内燃机原理实验教学的改革

许 翔，姜大海，安相璧，庞海龙，杨 钢

(军事交通学院 军用车辆系，天津300161)

内燃机试验是一门涉及机械、电子、热工、控制、数据采集与信号处理等多学科的系统工程，具有理论性、实践性和应用性很强的特点［1-3］。内燃机原理实验多年来一直是军事交通学院(以下简称学院)内燃机原理课程的验证实验课，是内燃机原理课程的实践性教学环节，在培养工科专业学生的工程实践能力方面发挥着重要作用。由于受实验室软、硬件条件等因素的制约，以往的内燃机原理实验课教学存在以下3 方面的问题:一是教学内容较单一，主要内容是发动机基本性能的实验验证，即发动机速度特性和负荷特性试验;二是教学方法简单，教学过程中缺少互动，学员只是被动地完成实验任务;三是考评方式效果不理想，在实验课结束后，仅仅要求学员写一个实验报告上交，缺少集中总结与讲评。实践证明，过去的内燃机原理实验课教学效果不理想，无法充分调动学员的学习兴趣、启发学员的创新思维、培养学员的实践能力。因此，在学院建设转型发展，大力推进教学训练模式改革的大背景下，很有必要对内燃机原理实验课教学进行改进与提高。

1 教学目标与课程定位

内燃机原理实验课的教学目的是加深对内燃机原理的理解，培养学员运用所学理论知识分析内燃机试验中出现的现象和规律，提高学员综合分析问题和解决问题的能力。通过该课的学习，使学员熟悉内燃机基本性能的试验理论，了解和掌握内燃机基本性能的试验技术和试验方法，掌握相关试验仪器和设备的结构、原理以及操作和使用方法，完成对实验数据的处理及分析，并撰写出实验报告［4］。

新的内燃机原理实验课标准依据学院各专业人才培养方案设置定位为专业必修课，对车辆运用工程等专业人才培养目标的实现具有很重要的支撑作用。在该课的实施过程中，遵循理论与实践相结合的原则，通过实践，既打牢基础又突出应用，最终实现学员工程实践能力的培养，强化学员综合运用知识解决实际问题的应用能力。在教学组织形式上，突出研究性学习和自主学习，强调互动式教学;在教学评价上，突出能力素质和潜力的综合考察;在教学效果上，培养学员缜密的思维、科学的方法、严谨细致的工作态度。

2 教学内容改革

2.1 拓展实验教学内容

由于旧的实验室仪器设备短缺和陈旧老化等问题比较突出，以前的内燃机原理实验课教学内容比较单一，知识面偏窄，教学与科研严重脱离，教学内容侧重于对简单问题的验证，学员在内燃机原理实验课中只是做一些验证性实验(如，对发动机速度特性和负荷特性进行试验)。由于这些验证性实验教学内容的实验结果及规律已知，不仅不能激发学员的主动思维和创新意识，更不可能调动学员深入学习内燃机理论知识的积极性，因此，必须丰富内燃机原理实验教学项目，优化实验教学内容。

内燃机原理实验课的教学内容安排应充分发挥实验室现有试验设备的最佳功能，将科研成果与实验教学联系起来，更新实验项目，拓展实验教学内容，开展面向基础与技术前沿的实验教学改革。具体而言，就是要在保证基本实验项目的基础上，结合本单位科研优势，把由国家“863”计划项目、国防科研项目资助完成的研究成果转化为教学实验，增加发动机高原环境模拟试验、发动机排放试验以及电控发动机标定试验等新内容，使实验项目由原来的2 项扩展到5 项。由于实验项目的前沿性及新颖性，可有效激发学员的学习兴趣。

新的课程标准中，实验教学内容主要包括5 个方面:一是发动机台架试验系统及其组成仪器设备的构成、功能、原理、操作方法;二是发动机基本性能试验以及主要性能参数的测量方法、测试手段等试验基础理论;三是发动机高原环境模拟试验、发动机排放试验以及电控发动机标定试验方法;四是试验数据的处理、试验曲线的绘制以及试验结果的分析;五是实验报告集中总结与讲评。

2.2 验证性实验与设计性实验并行

由于传统验证性实验的实验结果已知，不可能启发学生的主动思维和创新意识［5］。对此，在完成验证性实验之后，可以根据教学进度，加入一些难度适宜的设计性实验。具体做法是:在实验内容的安排上，采取由浅入深、循序渐进的原则，先安排一些简单的验证性实验，如速度特性试验;然后安排一些适合培养实验技能的实验，如负荷特性试验;最后安排一些设计性实验，如供油提前角调整特性试验。

通过丰富和拓展实验教学内容，优化实验教学过程，为学员创造自主选择实验项目及主动参与实验设计的机会，不仅能激发学员参与实验的积极性和主动性，还能培养学员的实验技能和综合素质。

3 教学方法、教学手段及考评方式改革

3.1 改革教学思路

专业实验课与纯理论课相比最大的特点，是专业实验课更加注重学员的主动参与和实践操作。因此，专业实验课必须强化以学生为主体、以教师为主导的教学理念［6］。在整个实验教学过程中，学员始终是主体，自主选择实验项目、独立完成实验方案设计、编写实验大纲、操作试验控制系统、记录与处理试验数据、绘制与分析试验曲线并撰写实验报告，实验的全过程都由学员组成的实验小组分工协作来共同完成，教员只是针对实验过程中学员可能出现的各种问题或疑问，组织学员分组讨论并进行必要的讲解、答疑、启发或引导，以激发学员的思维，培养学员独立思考并发现、分析和解决问题的能力。学员通过独立完成实验全过程，不仅能加深对内燃机原理及实验相关知识的理解，还能充分发挥学员学习的积极性和主动性，锻炼动手操作能力，使综合素质得到全面而又系统的培养。

3.2 改进教学方法

改进实验教学方法的目的是激发学员的学习热情，引导学员主动参与，用所学的内燃机原理分析实验现象和规律。为此，在教学过程中，可采用启发式与互动式相结合的教学方法，通过创设问题情境，给学员营造宽松的环境，引导学员从多角度进行思考，适时地鼓励学员提出自己的见解、开展充分讨论，然后由教员结合工程实例，运用启发和引导，循序渐进地展开问题，最后归纳总结问题。例如，为了使学员深入理解发动机性能参数及特性曲线的意义，教员可以将机械、电子、热工、控制、数据采集与信号处理等与内燃机原理实验相关的多学科知识交叉融合，通过引导学员分析发动机的用途、发动机各项性能指标之间的关系，以及发动机用于不同用途或处于不同运行工况下匹配参数的不同等，与学员进行互动讨论，在活跃课堂气氛的同时，促进学员加深对知识的理解，提高思考、发现、分析和解决问题的综合能力。

3.3 探索新的教学手段

传统实验教学大多数以验证性实验为主，实验内容单一，学员按部就班地按照实验步骤就可以做完实验，缺乏设计性和创新能力的培养［7］。随着虚拟仿真技术日益成熟，将虚拟仿真技术引入实验教学，成为高校实验教学改革的一个新方向［8］。将虚拟仿真技术引入内燃机原理实验教学，创建内燃机原理虚拟仿真实验教学系统，既能丰富教学资源、缓解仪器设备不足，还能为学员创造一种近乎真实的内燃机实验环境，充分发挥学员在实验过程中的主动性，为学员独立自主地进行学习与实践创造良好的条件。

3.4 实验报告总结与讲评

实验报告是对内燃机原理实验过程的总结，即对实验过程中观察到的现象和发现的问题进行定性的分析研究，对测得的数据进行处理，以确定实测得到的数据与内燃机性能指标之间的关系，得出规律并给出结论。实验报告能综合体现学员的学习效果，也能反映出存在的问题。过去很长一段时间内，教员在上完实验课后，仅仅要求学员写一个实验报告上交，教员对实验报告不做集中总结与讲评，结果导致一些学员不重视实验报告的撰写，甚至存在抄袭或雷同现象。为改变这种状况，真正使学员学有所获、学以致用，教学组认为，针对实验报告进行集体汇报、答辩、总结与讲评，是行之有效的方法。也就是说，除了要求学员认真完成实验报告外，还要在实验结束后组织总结讨论课，以学员为主体，所有负责实验教学的教员参加，重点讨论各实验小组的收获和存在的问题。每个实验小组派学员代表以PPT 或书面的形式汇报本实验小组的学习收获与疑问，然后师生互动进行解答、质疑和辩论，最后由责任教员进行点评和总结。这样做，可以极大地调动学员的学习积极性，提高教学质量。

4 结 语

要想充分发挥实验教学对培养学员实践能力和创新能力的重要作用，必须对实验课教学进行改革。首先，要改革传统的实验教学模式，树立以学员为主体、教员为主导、教学与科研紧密结合的教学理念;其次，丰富拓展实验教学内容，精选实验项目，优化实验内容;最后，下大力抓好实验教学的各个环节。

［1］ 马特A J，普林特M A. 发动机试验理论与实践［M］. 北京:机械工业出版社，2009:1-50.

［2］ 周建立. 发动机原理实验教程［M］. 北京:中国电力出版社，2007:1-10.

［3］ 胡朝龙. 汽车发动机试验［M］. 重庆:重庆大学出版社，2007:1-25.

［4］ 黄海燕，肖建华，阎东林. 汽车发动机试验教学教程［M］.北京:清华大学出版社，2009:1-20.

［5］ 张翠平. 内燃机原理实验的教学改革实践［J］. 太原理工大学学报，2001，19(1):84-85.

［6］ 黄海燕，肖建华，阎东林. 面向基础与技术前沿的实验教学［J］. 实验技术与管理，2010，27(10):22-23.

［7］ 苏旭霞，刘素楠，管立新. 开展虚拟仿真实验 促进实验教学改革［J］. 科技广场，2008(3):252-254.

［8］ 蔡卫国. 虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用［J］.实验技术与管理，2011，28(8):76-78.