基于工训大赛驱动引导的课程改革探索——以《汽车拖拉机学》和《汽车构造》为例.pdf

郑乐，王广玮，韦武：基于工训大赛驱动引导的课程改革探索103基于工训大赛驱动引导的课程改革探索以汽车拖拉机学和汽车构造为例郑乐，王广玮，韦武（贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550025）摘要：根据汽车拖拉机学和汽车构造课程的教学特点，以中国大学生工程实践与创新能力大赛中热能小车的设计要点为内容引领，在新工科与新农科相结合的背景下，对教学过程进行改进。针对目前车辆工程和农业机械及自动化专业学生能力培养和工程训练衔接中存在的不足之处，结合创新开放的课堂教学和工程训练，以竞赛题目为驱动，建立专业课、工程训练与大学生竞赛相互融合的培养方式，构建“竞赛驱动、教学结合、学训赛深度融合”的创新型教学模式，以期对培养车辆工程和农业机械及自动化专业人才提供良好的支撑。关键词：汽车理论；教学模式；理论实践；人才培养基金项目：教育部新农科研究与改革实践项目“农机专业信息技术与教育教学深度融合实践”新型农林人才培养改革实践（2020）52 号；贵州大学 2021 年度校级教改项目暨省级教学内容与课程体系改革项目（XJG2021013）。作者简介：郑乐，男，博士，贵州大学机械工程学院讲师、硕士生导师。王广玮，男，博士，贵州大学机械工程学院讲师、硕士生导师。韦武，男，博士，贵州大学机械工程学院副教授，硕士生导师。近年来，随着新工科和新农科相互融合的学科专业教学方式的推进，汽车拖拉机学和汽车构造这两门课程也相应有了新的教学目标。汽车拖拉机学和汽车构造的主要教学内容包括汽车和拖拉机总体构造1，发动机总体组成等等，是车辆工程和农业机械化及自动化专业学生的专业核心课程2-5。汽车和拖拉机结构104 Academic and Practise 学术与实践复杂，种类繁多，这就导致课程具有专业名词多、教学内容繁杂抽象、实验实践学时紧、课程动手实践性强等特点。由于拖拉机具有在不同复杂田地环境下作业的特点，要面对不同的农作物来进行相关作业，这就要求学生不但要熟悉工科的基础知识，还必须具备相应的农学知识，农学和工学的知识点需要融会贯通。为深入学习贯彻习近平总书记关于教育的重要论述，扎实推进新工科建设，着力提升大学生工程实践和创新能力，教育部等举办了“中国大学生工程实践与创新能力大赛”（以下简称“工训大赛”）。该竞赛重点考察学生对力学、机械原理、机械设计等课程的综合运用能力6-8。随着竞赛项目的不断发展，参加竞赛的学生在专业知识、实践能力等方面不断获得提升，各个高校也针对竞赛制定了相应的鼓励政策，例如可在课程总成绩中加分或获得保研资格，在竞赛中表现优异者也更容易获得企业认可9-11。工训大赛每年的题目都是全新的，学生很难抄袭或直接照搬往年做法12，13。大赛的训练以团队为基础，团队内分工明确又互相协作，有利于培养学生的团队合作意识14，15。在新工科与新农科的发展背景下，如何以竞赛为指引，结合课堂的理论讲授和工程训练的实际情况，培养学生运用所学知识解决实际工程问题的能力就显得尤为突出，这也对专业课教师提出了更高的要求16，17。一、汽车拖拉机学教学现状汽车拖拉机学是农业机械化及自动化专业三年级本科生的必修课程之一，要求学生掌握汽车拖拉机的基本构造和工作原理。传统的教学模式主要是以教师的课堂讲授为主，实验课程为辅，这种教学方式很难激发学生学习和探究的兴趣。目前，该课程教学内容和课时安排存在矛盾。随着本科教学的改革，本课程的学时数从 64 缩减到了 48，在有限的学时数下，既要充分保证教学内容的完整性，又要结合课程内容的前沿性，不断补充对新技术和新产品的讲授，这就对学生学习和教师教学提出了新的挑战。在保证课堂教学质量的前提下培养学生的专业设计能力、工程实践能力，需要对传统的教学模式进行探索和改革。二、工程综合训练课程现状工程综合训练是农业机械及自动化和车辆工程专业的必修实践类课程之一，要求通过课堂理论教学、教师亲自示范、郑乐，王广玮，韦武：基于工训大赛驱动引导的课程改革探索105学生模仿实践等环节，完成相关的实践任务。该课程现存的问题是：一是学生往往按部就班地机械模仿，很难有自己的想法并付诸于实践；二是教师往往根据教学传统安排布置题目，很多题目都比较陈旧，缺乏创新。工训大赛题目灵活多变，每一年的大赛题目都是对实际出现的工程问题的创新，对加工方法和相关材料的选择限制较少，学生的自主选择权比较大，因此学生可以将自己的设计理念充分表达出来。通过对理论模型的仿真和验证，在与指导教师的充分交流下将之加工成实物，可以使学生进一步加深对工程加工的认知。三、“竞赛驱动、教学结合、学训赛融合”的教学改革思路在“竞赛驱动、教学结合、学训赛融合”的教学模式下，教师是学习的引导者、学生是学习任务和竞赛项目的具体执行者。在整个竞赛的准备过程中，学生可以发现平时学习中的不足，教师也可以提出针对性的意见和建议，师生共同探讨，不断地提升设计和制作能力，形成一个良性的闭环系统。在竞赛的驱动下，不但能够激发学生的学习兴趣，同时培养学生分析问题和解决问题的能力。结合工程实训的相关要求，还可以加强学生的动手能力，训练学生具备自动自发自主学习的能力18，19。例如，在讲授新能源汽车相关章节的时候，教师可以以竞赛实际为例，结合工训大赛基础赛道的热能驱动车比赛要求，使学生更深刻地认识到新能源的优点，认识到与传统汽油和柴油相比，乙醇是更好的绿色清洁能源。又如，在热能驱动车比赛中，由于需要最大程度地将酒精燃烧的热能转换为驱动自身行走的动能，所以学生在经过综合考虑后，最终会选择斯特林发动机作为动力源。斯特林发动机适用于各种液态、固态的燃料，噪音小，不受气压的影响，最重要的是效率非常高。缺点是它的反应时间相对较慢，所以在比赛前需要进行预热工作。另外，由于斯特林发动机是典型的外燃发动机，学生在竞赛的过程中，不得不考虑增加防风装置和防火焰飘逸装置，在设计和改进的过程中就能更加深刻地理解内燃机的优点。在讲授发动机章节时结合这一点，学生便能更好地认识到内燃机和外燃机的相关区别。竞赛赛道障碍桩随机的变化布置，将考验学生在方向和转弯设计方面的基本功。首先，学生选择三轮结构还是四轮机构，不但要考虑转向机构的复杂程度和零件数量，还要考虑不同的车身结构对车身大小的影响，这就使学生对车身的设计有了初106 Academic and Practise 学术与实践步的认识。其次，在驱动方式上采用后驱单轮驱动，即用右后轮作为驱动轮，左后轮为从动轮，从动轮单独一根从动轴，由此可以达到差速转弯的目的，使小车转向更为平稳。通过教师引导、查找资料、学生设计改进，最终选用大小轮机构，将右后轮设计为大轮，左后轮和前轮设计为小轮，满足不同轨迹的要求，可以保证装置在合理直径比范围内。结合这一竞赛实例，在课堂上讲授转向系统这一章节时，学生能够更深刻地体会到不同转向方式的优缺点。以竞赛作为驱动牵引，将竞赛题目和课堂讲授充分结合在一起。例如，竞赛要求学生在只有 5 毫升燃料的情况下，尽可能使小车跑得更远，这就要求尽可能降低小车的重量，以达到最大限度地延长小车行驶距离的要求。通过在竞赛准备过程中，了解车辆的基本构造、基本原理，教师对学生在实际设计、零部件的加工制造与装配以及小车的安装调试等方面进行指导，综合运用所学的相关知识，来完成竞赛要求。四、结论在新工科和新农科的背景下，以工训大赛作为驱动牵引，结合汽车拖拉机学和工程综合训练课程，改变传统的教学方式。通过赛教训结合的方式，充分调动学生的学习积极性，培养其独立思考能力以及实际动手能力，学会独立解决实际的工程问题，从而增强学生的创新意识，进一步提升学生的工程实践能力。参考文献：1 于雷.“双元制”教学模式对我国中等职业院校教改启示以汽车维修专业为例 J.天津职业院校联合学报,2021,23(8)：21-25.2 张继方,徐颖若.新能源汽车产业发展规划(20212035)新能源汽车技术专业教改探究 J.河北农机,2021(2)：93-94.3 胡望琴,胡志荣.高职农机专业“AUTOCAD”课程虚拟社群教学方案设计 J.南方农机,2021,52(21)：65-67.4 戴 飞.混 合 式 教 学 法 在 农 业 机 械 化 生 产学课程的应用探索 J.赤峰学院学报(自然科学版),2021,37(3)：80-83.5 李晓刚,施权浩.基于“1+X”证书制度下的汽车检修专业教改探究 J.内燃机与配件,2021(15)：252-253.6 刘树峰,张广玲,吕钊钦,等.基于系统工程理论的农业机械教学理念及设计方法探索 J.冶金管理,2021(15)：181-182.7 嵇春梅,王赞森,刘宁.基于小型农用机械管理系统的项目式教学总体设计 J.河北农机,2021(9)：115-116.郑乐，王广玮，韦武：基于工训大赛驱动引导的课程改革探索1078 阮培英,蔡善儒,宋井玲,等.农业机械化专业主干课程实验教学体系改革探讨 J.农业与技术,2021,41(21)：170-172.9 熊 立 瑰,李 娟,王 英 姿,等.基 于 CAS 理论教学模式的茶学研究法教学改革研究以“茶树田间试验”教学内容为例 J.茶叶通讯,2021,48(3)：578-583.10 赵建国,袁大超,赵晓顺,等.基于案例分析和项目教学双驱动教学模式探讨以农机工程材料及延寿技术课程为例 J.河北农机,2021(1)：26-28.11 张立芸,张海东,蔡宗寿,等.基于微课和互联网的农机专业农业设施学课程教学改革探索 J.安徽农业科学,2021,49(10)：279-282.12 杜芳.汽车营销课程教改模式的创新探索与实践 J.汽车维护与修理,2021(14)：46-47.13 屈哲,何勋,张红梅,等.新工科背景下农机一流专业建设与人才培养探索 J.农业开发与装备,2021(9)：82-83.14 戚江涛,蒙贺伟,坎杂,等.新工科背景下农机专业实践教学体系建设探索 J.科教文汇(中旬刊),2021(10)：74-77.15 杨洋,万玲,王韦韦,等.新农科背景下拖拉机构造虚拟仿真实验教学平台建设 J.高等农业教育,2021(2)：108-111.16 王霞,李红宇,郭永霞.植物生产类专业课程思政的探索与实践以“田间试验与统计分析”课程为例 J.教育教学论坛,2021(29)：105-108.17 李文涛,马永财,付晓明.“工程热力学与传热学”课程教学改革探索 J.黑龙江教育(高教研究与评估),2020(9)：21-22.18 苏 广 东,马 佳 乐,刘 扬,等.“汽 车 与 拖拉机学”实验教学改革与实践的研究 J.科技与创新,2020(20)：142-143.19 万 芳 新.“任 务 引 导,项 目 驱 动”下的汽车拖拉机学课程改革 J.陇东学院学报,2020,31(5):130-132.