汽车发动机原理课程项目教学方法研究与实践

王 磊，张 艺，孙 铂，李 昕，陈爱红

(河北农业大学机电工程学院，河北保定071000)

汽车发动机原理是车辆工程专业的核心专业课之一，主要讲述汽车发动机的热功转换过程及性能优化、发动机的燃料及燃烧科学、发动机有害排放物的控制理论及工程技术［1］。以培养具有较好理论基础、较强工程实践能力和创新意识的设计工程师［2］。

汽车发动机原理课程建立在多门基础课程之上，包括理论力学、有机化学、工程热力学、液压与气动技术、工程材料、汽车发动机构造、电子控制技术等。同时，影响发动机性能的因素繁多，发动机的燃烧理论存在争议，工作过程参数又难以精确量化，且大多数工科学生已经习惯了定量思维方式，这使得他们把握发动机工作原理的要点有较大难度。

由于汽车发动机原理课程的理论性很强，导致大多数同学在学习中感到“内容多、记忆难、涉及面广、重点难把握”，任课教师运用传统的教学方法难以获得理想的教学效果。笔者结合近年来围绕汽车发动机原理课程所做的教学改革和探索，通过在教学中引入项目教学法，探讨和分析如何提高学生的理解能力和分析能力，培养工程意识，从而提高教学质量和改善教学效果。

一、项目教学法的内涵与特点

项目教学法是指学生通过引导，在完成工程项目的过程中所进行的自主探究学习。项目管理教学法整合了任务驱动教学法、探究式教学法和案例教学法的特点，使学生在工作中完成知识点的学习和领悟，较好地提高了理论知识的运用能力，对未来的深入学习甚至工作都能起到有益的影响［3］。

(一)项目教学法的一般内涵

项目教学法是在建构主义理论的指导下，以实际的工程项目为对象，通过师生共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动［4］。首先是教师根据所学知识的特点，把某一实际的工程项目或针对知识点特意构建的工程项目进行分解，并对项目进行宏观的讲解，使学生了解该项目的目的、意义和要求。然后让学生围绕课程项目进行讨论分析以及协作学习，包括各项目组内部的讨论和项目组之间的沟通。最后老师以项目组完成项目的情况来评价组内各同学学习情况。通过工程项目的实践来引导学生对理论知识的深入掌握，从而在理论与实践的结合中挖掘学生的创新潜能，培养学生解决实际工程问题的综合能力。

项目管理教学方式能够培养学生良好的工程意识，为学生未来的发展奠定坚实的基础。这种教学方法可以改变教师只进行课堂理论讲授、师生互动较少的传统方法，可以更好地将基础知识与工程实践结合起来，培养学生独立思考、团结协作的精神，将育人与课堂教学过程结合起来［5，6］。

(二)项目教学法的特点

与传统教学法相比，项目管理教学法最显著的特点就是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”的实践教学模式，把以往学生“听中学”的“被动填鸭教学”改变为学生“做中学”的主动教育模式［7］;实现了“三个中心”的转变:把“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，把“以课本知识点为中心”转变为“以项目需求为中心”，把“以课堂为中心”转变为“以项目实践为中心”。

项目管理教学法的特点可归纳为:

1．实践性。项目大多来自于工程实践或科研项目需求，使学生清晰地看到理论知识在生产实践中的指导作用。

2．自主性。结合项目组的选择和组内的分工让学生具有了更多的选择空间，以利于学习兴趣的提升，从而能有效地促进创新思维的发展。

3．发展性。在项目的构建过程中要注意项目之间的联系，以形成一个持续深入探究学习的状态，把教育的阶段目标与长远目标结合起来。

4．综合性。具有学科交叉性和能力综合运用的特点。

5．开放性。体现在学生围绕主题所探索的方式、方法和展示、评价具有多样性和选择性。

二、项目教学法的实施

将项目教学法引入汽车发动机原理课程的教学中，可以将教师目前的科研项目分解为若干和实际课程章节内容密切相关的小项目，在理论讲解后让学生参与到这些项目中，从而可以达到学以致用、融会贯通的目的。学生在参与项目的过程中，充分感受到这些理论内容在实际工程运用中的重要性，加强学习过程当中的工程意识的培养。

根据基于行动导向的项目教学法的指导思想，笔者在汽车发动机原理课程中开展了项目教学。在具体实施过程中采用以下步骤。

(一)课程项目构建

项目教学法的首要环节就是项目构建，项目构建完成后，整个实施过程就要围绕这个中心环节来展开。因此在进行项目构建时应满足以下几个方面的要求:

1．项目能够理论联系实际，使学生在项目学习及实施过程中操作技能、团队合作精神和沟通技能得到训练，提高其实际的工作能力。

2．项目应与学科研究前沿或研究热点相关联，使学生在对课本知识掌握的基础上了解学科前沿发展及热点问题研究状况。

3．项目完成后，能够进行展示，如制作的产品、三维实体模型及照片等。

4．制定的课程项目内容应随技术、工艺和方法的更新而更新。

5．项目应具有一定的难度，要求学生充分发挥积极创新的精神去解决项目中的问题。

(二)课程项目实施步骤

1．成立项目小组。按照项目内容及数目将学生分组，相关项目小组之间的联系应提前告知项目组成员，并要求他们在研究学习中分工合作、协调配合。

2．师生共同制定项目任务书。在师生充分讨论的基础上给每个小组制定相关任务书，项目任务书要同时具有引导性和开放性，即在对研究方向有一个总体把握的基础上鼓励发散思维和创新实践。

3．项目调研。学生依据项目具体内容及要求，对项目相关方面进行实际调研、上网查找或到图书馆查找有关参考资料，了解相关内容的目前实际状况、研究前沿状况及存在的困难。

4．学生制定项目计划书。每组学生根据调研状况制定出自己小组具体项目完成的步骤、实施方案，教师进行相应指导，并协调相关小组之间的分工合作。

5．项目的实施。各个项目小组在负责人的协调下分工合作，动手完成具体的项目内容。遇到困难的时候应积极与其他小组成员或老师进行沟通。

6．项目的汇报。项目完成后，要求每个小组要呈报一份详细的研究报告，报告中要对项目研究过程中出现的问题和取得的收获分别进行总结。为了锻炼学生利用工程语言交流的能力，要求每个小组至少推举1人将项目制作成PPT在全班宣讲。

(三)课程项目评价

对项目教学法教学效果的评价重点应放在项目实施过程上。根据项目教学实施的目的，着重评价每个学生在项目实施过程中的参与程度、合作能力、沟通能力等。同时，要突出评价学生在项目实施过程中所表现出来的创新精神和动手实践能力，并将最终的评价结果以一定的权重计入本门课程的最终成绩。

三、项目教学案例

下面以教学过程中的一个实例说明汽车发动机原理课程项目教学方案的实施过程。汽车的排气污染问题是行业发展中的一个热点问题，排放污染物的形成机理及净化措施都属于汽车发动机原理课程的教学内容。由于这部分知识结构不完善、知识不成体系甚至存在一定的争议，在传统的教学过程中，出现知识点讲授零散、考核困难等现象。针对这种情况，笔者在课堂讲授完成后，结合正在进行中的科研立项，设计了以下项目，供学生完成实施以达到教学目的，如表1所示(表中只列出了部分设计项目)。

表1 发动机排放教学项目设计

表中所设计的项目都是针对NOX排放污染这一热点问题进行拟定的。由于这一问题属于机动车排气净化技术的前沿技术，在教材中仅有很简单的概述，引不起学生的重视，但这一研究热点问题在不久的将来必然成为发动机设计制造中的技术重点，所以引导学生进行深入研究是很有必要的。

通过这一项目训练，学生能够灵活掌握发动机的燃料燃烧过程及其影响因素，拓宽对缸内减排NOX技术的理解，探索NOX的后处理技术，包括对柴油机的选择性还原SCR技术的关键技术的理解、汽油机的催化分解技术的理解、稀燃汽油机的吸附还原技术的理解，并通过分析汽油机和柴油机在减排NOX技术上的差异培养对比分析能力，培养学生良好的思维习惯。

四、结语

专业课的学习既是掌握专业基础理论的过程又是培养工程实践能力的过程，前者是学生实践创新的基石，后者是实践创新的素材。项目教学法就是“边做边学”原则和“工程项目指引下的教育和学习”的集中体现，它通过改革传统的课堂教学模式，来实现对学生实践创新能力的积极培养，必将为工程应用型人才的培养起到重要的推动作用。然而在实际的教学实践中，实施这一教学方法并不容易，学生学习时间的安排和课程学时的设置都在不同程度上影响着项目教学法的实施。通过汽车发动机原理课程实施项目教学实践发现，教学过程中要注意设计的项目和课堂理论教学形成良性的平衡与互补，重在培养学生如何分析问题和解决问题，为以后的实际工作打下坚实的基础。

［1］ 林学东．发动机原理［M］．北京:机械工业出版社，2008．6．

［2］ 唐友名，易际明．车辆工程专业卓越工程师培养之项目教学研究［J］．科技创新导报，2012(8):177-179．

［3］ Charles M V．Context and Challenge for Twenty-First Century Engineering Education［J］．Journal of Engineering Education，2008(4):8-11．

［4］ 吴全全．“项目教学法”——中德职教师资进修项目收获之一［J］．中国大学教育，2006(6):13-14．

［5］ 崔军．我国高等工程教育课程改革研究［D］．南京:南京大学，2012．

［6］ 杜翔云，Anette Kolmos，Jette Egelund Holgaard．PBL:大学课程的改革与创新［J］．高等工程教育研究，2009(3):5-7．

［7］ 查建中．论“做中学”战略下的CDIO模式［J］．高等工程教育研究，2008(3):42-45．