“项目-任务驱动”教学模式大学生工程能力培养研究

罗浩　吴振鹏　朱俊懿

摘 要：在大力倡导工程教育专业认证的背景下，对工科专业工程应用类软件课程的教学改革势在必行。此研究基于工程教育专业认证理念和要求，对《汽车CAD/CAE》课程教学问题和现状进行分析与梳理，采用“项目-任务驱动”教学模式，以实际工程需求为依据，对教学目标、教学内容、授课方式和考核方式等方面开展教学改革，并持续反馈改进，以达到一定程度上提高学生工程能力的目的，以夯实车辆工程专业开展工程教育认证的基础。

关键词：汽车CAD/CAE 工程能力 教学改革

在中国高等教育中，工程教育是重要组成部分。作为国际认可的工程教育质量保证体系，工程教育专业认证也是工程师资格与工程教育国际认可的重要基础。 工程教育专业认证的核心是确保其是否符合行业认可的工程毕业生质量标准。这是一项以培养目标和毕业出口要求为导向的资格评估。在这种情况下，学生不仅应具有扎实的专业理论知识，而且还应具有较强的工程意识和能力。

目前，国内外学者已开始了项目驱动和任务驱动教学法相融合的研究，并取得了一定的研究成果。在工程教育专业认证及创新创业背景下，探索两种教学法相融合的教学模式，提升学生工程创新实践能力势在必行。

此研究以笔者承担的《汽车CAD/CAE》课程为例来开展课程教学改革研究。根据前期调研发现，传统的《汽车CAD/CAE》课程教学，一般以三维软件的常规操作方法教学为主，本质上是软件使用教程的学习。教学流程采用软件普遍的使用教程流程进行，建模对象一般是较为简单的针对单一知识点的模型。课程结束后，学生普遍掌握了单一知识点的软件操作方法，即掌握了软件的使用方法。但是，针对本专业涉及的汽车上复杂的汽车零部件建模，学生在做毕业设计过程中，普遍感觉无从下手，很多学生不具备复杂汽车零部件建模的能力，不具备相应的工程能力。本研究探索“项目-任务驱动”的混合教学模式在《汽车CAD/CAE》课程中的应用，为如何更好地培养工科专业学生的工程能力提供了一定的理论参考。具体而言，以武汉商学院机电工程学院2017级车辆工程专业学生为研究对象，从《汽车CAD/CAE》课程的教学目标、教学内容、授课方式和考核方式等几个方面展开研究，对《汽车CAD/CAE》课程进行教学改革，将工程能力作为《汽车CAD/CAE》课程的培养目标，构建知识点和任务对应的课程内容，以便为其他课程改革提供范例。

1 教学过程中的问题

1.1 学生工程能力普遍不足

在第九届中国工程院院士大会上，工程院常务副院长潘院士表示，中国的高等工程教育存在一些弊端，即教育重视理论而忽视实践，在教职员工方面缺乏工程实践背景，导致学生大多从理论上学习。课程结构不合理，缺乏实践知识的指导，课程创新还不够。创新能力和工程能力的训练不足，对职业道德和职业能力的教育还不够。高等工程教育的这种情况使我们的学生缺乏创新能力、实践能力、合作意识和人际交往能力。

1.2 课程教学内容、授课方式和考核方式制度不完善

《汽车CAD/CAE》该课程最重要的部分是培养学生的工程能力，其中最重要的是独立设计和建模复杂零件的能力。目前，学生在知识的学习上面面俱到，单一的软件操作掌握熟练，但是在实际项目中却无从下手。笔者认为，存在这样的问题，主要有以下几个原因：

在传统的教学内容中，根据对部分普通高校车辆工程专业《汽车CAD/CAE》课程的研究调查。目前，大多数高校车辆工程专业都开设了《汽车CAD/CAE》课程。普通高等教育教材种类多，不同学校的教材和教学大纲并不相同，但教材的内容主要基于对单个软件操作技能的讲解。教学内容的组织是以软件的使用流程进行，学生往往对单一软件操作方法掌握的比较熟练，但综合设计建模能力较弱。其次，教学内容主要来源于教材，一般包括软件的二维草图绘制，三维零件建模，零件装配，仿真等等，缺少较为复杂的汽车相关的零部件的综合设计建模训练。再者，学生过于依赖教师，过于依赖课本，对于教材中涉及的操作方法，可以熟练地对照课本进行操作。但是，对于教师单独给出的、没有操作教程的对象的建模，学生普遍无从下手，独立解决工程问题的能力有限，缺少工程设计思维的训练。

在传统的授课方式中，主要是授课教师在讲台上讲解，几乎所有的教学活动都是由老师组织的，学生只是被动地接受。在这种教学模式下，它严重制约了学生创新设计思维和工程实践能力的培养。特别是在实验环节中，学生基本上按照实验指导书的指导进行，缺乏独立工程实践项目设计建模的训练，在综合设计建模操作时相当吃力，缺少工程设计思维的训练。

在传统的考核方式中，对于《汽车CAD/CAE》课程，目前传统的考核方式仍以纸质试卷考试的方式为主，考核方式单一。此研究将探索以上机实践操作考试、平时实践项目提交、参与学科竞赛成绩和课堂综合表现等形式的多维考核方式，评定这门课程最终成绩。

2 教学改革思路

工程能力的培养最核心的目的是要让学生能够独立自主地完成一项项工程项目。在基于“项目-任务驱动”的教学模式中，首先，我们应该设计合理可行的项目，然后结合课程相关知识点制定相应的任务，在完成任务的过程中，能够使学生的实际工程能力有所提升，让学生在掌握课程基础知识的同时，进一步培养学生的工程能力。

本研究从基于“项目-任务驱动”混合教学模式出发，对笔者承担的《汽车CAD/CAE》，研究了该课程的教学目的、教学内容、教学方法和考核方法，解决整个教学过程中工程能力不足的问题。本文探讨了培养学生工程能力的教學模式，以及如何将考核方法渗透到教学过程的各个方面。将课程的主线划分为一个个实际工程项目，将课程的知识要点和工程项目的实例对应起来，使教学内容在前后联系上更加紧密，使学生在实践中学习得更加连续和融合。 同时，根据知识点，在教学中制定相关的课程任务，使学生在完成课程任务的过程中，带动学生学习《汽车CAD / CAE》的知识点，从而更好地锻炼学生的计算机绘图，仿真和工程能力。具体而言：

2.1 基于“项目-任务驱动”混合教学模式的教学目标

基于工程教育专业认证理念，以实际工程需求为依据，改变传统教学过程中“按模块，讲命令”的方式，以实际工程设计思维的培养为目标，重点培养学生基于三维设计软件工具，解决复杂汽车零部件的设计建模能力，而不是熟悉软件使用方法的能力。

2.2 基于“项目-任务驱动”混合教学模式的教学内容

本课程从汽车的核心部件开始，在结构设计和建模思想的指导下，结合实际项目和企业实例，使学生掌握相关设计和建模的具体过程和操作方法，以便让学生的实际工程能力得到有效提升。通过甄选，确定了“把手草图绘制”、“发动机拨叉建模”、“蜗杆设计”、“汽车油箱三维建模”、“变速器轴三维建模”、“变速箱装配体”、“支架工程图设计”等具体的汽车相关的综合设计项目，对于每一个项目，针对性地分拆为多个课堂任务。通过“项目-任务驱动”模式，推进授课进程。在课程最后，结合相关CEA软件，确定了以例如“基于ADAMS/CAR（一种CAE汽车软件）四轮转向汽车操纵动力学仿真”和“基于ANSYS（一种CAE软件）的白车身结构分析”等实际工程实例为教学综合项目，并鼓励学生参与“全国汽车创意设计大赛”、“中国汽车造型设计大赛”、“先进成图大赛”和“3D大赛”等学科竞赛，将好的学生作品纳入本课程的教学案例库中，扩充课程教学资源。

同时，通过与相关企业开展校企联合应用型人才培养，借助实际企业工程项目丰富教学案例，增强学生对评价标准和设计过程的认识，增加学生的工程实践经验，从而教学内容更具针对性，突出专业性，提高实用性，激发学生的学习欲望。课后练习是工程实践教学的重要组成部分，可以加深学生对模块命令和课堂内容的理解和掌握。因此，有必要建立一个丰富的习题数据库，根据实际操作的难度将其划分为不同的层次，并根据相应的要求提供相关的课后实践内容，为学生的持续进步和發展提供帮助和便利。

2.3 基于“项目-任务驱动”混合教学模式的授课方式

改变传统授课方式，减少教师“填鸭式”授课时间。教师的主要职责是组织课堂教学和课堂答疑。适当增加学生自主上机练习时间，采用分组完成单独完成项目的方式，让学生之间相互学习解决问题，对于学生解决不了的，再由授课教师进行讲解。针对笔者承担的《汽车CAD/CAE》课程，目前授课方式全部采用上机授课。对于软件中“各命令”，“各模块”的学习，由教师推荐软件自学网站，学生自学的方式进行。课程中，首先将学生分成若干小组，由教师分发前文中提到的综合设计项目。然后学生一起讨论，对于本次课的项目，需要用到哪些软件操作命令，设计的流程可以有哪些，具体的流程步骤如何等。最后学生自主上机操作，教师答疑。

2.4 基于“项目-任务驱动”混合教学模式的考核方式

考核方式上，减少笔试的权重，侧重以上机实践操作考试、平时实践项目提交、参与学科竞赛成绩和课堂综合表现为依据的多维课程考核形式。为了更好地评估应用型本科生的学习过程，应将考核过程深化到每个教学环节，提高学生的学习兴趣，促进他们的全面发展。

3 结语

随着工程教育专业认证的不断推广，课程改革和专业建设是获得专业认证的必由之路。本研究在笔者承担的《汽车CAD/CAE》课程的基础上，研究分析了《汽车CAD/CAE》课程的教学问题和现状，面向现代工程教育专业认证开展实践探索与课程改革。在教学目标、教学内容、授课方式和考核方式等方面进行了优化设计。从课程改革效果看，“项目-任务驱动”混合教学模式和企业工程项目案例的整合，激发了学生的学习动力，增强了学生的工程实践能力，优化的教学方法充分调动了学生的学习热情。该课程的教学效果取得了良好的效果，为应用型人才的培养提供了保证。此教学模式同样可以尝试应用于《UG计算机辅助制造》和《Altium Designer电路设计与仿真》等应用性较强的工程应用软件课程的教学。工程专业认证和创新创业背景下，探索基于“项目-任务驱动”的混合教学模式，有利于大力提升应用型本科高校学生的工程应用能力。同时，探索《汽车CAD/CAE》等工程软件类课程的教学方法和质量评估体系，有利于深化教学改革，提高教学水平与人才培养质量。

基金名称：武汉商学院2019年度校级教学改革研究项目。编号：2019N019

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