看這部分學生還是比較適應期末試卷考核的方式。而對于學習能力強、學習積極性高的學生，項目學習能充分調動其學習積極性，發揮其學習能力。

四、分析與總結

（一）效果分析

通過近三年的實踐研究，在綜合分析學生前后階段學習效果的基礎上，有以下結論。

1.學習態度是項目學習取得成效的關鍵。積極主動的學生學習效果非常好，在項目選擇和團隊分工階段，他們會主動挑選有難度、工作量大的工作，并且很快完成小組分工、工作安排;在項目實施階段，他們主動查閱資料、挑戰有難度的內容，遇到困難時會主動聯系老師，完善方案，課堂沒有介紹的內容積極想辦法;在項目答辯階段，言簡意賅、重點突出。同時他們對其他小組需要的參數、資料等，也能積極主動提供。

2.合理的人員搭配是項目學習取得成效的保證。合理的項目組人員搭配能形成互補，有利于項目的完成。通常女生比較認真仔細，因此計算準確、內容翔實、排版規范;對產業發展感興趣的同學思路廣、有想法，收集國際資料全，分析也到位，但是能反映到計算報告和PPT中的內容較有限，給人虎頭蛇尾的感覺;部分內向的同學，計算報告和PPT質量非常高，但小組匯報時不善表達，感到沒內容可說。從實際效果看，取得好成績的小組基本都是人員搭配合理。

3.項目學習能促進學生主動學習。通過課程學習后的問卷調查，同學們基本都認可這種學習方式，認為對自身能力的提高很大。同學間相互促進，看到了差距會積極主動地想辦法彌補。

（二）總結

在新工科教學改革背景下，各學科專業課程應突破傳統的、狹隘的觀念，拓寬人才培養工作的視野，實現適應科技進步和社會發展的培養方案。雖然目前在教學實踐中開展了積極的嘗試，也取得了一定的成效，但必須認識到課程改革是一個長期探索和實踐的過程，我們應立足當前、面向未來，以發展的思維不斷探索。我們也應該認識到：（1）目前改革舉措開展的時間還比較短，取得的效果還需要在今后的工作中不斷完善。（2）“新工科”改革具有長期性和復雜性，要充分認識到學生和社會需求的差異，很難有通用的標準和革新手段。（3）根據國家和學校的政策、學生的特性、學科的特點綜合考慮，從專業知識體系建設的角度，各專業課程密切合作才是改革的出路。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部. “新工科”建設行動路線（“天大行動”）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/

201704/t20170412_302427.html

[2]Engineering Accreditation Commission， ABET， Criteria for Accrediting Engineering Programs（2006～2007 Accreditation Cycle）， http： www. abet. org/

[3]趙希武.基于項目學習模式的Intel未來教育的教學設計[J].教育技術研究，2006（2）.

[4]洪長禮.項目教學法的培訓效果初探[J].福建行政學院福建經濟管理干部學院學報，1998（4）.

[5]劉育東.我國項目學習研究：問題與趨勢[J].蘇州大學學報，2010（4）.

[6]李勝強，雷環，高國華，葉紅玲.以項目為基礎的教學方法對提高大學生工程實踐自我效能的影響研究[J].高等工程教育研究，2011（3）.

[7]林健.“卓越工程師教育培養計劃”專業培養方案研究[J].清華大學教育研究，2011（4）：48.

[8]林健.“卓越工程師教育培養計劃”通用標準研制[J].高等工程教育研究，2010（4）：22-27.

[9]劉寶，李貞剛，阮伯興.基于工程教育專業認證的大學課堂教學模式改革[J].黑龍江高教研究，2017（4）：157-160.

Application of Project Learning in the Course of Auto Design under the Background of “Emerging Engineering Education”

ZHAI Xin， LIU Zhong-min， HE Hai-bin

（College of Mechanical Engineering，Hangzhou Dianzi University， Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract： According to the requirements of the “emerging engineering education”， the method of project learning is introduced into the Auto Design course. By adopting a series of measures， including introducing the CDIO teaching concept， applying the project learning method， supplementing the learning content， and improving the evaluation methods， the course reform in the process of “emerging engineering education”construction has been explored. After three years of follow-up research， some progress has been made.

Key words： project learning; CDIO teaching model; teaching reform