《汽車設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)容改革初探

李舜酩

【摘 要】汽車設(shè)計(jì)是絕大多數(shù)高等學(xué)校車輛工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課程。在分析汽車設(shè)計(jì)教學(xué)課程內(nèi)容及特征的基礎(chǔ)上，探討了目前該課程教學(xué)存在的一些問題，針對(duì)這些問題提出了教學(xué)改革的內(nèi)容和措施并進(jìn)行了改革實(shí)踐，培養(yǎng)了學(xué)生的汽車設(shè)計(jì)實(shí)際能力，取得了滿意的改革效果。

【關(guān)鍵詞】汽車設(shè)計(jì)；教學(xué)；改革

隨著我國(guó)汽車工業(yè)強(qiáng)調(diào)進(jìn)行自主開發(fā)，汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)技術(shù)等都日益受到重視[1]。汽車設(shè)計(jì)課程的任務(wù)除了是使學(xué)生學(xué)會(huì)分析和評(píng)價(jià)汽車及其各總成的結(jié)構(gòu)和性能，合理選擇結(jié)構(gòu)方案及有關(guān)參數(shù)，并學(xué)到一些汽車主要零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法和總體設(shè)計(jì)的一般方法，為從事汽車技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)[2]外，也要進(jìn)行不斷的更新和發(fā)展，讓同學(xué)們了解到最新、最實(shí)用的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車設(shè)計(jì)的內(nèi)容也在不斷發(fā)展變化。汽車設(shè)計(jì)不僅將機(jī)械、電子、液壓、材料、軟件工程等多種成熟技術(shù)應(yīng)用于汽車開發(fā)中，同時(shí)還將這些技術(shù)柔和在一起，形成具有自身特點(diǎn)的新興技術(shù)[3]。特別是目前的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)內(nèi)容、舒適性設(shè)計(jì)內(nèi)容和可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容已經(jīng)是車輛企業(yè)在設(shè)計(jì)過程中所必須考慮的問題[4-5]。這就對(duì)高等學(xué)校汽車設(shè)計(jì)教學(xué)提出了新的要求，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和模式已明顯落后工程實(shí)際的需求和當(dāng)今的時(shí)代技術(shù)的更新，不利于大學(xué)生的培養(yǎng)，更不利于這些學(xué)生畢業(yè)后到企業(yè)發(fā)揮他們的能力。高等學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法必須適應(yīng)車輛康業(yè)發(fā)展的需求，汽車設(shè)計(jì)內(nèi)容也要適時(shí)調(diào)整。本文在闡述汽車設(shè)計(jì)課程的特征的基礎(chǔ)上，分析了目前汽車設(shè)計(jì)教學(xué)存在的問題，在此基礎(chǔ)上提出了汽車設(shè)計(jì)教學(xué)的改進(jìn)方法，并進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)實(shí)踐。當(dāng)然，傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)方法又是必不可少的一部分。因此，我們?cè)谶M(jìn)行改革的同時(shí)，也最大限度的將最為經(jīng)典的部分保留下來。

1 課程內(nèi)容及特征

傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)分為理論授和課程設(shè)計(jì)。理論授課一般在40～50學(xué)時(shí)，主要介紹汽車底盤各總成設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)，包括汽車底盤總體設(shè)計(jì)、離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋、懸架、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系等各總成設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求、結(jié)構(gòu)方案分析、主要參數(shù)及零部件載荷的確定、強(qiáng)度計(jì)算方法、主要結(jié)構(gòu)元件的分析等。理論教學(xué)通常不講授課程設(shè)計(jì)的知識(shí)內(nèi)容，在講授完成理論教學(xué)內(nèi)容后，開始兩周的課程設(shè)計(jì)，通過課程設(shè)計(jì)補(bǔ)充完善一些理論授課中欠缺的內(nèi)容。該課程要求學(xué)生必須具備高等數(shù)學(xué)，工程力學(xué)，工程圖學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、金屬工藝學(xué)、、材料學(xué)、汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚摰戎R(shí)。它綜合運(yùn)用了這些基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，其涉及面廣，專業(yè)跨度大，授課難度較大。同時(shí)，它是將理論知識(shí)應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐的典型課程，對(duì)教師的理論知識(shí)綜合應(yīng)用能力、設(shè)計(jì)能力和經(jīng)驗(yàn)也提出較高的要求。

2 課程教學(xué)目前存在的問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容不能跟隨汽車技術(shù)的發(fā)展

《汽車設(shè)計(jì)》的對(duì)象主要是傳統(tǒng)的零部件。而隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，很多新型的結(jié)構(gòu)、零部件甚至總成在實(shí)際中已得到大量應(yīng)用，而汽車設(shè)計(jì)課程在新技術(shù)方面所涉及到的內(nèi)容較少。比如，變速器設(shè)計(jì)主要是針對(duì)傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器，而目前自動(dòng)變速器在車輛上得到大量的應(yīng)用，而且有了很大發(fā)展。而這些內(nèi)容又是生產(chǎn)企業(yè)所需要的技術(shù)。再譬如，新材料的發(fā)展使汽車設(shè)計(jì)越來越多的考慮應(yīng)用高強(qiáng)度、輕質(zhì)、非金屬、綠色環(huán)保等材料[6]，但傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容沒有考慮。

2.2 設(shè)計(jì)思想不能滿足實(shí)際需要

汽車設(shè)計(jì)課程的主要是將載荷確定，強(qiáng)度計(jì)算，校核的傳統(tǒng)靜態(tài)機(jī)械設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到汽車零部件上，機(jī)械類課程安排較多。而目前汽車設(shè)計(jì)所考慮的因素越來越多，除了靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)外，汽車設(shè)計(jì)越來越趨向于動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助一體化綜合設(shè)計(jì)，也包括考慮輕量化設(shè)計(jì)、舒適性、綠色設(shè)計(jì)等等因素。除此以外，汽車設(shè)計(jì)還需要考慮很多設(shè)計(jì)前后的環(huán)節(jié)，比如制造成本預(yù)算、產(chǎn)品定位、市場(chǎng)調(diào)研、生成設(shè)計(jì)說明等環(huán)節(jié)。而目前《汽車設(shè)計(jì)》課程的內(nèi)容和方法不具備這種設(shè)計(jì)思路，只是進(jìn)行單一的結(jié)構(gòu)分析、參數(shù)選擇和靜力學(xué)計(jì)算，造成了教學(xué)與實(shí)際的脫節(jié)，使得學(xué)生在實(shí)際的工作中，設(shè)計(jì)知識(shí)單一。單純從靜態(tài)機(jī)械設(shè)計(jì)的角度思考零部件乃至整車的設(shè)計(jì)，與現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)理念存在較大的偏差，使學(xué)生畢業(yè)后無(wú)法迅速融入實(shí)際的汽車零部件設(shè)計(jì)中去，需要較長(zhǎng)的時(shí)間來適應(yīng)工作。

3 教學(xué)內(nèi)容改革

3.1 對(duì)傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)課程內(nèi)容選擇性的保留

教改并不意味著對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)容的全盤否定，而是要保留其精華，祛除其中不必要的部分。對(duì)于汽車設(shè)計(jì)而言，雖然其制造工藝、設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)都是不斷發(fā)展變化的，但是汽車本身的原理和構(gòu)造卻沒有特別大的變化。所以，使得學(xué)生掌握一些最基本的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路，是極為必要的。

在教改后的課程教學(xué)體系中，我們?nèi)匀辉O(shè)置了汽車底盤布局設(shè)計(jì)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)（離合器、機(jī)械變速器、驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向器）以及汽車結(jié)構(gòu)工作穩(wěn)定性（懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系）三部分內(nèi)容。并且仍然作為汽車設(shè)計(jì)課程里較為重點(diǎn)的部分進(jìn)行講解，給學(xué)生之后的課程和工作打下牢固的基礎(chǔ)。

同時(shí)，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容中，有關(guān)與《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容密切的部分，像齒輪、軸承及一般傳動(dòng)形式等就弱化講授內(nèi)容，對(duì)于萬(wàn)向傳動(dòng)只介紹典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而其它結(jié)構(gòu)形式僅簡(jiǎn)單介紹其基本工作原理。這樣有的放矢的效果更能滿足汽車設(shè)計(jì)的要求。實(shí)際上，由于這門課程是專業(yè)課，不可能也不應(yīng)該把相關(guān)的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課中的內(nèi)容再詳細(xì)講授。

3.2 引入先進(jìn)設(shè)計(jì)方法

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為汽車設(shè)計(jì)技術(shù)提供了新穎的手段，并且?guī)缀文Ｐ偷脑O(shè)計(jì)從二維轉(zhuǎn)向三維。在進(jìn)行汽車新車型開發(fā)的整個(gè)過程中，其設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)幾乎全部實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化。因此在汽車設(shè)計(jì)的教學(xué)中要跟進(jìn)現(xiàn)代車輛工程技術(shù)發(fā)展的需求，將現(xiàn)代的設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)教學(xué)中[7]。同時(shí)，如今對(duì)于汽車的要求，也不再僅僅局限于高速、重載，而是更多的考慮穩(wěn)定性、舒適性、安全性以及壽命等等。因此，我們將之前一些不太受到關(guān)注的內(nèi)容提升到了相對(duì)重要的位置。

CAE設(shè)計(jì)方法的引入是汽車設(shè)計(jì)教學(xué)中一個(gè)形象的方法[8]。目前汽車制造企業(yè)在樣機(jī)的設(shè)計(jì)、試制和性能評(píng)價(jià)過程中會(huì)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行分析和仿真，這樣無(wú)疑可以減少樣機(jī)或試制品的制作次數(shù)。為此，我們專門設(shè)置了一章，針對(duì)汽車的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行講解。其中對(duì)靜力分析做出重點(diǎn)分析，并且通過對(duì)實(shí)際的車輛結(jié)構(gòu)部件（如車架、車橋、鋼板彈簧等）進(jìn)行了實(shí)例分析。

我們經(jīng)過幾輪的教學(xué)實(shí)踐改革，得到的結(jié)論是，CAE設(shè)計(jì)方法引入汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，不僅可以提高學(xué)生對(duì)汽車設(shè)計(jì)內(nèi)容的新知識(shí)和新思維方式的的理解，更可以使企業(yè)實(shí)際需求與學(xué)生學(xué)習(xí)相結(jié)合，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更加有針對(duì)性的學(xué)習(xí)，增加學(xué)生對(duì)汽車設(shè)計(jì)現(xiàn)代方法的直接理解。

3.3 根據(jù)當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)的技術(shù)需求進(jìn)行改革

我們?cè)诒ＷC對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行足夠講解的同時(shí)，將當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)的技術(shù)需求迫切的內(nèi)容納入到我們的汽車設(shè)計(jì)教學(xué)中。

當(dāng)前汽車的產(chǎn)量和需求已經(jīng)達(dá)到很高的程度，人們對(duì)于車輛的安全性可靠性和經(jīng)濟(jì)性也有了更高的要求。而企業(yè)也在追求成本更加低、性能更加突出的產(chǎn)品。所以，我們?cè)O(shè)置了汽車結(jié)構(gòu)疲勞與可靠性設(shè)計(jì)和汽車輕量化設(shè)計(jì)兩章的內(nèi)容。前者針對(duì)車輛安全可靠性的需求，而后者則為了在滿足高性能要求的同時(shí)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性考慮的設(shè)計(jì)方法講授，讓同學(xué)們了解不同材料在汽車中擔(dān)任的應(yīng)用，以及輕量化設(shè)計(jì)方法，讓他們不僅僅學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)，更要學(xué)會(huì)優(yōu)化的方法以及創(chuàng)新的思維。

另外，為提高車輛動(dòng)態(tài)工作穩(wěn)定性、舒適性的設(shè)計(jì)要求，滿足人們對(duì)汽車生活更高品質(zhì)的追求，我們?cè)O(shè)置了汽車動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)一章的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)到這些相關(guān)知識(shí)后，能夠在工作中有意識(shí)地把動(dòng)力學(xué)納入到設(shè)計(jì)階段，而不是等設(shè)計(jì)完成甚至已經(jīng)制造出來了再進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析，然后再改進(jìn)。以往的這種設(shè)計(jì)模式明顯跟不上汽車實(shí)際技術(shù)發(fā)展的需求。因此必須把這種設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法貫徹到教學(xué)中。

4 實(shí)踐應(yīng)用

我們的《汽車設(shè)計(jì)》課程在大四的第一學(xué)期開設(shè)，其時(shí)面臨著兩個(gè)重要的能力體現(xiàn)環(huán)節(jié)。一個(gè)是《汽車設(shè)計(jì)》的課程設(shè)計(jì)，另一個(gè)是大學(xué)畢業(yè)前的分流——就業(yè)、或保研、或考研、或出國(guó)深造。

第一方面《汽車設(shè)計(jì)》的課程設(shè)計(jì)的要求就是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，所需要的通用方法就包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析軟件，像常用的UG/Pro-E、AoutCAD、Catia、Ansys等，就是我們?cè)谡n堂上介紹過的。當(dāng)然需要學(xué)生自己再針對(duì)具體的課設(shè)內(nèi)容對(duì)軟件進(jìn)一步熟悉和應(yīng)用。學(xué)生的課程設(shè)計(jì)在這個(gè)基礎(chǔ)上完成的內(nèi)容就有一定的深度，十分接近企業(yè)中實(shí)際的零部件設(shè)計(jì)了。另一方面，選擇就業(yè)的學(xué)生面對(duì)招聘單位的招聘考試，得心應(yīng)手，把自己學(xué)到的新的現(xiàn)代設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)理念介紹出來，體現(xiàn)出自己對(duì)汽車現(xiàn)代設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法的掌握，盡管不深透，但已經(jīng)足以打動(dòng)招聘人員了。從近幾年的就業(yè)情況看，我校車輛工程專業(yè)本科生就業(yè)情況一直趨好，甚至超過了某些優(yōu)勢(shì)專業(yè)的本科畢業(yè)生。有關(guān)《汽車設(shè)計(jì)》課程改革與學(xué)生能力培養(yǎng)的關(guān)聯(lián)度分析，將在下一步研究中給出。

同樣，我校的保研和考研同學(xué)，能夠在面試中充分發(fā)揮在《汽車設(shè)計(jì)》課程中學(xué)到的新的設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法，回答問題有深度又切合實(shí)際，從而取得好的面試成績(jī)。出國(guó)深造的學(xué)生能夠在自己的自薦信中信心十足地介紹學(xué)到的新設(shè)計(jì)理論和方法，為未來的面試中輕松自如地順利過關(guān)打下了基礎(chǔ)。

在完成大四第一學(xué)期學(xué)習(xí)后，最后一學(xué)期就是畢業(yè)設(shè)計(jì)。老師們提出的畢設(shè)題目往往與工程實(shí)際十分密切，不會(huì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法就只能從頭自學(xué)設(shè)計(jì)方法、軟件應(yīng)用等前期知識(shí)，要查閱和學(xué)習(xí)許多不同書籍才能把需要的知識(shí)掌握，影響畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。我們的《汽車設(shè)計(jì)》教學(xué)改革在課堂上把這些內(nèi)容有條理地介紹出來，就為學(xué)生在最后一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。這樣學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)的水平也就相對(duì)高。從近幾年的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容看，絕大多是都結(jié)合了現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)和手段，設(shè)計(jì)效果明顯好于傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)真的篩選、取舍，和教學(xué)方法的改進(jìn)，按照新的教學(xué)內(nèi)容方法進(jìn)行教學(xué)，經(jīng)過這幾年的摸索，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，取得了滿意的教學(xué)效果。學(xué)習(xí)完該課程的學(xué)生對(duì)于汽車設(shè)計(jì)課程的教學(xué)給以了很好的評(píng)價(jià)，優(yōu)秀地達(dá)到了課程的培養(yǎng)目標(biāo)。從已經(jīng)畢業(yè)的學(xué)生的反饋信息看，用人單位對(duì)他們的設(shè)計(jì)思路、方法，和能力都十分滿意。那種“學(xué)生畢業(yè)到單位后什么也不懂、什么也不會(huì)”的抱怨大大減少?；卦L畢業(yè)的學(xué)生，他們認(rèn)為學(xué)習(xí)這種課程為自己在工作中提高了能力，打下了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。

汽車設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的取舍和增加從教學(xué)的角度講，是根據(jù)當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)行的教學(xué)改革；而從能力培養(yǎng)角度講，是學(xué)生全面素質(zhì)提高的一個(gè)重要方面；從國(guó)家車輛行業(yè)設(shè)計(jì)制造角度講，是一個(gè)對(duì)整體理念方法提高的推進(jìn)。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]