基于企業(yè)需求的《汽車設(shè)計》課程教學(xué)改革研究

丁福生 鄭堯剛 呂紅明 侯全會

摘要：隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車企業(yè)對人才的需求量大增。傳統(tǒng)的汽車設(shè)計課堂教學(xué)模式已經(jīng)無法培養(yǎng)出能滿足企業(yè)需求的學(xué)生。本文以企業(yè)需求為目標(biāo)和導(dǎo)向，強化學(xué)生們的主體學(xué)習(xí)意識，提出了多種教學(xué)模式改進(jìn)的方法，最終希求可以培養(yǎng)出能夠勝任企業(yè)崗位的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：汽車設(shè)計；教學(xué)；研究；企業(yè)需求

一、 引言

《汽車設(shè)計》課程是汽車類專業(yè)的一門重要專業(yè)課，它系統(tǒng)介紹了汽車設(shè)計理論與計算方法，包括整車及底盤各主要總成設(shè)計所需要的基本知識。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)會分析和評價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)，掌握先進(jìn)汽車設(shè)計技術(shù)，學(xué)會汽車主要零部件的設(shè)計和計算方法以及總體布置的一般方法。汽車設(shè)計是汽車類專業(yè)的一門必修的核心課程，教學(xué)效果的優(yōu)劣直接關(guān)系到學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)技術(shù)工作的職業(yè)適應(yīng)能力。

近十年，汽車行業(yè)快速發(fā)展，2006年，中國汽車產(chǎn)量為728萬輛；2016年，中國汽車產(chǎn)量為2819萬輛，比2006年增長了380%。但是我們所使用的教材以及教學(xué)大綱卻沒有大的改動，高校的教師都是按照課程的教學(xué)大綱進(jìn)行教學(xué)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足快速發(fā)展的汽車設(shè)計的要求，不利于學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)和提高，使得學(xué)生的能力與企業(yè)的需求差距越來越大。基于課程的獨特特點，針對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題，以提高學(xué)生適應(yīng)企業(yè)需求的能力為宗旨，以傳授汽車設(shè)計相關(guān)的理論知識和設(shè)計方法為目標(biāo)，提高學(xué)生解決企業(yè)實際工程問題的能力。在此基礎(chǔ)上提出了《汽車設(shè)計》教學(xué)的改進(jìn)方法，并進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)實踐。

二、 以企業(yè)需求為目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情

（一） 在教學(xué)過程中介紹企業(yè)需求

隨著競爭激烈的汽車市場快速發(fā)展，新車型層出不窮地推出，與汽車相關(guān)的企業(yè)在招聘應(yīng)屆畢業(yè)生時，提出的錄用條件愈加苛刻，希望被錄用的畢業(yè)生能直接頂崗，花在新員工身上的培訓(xùn)時間越少越好?！镀囋O(shè)計》課程是在大學(xué)四年級上學(xué)期開設(shè)的課程，此時學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性下降，僅對自己感興趣的課程或者是自認(rèn)為對畢業(yè)后工作有幫助的課程才會認(rèn)真學(xué)習(xí)。本課程的自身特點是與多門學(xué)科知識相互交叉，涉及概念、公式較多，理論性強，內(nèi)容難懂，但與實際產(chǎn)品設(shè)計結(jié)合緊密，使得絕大多數(shù)學(xué)生對《汽車設(shè)計》課程興趣不濃，抱著能通過最終考核即可的心態(tài)來學(xué)習(xí)本課程，這就造成學(xué)生的能力與企業(yè)的招聘要求存在較大的差距。針對這種現(xiàn)狀，在進(jìn)行課堂教學(xué)的過程中，不僅要向?qū)W生介紹《汽車設(shè)計》課程知識在汽車整車或零部件開發(fā)、設(shè)計中的基礎(chǔ)作用，演示汽車設(shè)計知識在汽車開發(fā)中的具體應(yīng)用案例，同時還要介紹不同的企業(yè)的招聘需求，讓學(xué)生們意識到所學(xué)的知識在以后的工作中是能實際應(yīng)用的。將這兩方面的知識相結(jié)合，來培養(yǎng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情和工程應(yīng)用意識。

（二） 強化學(xué)生學(xué)習(xí)的主體意識

學(xué)習(xí)過程也是實現(xiàn)人的發(fā)展的過程，現(xiàn)代教學(xué)強調(diào)發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主體性作用，教師不可能代替學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)與認(rèn)識，任何他人和前人的經(jīng)驗轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的個人經(jīng)驗都有待于學(xué)生自己的主動接收和積極活動。目前，學(xué)生們普遍存在著學(xué)習(xí)激情不高的現(xiàn)狀，如何提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣困擾著很多的高校教師。學(xué)生們學(xué)習(xí)《汽車設(shè)計》這門課激情不高的原因，個人認(rèn)為是由于學(xué)生們對這門課的學(xué)習(xí)目的性不強，沒有意識到學(xué)習(xí)《汽車設(shè)計》知識的重要性，甚至很多學(xué)生認(rèn)為畢業(yè)后不會再使用到《汽車設(shè)計》這門課的知識，因此，產(chǎn)生了厭學(xué)的情緒。在教授《汽車設(shè)計》這門課的伊始，首先要告訴學(xué)生們學(xué)習(xí)《汽車設(shè)計》的目標(biāo)，讓學(xué)生們清楚地知道學(xué)好《汽車設(shè)計》這門課的作用，畢業(yè)后很快地適應(yīng)汽車企業(yè)的設(shè)計工作崗位，即便以后不從事汽車零部件的設(shè)計，只要在機(jī)械行業(yè)內(nèi)從事設(shè)計工作，學(xué)好汽車設(shè)計依然是十分必要的，在學(xué)習(xí)汽車設(shè)計的過程中，可以很好地溫故了機(jī)械原理、工程力學(xué)、材料成型及熱處理等課程的知識。在授課的過程中，有意識地介紹一些出色的設(shè)計工程師的事跡，激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生們?yōu)樘岣咂囆袠I(yè)設(shè)計及制造業(yè)水平而奮斗的志向，成為一名真正的“大國工匠”，讓學(xué)生們能夠有主動學(xué)習(xí)的意識。

三、 以市場為導(dǎo)向，進(jìn)行課程教學(xué)改革探索

（一） 多媒體演示教學(xué)

《汽車設(shè)計》課程教學(xué)內(nèi)容龐大、模塊眾多，而各模塊又相對獨立的，各個總成零部件的基礎(chǔ)設(shè)計理念、方法和技術(shù)手段相同，具有互通性的特點。多媒體教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)具有更高效、更簡潔、更明了的優(yōu)勢，應(yīng)認(rèn)真組織多媒體課件內(nèi)容，以不同的表現(xiàn)方式來講授不同的模塊。例如：在進(jìn)行變速箱的動力傳遞路線講解時，應(yīng)配合動畫，讓學(xué)生清楚地看到不同擋位時，發(fā)動機(jī)動力是如何從變速箱的輸入軸傳遞到輸出軸的。在進(jìn)行變速箱各擋傳動比選擇時，利用excel或MATLAB軟件繪制出不同擋位的汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡曲線，對比選擇不同的傳動比對汽車的動力性以及經(jīng)濟(jì)性的影響。

（二） 將先進(jìn)設(shè)計方法，引入到課堂教學(xué)中

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人民的生活水平的提高，客戶對汽車的要求也越來越高，從最初的要求汽車的安全性高，在逐步地對汽車的美觀性、動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性等方面提出了更高的要求。在《汽車設(shè)計》課程教學(xué)過程中，傳授學(xué)生在設(shè)計汽車零部件時，不僅僅要考慮零部件的強度和剛度，還要考慮零部件在滿足強度和剛度的前提下，進(jìn)行輕量化設(shè)計以及耐久疲勞性設(shè)計。從滿足企業(yè)的需求出發(fā)，在《汽車設(shè)計》課堂教學(xué)中，講解一些計算方法，如優(yōu)化計算等，同時引入一些設(shè)計軟件，如CAD、CAE和MATLAB等軟件。要求學(xué)生對一些典型的汽車零部件，如半軸、驅(qū)動橋殼體等，可以利用CAD軟件繪制三維模型，掌握三維模型轉(zhuǎn)換工程圖的方法；可以利用CAE軟件對繪制的三維模型進(jìn)行強度和剛度的計算，對驅(qū)動橋進(jìn)行疲勞分析；可以利用MATLAB編寫簡單的程序?qū)Π胼S的花鍵進(jìn)行尺寸計算、強度校核，以及對零件參數(shù)的優(yōu)化，使學(xué)生加深對優(yōu)化設(shè)計的理解和應(yīng)用，利用程序減輕學(xué)生在設(shè)計中減少重復(fù)計算的工作量。

（三） 以企業(yè)案例為素材，引入到課堂教學(xué)中

原有的《汽車設(shè)計》教材只局限于汽車零部件的參數(shù)選擇和零件的強度和剛度的校核；而現(xiàn)代汽車設(shè)計的流程的還包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能優(yōu)化、運動仿真和校核以及結(jié)構(gòu)、性能試驗，是優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計和計算機(jī)輔助一體化設(shè)計相結(jié)合。原有的設(shè)計知識單一，考慮不全面，僅僅從滿足使用功能出發(fā)，去考慮設(shè)計零部件，而沒有融合多門學(xué)科的知識，以及現(xiàn)代汽車設(shè)計理念等，學(xué)生畢業(yè)后不能很快融合到企業(yè)的崗位中去。在汽車設(shè)計課堂教學(xué)中，以某一個汽車零部件的實際設(shè)計案例進(jìn)行講解，例如，某企業(yè)委托分析一個變速箱振動噪音問題，該變速箱處于直接擋，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速處于 3000rpm 時，變速箱會有異常的噪音產(chǎn)生，當(dāng)變速箱處于其他擋位時，噪音很小。該變速箱在設(shè)計時，經(jīng)過了嚴(yán)格的力學(xué)計算、然后進(jìn)行材料選型、仔細(xì)校核了尺寸公差及配合，都沒有發(fā)現(xiàn)問題。課題組通過企業(yè)提供的模型，對變速箱進(jìn)行了模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)變速箱有一階模態(tài)位于50Hz左右，與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動頻率相吻合，使用振動測試儀進(jìn)行測試，驗證了分析計算的結(jié)果，對直接擋的齒輪和軸重新進(jìn)行設(shè)計后，避開了與發(fā)動機(jī)共振的區(qū)域后，變速箱的異響消失。通過這個案例，讓學(xué)生們明白了，現(xiàn)代汽車零部件進(jìn)行設(shè)計時，不僅僅要強度和剛度的設(shè)計，還要全面考慮零部件的經(jīng)濟(jì)性、可靠性及對汽車整體性能的影響。

（四） 強化學(xué)生們的設(shè)計能力，提高課程設(shè)計所占比重

目前，多數(shù)高校在開展汽車設(shè)計這門課時，仍以考試為主的方式進(jìn)行考核?？荚嚥荒芡耆从吵鰧W(xué)生們對零部件設(shè)計方法的掌握程度，只有以課程設(shè)計的方式，才能很好地反映出學(xué)生對零部件的設(shè)計方法的掌握程度以及對設(shè)計流程以及以往學(xué)過的知識綜合運用的能力。例如課程設(shè)計可以檢驗出學(xué)生們對先修基礎(chǔ)課程的（機(jī)械制圖、公差配合與測量技術(shù)、工程力學(xué)等）掌握程度，還可以促進(jìn)學(xué)生們對新設(shè)計方法學(xué)習(xí)和運用，以及對設(shè)計中常見軟件的學(xué)習(xí)和運用，如，通過學(xué)習(xí)CAD軟件可以掌握創(chuàng)建三維模型和直接生成工程的方法，避免了在圖紙上進(jìn)行手繪的時間；通過學(xué)習(xí)MATLAB軟件，可以節(jié)省大量重復(fù)計算的時間；通過學(xué)習(xí)CAE軟件，可以檢驗出自己所設(shè)計出的零部件是否滿足強度和剛度以及可靠性等方面的要求。

四、 結(jié)語

通過《汽車設(shè)計》的課程改革，讓學(xué)生們更加了解企業(yè)需要什么樣的人才，提高了學(xué)生們的主動學(xué)習(xí)意識，使得他們學(xué)習(xí)更加有目標(biāo)性；在課程教學(xué)的過程中，介紹企業(yè)的實際案例，是他們了解實際中存在的工程問題；通過課程設(shè)計，鍛煉他們的解決實際工程問題的能力，以便畢業(yè)后他們可以快速地適應(yīng)企業(yè)的崗位。在改革的過程中，不斷地總結(jié)改革的得與失，總結(jié)經(jīng)驗，并將經(jīng)驗應(yīng)用到以后的教學(xué)中去。

參考文獻(xiàn)：

[1]王望予.汽車設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]周川.簡明高等教育學(xué)[M].南京：南京師范大學(xué)出版社，2006.

作者簡介：

丁福生，鄭堯剛，呂紅明，侯全會，江蘇省鹽城市，鹽城工學(xué)院汽車工程學(xué)院。