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摘要：針對當前汽車電控系統教學存在的理論知識與工程實踐未能有機結合、探究性實驗環節缺少、汽柴油電控系統分散等問題，設計開發了汽車電控系統理實一體教學平臺。該平臺通過對汽柴油電控系統高度集成，將一部分枯燥乏味的汽柴油實踐教學內容引入理論教學的課堂，能夠讓學生近距離觀測汽柴油關鍵傳感器和執行器的運行情況，通過讓學生動手操作加深對理論知識的理解，有效實現了教學理實一體化。
關鍵詞：汽車電控系統；理實一體化；教學應用
1教學現狀
1.1理論知識與工程實踐未能有機結合
理論教學是學生掌握基礎理論和專業知識的重要途徑，工程實踐是學生應用專業知識解決復雜工程問題的重要環節[1]。作為應用型本科教學所開設的汽車電控系統課程，應當同時注重理論與實踐。然而在原有的汽車電控系統課程教學中[2]，雖然針對本專業的培養目標，設定了具體詳細的培養方案，但是大多側重理論知識的教學，對實際的工程實踐涉及較少[3]。學生學習專業知識時缺乏主動性，專業知識的獲取途徑單一，對于汽車電控系統相關知識難以理解，特別是無法將理論知識與工程應用實踐有效結合。因此，很多學生在整個學習過程中無法真正掌握汽車電控系統的整體知識結構以及把握其中的認知規律。此外，原有的教學模式加上抽象的知識體系，使學生學習時感到枯燥乏味，導致學生學習汽車電控系統的相關知識有一定的難度[4]，不能很好地將理論知識與工程實際聯系起來，造成理論與工程實踐的脫節。
1.2探究性實驗環節缺少
實驗教學作為汽車電控系統教學的重要部分，在培養學生的動手、觀察、分析、思考等能力方面起著重要的作用。探究性實驗課應成為學生發現問題、分析問題、解決問題的實踐課程[5]。探究性實驗教學過程中應重視學生學習過程中所表現的主動性、積極性、創造性，最大限度地滿足學生需求，注重學生個性化培養。原有的汽車電控系統教學一般將課堂教學和實驗教學相結合，實驗教學分為汽油和柴油電控系統，課堂教學僅僅是抽象的理論教學。實驗教學雖然可以鍛煉學生的動手操作能力，但在目前的實驗教學過程中，多以儀器演示為主，即實驗教師進行儀器使用講解與操作，學生以觀看為主，留給學生動手操作的時間非常少，幾乎很難做到每位學生獨立操作，教學形式單一。同時實驗環節多以驗證性實驗為主，缺乏探究性實驗環節，學生大都是按照實驗步驟操作[6]。雖然在一定程度上訓練了學生的實踐動手能力，但是不利于培養學生的探索精神和質疑精神，不能有效地激發學生的學習興趣和自主學習的熱情，很難提高學生獨立分析問題、解決問題的能力，培養高素質創新型人才[7]。
1.3汽柴油電控系統分散
汽油機電控系統和柴油機電控系統的觀測參數主要包括噴油、進氣、點火等相關參數。若能有效地把汽柴油電控系統進行集成，以便于學生近距離觀測汽柴油關鍵傳感器和執行器運行情況，更深刻地理解汽車電控系統相關知識。目前教學中常用的汽車電控發動機教學實驗平臺是帶有發動機的綜合實驗臺，其汽柴油電控系統是獨立的，這樣的實驗平臺在教學上應用不靈活，受教學空間影響較大，制造成本昂貴[8]。而且汽柴油電控系統分散教學導致學生不能直觀地了解汽油和柴油電控系統結構原理及工作特性的異同點，不便于進行對比分析。
2汽車電控系統理實一體教學平臺
汽車電控系統理實一體教學平臺(簡稱平臺)是一款適用于高等院校本科生和研究生教學科研的專業化平臺。該平臺具有理實一體、可拓展性強、系統集成度高等特點，可有效提升學生的學習積極性和教學效率。
2.1平臺結構
平臺分為兩大功能區域，如圖1所示，上面板用于傳感器信號調理、交互顯示和電控二次開發；下面板用于驅動輸出，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，顯示開發平臺的運行參數，也可通過顯示屏進行設置，滿足一般的實驗要求。此外，顯示屏具備存儲功能，可對試驗數據進行存儲，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，并通過數碼管顯示當時示數。所有執行器均采用汽車標配執行器，并支持通過跳線連接外部負載。所有傳感器和執行器均有測試端口，便于通過萬用表、示波器等工具進行測試。平臺設備層次感強，同時可以應用于真實的車輛環境，實現了理實一體的教學解決方案。
2.2平臺主要功能
平臺是將汽柴油電控系統集成為一體的教學平臺，既能夠單獨用于實驗和教學，也可以連接到真實的發動機上，真正做到脫離發動機臺架的汽柴油發動機電控系統半實物教學。一方面可以利用交互式顯示屏實現汽車電控系統的交互式教學，另一方面也可以支持二次開發和發動機驅動。在教學內容上，本平臺配有16個學時的教學課件，主要包括汽車電控系統開發流程、汽車傳感器AD采樣、電子節氣門及H橋驅動、點火線圈工作原理、噴油驅動及控制、汽車高低邊開關等。平臺可以在教室內實現汽柴油電控系統的理實一體教學方案，能夠通過現場演示、學生實操并結合理論教學，讓學生對汽車電控系統有充分的認識?；趯嶋H動手操作激發學生的學習熱情，通過二次編程讓學生了解汽車電控系統的開發流程。平臺充分考慮了汽車專業的本科生和研究生的學習需求，本科生基于該平臺可以掌握傳感器、執行器的工作原理，了解汽車電控開發工具和基本開發流程，在短時間內掌握汽車電控系統的基本原理和開發方法。研究生基于該平臺可以開展很多自主課題的開發，能夠基于該平臺實現多方面的需求，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。除了教學應用之外，該平臺也可用于科研，一方面滿足了本科教學的基本需求，另一方面可以啟發學生的思維，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。
3教學應用
該平臺自2016年研發完成后，已在多門課程的實驗中實踐應用，并取得了良好的教學效果，具體體現在以下兩個方面。
3.1實現了理論教學與實踐教學的有機結合
依托平臺，全面開展技能牽引式理實一體化教學，讓教師講授、示范和學生實訓同步進行，突出教學現場示范，增強教學過程的直觀性。在學生的興趣激發中，用理論指導實踐；在學生的充分參與中，用實踐消化理論，從而實現理論知識和實踐技能的同步學習和高效吸收，有效支撐了汽車理論、汽車運用工程、發動機原理等多門專業核心課程相關實驗課程目標的有效達成。平臺的應用，可以實現汽車電控系統實訓教學的現場化，能夠通過現場演示、學生實操并結合理論教學，讓學生對汽車電控系統有一個充分的認識，通過二次編程讓學生了解汽車電控系統的開發流程。以發動機電控系統的教學為例，教師在進行PPT講解和現場演示之后，讓學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，用理論知識指導實踐過程。平臺可使汽車電控系統教學中課堂教學和實驗教學同步進行，理論教學和實踐教學手段同步實施。一方面豐富了教學形式，另一方面增加了學生的動手操作時間。用理論指導實踐，用實踐消化理論，鞏固理論知識的同時，提高了學生的實踐動手能力。
3.2促進了探究式實驗手段和啟發式教學方法的有效融合
利用平臺開展探究性實驗教學，教師可以引導學生積極參與到課堂教學中來，真實有效地發揮學生在課堂中的主體地位。這樣不僅能夠極大地提升學生的學習效率，而且有利于調動學生學習的主動性和積極性。探究式實驗手段和啟發式教學方法的有效融合有助于培養學生的科學作風和科學態度，尤其在培養學生掌握科學的觀察方法和創新能力上起著非常重要的作用。以故障注入教學為例，教師對同一學習任務設置不同的故障點，引導學生發現問題并提出問題，對故障點進行理論分析，然后通過教學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。采用翻轉課堂的形式，讓學生對故障點的分析和排除過程進行講解，增加學生的參與度，提高學生學習的主動性。平臺的應用，促進了探究式實驗手段和啟發式教學方法的有效融合，使學生在發現問題、提出問題、解決問題的過程中，培養學生自主探究意識和自主創新能力，激發了學生的學習興趣，有效提高了教學質量。
4結語
平臺的應用，實現了理論教學與實踐教學的有機結合以及探究式實驗手段和啟發式教學方法的有效融合，不僅使學生深刻理解和掌握了理論知識，更加突出了實踐技能訓練，培養了學生的自主探究意識和自主創新能力。該平臺的教學應用在很大程度上激發了學生的學習動力和興趣，推動了教學過程中師生的互動交流，增強了學生的專業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：山東理工大學交通與車輛工程學院 河北索奇汽車電子科技有限公司
