雨课堂与翻转课堂在内燃机排放与噪声控制教学

内燃机工作过程中产生的振动、噪声和废气不仅会对环境产生不良影响，还会影响人的情绪，降低内燃机的工作寿命和可靠性。系统性了解并掌握内燃机噪声和排放污染相关知识是对动力工程专业人才提出的基本要求，《内燃机排放与噪声控制》课程是一门专业选修课，具有内容抽象、难以掌握的特点，导致学生上课抬头率不高，学习效率较低，如何提高内燃机排放与噪声控制的学习效果成为当务之急。本课程主要包括内燃机排放污染物的成分组成和净化途径、噪声测量和主要噪声源的控制，涉及化学、信号分析及测控技术等相关专业，是一门多学科交叉课程，如何把握课程主线，帮助学生高效学习掌握核心内容非常值得探讨。

一、《内燃机排放与噪声控制》课程结构

《内燃机排放与噪声控制》课程开设在大学四年级第一学期，共2学分，30学时。根据动力工程专业平台课程的要求，《内燃机排放与噪声控制》课程的教学结构包括两大模块、9个小节，如图1所示。

图1 内燃机排放与噪声控制教学内容设计

第一部分讲述内燃机排气污染、振动和噪声的基本概念，强调控制内燃机排放与噪声的必要性；第二部分介绍大气污染和内燃机有害排放物的成分，分析碳氢化合物和氮氧化物的生成机理；第三部分讲述内燃机的机内净化措施和机外净化措施，机内净化措施包括高效低污染的燃烧系统、改善进气系统、改进供油系统，机外净化措施包括改善混合气形成、低污染高效率燃烧系统、点火系统、可调配气相位等；第四部分介绍内燃机的排放标准和试验规范，在此基础上讲述有害排放物的测量原理和测量系统；第五部分介绍代用燃料的排放污染与净化途径，对比了液化石油气发动机、氢发动机、汽油/氢气混合燃烧、醇类发动机和燃气轮机的排放差异；第六部分讲述声学的基本概念，着重强调噪声的度量，并介绍噪声的主观评价和测量；第七部分介绍燃烧噪声、机械噪声和空气动力学噪声的组成，分析这几类噪声的频谱特点，探讨降低噪声的基本途径；第八部分着重讲述几种噪声源的识别方法和应用范围，引入了新发展的几种噪声源识别方法；第九部分阐述内燃机整机噪声的等级划分和许可标准，介绍噪声控制的隔声技术和消声器的设计原理。

从以上内燃机排放与噪声控制教学内容的设计可以看出，课程具有“多”和“实”的特点。“多”是指课程覆盖面广，涉及内燃机、化学、信号分析、控制工程等多个学科，因此知识点多，公式多。“实”是指课程从工程应用出发，不仅包含各种排放物的产生机理和噪声的识别分离方法，还与实际应用密切相关。因此，必须对课程教学方法与考核手段进行改进。

二、《内燃机排放与噪声控制》教学中“雨课堂”与“翻转课堂”的应用

传统教学一般沿用讲授为主的大班教学模式，这种模式类似于中学的“填鸭式”教学，教师主动讲授，学生被动学习。这种教学方式的主要缺点在于教师和学生之间缺乏互动，学生的积极性不高，而且教师对学生的出勤、知识点的掌握程度、感兴趣的点难以把控。

《内燃机排放与噪声控制》是一门理论与实践相结合的课程，在教学过程中应用“雨课堂”与“翻转课堂”教学相结合的授课方法。第一大部分“排放”主要涉及概念性的知识，采用“翻转课堂”的教学模式。将学生分为若干小组，每一小组负责前五章中的一个小模块，小组成员分工，有人负责搜集素材，有人负责做PPT，集体修改PPT，最后派学生代表进行PPT讲解，具体内容参见表1。讲解完成后，全体学生提问讨论，教师负责总结点评，将没有讲清楚的知识点进行补充讲解，完成整个教学过程。

表1 内燃机排放教学安排

第二部分“噪声”中则采用“雨课堂”的教学模式。“雨课堂”是清华大学在线教育办公室和学堂在线共同推出的新型智慧型教学工具，是一种新型的教学模式，通过智能终端将师生连接到一起，通过弹幕、疑难问题求助等多元化师生互动，增加学生的求知欲，提高学习兴趣。

三、《内燃机排放与噪声控制》课程考核方式的改革

考核是检查学生知识掌握程度和考查教学效果的重要手段之一，《内燃机排放与噪声控制》课程具有多学科交叉的特点，学生对理论性较强的课程缺乏兴趣，“平时成绩+考试成绩”难以准确反映学生的真实水平。根据课程内容各部分的专业特点，采用“文献综述+开卷考试+平时课堂表现”的模式对学生进行考核，多维度考核学生对知识的掌握程度，具体如下：第一大部分“排放”相关内容，由于排放法规的不断升级，对内燃机排放物的要求越来越严苛，因此考核采用文献调研的方式，让学生在撰写调研报告的同时了解最新的排放法规要求，此部分占总成绩的40%；第二大部分“噪声”在课程讲授时已采用了“翻转课堂”与“雨课堂”相结合的教学模式，这部分内容与动力工程专业结合紧密，并且对学生的理论知识要求较高，但很多公式难以记忆，因此采用开卷考试的形式，通过对具体测试数据的分析处理，考查学生将理论知识灵活运用到实践的能力，此部分成绩占总成绩的50%；平时成绩包括与教师的互动情况，是否独立思考、是否提出疑难问题等课堂表现，占总成绩的10%，最终的成绩由这三部分按权重计算得到。

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