基于OBE理念的智能車輛工程C語言課程教學改革研究

摘 要：在智能車輛工程領域，編程能力對于解決復雜工程問題和汽車電子控制系統開發至關重要。C語言作為基礎編程語言，在智能車輛相關的嵌入式系統、汽車電子控制單元（ECU）編程等方面廣泛應用。然而，傳統的C語言課程教學往往脫離智能車輛工程實際應用場景，導致學生學習目的不明確，難以將所學知識有效應用于專業領域。基于OBE（成果導向教育）理念，研究結合智能車輛工程專業需求對C語言課程教學進行改革，通過優化教學內容、創新教學方法和構建多元化考核體系，有效提升了學生運用C語言解決智能車輛工程實際問題的能力，培養了學生的工程實踐素養與創新思維。

關鍵詞：OBE理念 智能車輛工程 C語言 教學改革 項目驅動 多元化考核

1 緒論

隨著智能車輛工程的快速發展，汽車電子控制系統日益復雜，對編程能力的要求不斷提高。C語言作為嵌入式系統和汽車電子控制單元（ECU）開發的核心語言，其教學質量直接影響學生的專業能力和就業競爭力。根據《中國汽車電子產業發展報告》顯示，我國汽車電子產業規模到2025年有望突破1.2萬億元，對掌握C語言編程技能的智能車輛工程人才需求巨大。然而，傳統C語言課程教學存在以下問題。

教學內容脫離實際：偏重語法講解，缺乏與智能車輛工程應用場景的結合，導致學生難以將所學知識應用于實踐。

教學方法單一：以講授為主，缺乏互動和實踐環節，難以激發學生的學習興趣和創新能力。

考核體系不完善：重視期末考試，忽視過程性評價和綜合能力考核，無法全面反映學生的學習成果。

針對這些問題，研究基于OBE理念，結合智能車輛工程專業需求，對C語言課程教學進行改革，旨在構建以成果為導向、以學生為中心的教學模式，提升學生的編程能力和工程實踐素養。

2 OBE理念在智能車輛工程專業C語言教學中的應用原則

2.1 以智能車輛工程專業需求為導向確定教學目標

OBE理念強調以學生的學習成果為導向，明確教學目標是教學改革的基礎。通過深入分析智能車輛工程專業對C語言編程能力的需求，設定以下教學目標。

知識目標：掌握變量、選擇語句、控制語句、函數等C語言基礎語法和編程規范，理解其在智能車輛工程中的應用場景。

能力目標：具備運用C語言進行汽車電子控制系統開發、數據采集與處理、算法設計與實現的能力。能夠解決程序開發過程中的問題。

素質目標：培養工程實踐素養、創新思維和團隊協作能力。

2.2 反向設計教學內容與方法

基于確定的教學目標，從智能車輛工程實際應用案例出發，反向設計教學內容與方法，確保教學的針對性和實用性。

教學內容設計：基礎語法與工程案例結合，在講解變量、數據類型、運算符等基礎語法時，引入智能車輛工程中的實際參數（如車速、轉速、溫度等）作為示例。例如，通過計算汽車制動距離公式，講解浮點型變量和算術運算符的應用。

函數與模塊設計：以汽車電子控制單元中的功能模塊（如燃油噴射控制、點火控制等）為例，講解函數的定義、調用和模塊化編程思想。設計燃油噴射控制函數，包含噴油量計算、噴油時刻控制等子函數，實現模塊化編程。

引入工程相關庫函數與工具：介紹用于串口通信、定時器控制、中斷處理的庫函數，以及常用的數學庫函數在汽車動力學模型計算中的應用。例如，使用math.h庫中的sin、cos函數計算車輛懸掛系統的響應特性。

教學方法創新：項目驅動教學法，將課程劃分為多個與智能車輛工程相關的項目任務，如汽車油耗監測系統設計、發動機轉速控制系統模擬等，引導學生通過分析問題、設計算法、編寫代碼、調試優化等完整過程完成項目任務。項目任務書明確功能需求、技術指標和交付物要求。

小組協作學習：組織學生以小組形式開展項目實踐，每組3-5人，明確分工與協作要求，培養團隊溝通與協作能力。采用角色輪換機制，確保每位學生都能體驗不同崗位職責。

案例教學：引入智能車輛工程中的實際案例，如汽車智能防撞系統、汽車電子控制系統等，通過分析案例需求、設計思路和實現方法，加深學生對C語言在工程中應用的理解。選取特斯拉Autopilot系統部分代碼作為案例，解析其算法實現邏輯。

2.3 持續改進教學過程

建立完善的教學質量反饋與持續改進機制，確保教學質量的持續提升。

反饋渠道多元化：通過課堂問卷、作業反饋、項目實踐報告等方式收集學生對教學內容、教學方法和考核體系的意見和建議。教師根據學生的學習表現、作業完成情況、項目實踐成果等，反思教學中存在的問題和不足。邀請企業專家參與課程評價，從行業需求和實際應用角度提出改進建議。

持續改進措施：根據反饋結果，及時調整教學內容，增加新的工程案例和項目任務，確保教學內容的前沿性和實用性。例如，新增新能源汽車電池管理系統編程案例，融入最新的電池狀態估算算法。針對反饋中反映的問題，改進教學方法，如增加互動環節、引入在線學習平臺（建設C語言慕課資源，包含微課視頻和在線編程練習）等，提高教學效果。根據反饋結果，優化考核體系，增加過程性評價比重，完善評價標準（制定詳細的代碼規范評分細則和項目答辯評分標準），確保考核體系的科學性和公正性。

3 智能車輛工程專業C語言課程教學改革的具體措施

3.1 結合智能車輛工程實際應用優化教學內容

將C語言的基礎語法知識講解與智能車輛工程實際應用案例緊密結合，幫助學生理解語法知識在實際工程中的應用場景。

變量與數據類型：以車輛的行駛速度、發動機轉速、油箱液位等實際參數為例，講解整型、浮點型等數據類型的應用。設計車速采集程序，演示不同數據類型的存儲范圍和精度差異。

運算符與表達式：結合汽車制動距離計算、燃油消耗率估算等實際公式，講解算術運算符、關系運算符和邏輯運算符的應用。通過編寫制動距離計算函數，展示運算符的優先級和結合性。

控制結構：以汽車故障診斷系統中的故障碼讀取與解析流程為例，講解順序結構、選擇結構和循環結構的應用。在故障碼解析程序中，if-else多分支結構能夠根據不同的故障碼進行分類處理，而while循環結構則可實現對一系列故障碼的持續讀取與解析，直至完成所有故障信息的處理。

數組：以車載CAN總線數據采集系統為例，講解一維數組、二維數組、多維數組、字符數組等知識點，在CAN總線數據采集與解析程序中，多種數組方式被用于存儲和解析不同控制器節點的數據，數據緩沖區的管理也因此得以有效實現，確保了數據傳輸的穩定性和可靠性。

函數與模塊化編程：以自動駕駛路徑規劃模塊為例，境界函數的定義、參數傳遞、返回值等知識應用。通過將自動駕駛系統需要根據地圖數據、傳感器信息規劃行駛路徑。將路徑規劃算法封裝為函數，接收起點、終點坐標和障礙物信息，返回最優路徑。這不僅體現了模塊化編程的思想，還有助于提高代碼的可維護性和可擴展性，為自動駕駛技術的發展提供了有力支持。

3.2 采用項目驅動教學法與小組協作學習

3.2.1 項目驅動教學法實施

將整個C語言課程劃分為多個與智能車輛工程相關的項目任務，每個項目任務包含明確的功能需求與技術指標。

汽車油耗監測系統設計：要求學生運用C語言實現油耗數據采集（模擬傳感器輸入）、計算（基于油耗模型）、顯示（LCD模擬）以及超限報警（閾值判斷）等功能。項目要求數據采集誤差小于2%，報警響應時間小于1s。

發動機轉速控制系統模擬：要求學生運用C語言實現發動機轉速的PID控制算法，模擬不同工況（怠速、加速、減速）下的轉速控制效果。項目要求轉速控制穩態誤差小于50rpm，超調量小于10%。

汽車燈光控制系統實驗：先引入汽車燈光控制的實際應用場景作為引導案例，講解其中涉及的C語言知識點（如IO端口操作、定時器控制等），然后讓學生根據引導案例完成汽車燈光控制系統的設計與實現實驗項目。項目要求實現遠近光燈切換、轉向燈閃爍等功能，閃爍頻率誤差小于5%。

項目實施過程中，教師引導學生通過分析問題、設計算法、編寫代碼、調試優化等完整過程完成項目任務，培養學生的獨立解決問題能力和創新思維。采用“任務分解-方案設計-代碼實現-測試驗證-優化改進”五步教學法。

3.2.2 小組協作學習組織

組織學生以小組形式開展項目實踐，每組3-5人，明確分工與協作要求。例如，在汽車發動機控制系統模擬項目中，小組成員分別負責不同功能模塊（如進氣控制模塊、燃油噴射模塊、點火控制模塊等）的編程實現，然后進行模塊集成與整體調試。通過小組協作，學生不僅能夠相互學習、共同進步，還能培養團隊溝通與協作能力。

3.3 構建多元化考核評價體系

3.3.1 突出過程性考核

改變傳統以期末考試成績為主導的考核方式，增加過程性考核比重，全面考察學生在C語言學習過程中的表現與能力提升。過程性考核包括以下幾個方面。

平時作業完成情況：評價學生作業的正確性、規范性和創新性。

課堂參與度：評價學生在課堂上的提問質量、討論貢獻和互動情況。采用課堂表現積分制，設置加分項和扣分項。

項目實踐過程中的表現：評價學生在項目實踐中的代碼質量、調試能力、團隊協作精神等。

通過過程性考核，及時反饋學生學習進度與問題，促使學生注重平時學習積累與能力培養。

3.3.2 期末考核項目化

期末考核采用項目設計與答辯的形式，要求學生獨立完成一個與智能車輛工程相關的C語言編程項目。項目內容可由學生根據自身興趣與專業方向自選，如設計一個簡單的汽車尾氣排放監測系統（監測CO、HC等排放物濃度）、模擬汽車變速器換擋控制邏輯（基于車速和油門信號）等。學生需要提交完整的項目報告（包含項目需求分析、設計思路、代碼實現、測試結果等內容），并進行現場答辯展示。教師根據項目的創新性（采用創新指數評分表）、可行性（功能實現完整度）、代碼規范性（采用代碼規范檢查工具）以及學生的答辯表現（表達能力、邏輯清晰度）等方面進行綜合評價。

3.3.3 引入學生自我評價和同伴評價

在考核體系中引入學生自我評價和同伴評價，增強評價的全面性和客觀性。學生自我評價有助于培養學生的自我監控和自我調整能力；同伴評價有助于學生了解同伴的優點和不足，促進共同進步。采用“自我評價報告-同伴互評量表-教師綜合評價”三元評價體系。

4 教學改革實踐效果與案例分析

4.1 實踐效果

C語言課程教學在實施上述改革措施后，取得了顯著的教學效果。學生學習興趣與積極性提高，課堂參與度增強，主動提問與討論的氛圍更加濃厚。學生對C語言課程的學習興趣明顯提高，課后自學和實驗時間增加。編程能力與工程實踐素養提升，在項目實踐過程中，學生能夠將所學C語言知識靈活運用于智能車輛工程實際問題解決。部分學生能夠創新性地引入新的算法和技術，提高系統的性能和可靠性。團隊協作與溝通能力增強，通過小組協作學習，學生學會了如何與他人合作，共同完成任務。在項目答辯和展示過程中，學生的表達能力和溝通技巧得到鍛煉。

4.2 案例分析

以“汽車發動機轉速控制系統模擬項目”為例，該項目要求學生運用C語言實現發動機轉速的PID控制算法。項目實施過程中，學生需要完成以下任務。

需求分析：明確轉速控制范圍、穩態誤差、超調量等指標。

算法設計：選擇PID控制算法，確定比例、積分、微分系數。

代碼實現：編寫PID控制函數，實現轉速采集、控制量計算和輸出。

調試優化：通過仿真測試，調整PID參數，優化控制效果。

項目實施后，學生提交的控制系統在模擬工況下表現出良好的控制性能。數據顯示，轉速控制穩態誤差平均值為32rpm（低于項目要求的50rpm），超調量平均值為6.8%（低于項目要求的10%）。通過該項目，學生不僅掌握了PID控制算法的原理和實現方法，還學會了如何根據實際需求進行算法設計和參數調優，有效提升了工程實踐能力和問題解決能力。

5 結論與展望

基于OBE理念的智能車輛工程專業C語言課程教學改革，緊密圍繞智能車輛工程專業需求，通過優化教學內容、創新教學方法與考核評價體系等措施，有效提升了學生運用C語言解決智能車輛工程實際問題的能力，培養了學生的工程實踐素養與創新思維。在實際教學應用中取得了良好的效果，為智能車輛工程專業人才的編程能力培養提供了有力支撐。未來，隨著智能車輛工程技術的不斷發展與更新，C語言課程教學改革還需持續探索與完善，以更好地適應行業對智能車輛工程專業人才編程技能的新要求。

基金項目：質量工程項目，J1124020，《高級程序C語言》實踐驅動創新改革。

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