依托FSAE賽事的大學生工程素質(zhì)教育

邊明遠

高等院校工程教育的根本目的，是培養(yǎng)和造就工業(yè)界需要的、適應社會發(fā)展需要的工程技術人才[1]。高等工程教育是一個國家工業(yè)體系形成和發(fā)展的重要支撐手段，也是在經(jīng)濟全球化時代保持綜合國力穩(wěn)定增強并形成國家整體技術優(yōu)勢的一個必要保障。但就整體而言，我國高等工程教育也存在著諸多的問題。受“工程科學化”傾向的影響，國內(nèi)高校工科專業(yè)的人才培養(yǎng)普遍存在重課內(nèi)輕課外、重理論輕實踐、課堂教學與實際工程脫節(jié)、與人才培養(yǎng)的目標偏離、實踐教學環(huán)節(jié)薄弱、學生缺乏基本的工程訓練和工程實踐、培養(yǎng)出來的學生工程實踐鍛煉不夠、社會適應性差等問題[2]。調(diào)查顯示，21.8 %的人認為高校培養(yǎng)的學生完全不符合或基本不符合國家技術發(fā)展需要；52.4 %的被調(diào)查者認為我國高校培養(yǎng)的工程專業(yè)學生質(zhì)量一般；60.4 %的受訪者認為現(xiàn)在的工程教育不能給學生提供充分的工程訓練，工科學生一般都缺少對工程設計和運用綜合知識解決問題的重要性的理解[3-4]。

另一方面，隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代工程愈來愈體現(xiàn)為“目標—研究—開發(fā)—設計—制造—運行—管理”等環(huán)節(jié)組成的工程鏈，這條鏈越往前技術含量越高，越往后經(jīng)濟含量越高，所以需要懂管理、會經(jīng)營、具有較強動手能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)工程技術人才[5]。從大工程觀的角度來看，21世紀的卓越工程人才必須具備“扎實的”知識和技術基礎（strong technical foundation and broad knowledge basis）、“強悍的”分析技能和工程實踐能力（strong analytical skills and practical ingenuity）、以及“卓越的”個人素養(yǎng)（distinguished personal traits）[6]。傳統(tǒng)的高校課堂教學較好地滿足了學生知識基礎積累這一任務，但良好的工程實施能力（包括工程設計與實施、分析與概括能力、實踐動手能力、創(chuàng)新力等）和優(yōu)秀的個人素養(yǎng)（如責任感、自信心、領導組織能力、溝通能力與團隊精神、敬業(yè)精神與職業(yè)道德、處事靈活性、終身學習能力等）必須要在實際的工程實踐訓練中得到培養(yǎng)和完善。

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國目前已經(jīng)成為世界汽車大國，但還遠不是汽車強國。未來實現(xiàn)汽車核心新技術的自主開發(fā)，形成國家汽車技術優(yōu)勢，需要大批優(yōu)秀的車輛工程技術人才。因此，高校在車輛工程人才培養(yǎng)的過程中還工程教育以“工程實踐”的本質(zhì)，實現(xiàn)“實踐育人”的工程教育回歸，是非常必要且非常重要的。

一基于大學生科技競賽的工程實踐教育

作為大學生課外活動方式之一的科技活動及科技競賽由于其兼具趣味性、浸入式參與和操作實踐性的特點，得到了廣大在校學生的積極響應和青睞。學生科技競賽活動具備的專業(yè)性、工程性、實踐性和創(chuàng)新性的特征逐漸被工程教育的從業(yè)者所認知，不斷將其進行引導，并作為創(chuàng)新型工程人才的實踐能力和工程素質(zhì)培養(yǎng)的一種方法[7-10]。

大學生科技賽事最主要的特點，就是表現(xiàn)出很強的目標導向、興趣導向和探索導向性，而且它不同于常規(guī)的大學課程教育，是由學生個人或團體作為主體主動承擔或從事的活動。學生從事此類科技活動的直接原因是緣于對該領域技術問題的興趣，從事活動的直接目標則是在各類競賽中取得好的成績。而由于競賽項目往往表現(xiàn)出的前瞻性和探索性、以及項目內(nèi)容本身往往突破了專業(yè)范疇而體現(xiàn)出多學科跨領域交叉融合的特點，使得學生在完成項目的過程中在靈活運用本專業(yè)知識基礎的前提下還需不斷自我學習和提高，這對于形成未來扎實廣博的知識基礎和創(chuàng)新的科技思維是有益的。如果取得參賽成績的目標達到，則會進一步激發(fā)學生的學習探索熱情和主動性，使得這種自我學習和鍛煉提高的過程不斷深化完善。按照認知主義的教學理論，這種目標導向的活動過程勢必會走向一個正向的反饋和循環(huán)。

同時，大學生科技賽事還往往表現(xiàn)為一個探索、分析、設計、問題解決、制造實施、結果評估的完整工程過程。在這樣一個工程實踐的過程中學生除了不斷積累新的知識、鍛煉知識運用能力之外，通過諸多實際工程問題的解決還可以獲得工程實踐的經(jīng)驗并鍛煉其工程實踐能力。況且，學生科技活動基本組織形式為學生團隊的集體作業(yè)，在由團體成員分工協(xié)作進行的過程中，學生個人的團隊精神、組織協(xié)調(diào)和管理能力、交流溝通和表達技巧、責任感和個人能動性等非技術層面的素質(zhì)也會在潛移默化之中得到鍛煉和培養(yǎng)。而所有這些能力與素質(zhì)，則是未來卓越工程技術人才必備的元素。從這個方面來講，學生從事科技競賽的活動所達到的結果，也正是目前學校專業(yè)工程實踐教育欲達到的目標。

因此，如果將大學生科技競賽活動融入到學校工程實踐教育的環(huán)節(jié)，通過對這種目標導向的學生活動加以引導和管理，依托學生科技競賽的整個過程實現(xiàn)工程教育回歸工程實踐的目的，達到培養(yǎng)學生工程能力和工程素質(zhì)的目標，則不啻為一個很好的探索和嘗試。

二依托FSAE賽事的學生工程素質(zhì)教育體系

FSAE（大學生方程式汽車大賽）是由各國SAE（汽車工程師協(xié)會&汽車工程學會）發(fā)起和組織、由在校大學生參與的一項汽車工程領域科技賽事。該項賽事要求高等院校學生在一年的時間內(nèi)自主設計、制造出一款整體性能表現(xiàn)優(yōu)異，能夠完成所有比賽項目的賽車，并完成產(chǎn)品的全部商業(yè)營銷活動。就比賽項目來看，它不但包含了考驗賽車各項性能的動態(tài)場地比賽，同時也包含了參賽團隊對于貫穿賽車開發(fā)過程中的技術設計、經(jīng)濟分析及成本控制、產(chǎn)品營銷及市場運行推廣等方面陳述答辯的靜態(tài)比賽；不僅考核車，同時還要考核人。正因為具有這樣的特點，F(xiàn)SAE賽事有別于一般的校園課外科技比賽和社團活動，體現(xiàn)出系統(tǒng)性、完整性的項目運行特征和強烈的綜合工程實踐色彩。通過參與這樣一個完整的工程過程，學生得到了全方位的實踐鍛煉，其設計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、項目管理與協(xié)調(diào)等多方面的綜合能力得到很大提升，綜合素質(zhì)明顯加強。借助于FSAE賽事的平臺，可以實現(xiàn)“工程素質(zhì)教育”回歸“工程實踐”本質(zhì)的目的。通過準備及參加FSAE，一批頂尖的學生被挖掘出來，為汽車企業(yè)自主產(chǎn)品開發(fā)提供了優(yōu)秀的后備力量。因此FSAE大賽為推動各國的汽車工業(yè)進步及汽車技術人才儲備方面起到了重要作用，已成為培養(yǎng)未來汽車工程師的交流平臺。

目前國內(nèi)高校車輛工程專業(yè)的人才培養(yǎng)，基本上還是數(shù)理基礎課程教學加上以工程力學、機械原理等先修專業(yè)基礎類課程和以汽車構造、汽車理論、汽車設計等汽車專業(yè)骨干課程的課堂教學為主，課后作業(yè)也多表現(xiàn)為問題分析和計算的習題方式。應該說這樣的課程體系構架能夠傳授給學生基本的專業(yè)知識。在本科階段學生的專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)包括金屬加工工藝實習、企業(yè)生產(chǎn)實習等方式，但這種大部分以參觀體驗形式進行的實習環(huán)節(jié)也僅能提供給學生基本的零部件結構和加工工藝知識認知。機械設計課程設計項目是本科生唯一動手參與產(chǎn)品設計的實踐教學環(huán)節(jié)，但就其具體內(nèi)容來看，多年來一直主要以圓柱齒輪減速器等通用工業(yè)部件的設計為工作內(nèi)容，其輸出成果包括設計計算說明書和設計圖紙，卻并無后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)過程；學生鮮有參與具體的汽車整車及零部件的設計、開發(fā)和制造到最終實物以驗證其設計思路和設計方法適用性，并親自動手實踐的鍛煉過程。所以，現(xiàn)有的課程教學體系僅完成了學生專業(yè)知識基礎的傳授和基本動手能力的訓練，未來卓越工程師所需要的綜合工程素質(zhì)還需要在課程教學體系之外尋找工程實踐過程的鍛煉機會。由此分析，開辟新的工程實踐訓練渠道，完成與現(xiàn)有車輛工程專業(yè)課程教學的銜接和補充，是幫助學生完成由接受知識到社會工程師角色所需能力的過渡、實現(xiàn)工程素質(zhì)培養(yǎng)、完成工程教育回歸工程實踐本身的一種重要手段。而FSAE賽事由于其本身所固有的系統(tǒng)工程實踐特征，則是這一培養(yǎng)環(huán)節(jié)的一個適當選擇。

基于FSAE賽事依托的賽車實踐設計開發(fā)和制造調(diào)試實踐訓練，可以有效地配合汽車構造、汽車理論、汽車設計、汽車制造工藝等本專業(yè)主流課程的課堂教學，通過各種工程實踐環(huán)節(jié)提高學生對本門課程知識的掌握，起到良好的課程教學輔助作用。同時也可以解決現(xiàn)有課程教學與實際應用脫節(jié)的情況，極大地提高學生利用專業(yè)知識理論分析和解決實際工程問題的能力，以及動手操作能力。

在大工程觀背景下專業(yè)知識的教育只是優(yōu)秀工程技術人才培養(yǎng)的一個部分，而綜合工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)則是不可缺少的必然階段。FSAE賽事準備作為一項高度綜合性的產(chǎn)品開發(fā)運行項目，其最終完成非僅有專業(yè)知識基礎可以解決。通過在實踐教學環(huán)節(jié)打造一支兼具工程開發(fā)經(jīng)驗和豐富教學經(jīng)歷的“工程師”和“教師”復合的“雙師型”指導教師隊伍，在貫穿賽車研發(fā)的整個項目開展階段引入工程管理模式并按照相應的工程運行規(guī)律對于學生的研發(fā)活動給予全方位的管理指導，同時引入或開辟如產(chǎn)品開發(fā)管理、項目管理、經(jīng)濟及成本控制、科技寫作與演講技巧、學術交流技巧等旨在鍛煉學生工程素養(yǎng)的教育課程，可以幫助學生完成入職必需的基本能力和發(fā)展?jié)摿Φ腻憻?，提高其將來走向社會時的競爭力，并為學生將來走向工作崗位進行必要的入門引導和基本技能培訓，幫助其完成角色的過渡。

科學研究能力的培養(yǎng)是廣大工科院校教學的重要目標，而FSAE賽事同樣為學生從事科學研究的活動提供了充分的實踐機會。作為一項產(chǎn)品研發(fā)項目，其中必然有技術攻關和前瞻技術預研的問題。將FSAE賽車開發(fā)過程中的關鍵技術問題進行提煉，提出一系列的科學技術問題，可挑選出合適的項目在開展FSAE工作的同時組織學生參與或開展SRT（Student Research Training）項目、大學生挑戰(zhàn)杯科技競賽項目、機械設計競賽、電子設計競賽、汽車設計大賽等大學生課外科技活動。同時選擇有一定綜合性和難度的技術問題，開辟為本科生畢業(yè)設計和碩士研究生論文課題，從項目選題、項目進行、技術攻關、項目總結等各個環(huán)節(jié)對學生提供指導，在保證項目良好運行的同時給予學生從事工程科研實踐的空間，使學生獲得必要的從事科研工作的能力，力求達到全面鍛煉學生工程科研實踐能力的教育目的。

在上述各個環(huán)節(jié)，學生從事的目的主要在于獲得系統(tǒng)的工程實踐項目參與經(jīng)歷，培養(yǎng)未來從事工程技術領域相關工作所需的自我學習能力、技術創(chuàng)新能力、工程實踐認知與工程素養(yǎng)、獨立于專業(yè)課程學習之上的工程項目管理、協(xié)調(diào)及交流溝通能力和團隊協(xié)作精神等個人品質(zhì)。

三基于FSAE賽事的學生工程素質(zhì)培養(yǎng)實踐

清華大學汽車工程系自2010年起即組織學生隊伍連續(xù)參加了每一屆中國大學生方程式汽車大賽，并于2013年派隊參加了具備國際FSAE最高水平的德國大學生方程式汽車大賽。幾年來一直將FSAE賽事及學生車隊的運作當作訓練學生工程能力和培養(yǎng)綜合工程素質(zhì)的實踐教育平臺，抽調(diào)專門從事實踐教學的教師秉承“教師指導監(jiān)控下以學生為主體的工程訓練過程”的工作方針對學生方程式參賽車隊的工作給予全面的指導。在每年的備賽的過程中，教師根據(jù)賽車設計和技術開發(fā)的需要，指導學生從開發(fā)計劃制定、關鍵技術問題分析、車輛設計、加工制造、裝配調(diào)試、運行試驗、專項訓練、隊伍管理、項目進度協(xié)調(diào)、成本控制、營銷推廣、外宣外聯(lián)等各環(huán)節(jié)以自己為主體參與開展各項工作。通過進行FSAE賽車的設計開發(fā)，學生們得以有一個機會將課堂所學的專業(yè)課程知識應用到對象明確的具體的工程過程中去，實現(xiàn)了在明確的工程目標導引下提出問題、分析問題、拿出解決方案、方案實施與改進、結果評估與總結等流程完整的工程實際訓練過程。由于FSAE賽車的設計開發(fā)及參賽過程本身體現(xiàn)為一個多學科交叉、內(nèi)外環(huán)節(jié)繁雜的工程任務，在這個完成工程任務的過程中不但要求學生能夠?qū)⒈緦I(yè)知識靈活運用，同時也要求他們具備跨專業(yè)的知識獲取和綜合應用的自學習能力，以及跨領域的知識和與人交流溝通融合的能力。在進行FSAE賽車設計開發(fā)和賽事準備的整個過程中，學生們通過完成工程任務和解決工程問題的經(jīng)歷不但獲得了直接的工程實踐能力，同時也通過團隊進行賽車關鍵技術研究、賽車設計與制造調(diào)試、營銷宣傳等活動獲得了自我學習與管理提高、團隊協(xié)作、交流溝通、學術表達、財務與成本意識、創(chuàng)新思維與開闊眼界、社會與環(huán)境關注等人文層面的素質(zhì)。這些素質(zhì)從表面上看表現(xiàn)為非技術的因素，但就其作用而論與實際工程問題解決的結果和質(zhì)量休戚相關，也是優(yōu)秀的工程技術人才必須具備的素養(yǎng)。通過FSAE賽事的活動和參與，學生在技術層面和非技術層面的素質(zhì)都可以得到全面的鍛煉和提高。正是基于這樣的考慮，我單位將FSAE賽事的活動不但作為了汽車設計、汽車理論等專業(yè)骨干課程課堂教學的輔助和延伸的實踐環(huán)節(jié)，同時也將其與專業(yè)實習等實踐教學活動進行了融合，以達到通過有規(guī)劃成體系的專業(yè)實踐教育開辟培養(yǎng)學生工程實踐能力和工程素質(zhì)的新模式。

通過幾年來依托FSAE賽事進行的學生工程素質(zhì)教育的實踐，一方面在學生車隊參賽成績?nèi)〉貌粩噙M步的同時提高了同學對車輛工程專業(yè)的學習興趣、認同感和對課外科技活動的投入，并且也在FSAE賽車的設計研制和關鍵賽車技術研究方面積累了基礎。另一方面，通過將FSAE賽事的活動與原有的汽車專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)進行整合和拓展，豐富了實踐教學的內(nèi)容，也形成了學生工程素質(zhì)實踐教育的新模式和新思路、新理論。

總之，學生工程能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)單靠傳統(tǒng)的專業(yè)課堂教學不足以實現(xiàn)，科技賽事對于鍛煉大學生工程實踐能力、培養(yǎng)工程素質(zhì)具有非常有益的幫助；通過貫穿于FSAE賽事過程中的工程實踐教學環(huán)節(jié)，不僅可以提高學生的專業(yè)知識掌握程度和工程素養(yǎng)，同時也可以激發(fā)學生的專業(yè)興趣，達到以人才培養(yǎng)為根本任務的目的。FSAE賽事本身作為一項學生課外科技活動并不能解決高校車輛工程專業(yè)實踐教學的所有問題，但它無疑提供了一種非常有價值的學生工程實踐能力鍛煉的選擇。

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