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摘要：針對當前汽車電控系統(tǒng)教學(xué)存在的理論知識與工程實踐未能有機結(jié)合、探究性實驗環(huán)節(jié)缺少、汽柴油電控系統(tǒng)分散等問題，設(shè)計開發(fā)了汽車電控系統(tǒng)理實一體教學(xué)平臺。該平臺通過對汽柴油電控系統(tǒng)高度集成，將一部分枯燥乏味的汽柴油實踐教學(xué)內(nèi)容引入理論教學(xué)的課堂，能夠讓學(xué)生近距離觀測汽柴油關(guān)鍵傳感器和執(zhí)行器的運行情況，通過讓學(xué)生動手操作加深對理論知識的理解，有效實現(xiàn)了教學(xué)理實一體化。

關(guān)鍵詞：汽車電控系統(tǒng)；理實一體化；教學(xué)應(yīng)用

1教學(xué)現(xiàn)狀

1.1理論知識與工程實踐未能有機結(jié)合

理論教學(xué)是學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的重要途徑，工程實踐是學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識解決復(fù)雜工程問題的重要環(huán)節(jié)[1]。作為應(yīng)用型本科教學(xué)所開設(shè)的汽車電控系統(tǒng)課程，應(yīng)當同時注重理論與實踐。然而在原有的汽車電控系統(tǒng)課程教學(xué)中[2]，雖然針對本專業(yè)的培養(yǎng)目標，設(shè)定了具體詳細的培養(yǎng)方案，但是大多側(cè)重理論知識的教學(xué)，對實際的工程實踐涉及較少[3]。學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識時缺乏主動性，專業(yè)知識的獲取途徑單一，對于汽車電控系統(tǒng)相關(guān)知識難以理解，特別是無法將理論知識與工程應(yīng)用實踐有效結(jié)合。因此，很多學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中無法真正掌握汽車電控系統(tǒng)的整體知識結(jié)構(gòu)以及把握其中的認知規(guī)律。此外，原有的教學(xué)模式加上抽象的知識體系，使學(xué)生學(xué)習(xí)時感到枯燥乏味，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)汽車電控系統(tǒng)的相關(guān)知識有一定的難度[4]，不能很好地將理論知識與工程實際聯(lián)系起來，造成理論與工程實踐的脫節(jié)。

1.2探究性實驗環(huán)節(jié)缺少

實驗教學(xué)作為汽車電控系統(tǒng)教學(xué)的重要部分，在培養(yǎng)學(xué)生的動手、觀察、分析、思考等能力方面起著重要的作用。探究性實驗課應(yīng)成為學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的實踐課程[5]。探究性實驗教學(xué)過程中應(yīng)重視學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所表現(xiàn)的主動性、積極性、創(chuàng)造性，最大限度地滿足學(xué)生需求，注重學(xué)生個性化培養(yǎng)。原有的汽車電控系統(tǒng)教學(xué)一般將課堂教學(xué)和實驗教學(xué)相結(jié)合，實驗教學(xué)分為汽油和柴油電控系統(tǒng)，課堂教學(xué)僅僅是抽象的理論教學(xué)。實驗教學(xué)雖然可以鍛煉學(xué)生的動手操作能力，但在目前的實驗教學(xué)過程中，多以儀器演示為主，即實驗教師進行儀器使用講解與操作，學(xué)生以觀看為主，留給學(xué)生動手操作的時間非常少，幾乎很難做到每位學(xué)生獨立操作，教學(xué)形式單一。同時實驗環(huán)節(jié)多以驗證性實驗為主，缺乏探究性實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生大都是按照實驗步驟操作[6]。雖然在一定程度上訓(xùn)練了學(xué)生的實踐動手能力，但是不利于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和質(zhì)疑精神，不能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)的熱情，很難提高學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才[7]。

1.3汽柴油電控系統(tǒng)分散

汽油機電控系統(tǒng)和柴油機電控系統(tǒng)的觀測參數(shù)主要包括噴油、進氣、點火等相關(guān)參數(shù)。若能有效地把汽柴油電控系統(tǒng)進行集成，以便于學(xué)生近距離觀測汽柴油關(guān)鍵傳感器和執(zhí)行器運行情況，更深刻地理解汽車電控系統(tǒng)相關(guān)知識。目前教學(xué)中常用的汽車電控發(fā)動機教學(xué)實驗平臺是帶有發(fā)動機的綜合實驗臺，其汽柴油電控系統(tǒng)是獨立的，這樣的實驗平臺在教學(xué)上應(yīng)用不靈活，受教學(xué)空間影響較大，制造成本昂貴[8]。而且汽柴油電控系統(tǒng)分散教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生不能直觀地了解汽油和柴油電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及工作特性的異同點，不便于進行對比分析。

2汽車電控系統(tǒng)理實一體教學(xué)平臺

汽車電控系統(tǒng)理實一體教學(xué)平臺(簡稱平臺)是一款適用于高等院校本科生和研究生教學(xué)科研的專業(yè)化平臺。該平臺具有理實一體、可拓展性強、系統(tǒng)集成度高等特點，可有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)效率。

2.1平臺結(jié)構(gòu)

平臺分為兩大功能區(qū)域，如圖1所示，上面板用于傳感器信號調(diào)理、交互顯示和電控二次開發(fā)；下面板用于驅(qū)動輸出，兼顧柴油和汽油兩個方面，其中柴油包含磁電噴油器和壓電噴油器，汽油包含PFI噴油和GDI噴油。其配有7寸觸摸屏，具有良好的交互式圖形化界面，顯示開發(fā)平臺的運行參數(shù)，也可通過顯示屏進行設(shè)置，滿足一般的實驗要求。此外，顯示屏具備存儲功能，可對試驗數(shù)據(jù)進行存儲，便于后期分析。所有傳感器均通過高精度電位器進行模擬，也可以連接外部傳感器，并通過數(shù)碼管顯示當時示數(shù)。所有執(zhí)行器均采用汽車標配執(zhí)行器，并支持通過跳線連接外部負載。所有傳感器和執(zhí)行器均有測試端口，便于通過萬用表、示波器等工具進行測試。平臺設(shè)備層次感強，同時可以應(yīng)用于真實的車輛環(huán)境，實現(xiàn)了理實一體的教學(xué)解決方案。

2.2平臺主要功能

平臺是將汽柴油電控系統(tǒng)集成為一體的教學(xué)平臺，既能夠單獨用于實驗和教學(xué)，也可以連接到真實的發(fā)動機上，真正做到脫離發(fā)動機臺架的汽柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)半實物教學(xué)。一方面可以利用交互式顯示屏實現(xiàn)汽車電控系統(tǒng)的交互式教學(xué)，另一方面也可以支持二次開發(fā)和發(fā)動機驅(qū)動。在教學(xué)內(nèi)容上，本平臺配有16個學(xué)時的教學(xué)課件，主要包括汽車電控系統(tǒng)開發(fā)流程、汽車傳感器AD采樣、電子節(jié)氣門及H橋驅(qū)動、點火線圈工作原理、噴油驅(qū)動及控制、汽車高低邊開關(guān)等。平臺可以在教室內(nèi)實現(xiàn)汽柴油電控系統(tǒng)的理實一體教學(xué)方案，能夠通過現(xiàn)場演示、學(xué)生實操并結(jié)合理論教學(xué)，讓學(xué)生對汽車電控系統(tǒng)有充分的認識。基于實際動手操作激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過二次編程讓學(xué)生了解汽車電控系統(tǒng)的開發(fā)流程。平臺充分考慮了汽車專業(yè)的本科生和研究生的學(xué)習(xí)需求，本科生基于該平臺可以掌握傳感器、執(zhí)行器的工作原理，了解汽車電控開發(fā)工具和基本開發(fā)流程，在短時間內(nèi)掌握汽車電控系統(tǒng)的基本原理和開發(fā)方法。研究生基于該平臺可以開展很多自主課題的開發(fā)，能夠基于該平臺實現(xiàn)多方面的需求，例如雙燃料噴射的研究、油泵試驗、曲軸凸輪軸信號的采集處理等。另外，平臺配有故障診斷接口，支持符合J1939和ISO15765的通用診斷儀，可以進行故障注入教學(xué)。除了教學(xué)應(yīng)用之外，該平臺也可用于科研，一方面滿足了本科教學(xué)的基本需求，另一方面可以啟發(fā)學(xué)生的思維，使其基于該平臺提供的二次編程功能進行程序的二次開發(fā)。

3教學(xué)應(yīng)用

該平臺自2016年研發(fā)完成后，已在多門課程的實驗中實踐應(yīng)用，并取得了良好的教學(xué)效果，具體體現(xiàn)在以下兩個方面。

3.1實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機結(jié)合

依托平臺，全面開展技能牽引式理實一體化教學(xué)，讓教師講授、示范和學(xué)生實訓(xùn)同步進行，突出教學(xué)現(xiàn)場示范，增強教學(xué)過程的直觀性。在學(xué)生的興趣激發(fā)中，用理論指導(dǎo)實踐；在學(xué)生的充分參與中，用實踐消化理論，從而實現(xiàn)理論知識和實踐技能的同步學(xué)習(xí)和高效吸收，有效支撐了汽車理論、汽車運用工程、發(fā)動機原理等多門專業(yè)核心課程相關(guān)實驗課程目標的有效達成。平臺的應(yīng)用，可以實現(xiàn)汽車電控系統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)的現(xiàn)場化，能夠通過現(xiàn)場演示、學(xué)生實操并結(jié)合理論教學(xué)，讓學(xué)生對汽車電控系統(tǒng)有一個充分的認識，通過二次編程讓學(xué)生了解汽車電控系統(tǒng)的開發(fā)流程。以發(fā)動機電控系統(tǒng)的教學(xué)為例，教師在進行PPT講解和現(xiàn)場演示之后，讓學(xué)生基于本平臺實際動手操作，觀察柴油機磁電噴油器和壓電噴油器以及汽油機PFI噴油和GDI噴油的工作過程，分析彼此的異同點，用理論知識指導(dǎo)實踐過程。平臺可使汽車電控系統(tǒng)教學(xué)中課堂教學(xué)和實驗教學(xué)同步進行，理論教學(xué)和實踐教學(xué)手段同步實施。一方面豐富了教學(xué)形式，另一方面增加了學(xué)生的動手操作時間。用理論指導(dǎo)實踐，用實踐消化理論，鞏固理論知識的同時，提高了學(xué)生的實踐動手能力。

3.2促進了探究式實驗手段和啟發(fā)式教學(xué)方法的有效融合

利用平臺開展探究性實驗教學(xué)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生積極參與到課堂教學(xué)中來，真實有效地發(fā)揮學(xué)生在課堂中的主體地位。這樣不僅能夠極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，而且有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。探究式實驗手段和啟發(fā)式教學(xué)方法的有效融合有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，尤其在培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)的觀察方法和創(chuàng)新能力上起著非常重要的作用。以故障注入教學(xué)為例，教師對同一學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置不同的故障點，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并提出問題，對故障點進行理論分析，然后通過教學(xué)平臺配備的故障診斷接口，利用符合J1939和ISO15765的通用診斷儀進行故障診斷和排除。采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，讓學(xué)生對故障點的分析和排除過程進行講解，增加學(xué)生的參與度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。平臺的應(yīng)用，促進了探究式實驗手段和啟發(fā)式教學(xué)方法的有效融合，使學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的過程中，培養(yǎng)學(xué)生自主探究意識和自主創(chuàng)新能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。

4結(jié)語

平臺的應(yīng)用，實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機結(jié)合以及探究式實驗手段和啟發(fā)式教學(xué)方法的有效融合，不僅使學(xué)生深刻理解和掌握了理論知識，更加突出了實踐技能訓(xùn)練，培養(yǎng)了學(xué)生的自主探究意識和自主創(chuàng)新能力。該平臺的教學(xué)應(yīng)用在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣，推動了教學(xué)過程中師生的互動交流，增強了學(xué)生的專業(yè)綜合技能與合作探究能力。

作者：郭棟 史立偉 岳廣照 陳新宇 徐藝 單位：山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院 河北索奇汽車電子科技有限公司