摘要:为提高“内燃机原理”课程的教学质量,激发学生的学习兴趣,扩大学生的知识面,在教学方式上进行了有针对性的探索,其中包括注重绪论课教学内容的组织、加强理论教学内容联系实际应用、注重教研结合以及将课程内容与大学生科技创新活动相结合几个方面。
关键词:内燃机原理;教学质量;教学内容;教研结合
作者简介:郑清平(1965-),女,湖南道县人,河北工业大学能源与环境工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:内燃机工作过程;黎苏(1961-),男,吉林长春人,河北工业大学能源与环境工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:内燃机电控技术。(天津 300400)
“内燃机原理”是动力工程专业一门主要的专业课程,理论课学时一般在50～60左右。日益严格的排放法规和节能要求,内燃机结构发生了很大的变化,新技术层出不穷,使得传统的单纯机械式内燃机已变成为高度机电一体化的产品,“内燃机原理”课程的内容也得到进一步发展。本科教学一般涉及的基本内容有:内燃机的工作循环与性能指标、换气过程、燃料与燃烧、汽油机的燃烧过程及其排放控制、汽油机管理系统、柴油机混合气燃烧与排放控制、内燃机特性及匹配、增压技术。
传统“内燃机原理”的教学方式是以教师为中心,学生学习处于被动地位的“填鸭式”教学方法。从教学内容的确定、教学策略、教学方法的实施等方面,只突出教师如何“教”学生,而忽视了学生如何“学”。教师的教学大多着力于在有限的时间内教给学生尽可能多的知识,充当了一个知识传递的工具,而没有注意到在这个过程中学生能够理解和接受多少知识。这种教学形式使得课堂气氛沉闷,学生学习不能主动思考,学习效率较低。因此,要提高“内燃机原理”课程的教学质量,必须改革其教学方式。
一、注重绪论课教学内容的组织,激发学生的学习兴趣
如同每本书都有序言或前言,每门课程的教学一般也是以绪论课开始的。绪论课起导向作用,要交代课程“研究什么”和“怎样学”的问题。在绪论课堂中通过对该课程基本概念的明晰和学科体系框架的介绍,可以使学生对课程的内容有初步了解,形成对本课程的整体观念,潜移默化地影响学生的学习方法。绪论课还要使学生形成对该门课程的学习意愿,激发学生的学习动机,使学生的学习更具方向性,知道要学什么,要怎么学,使学习变得更加从容自如。
为了更好地阐明课程“研究什么”这个问题,课程对内燃机的发明和发展现状进行简要介绍,而且通过选取不同时期代表性的内燃机产品,对它们的主要性能指标(如最高转速、燃油消耗量和排放物等)进行对比,最终引导学生明白,内燃机性能的不断提高是因为不同时期都有一些先进技术被采用,例如60年代的废气排放措施,80年代后的电控技术及现在的一些燃料喷射技术等。而这些技术的机理正是内燃机原理中涉及到的相关知识。这就使学生对“内燃机原理”课程的主要研究内容有清晰地了解,即内燃机工作过程的基本理论、性能和性能改善措施。
为激发学生的学习动机,在绪论课上特意介绍了一年一度的“年度国际最佳发动机”评选情况,该奖项是由英国最大的专业汽车技术媒体集团——英国UKIP(UK International Press)公司主办的、由32个国家组成的评委团评出的,包括年度最佳新发动机、年度环保节能发动机、年度最佳性能发动机,以及8个不同排量级别的总计11个“年度国际发动机大奖”。绪论课通过以最近一年的评审结果为例对各获奖发动机进行介绍,可以使学生们了解到目前中国内燃机技术与国际水平的差距,使他们明确了作为一个专业科技人员身上的责任和奋斗目标,从而激发了学习斗志。
为了更好地阐明课程“怎么学”这个问题,可以将整个课程内容进行合理的整合,以内燃机性能为线索,将整个课程内容联系起来,如图1所示。这里将内燃机性能作为贯穿课程始终的一条主线,而性能及其评价指标、性能的影响因素及提高性能的措施及如何测量性能指标是围绕主线的三条支线,课程的全部内容将围绕这三个支线展开讨论。这种课程内容体系的归纳可以使学生的学习更具方向性。
二、理论联系实际,扩大学生的知识面,注重能力的培养
“内燃机原理”课程是一门实践性比较强的课程,其中的很多理论目前都已经用于实际产品,因此在一些课程内容中可引入一些实际应用例子进行介绍,以加深学生对知识的理解。
具体实例有:可变配气相位、可变进气管长度、增压技术、可变汽缸控制技术、电控缸内燃料喷射技术、燃烧室结构、代用燃料、排放控制技术。下面以两个例子简单介绍如何将课程内容与实际应用进行联系。
(1)在第四章汽油机的燃烧过程及其排放控制中,通过分析负荷对汽油机性能的影响后可得到汽油机在高负荷工况的热效率高于低负荷热效率的结论,在此引入一个实例——第八代雅阁轿车的发动机V6 3.5L VCM发动机。该发动机带有本田最新改进的可变气缸管理系统(VCM),这个系统能根据行车状况控制发动机气缸的工作缸数,可以3、4、6缸分别工作。具体地说,在车辆起步、加速或爬坡等任何需要大功率输出的情况下,全部6个气缸投入工作;在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时,发动机将会用4个气缸来运转,在中速巡航和低发动机负荷工况下,系统则运转3个气缸。这种运行方式的理论依据就是使发动机在低负荷时减少工作气缸数,从而使工作的气缸仍相当于在高负荷下工作,因而可获得高的热效率,达到最低能耗。
(2)在第八章介绍内燃机增压方式时可知,机械增压有助于低转速时的扭力输出,但是高转速时功率输出有限,而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出,但低转速时则力不从心,为解决低速扭矩和高速功率输出的问题可以采用复合增压方式,即将机械增压和废气涡轮增压进行组合使用。在此引入复合增压技术的一个实例——大众高尔夫1.4 TSI“双增压”(Twincharger)发动机。这里的“双增压”就是一种复合增压方式。具体工作方式为:在低转速时,由机械增压提供大部分的增压压力,在高转速时,两个增压器同时提供增压压力。“双增压”技术兼顾了低速扭力输出和高速功率输出,解决机械增压和涡轮增压两种技术各自的不足,充分发挥了它们的优势。大众于2005年将这款发动机装配到量产的民用车型高尔夫1.4TSI上。
三、根据课程特点,注重教研相结合
教学中将最新研究成果融入相关章节内容讲授,以培养学生的专业情感和创新思维。
由于“内燃机原理”课程的任课教师一般都参与若干科研课题,具有较强的科研能力,可以很好地将科研成果引入课题教学,甚至让优秀学生参与部分科研,使学生在加深了解课程内容的同时,能力也得到了锻炼。
针对以下科研课题:“天然气发动机燃烧过程关键技术的研究”、“汽、柴两用车辆尾气排放检测及故障诊断系统”、“柴油机低排放的燃烧系统研究”、“内燃机电控冷却废气再循环系统的研究开发”、“燃气汽车空燃比控制系统的研究开发”,在课程教学中将它们分别引入了相应的章节:“代用燃料发动机”、“内燃机排放控制系”、“柴油机的燃烧过程”、“内燃机排放控制系统”、“内燃机电控技术”。引入的方式可以是实验结果、数值模拟计算结果、新型系统的结构、新的测试手段等。
四、将课程内容与大学生科技创新活动相结合,达到学以致用的目的
通过组织学生参加课外科技竞赛活动,既能使大学生锻炼科研能力、增强科技意识,又能使所学知识融会贯通,使教与学达到高度的统一。结合“内燃机原理”的教学内容,教师每年精心组织学生参加全国大学生节能减排科技竞赛活动。其中2008年组织了7名学生参加第一届全国大学生节能减排科技竞赛活动,参赛作品是“乙醇柴油相溶性的研究与助溶剂的开发”,并获得了二等奖。该课题与“内燃机原理”课程中代用燃料技术紧密相关,主要分析了多种柴油与乙醇的互溶程度,研究了乙醇掺烧比为5%、10%、和15%的乙醇/柴油混合燃料对柴油机排放和动力性能的影响。2010年组织了7名学生参加第三届全国大学生节能减排科技竞赛活动,参赛作品是“汽车发动机燃油添加剂节能减排功效的研究”。作品以走访、调查问卷、用特定品牌进行车辆试验和台架试验的形式对燃油添加剂节能减排功效进行了比较科学和系统的调查研究,为广大汽车消费者提供了一份有价值的参考报告。该课题内容与“内燃机原理”课程中燃料添加剂对燃烧过程的影响紧密相关。在经历这些科技活动后,学生的学习积极性普遍提高,对课程有了更深入的了解,加深了对所学知识的掌握程度。
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(责任编辑:苏宇嵬)