《内燃机学》课程的模块化教学研究

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(武汉理工大学 能源与动力工程学院,武汉 430063)

《内燃机学》课程主要讲述内燃机工作过程的基本理论及主要零部件设计原则和方法，是一门综合性很强的课程。已作为国外知名综合性大学及理工类大学动力机械类学生本科期间必修主干课之一。在国内，《内燃机学》已成为清华大学、西安交通大学、上海交通大学、吉林大学、武汉理工大学等高校动力工程类专业学生的必修主干课。针对卓越工程师试点专业实践性的特殊要求，强调专业理论知识与实践操作技能相结合，强化动手能力的培养。武汉理工大学2011年开始在源动力系统及其自动化专业对各课程提出模块化教学改革的新的教学模式[1]。

1 提高学生工程实践能力

模块式教学(MES：Modules of Employable Skills)是国际劳工组织在20世纪70年代开发出来的一种较为先进的教学模式。在我国一般称之为“模块式教学法”。它是在深入分析每个专业、职业(工种)和技能的基础上，严格按照专业工作标准(岗位规范)，将教学大纲和教材开发成不同的教学模块，形成类似积木组合式的教学方式。将各种教学模块组合而成的教学计划称之为模块式教学计划，它实现了理论学习与操作训练的有机结合。

模块化教学在国外如德、英、美等国家的高等教育中应用较为广泛，从教学组织到教材的编写，都以知识技能“模块”来划分。国内的一些培训教学中“模块化”教学也得到了较好的应用。而国内的高等教育中应用较少，有一些学院的个别专业进行这方面的有益探索和尝试。随着素质教育的实行，以及本科生卓越工程师培养计划的实施，试点专业必须转变教学定位，积极开展模块化教学，以提高学生的工程实践能力[2]。

2 体现专业技能培养特色

工程实践能力培养必须有具备模块化专业技能特色的教学内容作支撑，但现有教材大部分都是建立在学科体系的基础上，在教学内容和要求上没能体现出本专业的岗位技能特点和要求。模块化教学则彻底打散现有的课程体系，根据每一项知识专题的要求将教学内容重新组合，形成一个个相对独立的“功能块”。每一“功能块”在短时间内完成教学，针对性地进行强化训练，并紧接着进行理论、实践的考核。

“模块化”教学强调能力的培养，重视知识的实际运用，不追求知识体系的完整；将教学内容按培养工程应用型人才要求科学地划分为若干个可以有机搭配和组合的模块，本着必需和够用的原则，筛选和重组教学内容；根据不同的教学目标和培养对象选择不同的模块内容进行教学；保证学生以较高效率修完所需课程相关内容并具备相应能力，从而达到毕业规定的标准。

《内燃机学》模块化教学在知识结构上就是将内燃机结构、基本工作原理、代用燃料、电子控制技术、排放污染物的生成与控制、仿真计算设计、混合动力、振动与噪声、动力系统匹配、故障诊断等内容。在教学层次上分为基本模块群和专业发展模块群。基本模块群是任何专业发展方向的学生都必须要掌握的内容，例如内燃机结构、基本工作原理等模块；专业发展模块群是对某方面有兴趣的学生才要求掌握的内容，是内燃机行业中最前沿的新技术、新能源等，例如内燃机电子控制技术模块、内燃机代用燃料模块等。

3 培养学生的实践动手能力

提高大学生的实践动手能力，突出技能训练的主导地位，一直以来是高等院校始终贯彻的指导思想，也是内燃机学教学中模块化教学的核心思想。

模块化教学打破传统的课程体系，建立若干个教学功能模块，将《内燃机学》理论教学和内燃机技能训练有机地结合在一起，培养学生对理论知识的综合运用能力以及运用知识的实际操作能力。为此，围绕《内燃机学》课程，设立了独立的实验实践环节。学生首先进行三周的内燃机拆装实习，了解内燃机的组成结构和基本工作原理；然后进入课堂教学阶段，从理论上掌握内燃机工作过程的原理和性能，并通过课程实验巩固加深理论知识。完成理论教学环节后，进行课程设计，通过对内燃机整体或主要零部件的部分参数进行设计，初步了解内燃机设计的一般方法，为今后的实际应用打下基础。完成以上环节之后进行生产实习，了解内燃机的实际使用和维护方面的知识。

1)以《内燃机学》课程体系建设取代单一的课程建设。《内燃机学》课程体系由“拆装实习、理论教学、台架实验、课程设计和生产实习”五大教学环节组成，其中实践教学环节当量学时数占课程体系总学时数的68%。模块化教学强调能力的培养，重视知识的实际运用，不追求知识体系的完整，为培养学生的实践能力和创新思维提供了可能。

2)在模块化教学过程中，理论教学与技能训练是同步进行的。理论指导实践，通过实践验证理论知识，学生手脑并用，注重知识应用能力的培养。教学中可以先讲授理论，用理论指导实践操作；也可以从实训实践操作开始，先接受感性认识，再从理论上加以分析、归纳和总结；还可以在实训教学中，就遇到的实际问题从理论上进行辅导，提高学生独立解决问题的能力。

3)在实践教学过程中，学习更加有针对性，学生可以根据自己的能力水平灵活调整实践环节的学习时间，可集中时间和精力来强化弱项。同时，开设多个模块课题，学生在选择模块学习的机会多，实训时与其他学生比较也会产生紧迫感。学习、操作能力强、领悟快的学生可提前选修其他实训模块，对于学习散漫的同学也可起到鞭策作用，逐渐形成你追我赶的学习氛围。

4)模块式教学计划充分体现“理实一体化”教学和课程综合化设置等要求，有助于全面推行学分制管理。使今后在该专业大类范围内开发新专业时只需修订专业教学模块即可，从而使新专业的开发周期缩短、效率提高，适应市场的需要。

4 重新定位教师和学生的角色

卓越工程师培养计划无论是对教师还是对学生都提出了全新的要求。要求教师在授课时不能照本宣科，教师在传授知识的同时，更重要的是培养学生的提出问题、分析问题和解决问题的能力，以及职业道德素养、团队合作精神的建立；要求教师不仅具有较强的理论知识积淀，还要有较高的操作、动手能力和解决实践操作中遇到问题的能力。

在模块化教学过程中，让教师的“教”与学生的“学”同步化，教师的教学目标与学生的学习目标一致化，针对每个学生的兴趣，开展模块化教学，使学生感到所学正是所要的。对于学生，要从过去的要我学，转变为我要学，充分发挥主动能动性。模块化教学还要求学生不要过分依赖教师，培养自己分析问题、解决问题的能力，要从过去应付考试、混张文凭的学习目的转变为掌握真才实学上来。对于教师的角色，要从信息的给予者转变为学习的管理者，要激发、调动学生的学习兴趣，是学生学习的教练和裁判。

5 突出卓越工程师培养特点

根据卓越工程师培养要求，针对《内燃机学》课程基础性与实践性的特点，在教学方法和教学手段改革中需重点把握难点分散和重点讲透，现代教学手段与传统教学模式相结合，理论教学与实践教学并重，传授知识、技能与提高素质互相兼顾，发挥教师教学的主导作用和学生自主探索并重的原则。采用了课堂讲授，专题讲座、师生互动讨论、结构认知实践教学和网络教学等教学方式，同时利用现有的条件开展开放性实验，加强学生的认识和实际动手能力的培养。

5.1 启发式教学贯穿于理论教学环节，以达到最佳的教学效果

课堂教学中注重启发、引导学生积极主动思考，将教师的传授与学生的参与相结合，始终围绕内燃机学的基本概念讲解，重点包括：基本概念产生的背景、影响因素以及基本概念之间的细微区别；列举基本概念的应用实例，使学生了解基本概念的用途；指导学生阅读文献、自主设计实验，使学生进一步认识和掌握这些基本概念。

充分利用教具、模型、实物、展台和实验设备及多媒体课件等教学手段，注重培养学生的动手能力和分析问题解决问题的能力。《内燃机学》教学CAI软件的内容除了文本、声音、图像外，还有动画、录像、幻灯片、电影的配合，可以使学生很好地掌握一些抽象和难于理解的内容。

5.2 实践教学环节要求动手操作，培养学生分析问题和解决问题的能力

能源动力系统及自动化专业是应用型专业,尤其作为卓越工程师培养试点专业，要求学生具有实际操作和解决问题的能力。学生在学习《内燃机学》这门课程时,不仅要懂得各种内燃机的结构和工作原理,更要懂得如何运用所学的知识来解决实际问题；而这种实际动手解决问题能力的培养在很大程度上需要从各种实践教学环节中获得,如柴油机拆装、台架试验训练以及课程设计训练、生产实习等。

1)适当增加实验课时。通过实验教学,使学生熟悉内燃机典型零部件的结构，并测试其主要性能，加深对课堂所学理论知识的理解,培养学生的实际动手能力。

2)加强现场教学。现场教学可以大大提高教学效果,激发学生学习的热情。课本中一些在课堂上需要花较长时间却不容易讲清楚的内燃机结构问题在现场教学中很容易解决,这样可以大大节省课时,达到事半功倍的效果。当然，要上好现场课,需要任课教师事先写好现场课的教学大纲,其中包括现场课的时间、地点、内容、学生的分组及轮换顺序、指导教师与指导内容、现场课中要解决的问题等。现场课结束后,要求学生针对本次现场课的内容写专题报告,字数不限,按科技论文的格式撰写,为日后的毕业论文撰写打下基础,这样就可以达到一举两得的目的。

3)全面开放内燃机实验室,学生可以利用课余时间到实验室观看实物,进行内燃机的拆装，也可在实验师的指导下进行实验或训练,这样可以使学生有更多的动手机会,有更多的时间来消化课堂所学知识,而且灵活机动。

5.3 开展双语教学，适应行业发展需要

随着世界经济的发展和需求,中国船舶行业已进入国际市场,我校能源动力系统及自动化专业学生将为世界船东生产和服务。因此，对学生的培养目标正朝着“国际化”方向努力。在内燃机学课程部分内容教学中采用双语教学直至最后完全使用英语教学,可以提高学生的英语运用和交流能力,从而使他们能够适应生产、设计工作中的国际间交往要求。

6 构建多元的综合评价体系

《内燃机》课程实践性很强，学好并能用好相关知识是最重要的教学目标。考核学生对知识的掌握应以过程为主，重点体现学生对技术问题的分析理解能力和解决问题的能力，对学生的评价要综合进行。可以有闭卷、开卷、笔试、口试、现场考核和课堂表现等方式，考试时间可长可短。比如对实践性环节可采用开卷形式，教师提出课题的完成时间要求和能力要求。平时可用布置大作业的方式对学生进行课中测验，这样可督促一些平时不太认真的学生抓紧时间完成课题任务。

总之，随着内燃机技术的发展和卓越工程师培养计划的实施，《内燃机学》课程教学中实现学生工程实践能力的提升，采用模块化教学是一种较好的方法。

[1] 钱作勤，贺玉海，李煜辉.工科能源动力类专业卓越工程师培养计划构想[J].船海工程，2011(4):39-42.

[2] 刘 旸.船舶与海洋工程专业本科模块化教学体系构建与兴趣教学方法研究[J].船海工程，2011(4):74-77.