基于CDIO工程教育理念的課程教學改革探索

摘要：基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”培養(yǎng)目標對課程的要求，本文將CDIO創(chuàng)新型工程教育理念引入到汽車發(fā)動機電控技術的教學改革探索中，強調課程教學與企業(yè)和市場對接，注重學生創(chuàng)新和工程實踐能力培養(yǎng)，優(yōu)化課程教學內(nèi)容，改革教學模式，使課程教學達到“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”對學生素質和能力培養(yǎng)的要求。

關鍵詞：卓越計劃；CDIO；工程教育；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）49-0030-03

汽車發(fā)動機電控技術通常作為汽車類專業(yè)的重要專業(yè)課程，是一門介紹現(xiàn)代汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)的結構和工作原理的課程，是學生在課堂內(nèi)了解掌握現(xiàn)代汽車發(fā)動機先進技術的最主要途徑。隨著“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”目標的提出，課程的教學目標從純理論教學提升到以理論傳授、個人素質提高和能力培養(yǎng)并重的更高層次。為此，在課程教學改革中引入“構思—設計—實現(xiàn)—運行”CDIO（Conceiving-Designing-Implementing-Operation）創(chuàng)新型工程教育理念，改革教學方法和手段，同時優(yōu)化課程教學內(nèi)容，建設具工程背景師資隊伍，使課程教學達到知識傳授、能力培養(yǎng)、素質提高三方面的目標、達到“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）對課程提出的要求。

一、汽車發(fā)動機電控技術課程現(xiàn)狀

現(xiàn)有汽車發(fā)動機電控技術課程，通過化油器式發(fā)動機與電控發(fā)動機的比較，展開對汽油發(fā)動機電控技術的介紹，包括電控系統(tǒng)組成和工作原理、燃油噴射控制、點火系統(tǒng)控制及其他怠速、進氣、排放、故障診斷等輔助控制，課程完全采取課堂理論教學方式。該課程傳統(tǒng)教學存在以下幾個方面不足。

1.課程內(nèi)容知識面窄、知識陳舊，汽油機電控技術發(fā)展基本成型，從現(xiàn)階段看，現(xiàn)代發(fā)動機電控技術的發(fā)展更多的表現(xiàn)在柴油機電控技術方面，作為反映現(xiàn)代汽車發(fā)動機電控技術發(fā)展的一門課程，課程的內(nèi)容應該包括對柴油機電控技術的介紹。

2.課程內(nèi)容與生產(chǎn)實際脫節(jié)，只有理論闡述，缺少電控系統(tǒng)開發(fā)相應內(nèi)容。

3.課程教學理念陳舊、教學方法單一，采取課堂灌輸方式。

4.課程教學僅以結構認識和原理理解為目的，學生專業(yè)知識面、對專業(yè)知識理解的深度都受到限制，沒有對學生工程能力的訓練和培養(yǎng)。

二、“卓越計劃”對課程的要求

“卓越計劃”是教育部基于我國現(xiàn)有工程人才現(xiàn)狀于2009年提出的，其核心是培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。“卓越計劃”的要求體現(xiàn)到課程內(nèi)，則要求課程在內(nèi)容上與現(xiàn)代技術發(fā)展、市場對人才知識結構需求的吻合，在能力培養(yǎng)上注重工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，在教學模式和手段上與企業(yè)生產(chǎn)實際相銜接。汽車發(fā)動機電控技術涉及發(fā)動機控制技術，作為整個“卓越計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案中的一門專業(yè)課，應達到以下培養(yǎng)目標：①使學生掌握先進發(fā)動機控制技術知識；②使學生熟知發(fā)動機控制系統(tǒng)行業(yè)、市場、政策狀況；③培養(yǎng)學生發(fā)動機控制系統(tǒng)設計開發(fā)能力；④提高學生創(chuàng)新思維、溝通協(xié)調、自我學習提升等方面的綜合素質和能力。

三、CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的新成果。CDIO工程教育注重培養(yǎng)學生掌握扎實的工程基礎理論和專業(yè)知識，并在此基礎上將教育過程放到工程領域的具體情境中，培養(yǎng)學生的綜合素質能力。CDIO工程教育模式存在以下特點：①大工程理念，CDIO模式下的工程不局限于技術，而重視工程與社會發(fā)展、市場規(guī)律、管理模式、歷史文化、價值觀念、心理、審美等的緊密結合。CDIO的培養(yǎng)目標不僅強調所培養(yǎng)工程師的從事產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)的能力，同時強調工程師的社會責任。②注重綜合素質的培養(yǎng)，CDIO不僅注重專業(yè)知識和實踐能力，還注重合作溝通等社會能力，強調對綜合素質的培養(yǎng)。③密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)，CDIO—構思、設計、實現(xiàn)、運行，即企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)流程，反映出CDIO以產(chǎn)業(yè)需求為導向，以培養(yǎng)適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合格的工程人才為目標的密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)的特點。基于CDIO工程教育理念的課程教學改革，可使汽車發(fā)動機電控技術課程教學實現(xiàn)“卓越計劃”對課程的培養(yǎng)要求。

四、CDIO工程教育理念在汽車發(fā)動機電控技術課程改革中的應用

1.基于CDIO工程教育理念優(yōu)化課程內(nèi)容。針對課程教學存在的不足，基于CDIO——密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)特點及大工程理念，將課程內(nèi)容作以下調整：①去除化油器式發(fā)動機與電控發(fā)動機特點比較；②去除點火控制部分傳統(tǒng)點火系、電子點火系內(nèi)容，僅保留微機控制點火系統(tǒng)；③增加柴油機電控技術章節(jié)，包括柴油機電控技術發(fā)展、柴油機高壓共軌技術等；④增加對混合燃料發(fā)動機電控技術的介紹；⑤增加各控制系統(tǒng)設計、開發(fā)環(huán)節(jié)需具備的知識，包括控制策略、模擬仿真工具的應用、控制系統(tǒng)軟硬件設計、電控系統(tǒng)標定等。經(jīng)過上述內(nèi)容調整，使課程內(nèi)容具備以下優(yōu)點：內(nèi)容新穎，緊跟現(xiàn)代技術發(fā)展；專業(yè)知識面廣；理論與企業(yè)實際結合；注重對學生實際設計開發(fā)能力的培養(yǎng)。

2.基于CDIO工程教育理念的教材建設。基于CDIO工程教育理念，編寫符合企業(yè)生產(chǎn)需要，包含發(fā)動機電控系統(tǒng)設計、開發(fā)、測試、運行內(nèi)容的教材。教材內(nèi)容設計如下：①汽油機電控系統(tǒng)；②柴油機電控系統(tǒng)；③發(fā)動機電控系統(tǒng)傳感器與信號處理技術；④發(fā)動機電控系統(tǒng)執(zhí)行器與驅動電路；⑤基于英飛凌單片機電控燃油噴射系統(tǒng)硬件設計；⑥基于英飛凌單片機電控燃油噴射系統(tǒng)底層軟件設計；⑦柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)控制策略；⑧柴油機電控燃油噴射MAP標定；⑨柴油機電控燃油噴射ECU硬件在還仿真；⑩柴油機電控燃油噴射ECU故障；⑾ECU軟件開發(fā)變量命名規(guī)則與編程規(guī)范。

3.基于CDIO工程教育理念改革教學方法和手段。基于CDIO注重綜合素質培養(yǎng)理念，結合課程內(nèi)容優(yōu)化，改革課程教學方法。①在課堂上注重啟發(fā)式教學，給予學生思考空間；②采用實物教學，實物教學是最直接的教學方法，在使學生認識系統(tǒng)的結構、理解系統(tǒng)工作原理上具有獨到的優(yōu)勢；③進行課堂外的非直接教學，通過課外調研作業(yè)的布置，讓學生開展市場調研、科研調研，促使學生對社會和市場的進一步熟悉，同時訓練學生的信息獲取能力、對知識和信息的組織能力；④項目式教學，在課程教學過程中增加發(fā)動機控制系統(tǒng)設計開發(fā)環(huán)節(jié)，以項目形式，布置給學生完成，項目可設計多種類型，學生多人一組，選定一個項目，在教師指導下共同完成，達到對學生溝通協(xié)調、解決問題、自主學習、工程實踐等能力的訓練和培養(yǎng)。

4.基于CDIO工程教育理念建設具工程背景高素質師資隊伍。具工程背景的高素質師資隊伍是實現(xiàn)“卓越計劃”培養(yǎng)目標、開展CDIO模式教學改革的基本保證。教師工程能力培養(yǎng)，綜合素質提高可從以下幾方面進行：①開展企業(yè)掛職鍛煉，根據(jù)教師教授課程和研究方向，選擇相應企業(yè)，深入體驗企業(yè)生產(chǎn)，掌握企業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)過程及各過程的關鍵知識和技術，提高教師產(chǎn)品設計開發(fā)能力；②建立科研團隊，開展縱、橫向項目，通過團隊中經(jīng)驗豐富教師對青年教師指導，實現(xiàn)經(jīng)驗的傳授，通過縱、橫向項目開發(fā)，與企業(yè)生產(chǎn)接軌，提高產(chǎn)品設計開發(fā)等工程實踐能力；③通過企業(yè)掛職鍛煉和項目開展，使教師熟悉企業(yè)規(guī)范、國家政策環(huán)境、市場需求狀況，進行多方面能力培養(yǎng)；④開展訪問學者培訓計劃，讓教師加入到高校高水平科研團隊中，通過與這些團隊的合作，達到綜合能力的培養(yǎng)和提高。

5.基于CDIO工程教育理念靈活考核方法。結合課程教學方法和手段的改革，設計更靈活實際的考核方法：①通過調研作業(yè)考核，考核學生信息獲取能力、信息敏感度、對信息的重組能力和文字功底；②以項目進行考核，考核學生的溝通交流能力、項目開發(fā)設計能力、組織協(xié)調能力以及職業(yè)倫理道德等綜合素質和能力；③閉卷考試考核，考核學生對理論知識的掌握狀況。實際考核結合以上3種方法，達到對學生的全面考核和客觀評價。

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的目標是促進工程教育改革和創(chuàng)新，培養(yǎng)具有國際競爭力的工程人才，其理念和目標與CDIO工程教育理念不謀而合。“卓越計劃”目標需要通過先進工程教育模式來實現(xiàn)，“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)中的課程要達到培養(yǎng)目標，采用CDIO工程教育模式非常適合。因此，針對汽車發(fā)動機電控技術課程教學的特點和原有不足，本文將CDIO工程教育理念引入課程改革中，實現(xiàn)對課程內(nèi)容的優(yōu)化、教材的建設、教學方法和手段的改革、考核方式的設計，使課程對學生知識和能力的培養(yǎng)達到“卓越計劃”要求。

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基金項目：上海市重點課程建設項目資助（s201106001）上海高校本科重點教學改革項目資助：汽車運用工程專業(yè)工程實踐教學體系探索與實踐