高校车辆工程专业课程教学改革的创新模式探究

谢素超 井坤坤 汪浩

摘  要：作为铁道车辆工程专业的重要课程，《机车车辆工程》具有综合性强、实践性强、专业知识广泛的特点，需要我们不断总结经验，改革创新教学模式。文章从征集教学改革建议入手，针对课堂教学方法、课程考核方式、普及学科专业背景、科研融合教学、实践教学方法、课程思政等方面提出了一些新颖的改革方法，着力培养具有国际视野的铁道车辆专业创新人才，以适应学科水平的飞跃发展和时代要求的不断提升。所提建议可以为铁路车辆工程专业或者相关专业的课程教学提供一定的指导和借鉴。

关键词：《机车车辆工程》;本科生课程;教学改革;教学方法;建议

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）09-0044-06

Abstract： As an important course in the major of vehicle engineering， Locomotive and Vehicle Engineering has the characteristics of comprehensive， practical and extensive professional knowledge. We need to continuously sum up experience and reform innovative teaching mode. This paper starts with the suggestions for collecting teaching reforms， and puts forward some novel reform ideas for teaching methods， course assessment methods， popularizing professional background， scientific research integration teaching， practical teaching methods， etc. Efforts will be made to cultivate professional innovative talents for railway vehicles with an international perspective to adapt to the rapid development of the discipline level and the continuous improvement of the requirements of the times. The suggestions can provide certain guidance and reference for the course teaching of railway majors or related majors.

Keywords： "locomotive and vehicle engineering"; undergraduate course; teaching reform; teaching method; suggestion

一、概述

《机车车辆工程》课程是铁道车辆工程专业最具专

业特征的同名专业课，是该专业的核心必修课程。而目前传统教学方式存在局限性：教学内容繁杂，课程安排不合理，教学和考核方式单一等。并且课程内容陈旧，与专业当前发展前沿和实际工程应用脱节，教材内容泛而不精，不符合新形势下教学教育的要求[1-2]。

针对目前教学问题，研究学者们提出了众多教学改革方案[3-4]。在教学内容方面，提出课程内容分段分级，精讲与泛讲相结合[5];引入相关工程案例，结合实践试验，充实教学内容[6];加入课堂报告和问答环节，使学生参与教学内容[7]。

在教学方法方面，提出了现场教学与多媒体相结合[8];以问题和提问为主导的教学手段[9];利用互联网平台，结合线上与线下拓展学生学习方式[10];以及采用项目案例式、讨论报告式、结合实践实验式等教学方法[11]。

在考核方式方面，结合平时表现、课程实验与考试提出多样化的考核方式[8];采用多环节、多层次的课程考核机制[12];将课堂中的问题回答、交流讨论等活动等纳入考核范围[13]。

在新的时代背景下我国铁路事业蒸蒸日上，作者贯彻创新型、综合性的教育理念，基于多年的《机车车辆工程》课程教学经验，结合铁道车辆工程专业特点和培养特色，对《机车车辆工程》课程进行了创新改革探讨，针对性地提出了教学改革的相關建议，以期为我国铁路发展培养优秀人才。

二、教学创新改革的相关举措

（一）征集教学改革建议、以反馈促教学

根据学校《本科课程考核管理办法》中课程考核方式的相关要求：考核方式在形式上可分为笔试、口试、答辩、测验、论文等，也可在不同阶段开展考核，如平时测试、作业测评、课外阅读、社会实践、期末考核等。随着各本科院校对平时课程中间过程考核的日益重视，逐渐提高了平时测试、作业测评的分数比例。鉴于此，作为《机车车辆工程》课程的多年任课教师，作者选取了很多题目作为学生的作业测评题，其中“通过本课程的学习，针对课堂教学、实践实验以及认知实习等环节，提一提本课程的教学改进建议”是选题之一，通过本题目的设置，旨在为完善教学手段、改进教学方法提供借鉴和参考。

在课堂教学结束时，通过征集学生反馈意见，进行总结分析，并有针对性地进行教学改革改进，以反馈促教学。图1所示为某次课程结束后征集的学生建议统计分析图，参与本次意见反馈的学生共计63人，收到的反馈意见共计119条。图中课堂教学方法包括课件设计、多媒体使用、黑板板书、视频动画展示、实物展示、师生互动等方面;课堂考核方法包括课堂小测、课堂提问方式、提问内容、奖惩措施等方面;课程作业测评包括结构设计及分析、文献综述、论文撰写、意见建议等;期末考核包括考试方式、考查范围、答疑形式等;实验实践包括实验方法、实验测评等;认知实习包括实习单位选取、实习对象、实习安排、实习时间等;不能归类到上面建议类型里的，都属于“其它类型”。

从图1中的分析结果可以直观地看出，学生们比较关注的改革建议主要集中在课堂教学方法和课堂考核方法方面，其次是课程作业测评和认知实习部分。

需要注意的是，图1只是针对本次课程结束时做的一次反馈意见统计，如果每一次课程结束之后都能持续地征集反馈意见，这样统计的样本点就会更加全面，更能做到有的放矢，更加完善地针对学生的建议进行全面地改进。

（二）多媒体板书相结合，增加提纲总结

针对《机车车辆工程》这类结构组成及性能原理介绍的课程，在备课时做到图文并茂、生动具体：课件中的图片可以来源于现场、网络、文献资料和书本，同时部分又是书本上的拓展，兩者结合可以相得益彰，在上课时可以把机车车辆部件结构组成及其性能原理生动具体地展示出来。但是，《机车车辆工程》这门课程涵盖机车（内燃机车及电力机车）和车辆（客车及货车），涉及到的知识点比较多，每一个知识点的分布比较散乱、难以整理。因此，可以在每一个知识点对应的PPT课件基础上添加一些提纲挈领的知识框架（需要在黑板上板书的内容），便于学生们在框架中填充书本上的知识，或在此基础上构建出基于自身理解方式的知识架构，以便学生在课后更好地归纳、理解与掌握。

图2就是针对客车转向架做的一个知识框架，在讲解客车转向架时，书本上分别罗列了209T、209P、209PK、206、209HS、206KP、CW-2、SW-160、SW-220K、CW-200、SW-300、CW-300以及国内外高速动车组的转向架，转向架类型繁多而分散，没有条理。为此，设计了如图2所示的客车转向架知识框架，作为黑板上的板书内容。从图2可以看出，该框架对书本上讲到的以及书本里没有提及的所有典型客车转向架进行了归纳、梳理及总结，一目了然、方便理解，当涉及具体某一类型转向架的结构介绍时，又可以对照多媒体PPT进行详细阐述。同理，课程中的所有知识点都可以以此类推。

采用多媒体PPT课件与黑板上的板书相结合的方式，相辅相成、相得益彰，有助于学习者知识思维的建立。这可以减轻学生们的整理、归纳及理解的难度，提高学习效率，同时也减少了教师的板书量，减轻劳动强度，方便备课，是一项一举多得的准备工作。

（三）课堂新颖提问方式，加强课堂考核

课堂提问是一种常见的平时测试手段。课堂的提问方式可以采取一种更新颖的方式，如图3所示，即老师只需要随机点名一位学生A起来回答第一个问题，如果回答错误，学生A接受惩罚，如果回答正确，由学生A指定下一个学生B，老师再提出问题，学生B回答，如此循环。为了节省时间和抽样的多样化，通常一组循环4个学生即结束，重新开始新的一轮答题，参与过答题的学生不再参加下一轮循环。惩罚措施由其他学生定，通常有才艺表演、在黑板上绘制一个车体部件结构图、出下一轮的题等，惩罚对象可以是针对单个学生，也可以是针对这一组没有答对的学生团体。

这种课堂的提问方式的优势有：1. 相比较原本的课堂测评时采取一问一答的抢答形式，这种方式提高了学生平时测评得分机会的均匀性。新的提问方式：以学生指定学生的方式，也就是每一个学生在每一次课堂只有一次回答问题的机会;以前一问一答的抢答形式，有的学生想要抢答，但是性格羞涩，缺乏勇气，这种方式也是一个给他们加分的“台阶”。2. 提问方式新颖，增加课堂趣味性。被提问学生以及提问问题都是未知的，增加课堂的紧张刺激感，也会促使学生们熟记知识点。3. 提问具有一定的群体针对性。原来的提问方式下学生A积极回答问题，而学生B不举手、不回答，在新的方式下，老师可以通过提问A来提问B，可以改善学生不举手回答问题的情况。

这种课堂的提问方式的劣势有：1. 答题机会将集中在某些群体里，跟以前方式中答题机会多集中在某单个人的道理一样。解决办法：记住不同群体中积极的人，平摊答题机会。2. 如何照顾不积极回答问题的人，任何一个班级总有些人会游离在课堂之外，这个是不可避免的。解决办法：让这些人来做第一个回答问题的人。

（四）普及学科专业背景知识，服务学生就业及深造

《机车车辆工程》是一门专业性比较强的核心课程，在课堂上需要适度普及学科及专业的发展动态。下面将从普及什么内容、为什么要普及、怎么去普及三个方面进行阐述，基本框架如图4所示。

“普及什么内容”主要侧重于两方面：一方面是从事本专业领域相关的教学科研人员，目前正在开展的科研动态以及即将解决的关键科学问题;另一方面就是本专业已经毕业的校友，在自己职场领域的工作动态以及发展前景等。

“为什么要普及”得从学生们的需求说起。因为学生们从大三陆续开始学习《机车车辆工程》等专业课，同时大家也即将面临读研和工作的选择：读研要选择哪个研究方向，工作要选择哪个职业方向。做这些选择之前，充分了解与专业相关的研究领域或者工作相关的发展情况是非常必要的。而《机车车辆工程》课程是本专业的同名课程和核心课程之一，这门课程相关的研究可以很大程度上代表本专业的研究，这门课程相关的工作也可以很大程度上代表本专业未来的工作。因此，在这个课上普及这些内容是非常合适的。

“怎么去普及”可以从以下三个方面去实施：其一，在讲某一节内容之前或者讲完之后，大概说明一下目前这个章节相关内容对应的研究情况和工作上的应用情况。如果学生们知道所学内容目前的研究动态和发展动向，势必会提高他们的积极性。其二，在上课的过程中，围绕某一个知识点穿插主讲老师或者同行的科研情况，包括研究方法、研究过程、研究成果等。这样做可以让学生们大致了解如果自己选择读研，需要做一些什么事情，要怎么样去做，然后再看看这些是不是自己想要的或者合适的选择。其三，除了校内老师授课，还可以邀请在本行业从事相关工作的校友，给学生们介绍一下他们目前的工作、经历、建议等，结合具体的例子会更具说服力。其实施形式可以多样化，视具体情况而定，比如让授课老师转述，或者借助现有网络资源，让校友准备一些文字材料或拍摄视频，让授课老师在课堂上展示;如果条件允许，可以不定期地邀请一些校友返回课堂，跟学生面对面交流，等等。

（五）科研融合教学，提升学生专业热情

教学与科研是一个具有内在联系且不可分割的统一体，教学与科研既不互相矛盾，也不能互相代替，没有科研的教学是不完整的教学。科研融入教学，实验平台提供基础，教学促进科研，如此才能相得益彰，让教学资源及灵感火花在师生之间充分涌流，实施思路如图5所示，具体实施方案如下：

1. 介绍科研实例：将科研工作中所取得的成果及科研论文中的主要论点充实到课程中，作为实例进行详解，并通过教学将其转化和升级，以此来明确学生学习目的，激发学习兴趣，启发独立思维和专业思维。例如，在讲到转向架的结构及发展历程的过程中，可引入國家自然科学基金面上项目“铁道车辆碰撞过程中的纵向失稳机制及其抑制方法研究”项目，以实例讲解碰撞过程中车辆纵向失稳与车辆间连接结构的关系，进而引出车端连接结构组成及其各部分作用，以及对车辆失稳的影响等。

2. 引入科研难题：可将科研中的难题也引入教学当中，大家一起进行思考，努力形成师生互动，激发彼此的创新灵感，提升学生的学习热情，教师的科研热情;如在进行车体部分讲解时，可引入中车长春轨道客车股份有限公司“大风条件下车体变形测试”项目中如何进行车体变形量的测试以及如何评价车体变形量是否超限等问题，在学生充分了解车体结构的基础上，引导其思考车体在恶劣条件下所承受载荷，进一步提升学习深度，培养学生发现问题和解决问题的能力。

3. 增添课程实践环节：在课程开始就将课设题目及要求发给学生，形式可多样化，学生可自由选择、自由组合，但一组不宜多于5人，防止划水现象的出现，甚至针对一些较为优秀的学生，可让其参与到老师的科研项目中来。实践环节是科研与教学结合最紧密的，可以充分调动学生思维及学习能力，在学习知识的基础上进行合理应用，提升学生专业学习热情及能力。课设题目要充分贴近课本内容，让学生在学习课本知识的基础上继续深入、升华知识。例如：针对转向架部分，可设立转向架的三维建模题目，使学生充分理解转向架每个构成部分;可设立转向架在第一第二工况的强度仿真分析题目，使学生在理解转向架结构的基础上进行运行或调车过程中转向架承载能力的探究;除仿真外也可充分利用实验室设备资源，设立转向架静强度测试实验题目，提升学生动手实践能力，针对车体及车辆运行品质等也可设立一系列的仿真及实验题目，在此就不一一赘述。

上述三个方面相互促进，可带领学生逐步走入科研，全面地调动学生的专业学习热情，潜移默化地提高大家学习的积极性，逐步引导大家建立科研思维。

要使学生更好地进入科研状态，完备的实验平台及设备必不可少。我校轨道交通安全教育部重点实验室拥有目前世界上规模最大、实验速度最高的高速列车动模型实验平台，同时，实验室还拥有自主研建的轨道车辆实车及大部件碰撞实验系统，可针对车体外形设计、车体强度分析及吸能结构的设计等进行实验研究;除此之外，实验室还拥有大型的风沙风洞实验装备、列车变气动载荷实验装置、风/沙/雨/雪/冰气动实验平台群、列车运行姿态实验系统、特种车辆实车安全监测系统、列车机器视觉在线监测系统等，可针对转向架性能、列车空气动力学性能、列车在各种复杂天气下的运行安全性能进行相应指标的监测;而轨道车辆虚拟仿真实验平台、轨道装备先进制造实验系统、智能交通设备计算机视觉与机器学习检测平台等智能先进平台更可极大增加学生的专业兴趣，并可利用这些平台进行车辆工程方向的探索。

（六）将“工厂”带进课堂，用模型辅助教学

《机车车辆工程》是一门非常注重理论结合实践的专业课程，在理论课程学习结束后会安排工厂认识实习，为学生提供接触工厂生产实际，丰富理论学习内容的机会。由于工厂实习环境与学校教学环境有很大不同，流动的学习地点、嘈杂的生产现场、紧迫的实习时间，给学习带来许多不利因素，很多学生表示在认识实习中只能走马观花，对整体得到一个粗浅的认识。虽然这是教学向多方因素妥协的结果，但是对于珍贵的工厂实地参观机会来说略微可惜。为此在认识实习之前，通过配置教具模型的方式，对书本上的抽象部件以及工厂生产的重要部件进行具体展示，对难以通过书本和PPT表达的部件之间的相互联系及作用进行直观展现，将“工厂”带进课堂，使学生在头脑中对所学内容形成一个立体而全面的印象。模型既可以是商业生产的专用教具，也可以是认识实习中将会出现的重要部件的3D打印模型，在理论教学中学生对工厂认识实习的内容拥有整体认识，在认识实习的短暂而宝贵的时间中学生就可以更具针对性的参观学习，使工厂实习和理论教学紧密结合，教学质量得以提高。

在配置教具模型的同时，让学生通过对机车车辆重要部件进行3D建模的方式，使学生自主学习，丰富课程知识，提高专业素养，增强学习兴趣。铁道车辆的组成分为车体，转向架，制动装置，连接和缓冲装置以及车辆内部设备五个部分。在介绍完铁道车辆基本知识之后，具体讲解各类车辆装置之前，通过学生自由分组的形式，安排学生对书本上的车辆装置进行3D建模，每组学生选取不同的装置，组内不同学生选取不同的装置部件，确保每一位学生都有参与的机会。此时学生已经对铁道车辆拥有了整体认识，随着课程教学的深入推进同步进行模型的创建，在结课之前将作品提交作为平时成绩的参考。考虑到学生的时间安排，建模过程不宜占用学生过多的课余时间，模型不求精确具体，但求展现教学中讲解的车辆装置的基本组成，根据学生熟悉知识的差异模型既可以是基于UG等专业CAD软件的三维结构模型，也可以是基于3Dmax等三维建模渲染软件的设计模型。建模与教学的结合旨在通过三维建模提高学生对课程重点内容的掌握，同时完成作品可以提高学生的学习成就感和专业自豪感。

（七）课程思政，教书育人协同融合

习总书记指出：“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。基本思路框架如图6所示。

专业课思政教育应采取“边学习，边理解，边实践”的方式，使得教材、知识点中包含的众多“思政元素”能以各种方式在课堂教学过程中展开和呈现。通过对《机车车辆工程》课程本身所涉及的专业知识的分析，可以梳理总结出丰富的思政元素。按照课程推移顺序可以罗列以下几个关键点。

课程在讲到三分之一的时候，即讲到转向架结构原理及基本部件，会引用原香港中文大学校长金耀基曾说过的一段话“学生在大学里，实际上是学四种东西（如图7（a）所示）：一是学怎样读书（learn to learn）;二是学怎样做事（learn to do）;三是学怎样与人相处（learn to together）;最后是学怎样做人（learn to be）。”所谓学怎样读书，就是培养学生新的学习方法，养成良好的学习习惯，不像中小学一样全程灌入式地被动学习，大学生要注重培养主动学习能力、自学能力和探究精神，需要学习的不是知识本身而是获得的能力、方法和技巧;所谓学怎样做事，就是自己需要的是什么，勇于创新，敢于实践，努力提高办事能力;学怎样与人相处，不仅是学会共同工作、共同生活，更是学会关心、学会分享、学会合作，积极参与社会活动，在各种“磨合”中找到新的认同、确立新的共识;学怎样做人，就是大学教育的最终目标，就是要把学生培养成一个对自己负责、对家庭有用、对集体有益、对国家有贡献的人。

在课程讲到一半的时候，即讲到具体客车转向架时，会进行教学阶段总结（如图7（b）所示）：技不在高而在德，术不在巧而在心。师者，传的是道，授的是业，解的是惑，给的是情。“教师是人类灵魂的工程师，承担着神圣使命。传道者自己首先要明道、信道。高校教师要坚持教育者先受教育，努力成为先进思想文化的传播者、党执政的坚定支持者，更好担起学生健康成长指导者和引路人的责任。”要以德立身、以德立学、以德施教，为学生点亮理想的灯、照亮前行的路。

在课程讲到五分之四时，即讲完客车车体结构时，就会穿插着讲“人生的境界”，围绕知识传授、能力培养、价值塑造三位一体的课程建设目标，在课程内容中寻找与社会主义核心价值观、专业伦理、学习伦理、家国情怀、国际视野、创新思维、工匠精神、人文情怀等相关德育元素的“触点”和“融点”，通过典型案例等教学素材的设计运用，以“润物无声”的方式将正确的价值追求、理想信念和家国情怀有效地传递给学生（如图7（c）所示）。

三、结束语

现如今，我国铁路事业蒸蒸日上，《机车车辆工程》作为铁道车辆工程专业的核心课程，需要我们不断总结经验，改革创新教学模式，以《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》以及《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》等文件精神为指导，达到培养更多更优秀的铁路专业创新人才的目的，以适应学科水平的飞跃发展和时代要求的不断提升。本文从征集教学改革建议入手，针对课堂教学方法、课程考核方式、普及学科专业背景、科研融合教学、实践教学方法、学生学习方法、课程思政等方面提出了一些新颖的想法，可以为铁路车辆工程专业或者相关专业的课程教学提供一定的指导和借鉴。

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