陳 煒 郭津津 王收軍 劉 軍 劉振忠天津理工大學(xué)天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300384

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就業(yè)導(dǎo)向的汽車電子工程專業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)改革與實(shí)踐

陳 煒 郭津津 王收軍 劉 軍 劉振忠
天津理工大學(xué)天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300384

摘 要：根據(jù)汽車電子工程就業(yè)導(dǎo)向的專業(yè)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，討論了專業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程的教學(xué)定位和教學(xué)要求，闡述教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)相關(guān)課程群理論和實(shí)踐教學(xué)的建設(shè)、優(yōu)化、改進(jìn)，并詳述專業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、選題安排以及實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，最后探討了專業(yè)設(shè)計(jì)的管理制度、評(píng)價(jià)機(jī)制以及取得的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：課程群；專業(yè)設(shè)計(jì)；實(shí)踐平臺(tái)

天津理工大學(xué)是天津市的工科院校之一，自成立以來一直致力于服務(wù)和發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)?！笆濉币潦?，機(jī)械工程學(xué)院根據(jù)人才市場的定位及專業(yè)結(jié)構(gòu)，在機(jī)械電子工程專業(yè)下增設(shè)“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)”汽車電子工程專業(yè)方向，確定人才培養(yǎng)定位為機(jī)械工程、電子技術(shù)和車輛工程幾方面知識(shí)兼具的應(yīng)用復(fù)合型人才。

由于汽車電子工程專業(yè)的就業(yè)導(dǎo)向非常明確[1]，在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和工程能力，因此在課程設(shè)置時(shí)，需要針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、專業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容及方法進(jìn)行全新規(guī)劃和改革，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和實(shí)際應(yīng)用能力。而專業(yè)設(shè)計(jì)作為實(shí)踐課程體系的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸和綜合，其授課時(shí)間介于課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)之間，在教學(xué)安排上起著承上啟下的重要作用。規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶I(yè)設(shè)計(jì)訓(xùn)練可以使學(xué)生順利進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，起到事半功倍的良性循環(huán)作用。

針對(duì)這一情況，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)汽車電子工程專業(yè)方向的專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行全新定位，根據(jù)人才需求確定教學(xué)目標(biāo)，明確專業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)要求，整合專業(yè)課程群的理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)相應(yīng)的實(shí)踐平臺(tái)，并在選題、設(shè)計(jì)、答辯等各個(gè)環(huán)節(jié)制定了詳細(xì)的管理制度，為專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范、嚴(yán)格的教學(xué)實(shí)施和高水準(zhǔn)的教學(xué)成果提供了保證。

1 汽車電子工程專業(yè)設(shè)計(jì)的定位

由于專業(yè)設(shè)計(jì)在汽車電子工程專業(yè)方向建設(shè)的重要地位，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)此課程的準(zhǔn)確定位、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置及其教學(xué)效果非常重視。經(jīng)過教學(xué)團(tuán)隊(duì)的反復(fù)調(diào)研和多次研討，確定培養(yǎng)目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生建立正確和規(guī)范的工程設(shè)計(jì)理念，了解工程應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)流程和方法,初步掌握汽車電子工程應(yīng)用的能力。且達(dá)到如下要求：掌握本專業(yè)有關(guān)設(shè)計(jì)方面的基本要領(lǐng)和步驟，將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一次系統(tǒng)總結(jié)和運(yùn)用，提高調(diào)查研究、獨(dú)立思考、分析和理解問題的能力，為下一步盡快進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。具體操作體現(xiàn)在如下幾方面，在教學(xué)時(shí)間上，將汽車電子工程方向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)安排在大學(xué)本科的第七學(xué)期，歷時(shí)3周；在課程體系中，將專業(yè)設(shè)計(jì)安排在專業(yè)課基礎(chǔ)課、專業(yè)課、課程設(shè)計(jì)之后，在畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，且與生產(chǎn)實(shí)習(xí)同期；在教學(xué)要求上，教學(xué)內(nèi)容以實(shí)際需要為出發(fā)點(diǎn)，按照實(shí)踐、實(shí)際、實(shí)用的原則設(shè)置，強(qiáng)調(diào)解決工程實(shí)際問題，注重知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用[2,3]。

2 相關(guān)專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)與優(yōu)化

汽車電子工程專業(yè)方向的成立伊始就致力于服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)，因此，專業(yè)課程緊密跟蹤汽車電子市場人才需求，加強(qiáng)與企業(yè)聯(lián)系，并著重突出學(xué)生在汽車檢測與控制技術(shù)方面的特色和優(yōu)勢，因此在專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容設(shè)置時(shí)也以這一思想為準(zhǔn)則。即以就業(yè)為導(dǎo)向，培養(yǎng)應(yīng)用型汽車電子人才為目的，設(shè)置應(yīng)用實(shí)踐性的理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課程體系，使學(xué)生具有一定的設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力。

2.1 專業(yè)課程群教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

在專業(yè)課的設(shè)置上，圍繞該課程體系，對(duì)相關(guān)的課程的教學(xué)內(nèi)容、方法及形式進(jìn)行優(yōu)化，減少重復(fù)課時(shí)，突出汽-機(jī)-電跨學(xué)科內(nèi)容的交叉、融合和滲透[4]。設(shè)置以控制工程基礎(chǔ)、汽車檢測與診斷分析、嵌入式技術(shù)和汽車電子控制技術(shù)及應(yīng)用等課程為主的課程群，整合和優(yōu)化各門課程的授課學(xué)時(shí)和教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)理論知識(shí)點(diǎn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)有更好的銜接。目前，課題組針對(duì)專業(yè)定位建立5個(gè)發(fā)展子方向：汽車傳感器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與研發(fā)，汽車檢測系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)，嵌入式與智能控制技術(shù)，汽車電子總線技術(shù)，自動(dòng)駕駛技術(shù)。其中前三個(gè)本專業(yè)建設(shè)的短期發(fā)展方向，后兩個(gè)為長期發(fā)展規(guī)劃。

在教學(xué)中，將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)融入課堂教學(xué)中，并重視和強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在電路分析基礎(chǔ)和汽車檢測與診斷分析課程中，分別融入Multisim電路仿真軟件和LabVIEW虛擬儀器，開發(fā)仿真模型，進(jìn)行可視化教學(xué)，強(qiáng)化工程實(shí)例、化抽象為具體，提高授課質(zhì)量，同時(shí)建立教學(xué)網(wǎng)上資源，編寫電子教案、建立試題庫。

由于專業(yè)課程群教學(xué)內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)和應(yīng)用專業(yè)知識(shí)有所側(cè)重，學(xué)生也在課程學(xué)習(xí)過程有所掌握和訓(xùn)練，因此，學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)時(shí)已打下一定基礎(chǔ)，不至于在專業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)拿到任務(wù)時(shí)感到一片茫然，甚至無從下手。

2.2 應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革

在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要為后期專業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才做好銜接。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上增設(shè)課程綜合性實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)、自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及科研創(chuàng)新性實(shí)踐內(nèi)容，通過教師和學(xué)生之間的互動(dòng)，達(dá)到訓(xùn)練和提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，分析、解決實(shí)際問題的能力[5]。例如，設(shè)置汽車電子工程實(shí)訓(xùn)課程，在實(shí)驗(yàn)室授課，利用汽車實(shí)驗(yàn)室配備有整車透明實(shí)訓(xùn)臺(tái)、全車電器實(shí)訓(xùn)臺(tái)、汽車電器綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)等設(shè)備，通過發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱的拆裝及汽車整車的性能實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解整車的構(gòu)造及工作與控制原理，鍛煉本專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手能力。

另外，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理上，增加實(shí)驗(yàn)室的開放性，目前已經(jīng)新建立完成汽車構(gòu)造、汽車故障診斷及汽車電子控制等5個(gè)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)室，并對(duì)汽車電子工程專業(yè)學(xué)生開放。為了更好地理論聯(lián)系實(shí)踐，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足，教學(xué)團(tuán)隊(duì)擬搭建檢測與故障診斷虛擬仿真平臺(tái)，如汽車水溫傳感器檢測、信號(hào)報(bào)警、油門控制閥等仿真實(shí)驗(yàn)，并在開發(fā)過程中，使學(xué)生以創(chuàng)新項(xiàng)目的形式參與進(jìn)來，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力。

3 就業(yè)導(dǎo)向的專業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐平臺(tái)的搭建

3.1 專業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

汽車電子工程專業(yè)方向在第七學(xué)期的日常教學(xué)，更多地側(cè)重設(shè)計(jì)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，為了確保專業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量和進(jìn)度，學(xué)院建立專門的專業(yè)設(shè)計(jì)教室，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下開展設(shè)計(jì)。為了能把專業(yè)課程群的零散知識(shí)串聯(lián)起來，糅合在一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了全新的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，并開發(fā)出專業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐平臺(tái)[6]。目前有兩種機(jī)器人作為專業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)象，一種是智能循跡機(jī)器人系統(tǒng)，另一種是模塊拼裝智能機(jī)器人。學(xué)生利用實(shí)踐平臺(tái)可以開展單片機(jī)控制系統(tǒng)電子元器件焊接與搭建、機(jī)器人外形構(gòu)造設(shè)計(jì)、傳感檢測系統(tǒng)規(guī)劃和算法程序調(diào)試等任務(wù)。而教師在設(shè)置設(shè)計(jì)任務(wù)的時(shí)候，不但將微機(jī)原理與應(yīng)用、機(jī)械制圖、汽車構(gòu)造、測試技術(shù)與信號(hào)分析、汽車檢測與診斷技術(shù)、汽車控制技術(shù)等相關(guān)課程的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)的串聯(lián)、融合在一起，而且在教學(xué)內(nèi)容中會(huì)增加一些趣味性，使學(xué)生自覺投入其中。

3.2 專業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)要求和選題

汽車電子工程專業(yè)方向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)由2～3名經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)，一般2～3名學(xué)生分為一組，每組布置必做任務(wù)和選做任務(wù)。其中必做任務(wù)就是要求所有學(xué)生都必須掌握的知識(shí)，而選做任務(wù)則可以根據(jù)實(shí)踐平臺(tái)的功能設(shè)置。在指導(dǎo)教師布置設(shè)計(jì)任務(wù)和題目時(shí)，應(yīng)本著知識(shí)面宜廣不宜深的原則，且題目要明確、具體，具有明確的信息，任務(wù)設(shè)置要有可完成性,保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，創(chuàng)造出階段性的成果[7]。目的就是培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)，使學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成PCB板設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編程調(diào)試等任務(wù)，掌握初步外形構(gòu)造設(shè)計(jì)、規(guī)范的工程繪圖、傳感器檢測技術(shù)、單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、程序編制與調(diào)試等能力和技術(shù)。

例如，2014屆學(xué)生每組的必做任務(wù)分別為(1)采用Pro/E，SolidWorks和UG中的任何一種三維繪圖工具對(duì)模塊機(jī)器人進(jìn)行三維建模，導(dǎo)出裝配圖打印，要求標(biāo)注整體尺寸，繪制簡單明細(xì)表(不少于10個(gè)零件)；(2)搭建三輪或四輪智能機(jī)器人，焊接電路板，上電后機(jī)器人小車能前行、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)；(3)參照畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的格式要求，撰寫專業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告，并打印上交。而每組的選做任務(wù)均為編制基于C環(huán)境的匯編語言，分別完成循跡、避障、識(shí)別火源滅火等任務(wù)。

通過專業(yè)設(shè)計(jì)一系列的訓(xùn)練，學(xué)生普遍了解工程問題及其解決方法，專業(yè)技能和工程能力得到了全面的鍛煉，而且會(huì)將機(jī)械與電控知識(shí)的結(jié)合應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)中，拓寬學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)以及專業(yè)適應(yīng)能力，有效提高了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和設(shè)計(jì)能力，圖1所示為學(xué)生專業(yè)設(shè)計(jì)作品。

圖1 學(xué)生設(shè)計(jì)的模塊化拼裝機(jī)器人和智能循跡機(jī)器人

4 專業(yè)設(shè)計(jì)考核評(píng)價(jià)機(jī)制的建立

4.1 管理機(jī)制

為了保證專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范、嚴(yán)格進(jìn)行，保質(zhì)、按時(shí)、有序地完成，教學(xué)團(tuán)隊(duì)制定了詳細(xì)的管理制定，對(duì)學(xué)生和指導(dǎo)教師都有明確的規(guī)定。針對(duì)指導(dǎo)教師，要求在專業(yè)設(shè)計(jì)教室全程指導(dǎo)；針對(duì)學(xué)生，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的課表嚴(yán)格考勤。專業(yè)設(shè)計(jì)過程中，若各組發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)裝置有缺失或損壞，學(xué)生找指導(dǎo)教師領(lǐng)取或換取，并進(jìn)行記錄和登記，使指導(dǎo)教師能及時(shí)了解電子元器件數(shù)量，方便教師之間的工作交接和記錄裝置的使用狀態(tài)。專業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束，統(tǒng)一安排答辯，演示必做任務(wù)和選做任務(wù)，提交各組的設(shè)計(jì)報(bào)告等，并由專人清點(diǎn)每組的教學(xué)儀器和工具，確保專業(yè)設(shè)計(jì)的硬件環(huán)境能循環(huán)利用。

4.2 評(píng)價(jià)體系

由于專業(yè)設(shè)計(jì)選題中就明確規(guī)定每組學(xué)生的必做和選做任務(wù)，而且指導(dǎo)教師全程跟蹤指導(dǎo)每一組甚至每位學(xué)生，因此，教師對(duì)每個(gè)小組的工作進(jìn)展和成果非常了解。專業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，參照畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)組織學(xué)生答辯，所有指導(dǎo)教師到場參加，并觀摩學(xué)生的演示和操作。答辯時(shí)長每組8～10分鐘，要求學(xué)生提供工程圖紙、設(shè)計(jì)報(bào)告，并陳述和現(xiàn)場演示必選任務(wù)。具體操作時(shí)，可以讓領(lǐng)取同一選做任務(wù)的所有組同時(shí)演示，以方便區(qū)分各組的優(yōu)劣和甄別抄襲。指導(dǎo)教師可以根據(jù)各組的出勤、現(xiàn)場演示和設(shè)計(jì)報(bào)告綜合給出每組成績，表1即為專業(yè)設(shè)計(jì)答辯的評(píng)價(jià)表格。另外，學(xué)院每年舉院級(jí)“機(jī)械電子設(shè)計(jì)”大賽并評(píng)獎(jiǎng)，這一方面促進(jìn)了學(xué)生的積極性，擴(kuò)展了知識(shí)面，同時(shí)也加強(qiáng)不同專業(yè)之間學(xué)生的競爭和交流，起到了專業(yè)設(shè)計(jì)良性循環(huán)的作用[8]。

表1 專業(yè)設(shè)計(jì)答辯的評(píng)價(jià)表格

5 結(jié)束語

我校機(jī)械工程學(xué)院采用改革后的專業(yè)設(shè)計(jì)課程已于2013年實(shí)施于汽車電子工程和機(jī)械電子工程的其他專業(yè)方向，目前已經(jīng)開展3年，指導(dǎo)學(xué)生逾300人，各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革與實(shí)施正在動(dòng)態(tài)進(jìn)行。學(xué)生通過這樣有針對(duì)性的訓(xùn)練，初步了解機(jī)電一體化裝置的工作原理、設(shè)計(jì)過程、開發(fā)流程和應(yīng)用技術(shù)。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，能進(jìn)行原理分析和任務(wù)分解，完成機(jī)械設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝置動(dòng)作要求。學(xué)生從書本上簡單、分散的知識(shí)點(diǎn)到方案論證、具體設(shè)計(jì)計(jì)算，再到外形測繪、工程圖的繪制和論文撰寫，都能按部就班的實(shí)現(xiàn)[9]。而且，學(xué)生在專業(yè)設(shè)計(jì)過程中，使學(xué)生增強(qiáng)了自信心，還促進(jìn)了同學(xué)之間的合作和交流，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)，進(jìn)一步了解到專業(yè)的特色，也認(rèn)識(shí)到自己的不足?？傊?，專業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性，培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，提高了學(xué)生面向工程的設(shè)計(jì)能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利實(shí)施以及實(shí)際工作打下了良好的工程訓(xùn)練基礎(chǔ)。

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Reform and Practice in the Teaching of Professional Design of Employment-oriented Automotive Electronic Engineering

ChenWei, Guo Jinjin, Wang Shoujun, Liu Jun, Liu Zhenzhong
Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronical System, Tianjin University of Technology, Tianjin, 300384, China

Abstract:According to the professional structure and application of the characteristics of the employment-oriented automotive electronic engineering, teaching location and teaching requirements of the practice course of professional design are discussed. The teaching team’s construction, optimization and improvement of theory and practice teaching of the related course group are stated. Especially, the establishment of the teaching content, the topic assignment and the construction of the practical teaching platform for the professional design are elaborated in detail. Finally the management system, the evaluation mechanism and the teaching effects for the course of professional design are discussed.

Key words:course group; professional design; practice platform

收稿日期：2016-01-29

作者簡介：陳煒，博士，副教授，教研室主任。郭津津，博士，教授，系主任。劉軍，博士，教授，院長。劉振忠，博士，講師。通訊作者：王收軍，碩士，教授。

基金項(xiàng)目：天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：C03-0802)。