CDIO理实一体化多维度汽车构造教学改革.pdf

10.16638/ki.1671-7988.2023.016.030 10.16638/ki.1671-7988.2023.016.030 CDIO 理实一体化多维度汽车构造教学改革 付 强，孙雪玲，蔡明秀，孔宪俊，程勉宏（沈阳航空航天大学 机电工程学院，辽宁 沈阳 110136）摘要：针对汽车构造理论与实践教学方法中存在的问题，重新设计了构思、设计、实现和运作（CDIO）理实一体化教学模式。采用 CDIO 工程教育的多维度教学方法和沉浸式理论与实践一体化实验室现场教学空间，使学生身临其境认知结构类实物零件，实现理论教学与实验教学无缝衔接。通过讨论式小组交流项目设计问题、讲授总结和随堂考核及实践考核，提高了对基础知识掌握的牢固度和解决复杂问题的能力。经过汽车构造教学案例的实践，教改组成绩明显高于对比组，验证了现场理实多维度教学新模式可有效提高学生随堂掌握知识的正确率，提高了专业知识学习的主动性和工程设计能力。关键词：汽车构造；CDIO；理实一体化；多维度教学方法；讨论式学习 中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2023)16-148-04 Teaching Reform of Multi-dimensional Automobile Structure with CDIO Integration of Theory and Practice FU Qiang,SUN Xueling,CAI Mingxiu,KONG Xianjun,CHENG Mianhong(School of Mechatronics Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China)Abstract:In view of the problems existing in the teaching methods of automobile structure theory and practice,the conceive design implement operate(CDIO)theory practice integration teaching mode is redesigned.The multi-dimensional teaching method of CDIO engineering education and the field teaching space of the immersive theory and practice integration laboratory are adopted to enable students to recognize structural physical parts in the real world and realize the seamless connection between theoretical teaching and experimental teaching.Through discussion group communication on project design problems,teaching summary,classroom assessment and practice assessment,the firm grasp of basic knowledge and the ability to solve complex problems are improved.Through the practice of automobile structure teaching case,the teaching reorganization score is significantly higher than that of the comparison group,which verified that the new mode of multi-dimensional teaching based on on-site theory and practice effectively improved the accuracy of students knowledge in the classroom,and enhanced the initiative of professional knowledge learning and 作者简介：付强（1976），男，硕士，副教授，研究方向为汽车防滑控制技术，E-mail:。基金项目：2022 年度沈阳航空航天大学本科教学改革研究项目（JG2022069）。第 16 期 付 强，等：CDIO 理实一体化多维度汽车构造教学改革 149 engineering design ability.Keywords:Automobile structure;CDIO;Integration of theory and practice;Multi-dimensional teaching method;Discussion learning 汽车构造课程的教学目标是让学生具备较强的工程设计能力和完整的三维结构认知。传统的理论教学使用多媒体课件授课，包括大量展示彩色效果图片、三维实物图片、三维数字化模型，极大地促进了工程认证教育要求的教学目标实现，但传统教学对于培养学生解决复杂工程问题能力却收效甚微。构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）（简称“CDIO”）理实一体化是以学生为教学设计中心的沉浸式教学空间理念来解决复杂工程问题的教学实施手段1-2。在全部的教学过程中通过让学生课前主动积极地设计产品、现场课程积极讨论交流及教师课内总结的方式学习项目产品。CDIO 理实一体化设立实验室现场教学的实物零件空间，项目产品触手可得，直观且认知力非常强。CDIO 理实一体化教学手段是将现有的工程项目产品设计问题有效融入汽车构造各系统课程的教学和实践过程中，在授课前促使学生主动学习和掌握构造结构基础知识，以创新研发设计机制促使学生积极学习专业结构知识。在自学设计和讨论式学习中循序渐进地培养学生解决工程复杂设计问题的能力和创新性。1 汽车构造教学存在的问题 汽车构造是车辆工程专业的第一门专业基础课，是专业核心课程，传统的教学过程主要以理论授课为主，存在以下问题：1）重视课堂理论教学，其中理论授课为 48学时，实验为 8 学时，轻视实验和实操。2）大部分授课方式是教师讲解，虽然有图片、三维模型和教学动画等辅助教学手段，但仍然缺乏认知的实物体验感和直观性，三维结构无法有效建立。从而造成学生无法记住结构内容，不理解传动过程3。3）除了构造实验课程使用外，汽车实验室设备和实物零件大部分时间都处于闲置状态，使用率较低。4）汽车构造考核以笔试理论基础知识为主，占总成绩 70%，平时成绩占总成绩 20%，实验成绩占总成绩 10%。考核手段单一，且实验成绩占比较低。针对这些问题，结合 CDIO 理实一体化手段，对汽车构造课程教学场地和方法进行教学改革，从教学空间、教学手段和考核方法多维度提升教学效果，培养出具有创新设计意识和工程实践能力的车辆工程专业技术人才。2 CDIO 理实一体化教学模式 CDIO 是将个人能力、人际交往能力以及产品、过程和系统建造能力进行有机结合，理论教学与工程实践紧密结合，知识、能力和素质融入其中的一体化课程体系4。CDIO 理实一体化教学模式具体实施要依托构造类课程实验室和大量的实物零件设备，即汽车构造教学回归汽车教学实验室，回归结构实物本真。理论教学沉浸在实物零件的三维教学空间内即汽车构造实验室，让学生对应实验室实物掌握结构知识点，理论与实践教学无缝衔接形成完整的一体，以工程理论实践为基础，培养个人能力和态度以及产品、过程和系统的建造能力的系统的方法，具体教学方案如下：1）授课地点：汽车构造实验室；2）授课形式：理论实践一体化讨论式教学方式；3）预期设想：教学理论内容、课程实验及汽车拆装实习融为一体。在整个课程内容设计中采用项目模块化教学，将教学章节内容进行整合。通过现场教学与实验教学结合，将课内实验、部分拆装实习内容融入课堂教学中，可实现传统教学大纲中汽车构造 56 个课时（包含实验学时），以及配套的汽车拆装实习的 16 课时，整合为 72 个教学课时。通过采用理实一体化教学方式将每个理论教学中的理论知识、课程实验以及拆装训练有机地整合为一个整体。与传统教学中将理论教学与实践教学分别独立授课相比，学习过程中能够立刻将所学的理论知识运用到实验认知及实习训练中，大大地缩减课程的授课学时，并在一定程度上提高学生专业知识的运用能力5。3 多维度教学方法设计 CDIO 汽车构造多维度教学设计体现在理论教学和实验教学空间一体化，理论和实践无缝转150 汽 车 实 用 技 术 2023 年 换、网络教学平台发布课前项目设计问题、多维度的实验室现场课堂讨论式交流和讲授总结，以及多维度的理论和实践考核方式等方面。通过课程考核方式的改革，增加课前产品项目设计、讨论式交流、专业运行与应用能力的考核内容、实操考核内容及教师总结讲授环节。同时增加日常随堂考核和实验实操考核所占比重，理实教学改革预计笔试成绩占总成绩的 50，随堂考核成绩占总成绩的 30%，实验与实操成绩占总成绩的20%6，以提高学生对日常课堂学习及实践能力培养的重视程度。CDIO 理论实践现场的多维度教学方法如图 1 所示。图 1 多维度教学方法 4 多维度考核方法设计 4.1 随堂考核方法设计 多维度教学模式通过设计随堂考核环节，让学生养成良好的课前预习及课后复习习惯，并将教学主体逐步转移至学生。课堂考核占总成绩的30，该考核过程一般设计在每堂课讨论教学后1015 min 内，考核内容主要为教师布置的课前产品设计问题及预习问题，涉及课内知识及与课程内容相关结构知识。学生在课中以小组方式进行问题讨论，并在讲解后由教师发放本节课随堂考核单进行作答，之后由教师收回考核单进行点评和评分。考核单成绩每次由教师课后记录，并计入平时考核成绩的一部分7。随堂考核单设计包括：1）随堂考核案例：汽车转向系统设计；2）课前项目问题：循环球式转向器设计；课堂讨论问题（各占 10 分）：循环球式转向器结构组成；讨论循环球式转向器动力传递路线；螺母与齿扇啮合齿数设计。4.2 实践考核方法设计 实验考核设计构想是把课内实验和实操内容适当融入每节理实现场教学后，要求在学生讨论和教师讲解总结后的规定时间内，由小组成员分批次完成实验内容和操作内容，实验教师根据学生工具使用情况、实验完成情况及完成结果进行评估评分，并对实验考核和实操成绩进行记录8。循环球式转向器实验考核记录如表 1 所示，汽车转向器型号分别为桑塔纳 2000 和 BJ2020S。表 1 循环球式转向器实验考核记录 项目名称 内容 实验与实操考 核内容及分值 指示循环球转向器结构名称组成（5 分）简述循环球式转向器工作原理（5 分）循环球式转向器拆装与调试（10 分）考核要求 指示结构正确，结构特点阐述正确 阐述工作过程正确，原理清晰 使用工具正确，装配位置准确，调试后 正常使用 4.3 试卷考核方法设计 基于 CDIO 多维度教学模式的试卷考核所占比重有所下降，占总成绩的 50。试卷内容设计与传统教学模式的理论试卷类似，主客观题目比例适当，难度适中，可适当与工程实践产品结合出综合分析题目。设计内容要求符合课程新大纲的培养要求，未来逐步降低笔试成绩占比到 40%，加大随堂和实践考核成绩占比。5 教学案例实施效果 教改案例为汽车转向系统构造：循环球式转向器设计，参与教学学生 15 人，分三组，每组 5人。其中第 1 组和第 2 组参与实施理实多维度教学案例全部教学过程。教师通过线上教学平台发布项目设计题目和课堂讨论问题。根据产品设计问题课前主动学习该项系统结构