內(nèi)燃機學實驗教學的改革與探索

鄭劍銘 陸小明 劉長壽

集美大學機械工程學院 福建廈門 361021

內(nèi)燃機是集機、電、熱于一體的精密熱能動力機械，在歷經(jīng)一個多世紀的應(yīng)用和研究之后，其發(fā)展遠未達到頂峰，在動力性、經(jīng)濟性以及污染物控制等方面仍需不斷改進[1]。然而，內(nèi)燃機的工作過程、主要零部件結(jié)構(gòu)、運動及其所受機械載荷與熱負荷非常復雜，純理論分析設(shè)計難于達到理想程度，系統(tǒng)深入的實驗研究仍是提高內(nèi)燃機技術(shù)水平和技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑。因此，內(nèi)燃機工程無論是在理論研究，還是在設(shè)計制造、使用維護等方面，均是一種以實驗為基礎(chǔ)的發(fā)展中學科。實驗在內(nèi)燃機的發(fā)展過程中立下了汗馬功勞，并將繼續(xù)起重要的推動作用。這就要求內(nèi)燃機工作者在掌握廣博理論知識的同時，還應(yīng)掌握科學的實驗方法和實驗技能，具備良好的動手能力和解決問題的創(chuàng)新能力。

內(nèi)燃機學課程以汽車發(fā)動機為教學目標，是一門理論性、實踐性及應(yīng)用性均很強的本科專業(yè)課程，其教學質(zhì)量直接影響到學生的專業(yè)基礎(chǔ)知識。在“寬基礎(chǔ)，薄專業(yè)”的改革背景下，課程的結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，“內(nèi)燃機學”由原來的“內(nèi)燃機原理與構(gòu)造”和“內(nèi)燃機設(shè)計”兩門課程合并而成，學時也由原來的60＋36壓縮到56，且未單獨開設(shè)實驗課程[2]。然而，內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)抽象復雜，所涉及的理論眾多，加上學時不斷被壓縮，導致在傳統(tǒng)的教學工作中過分側(cè)重理論教學，實驗環(huán)節(jié)只起到驗證、鞏固和加深理論教學內(nèi)容的作用。這極大挫傷了學生學習的積極性和主動性，嚴重制約學生動手能力的發(fā)展，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，“內(nèi)燃機學”實驗教學改革勢在必行。

1 內(nèi)燃機學實驗教學現(xiàn)狀

1.1 過分重視理論課教學

內(nèi)燃機學課程內(nèi)容涉及機械工程、工程熱物理、電子工程、環(huán)境工程、化學工程等諸多領(lǐng)域，同時，內(nèi)燃機零部件眾多，結(jié)構(gòu)復雜、抽象。對首次接觸內(nèi)燃機的學生來說，要在有限的學時內(nèi)掌握內(nèi)燃機的基本結(jié)構(gòu)特點、工作原理及其相關(guān)設(shè)計要點，實屬不易。在傳統(tǒng)的教學過程中過分強調(diào)了教師的主導作用和理論教學，而忽略了內(nèi)燃機實驗的重要性，使實驗教學環(huán)節(jié)受到擠壓。

1.2 實驗內(nèi)容簡單，缺乏新意

傳統(tǒng)的計劃性實驗教學模式注重學生對基礎(chǔ)理論知識的理解與鞏固，實驗內(nèi)容過于簡單，結(jié)果也在預料之中，缺乏新意，難以對學生產(chǎn)生足夠的吸引力。另外，實驗指導書詳細介紹了實驗的內(nèi)容、方法與步驟，并在實驗前由教師細致講解，實驗過程中所需的儀器和設(shè)備也均由實驗室教師事先準備好，學生在實驗過程中只需按部就班即可完成實驗。這使得學生處于極為被動的地位，甚至有部分學生根本就不了解實驗的目的與要求，僅僅把實驗數(shù)據(jù)記錄下來，知其然而不知其所以然，收獲甚少。

1.3 缺乏完善的成績考核體系

實驗成績根據(jù)實習表現(xiàn)和實驗報告撰寫情況綜合評價得出。由于實驗教學只是為了驗證課堂教學的理論知識，實驗結(jié)果分析過于簡單，實驗報告容易抄襲，加上學生人數(shù)眾多，難免出現(xiàn)個別抄襲的學生成績反而更高的情況，挫傷了部分學生的積極性。同時，實驗隸屬于內(nèi)燃機學課程，實驗成績僅占課程考核的10%，對總成績影響甚微，導致學生未能從思想上重視實驗教學環(huán)節(jié)。

1.4 沒有建立合理的實驗室管理機制

實驗室只在規(guī)定的時間內(nèi)對規(guī)定實驗項目的學生開放。學生無法在課余時間獲得進入實驗室進一步探索學習的機會，挫傷了學生的探究欲，制約了動手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 內(nèi)燃機學實驗教學改革

針對以上問題，我們從以下幾個方面進行了內(nèi)燃機學實驗教學的改革與探索。

2.1 樹立“實驗與理論并重”的觀念

鑒于該課程是一門以實驗為基礎(chǔ)的發(fā)展中學科，實踐性很強，不管是教師還是學生，都應(yīng)樹立“實驗與理論并重”的觀念。“授人以魚不如授人以漁”，為使學生掌握科學的實驗方法和實驗技能，突出實踐性教學環(huán)節(jié)，課程有針對性地增加了實踐教學內(nèi)容以強化能力的培養(yǎng)。改革后，實踐教學與理論教學的比重約為1:2。

在增加實驗學時的同時，我們探索了以能力為基礎(chǔ)的知識體系，采取了如下措施以防理論教學的弱化：(1)以“夠用”為原則，充分應(yīng)用現(xiàn)代化教學手段，在講清典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計要點的同時，注重探討當今內(nèi)燃機發(fā)展的制約因素與瓶頸問題，引發(fā)學生思考。(2)堅持“課內(nèi)指導和課外學習相結(jié)合”原則，要求學生通過圖書、文獻、網(wǎng)絡(luò)等資源進一步了解內(nèi)燃機的發(fā)展動向及新技術(shù)成果，并抽出時間討論。這樣在拓寬專業(yè)知識面的同時，極大地激發(fā)了學生的學習熱情和探究欲。

2.2 保護并激發(fā)學生的探究欲

利用學生對內(nèi)燃機實驗臺架、實驗室儀器設(shè)備等事物的新奇感，結(jié)合日常使用汽車過程中所遇到的發(fā)動機相關(guān)實例，深入淺出地分析內(nèi)燃機的工作情況及其對汽車使用的影響。同時，適時演示一些貼近生活且富有意義的實驗(如多缸柴油機噴油均勻性、配氣正時、點火提前角的調(diào)整實驗等)，以激發(fā)學生的求知欲和學習興趣，使學生由被動學習變主動學習，進而認真對待實驗。

2.3 發(fā)展多層次的實驗教學

內(nèi)燃機學是一門專業(yè)知識面廣、學科交叉多、基礎(chǔ)實驗項目多的課程。實驗內(nèi)容的安排必須依據(jù)由淺入深、循序漸進的原則，以能力培養(yǎng)為主線，在學生掌握基本實驗方法和儀器使用的基礎(chǔ)上，增加綜合性、研究性實驗內(nèi)容。為此，我們將內(nèi)燃機實驗劃分為傳統(tǒng)認知性、綜合分析性和研究探索性三個層次。

傳統(tǒng)認知性實驗主要配合理論課程的學習，以傳授知識為主。該層次實驗促進了學生對所學知識的理解與鞏固，更為重要的是通過實驗手段使學生掌握正確的實驗方法和儀器操作，培養(yǎng)初步的動手能力和實驗技能。實驗項目包括：發(fā)動機模型與實物現(xiàn)場教學，內(nèi)燃機功率、油耗測試實驗，排放測試實驗，噴油泵噴油特性實驗等?？紤]到學生剛接觸內(nèi)燃機實驗，而內(nèi)燃機實驗設(shè)備及相關(guān)測試儀器復雜，且實驗過程中存在高速運轉(zhuǎn)的機器、易燃易爆的燃油以及高溫有毒的廢氣等不安全因素，該階段仍然采用以教師為主體的傳統(tǒng)實驗教學模式。

綜合分析性實驗以課程的交叉內(nèi)容為主，培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用所學理論知識進行實驗設(shè)計和實驗分析的能力，實驗內(nèi)容主要包括：內(nèi)燃機性能實驗，渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配研究，高壓油泵與柴油機的匹配研究，燃料對發(fā)動機工作性能的影響研究等。該層次實驗由教師確定實驗項目，而從實驗的構(gòu)思、方案的確定、實驗的操作到數(shù)據(jù)的處理等均交由學生自己完成，教師在必要時給予一定的提示和指導。

研究探索性實驗要求學生根據(jù)自己的興趣愛好，在經(jīng)過充分調(diào)研后，自行提出實驗項目、基本思路及預期目標，然后通過與教師探討的方式完善并最終確定實驗方案。該層次實驗改變“教師出題、學生解題”的傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ剑囵B(yǎng)學生利用已掌握的知識探求新知并最終破解問題的實踐能力和創(chuàng)新能力。實驗內(nèi)容以結(jié)合在研課題項目和學科領(lǐng)域前沿問題為主，實驗過程中，由學生自己進行實驗操作、數(shù)據(jù)處理并撰寫實驗總結(jié)報告，以培養(yǎng)學生的獨立工作能力，并進一步提高其分析、解決問題的實踐能力。已進行的實驗項目有：乳化柴油燃燒的實驗研究，生物柴油的燃燒研究，發(fā)動機排放控制研究等。

通過以上三個層次的實驗教學，既鍛煉了學生的動手實踐能力和基本實驗技能，又培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和獨立解決問題的能力，并有利于將教學與科研有機結(jié)合。另外，還可適度開放實驗室，鼓勵學生在學有余力的情況下，參與教師的各類科研課題，利用課題研究式的實驗項目，積累初步的科研經(jīng)驗。

2.4 改革實驗教學考核辦法

完善的實驗成績考評體系可對實驗教學起到“指揮棒”作用。為凸顯內(nèi)燃機學實驗教學的重要性，我們把實驗所占課程成績的比例從10%提高到30%。同時，改變僅憑一份實驗報告給學生打分的方式，實驗成績由平時的預習準備與實驗設(shè)計、實驗技能與實驗表現(xiàn)、實驗結(jié)果與分析報告等綜合評價而得。其中預習準備與實驗設(shè)計占40%，實驗技能與實驗表現(xiàn)占20%，實驗結(jié)果與分析報告占40%。另外，評價的主體不僅是教師，還包括學生自評和學生互評。

3 結(jié)束語

內(nèi)燃機學實驗教學改革極大調(diào)動了學生的積極性和探究欲，促進學生由被動完成實驗變?yōu)橹鲃訉W習，學生的自主性和主體地位得到進一步加強，實驗教學效果明顯提高。經(jīng)過一年多的改革實踐，內(nèi)燃機學課程無論是在實驗教學還是在理論教學方面都取得了長足的進步。

然而，一個人的專業(yè)素養(yǎng)、綜合素質(zhì)、實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，很難通過某一門課程來培養(yǎng)，必須在每一門課程的教學過程中有意識地滲透。希望學校能在以后的教學過程中，更加重視實驗教學環(huán)節(jié)，加大對實驗教學的投入力度。

[1] 周龍保.內(nèi)燃機學[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[2] 鄭劍銘,陸小明,劉長壽,丁曉映.生本理念下內(nèi)燃機學課程的教學改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2009(17):80-82.