“項目-任務驅動”教學模式大學生工程能力培養研究

羅浩　吳振鵬　朱俊懿

摘 要：在大力倡導工程教育專業認證的背景下，對工科專業工程應用類軟件課程的教學改革勢在必行。此研究基于工程教育專業認證理念和要求，對《汽車CAD/CAE》課程教學問題和現狀進行分析與梳理，采用“項目-任務驅動”教學模式，以實際工程需求為依據，對教學目標、教學內容、授課方式和考核方式等方面開展教學改革，并持續反饋改進，以達到一定程度上提高學生工程能力的目的，以夯實車輛工程專業開展工程教育認證的基礎。

關鍵詞：汽車CAD/CAE 工程能力 教學改革

在中國高等教育中，工程教育是重要組成部分。作為國際認可的工程教育質量保證體系，工程教育專業認證也是工程師資格與工程教育國際認可的重要基礎。 工程教育專業認證的核心是確保其是否符合行業認可的工程畢業生質量標準。這是一項以培養目標和畢業出口要求為導向的資格評估。在這種情況下，學生不僅應具有扎實的專業理論知識，而且還應具有較強的工程意識和能力。

目前，國內外學者已開始了項目驅動和任務驅動教學法相融合的研究，并取得了一定的研究成果。在工程教育專業認證及創新創業背景下，探索兩種教學法相融合的教學模式，提升學生工程創新實踐能力勢在必行。

此研究以筆者承擔的《汽車CAD/CAE》課程為例來開展課程教學改革研究。根據前期調研發現，傳統的《汽車CAD/CAE》課程教學，一般以三維軟件的常規操作方法教學為主，本質上是軟件使用教程的學習。教學流程采用軟件普遍的使用教程流程進行，建模對象一般是較為簡單的針對單一知識點的模型。課程結束后，學生普遍掌握了單一知識點的軟件操作方法，即掌握了軟件的使用方法。但是，針對本專業涉及的汽車上復雜的汽車零部件建模，學生在做畢業設計過程中，普遍感覺無從下手，很多學生不具備復雜汽車零部件建模的能力，不具備相應的工程能力。本研究探索“項目-任務驅動”的混合教學模式在《汽車CAD/CAE》課程中的應用，為如何更好地培養工科專業學生的工程能力提供了一定的理論參考。具體而言，以武漢商學院機電工程學院2017級車輛工程專業學生為研究對象，從《汽車CAD/CAE》課程的教學目標、教學內容、授課方式和考核方式等幾個方面展開研究，對《汽車CAD/CAE》課程進行教學改革，將工程能力作為《汽車CAD/CAE》課程的培養目標，構建知識點和任務對應的課程內容，以便為其他課程改革提供范例。

1 教學過程中的問題

1.1 學生工程能力普遍不足

在第九屆中國工程院院士大會上，工程院常務副院長潘院士表示，中國的高等工程教育存在一些弊端，即教育重視理論而忽視實踐，在教職員工方面缺乏工程實踐背景，導致學生大多從理論上學習。課程結構不合理，缺乏實踐知識的指導，課程創新還不夠。創新能力和工程能力的訓練不足，對職業道德和職業能力的教育還不夠。高等工程教育的這種情況使我們的學生缺乏創新能力、實踐能力、合作意識和人際交往能力。

1.2 課程教學內容、授課方式和考核方式制度不完善

《汽車CAD/CAE》該課程最重要的部分是培養學生的工程能力，其中最重要的是獨立設計和建模復雜零件的能力。目前，學生在知識的學習上面面俱到，單一的軟件操作掌握熟練，但是在實際項目中卻無從下手。筆者認為，存在這樣的問題，主要有以下幾個原因：

在傳統的教學內容中，根據對部分普通高校車輛工程專業《汽車CAD/CAE》課程的研究調查。目前，大多數高校車輛工程專業都開設了《汽車CAD/CAE》課程。普通高等教育教材種類多，不同學校的教材和教學大綱并不相同，但教材的內容主要基于對單個軟件操作技能的講解。教學內容的組織是以軟件的使用流程進行，學生往往對單一軟件操作方法掌握的比較熟練，但綜合設計建模能力較弱。其次，教學內容主要來源于教材，一般包括軟件的二維草圖繪制，三維零件建模，零件裝配，仿真等等，缺少較為復雜的汽車相關的零部件的綜合設計建模訓練。再者，學生過于依賴教師，過于依賴課本，對于教材中涉及的操作方法，可以熟練地對照課本進行操作。但是，對于教師單獨給出的、沒有操作教程的對象的建模，學生普遍無從下手，獨立解決工程問題的能力有限，缺少工程設計思維的訓練。

在傳統的授課方式中，主要是授課教師在講臺上講解，幾乎所有的教學活動都是由老師組織的，學生只是被動地接受。在這種教學模式下，它嚴重制約了學生創新設計思維和工程實踐能力的培養。特別是在實驗環節中，學生基本上按照實驗指導書的指導進行，缺乏獨立工程實踐項目設計建模的訓練，在綜合設計建模操作時相當吃力，缺少工程設計思維的訓練。

在傳統的考核方式中，對于《汽車CAD/CAE》課程，目前傳統的考核方式仍以紙質試卷考試的方式為主，考核方式單一。此研究將探索以上機實踐操作考試、平時實踐項目提交、參與學科競賽成績和課堂綜合表現等形式的多維考核方式，評定這門課程最終成績。

2 教學改革思路

工程能力的培養最核心的目的是要讓學生能夠獨立自主地完成一項項工程項目。在基于“項目-任務驅動”的教學模式中，首先，我們應該設計合理可行的項目，然后結合課程相關知識點制定相應的任務，在完成任務的過程中，能夠使學生的實際工程能力有所提升，讓學生在掌握課程基礎知識的同時，進一步培養學生的工程能力。

本研究從基于“項目-任務驅動”混合教學模式出發，對筆者承擔的《汽車CAD/CAE》，研究了該課程的教學目的、教學內容、教學方法和考核方法，解決整個教學過程中工程能力不足的問題。本文探討了培養學生工程能力的教學模式，以及如何將考核方法滲透到教學過程的各個方面。將課程的主線劃分為一個個實際工程項目，將課程的知識要點和工程項目的實例對應起來，使教學內容在前后聯系上更加緊密，使學生在實踐中學習得更加連續和融合。 同時，根據知識點，在教學中制定相關的課程任務，使學生在完成課程任務的過程中，帶動學生學習《汽車CAD / CAE》的知識點，從而更好地鍛煉學生的計算機繪圖，仿真和工程能力。具體而言：

2.1 基于“項目-任務驅動”混合教學模式的教學目標

基于工程教育專業認證理念，以實際工程需求為依據，改變傳統教學過程中“按模塊，講命令”的方式，以實際工程設計思維的培養為目標，重點培養學生基于三維設計軟件工具，解決復雜汽車零部件的設計建模能力，而不是熟悉軟件使用方法的能力。

2.2 基于“項目-任務驅動”混合教學模式的教學內容

本課程從汽車的核心部件開始，在結構設計和建模思想的指導下，結合實際項目和企業實例，使學生掌握相關設計和建模的具體過程和操作方法，以便讓學生的實際工程能力得到有效提升。通過甄選，確定了“把手草圖繪制”、“發動機撥叉建模”、“蝸桿設計”、“汽車油箱三維建模”、“變速器軸三維建模”、“變速箱裝配體”、“支架工程圖設計”等具體的汽車相關的綜合設計項目，對于每一個項目，針對性地分拆為多個課堂任務。通過“項目-任務驅動”模式，推進授課進程。在課程最后，結合相關CEA軟件，確定了以例如“基于ADAMS/CAR（一種CAE汽車軟件）四輪轉向汽車操縱動力學仿真”和“基于ANSYS（一種CAE軟件）的白車身結構分析”等實際工程實例為教學綜合項目，并鼓勵學生參與“全國汽車創意設計大賽”、“中國汽車造型設計大賽”、“先進成圖大賽”和“3D大賽”等學科競賽，將好的學生作品納入本課程的教學案例庫中，擴充課程教學資源。

同時，通過與相關企業開展校企聯合應用型人才培養，借助實際企業工程項目豐富教學案例，增強學生對評價標準和設計過程的認識，增加學生的工程實踐經驗，從而教學內容更具針對性，突出專業性，提高實用性，激發學生的學習欲望。課后練習是工程實踐教學的重要組成部分，可以加深學生對模塊命令和課堂內容的理解和掌握。因此，有必要建立一個豐富的習題數據庫，根據實際操作的難度將其劃分為不同的層次，并根據相應的要求提供相關的課后實踐內容，為學生的持續進步和發展提供幫助和便利。

2.3 基于“項目-任務驅動”混合教學模式的授課方式

改變傳統授課方式，減少教師“填鴨式”授課時間。教師的主要職責是組織課堂教學和課堂答疑。適當增加學生自主上機練習時間，采用分組完成單獨完成項目的方式，讓學生之間相互學習解決問題，對于學生解決不了的，再由授課教師進行講解。針對筆者承擔的《汽車CAD/CAE》課程，目前授課方式全部采用上機授課。對于軟件中“各命令”，“各模塊”的學習，由教師推薦軟件自學網站，學生自學的方式進行。課程中，首先將學生分成若干小組，由教師分發前文中提到的綜合設計項目。然后學生一起討論，對于本次課的項目，需要用到哪些軟件操作命令，設計的流程可以有哪些，具體的流程步驟如何等。最后學生自主上機操作，教師答疑。

2.4 基于“項目-任務驅動”混合教學模式的考核方式

考核方式上，減少筆試的權重，側重以上機實踐操作考試、平時實踐項目提交、參與學科競賽成績和課堂綜合表現為依據的多維課程考核形式。為了更好地評估應用型本科生的學習過程，應將考核過程深化到每個教學環節，提高學生的學習興趣，促進他們的全面發展。

3 結語

隨著工程教育專業認證的不斷推廣，課程改革和專業建設是獲得專業認證的必由之路。本研究在筆者承擔的《汽車CAD/CAE》課程的基礎上，研究分析了《汽車CAD/CAE》課程的教學問題和現狀，面向現代工程教育專業認證開展實踐探索與課程改革。在教學目標、教學內容、授課方式和考核方式等方面進行了優化設計。從課程改革效果看，“項目-任務驅動”混合教學模式和企業工程項目案例的整合，激發了學生的學習動力，增強了學生的工程實踐能力，優化的教學方法充分調動了學生的學習熱情。該課程的教學效果取得了良好的效果，為應用型人才的培養提供了保證。此教學模式同樣可以嘗試應用于《UG計算機輔助制造》和《Altium Designer電路設計與仿真》等應用性較強的工程應用軟件課程的教學。工程專業認證和創新創業背景下，探索基于“項目-任務驅動”的混合教學模式，有利于大力提升應用型本科高校學生的工程應用能力。同時，探索《汽車CAD/CAE》等工程軟件類課程的教學方法和質量評估體系，有利于深化教學改革，提高教學水平與人才培養質量。

基金名稱：武漢商學院2019年度校級教學改革研究項目。編號：2019N019

參考文獻：

[1]何敏華.項目導入任務驅動教學法在“C語言程序設計”課程教學中的運用[J].江蘇科技信息，2017（31）：67-68.

[2]艾斯木比提·阿布力特甫.“項目導入任務驅動”教學法在《C語言程序設計》教學中的應用[D].新疆師范大學，2016.

[3]張宏偉，牛軍.CAD課程項目驅動法教學改革的探討[J].教育教學論壇，2018（05）：108-109.

[4]吳媛，羅飛，饒晶，王娟.三維動畫制作課程項目驅動法教學改革初探[J].信息與電腦（理論版），2012（02）：187-188.

[5]曾敏.基于項目驅動法的機械設計基礎課程教學改革探索[J].當代職業教育，2015（01）：20-22+42.

[6]彭麗.基于翻轉課堂理念與項目驅動模式的ESP教學實踐——以“品牌推廣”項目為例[A].四川西部文獻編譯研究中心.外語教育與翻譯發展創新研究（第八卷）[C].：四川西部文獻編譯研究中心，2019：4.

[7]李湘文，周玲，周燕.基于雙層項目驅動法的計算機公共課程教學改革[A]. Information Engineering Research Institute（USA）、Singapore Management and Sports Science Institute（Singapore）.Proceedings of 2018 7th International Conference on Information ， Communication and Education Application （ICEA 2018）[C].Information Engineering Research Institute（USA）、Singapore Management and Sports Science Institute（Singapore）：智能信息技術應用學會，2018：5.

[8]陳鑫.基于項目-任務驅動混合教學模式下大學生工程能力培養的研究與實踐[D].四川師范大學，2018.

[9]楊洪剛.面向工程教育專業認證的《汽車CAD/CAE》教學改革實踐[J].教育現代化，2019，6（18）：56-57+88.

[10]胡若冰.項目驅動教學法在職業院校大學英語教學中的應用研究[D].江西科技師范大學，2016.