就业导向的汽车电子工程专业设计教学改革与实践

陈 炜 郭津津 王收军 刘 军 刘振忠天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室 天津 300384



就业导向的汽车电子工程专业设计教学改革与实践

陈 炜 郭津津 王收军 刘 军 刘振忠
天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室 天津 300384

摘 要：根据汽车电子工程就业导向的专业结构和应用实践性强的特点，讨论了专业设计实践课程的教学定位和教学要求，阐述教学团队对相关课程群理论和实践教学的建设、优化、改进，并详述专业设计教学内容的设置、选题安排以及实践教学平台的建设，最后探讨了专业设计的管理制度、评价机制以及取得的教学效果。

关键词：课程群；专业设计；实践平台

天津理工大学是天津市的工科院校之一，自成立以来一直致力于服务和发展当地经济。“十二五”伊始，机械工程学院根据人才市场的定位及专业结构，在机械电子工程专业下增设“战略性新兴产业相关专业”汽车电子工程专业方向，确定人才培养定位为机械工程、电子技术和车辆工程几方面知识兼具的应用复合型人才。

由于汽车电子工程专业的就业导向非常明确[1]，在教学中强调培养学生的实践能力和工程能力，因此在课程设置时，需要针对实验教学、课程设计、生产实习、专业设计、毕业设计等实践环节的内容及方法进行全新规划和改革，提高学生的工程设计能力和实际应用能力。而专业设计作为实践课程体系的重要环节，其教学内容是实验教学的延伸和综合，其授课时间介于课程设计和毕业设计之间，在教学安排上起着承上启下的重要作用。规范、严谨的专业设计训练可以使学生顺利进入毕业设计环节，起到事半功倍的良性循环作用。

针对这一情况，教学团队对汽车电子工程专业方向的专业设计进行全新定位，根据人才需求确定教学目标，明确专业设计的教学要求，整合专业课程群的理论和实践教学内容，建设相应的实践平台，并在选题、设计、答辩等各个环节制定了详细的管理制度，为专业设计规范、严格的教学实施和高水准的教学成果提供了保证。

1 汽车电子工程专业设计的定位

由于专业设计在汽车电子工程专业方向建设的重要地位，教学团队对此课程的准确定位、教学内容设置及其教学效果非常重视。经过教学团队的反复调研和多次研讨，确定培养目标为培养学生建立正确和规范的工程设计理念，了解工程应用领域的设计流程和方法,初步掌握汽车电子工程应用的能力。且达到如下要求：掌握本专业有关设计方面的基本要领和步骤，将所学知识进行一次系统总结和运用，提高调查研究、独立思考、分析和理解问题的能力，为下一步尽快进入毕业设计做准备。具体操作体现在如下几方面，在教学时间上，将汽车电子工程方向专业设计安排在大学本科的第七学期，历时3周；在课程体系中，将专业设计安排在专业课基础课、专业课、课程设计之后，在毕业设计之前，且与生产实习同期；在教学要求上，教学内容以实际需要为出发点，按照实践、实际、实用的原则设置，强调解决工程实际问题，注重知识和技能的综合运用[2,3]。

2 相关专业课教学内容的建设与优化

汽车电子工程专业方向的成立伊始就致力于服务当地经济，因此，专业课程紧密跟踪汽车电子市场人才需求，加强与企业联系，并着重突出学生在汽车检测与控制技术方面的特色和优势，因此在专业课教学内容设置时也以这一思想为准则。即以就业为导向，培养应用型汽车电子人才为目的，设置应用实践性的理论和实践教学环节的课程体系，使学生具有一定的设计和应用能力。

2.1 专业课程群教学内容的优化

在专业课的设置上，围绕该课程体系，对相关的课程的教学内容、方法及形式进行优化，减少重复课时，突出汽-机-电跨学科内容的交叉、融合和渗透[4]。设置以控制工程基础、汽车检测与诊断分析、嵌入式技术和汽车电子控制技术及应用等课程为主的课程群，整合和优化各门课程的授课学时和教学内容，使教学理论知识点和实践环节有更好的衔接。目前，课题组针对专业定位建立5个发展子方向：汽车传感器的设计、优化与研发，汽车检测系统及其标准，嵌入式与智能控制技术，汽车电子总线技术，自动驾驶技术。其中前三个本专业建设的短期发展方向，后两个为长期发展规划。

在教学中，将计算机仿真技术、虚拟仪器技术融入课堂教学中，并重视和强调工程实践教学环节。在电路分析基础和汽车检测与诊断分析课程中，分别融入Multisim电路仿真软件和LabVIEW虚拟仪器，开发仿真模型，进行可视化教学，强化工程实例、化抽象为具体，提高授课质量，同时建立教学网上资源，编写电子教案、建立试题库。

由于专业课程群教学内容对设计和应用专业知识有所侧重，学生也在课程学习过程有所掌握和训练，因此，学生在专业课程学习时已打下一定基础，不至于在专业设计环节拿到任务时感到一片茫然，甚至无从下手。

2.2 应用实践教学内容的改革

在实验和实践教学环节，要为后期专业设计和毕业设计打好基础，为培养应用型人才做好衔接。因此，在实验教学内容上增设课程综合性实验、专业综合性实验、自主设计性实验及科研创新性实践内容，通过教师和学生之间的互动，达到训练和提高学生综合运用所学专业知识，分析、解决实际问题的能力[5]。例如，设置汽车电子工程实训课程，在实验室授课，利用汽车实验室配备有整车透明实训台、全车电器实训台、汽车电器综合实训台等设备，通过发动机、变速箱的拆装及汽车整车的性能实验等实践环节，让学生了解整车的构造及工作与控制原理，锻炼本专业学生的动手能力。

另外，在实验室建设和管理上，增加实验室的开放性，目前已经新建立完成汽车构造、汽车故障诊断及汽车电子控制等5个状态实验室，并对汽车电子工程专业学生开放。为了更好地理论联系实践，弥补实验和实践教学环节的不足，教学团队拟搭建检测与故障诊断虚拟仿真平台，如汽车水温传感器检测、信号报警、油门控制阀等仿真实验，并在开发过程中，使学生以创新项目的形式参与进来，提高学生的创新能力和综合实践能力。

3 就业导向的专业设计实践平台的搭建

3.1 专业设计教学内容的设置

汽车电子工程专业方向在第七学期的日常教学，更多地侧重设计与实践环节，为了确保专业设计质量和进度，学院建立专门的专业设计教室，学生在教师的指导下开展设计。为了能把专业课程群的零散知识串联起来，糅合在一个设计实践课程中，教学团队设计了全新的实践教学内容，并开发出专业设计实践平台[6]。目前有两种机器人作为专业设计对象，一种是智能循迹机器人系统，另一种是模块拼装智能机器人。学生利用实践平台可以开展单片机控制系统电子元器件焊接与搭建、机器人外形构造设计、传感检测系统规划和算法程序调试等任务。而教师在设置设计任务的时候，不但将微机原理与应用、机械制图、汽车构造、测试技术与信号分析、汽车检测与诊断技术、汽车控制技术等相关课程的各个知识点有机的串联、融合在一起，而且在教学内容中会增加一些趣味性，使学生自觉投入其中。

3.2 专业设计的教学要求和选题

汽车电子工程专业方向专业设计的教学由2～3名经验丰富的专业指导教师负责，一般2～3名学生分为一组，每组布置必做任务和选做任务。其中必做任务就是要求所有学生都必须掌握的知识，而选做任务则可以根据实践平台的功能设置。在指导教师布置设计任务和题目时，应本着知识面宜广不宜深的原则，且题目要明确、具体，具有明确的信息，任务设置要有可完成性,保证在规定的时间内，创造出阶段性的成果[7]。目的就是培养学生灵活运用已经学过的知识，使学生在规定的时间内独立完成PCB板设计、机械结构设计、编程调试等任务，掌握初步外形构造设计、规范的工程绘图、传感器检测技术、单片机控制系统硬件设计、程序编制与调试等能力和技术。

例如，2014届学生每组的必做任务分别为(1)采用Pro/E，SolidWorks和UG中的任何一种三维绘图工具对模块机器人进行三维建模，导出装配图打印，要求标注整体尺寸，绘制简单明细表(不少于10个零件)；(2)搭建三轮或四轮智能机器人，焊接电路板，上电后机器人小车能前行、后退、左转、右转；(3)参照毕业设计说明书的格式要求，撰写专业设计报告，并打印上交。而每组的选做任务均为编制基于C环境的汇编语言，分别完成循迹、避障、识别火源灭火等任务。

通过专业设计一系列的训练，学生普遍了解工程问题及其解决方法，专业技能和工程能力得到了全面的锻炼，而且会将机械与电控知识的结合应用到实际系统的开发和设计中，拓宽学生的学科基础知识以及专业适应能力，有效提高了学生动手实践和设计能力，图1所示为学生专业设计作品。

图1 学生设计的模块化拼装机器人和智能循迹机器人

4 专业设计考核评价机制的建立

4.1 管理机制

为了保证专业设计规范、严格进行，保质、按时、有序地完成，教学团队制定了详细的管理制定，对学生和指导教师都有明确的规定。针对指导教师，要求在专业设计教室全程指导；针对学生，根据每个学生的课表严格考勤。专业设计过程中，若各组发现设计装置有缺失或损坏，学生找指导教师领取或换取，并进行记录和登记，使指导教师能及时了解电子元器件数量，方便教师之间的工作交接和记录装置的使用状态。专业设计结束，统一安排答辩，演示必做任务和选做任务，提交各组的设计报告等，并由专人清点每组的教学仪器和工具，确保专业设计的硬件环境能循环利用。

4.2 评价体系

由于专业设计选题中就明确规定每组学生的必做和选做任务，而且指导教师全程跟踪指导每一组甚至每位学生，因此，教师对每个小组的工作进展和成果非常了解。专业设计结束时，参照毕业设计环节组织学生答辩，所有指导教师到场参加，并观摩学生的演示和操作。答辩时长每组8～10分钟，要求学生提供工程图纸、设计报告，并陈述和现场演示必选任务。具体操作时，可以让领取同一选做任务的所有组同时演示，以方便区分各组的优劣和甄别抄袭。指导教师可以根据各组的出勤、现场演示和设计报告综合给出每组成绩，表1即为专业设计答辩的评价表格。另外，学院每年举院级“机械电子设计”大赛并评奖，这一方面促进了学生的积极性，扩展了知识面，同时也加强不同专业之间学生的竞争和交流，起到了专业设计良性循环的作用[8]。

表1 专业设计答辩的评价表格

5 结束语

我校机械工程学院采用改革后的专业设计课程已于2013年实施于汽车电子工程和机械电子工程的其他专业方向，目前已经开展3年，指导学生逾300人，各实践教学环节的教学改革与实施正在动态进行。学生通过这样有针对性的训练，初步了解机电一体化装置的工作原理、设计过程、开发流程和应用技术。学生根据设计任务和要求，能进行原理分析和任务分解，完成机械设计和控制设计，进而实现装置动作要求。学生从书本上简单、分散的知识点到方案论证、具体设计计算，再到外形测绘、工程图的绘制和论文撰写，都能按部就班的实现[9]。而且，学生在专业设计过程中，使学生增强了自信心，还促进了同学之间的合作和交流，培养了团队意识，进一步了解到专业的特色，也认识到自己的不足。总之，专业设计的实施有效激发学生的学习自觉性，培养了创新设计能力，提高了学生面向工程的设计能力，为毕业设计的顺利实施以及实际工作打下了良好的工程训练基础。

参考文献

[1] 韩翠英,刘树民.汽车电子技术专业校企合作人才培养模式改革与实践：以内蒙古机电职业技术学院电气工程系为例[J].内蒙古农业大学学报:社会科学版,2011,13(56):157-159.

[2] 赵康.论高等教育中的专业设计[J].教育研究,2000(10):21-27.

[3] 邹慧君,杜如虚.美国机械工程专业设计课程改革动向及其启迪[J].教育与教材研究,1998(6):40-41.

[4] 宋应华,陈盛明,李宁.化工专业设计类课程群的教学改革与实践[J].重庆工商大学学报:自然科学版,2014,31(10):81-85.

[5] 苟爱萍,王江波.立足“卓越工程师”人才培养的园林专业设计课程教学实践探索[J].安徽农业科学,2015,43(27):265-267.

[6] 周伯英.关于机械设计及制造专业的专业课程内容、教学目的和学生专业设计能力的培养问题[A].第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集[C].1995:117-121.

[7] 乌日开西·艾依提.快速成形技术在机械类专业设计教学中的应用[J].中国现代教育装备,2009(8):52-53.

[8] 魏勇军.就业导向的园林专业设计类课程考核评价改革研究[J].西南师范大学学报:自然科学版,2013,38(2):147-150.

[9] 赵影,赵钢,黄孙伟.应用型电气工程及其自动化学生专业设计的探讨[J].实验室科学,2011,14(5):160-163.

Reform and Practice in the Teaching of Professional Design of Employment-oriented Automotive Electronic Engineering

ChenWei, Guo Jinjin, Wang Shoujun, Liu Jun, Liu Zhenzhong
Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronical System, Tianjin University of Technology, Tianjin, 300384, China

Abstract:According to the professional structure and application of the characteristics of the employment-oriented automotive electronic engineering, teaching location and teaching requirements of the practice course of professional design are discussed. The teaching team’s construction, optimization and improvement of theory and practice teaching of the related course group are stated. Especially, the establishment of the teaching content, the topic assignment and the construction of the practical teaching platform for the professional design are elaborated in detail. Finally the management system, the evaluation mechanism and the teaching effects for the course of professional design are discussed.

Key words:course group; professional design; practice platform

收稿日期：2016-01-29

作者简介：陈炜，博士，副教授，教研室主任。郭津津，博士，教授，系主任。刘军，博士，教授，院长。刘振忠，博士，讲师。通讯作者：王收军，硕士，教授。

基金项目：天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划重点项目(编号：C03-0802)。