車用復(fù)合材料學(xué)科交叉型課程的教學(xué)與實踐探討

殷莎 楊瑞恒

北京航空航天大學(xué)汽車工程系 北京市 100191

1 引言

以汽車行業(yè)的人才培養(yǎng)為例，隨著無人駕駛、汽車電動化與輕量化浪潮的興起，傳統(tǒng)以機械為核心的車輛工程人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今行業(yè)發(fā)展的需求，學(xué)科交叉型人才逐漸成為人才培養(yǎng)的新趨勢。構(gòu)建機械工程、力學(xué)、材料、電氣電子、信息通信與計算機等多學(xué)科集成與交叉的汽車行業(yè)人才培養(yǎng)環(huán)境與機制，探討交叉型課程的教學(xué)與實踐勢在必行。

2 國內(nèi)外學(xué)科交叉型課程發(fā)展概況與趨勢

2.1 國外學(xué)科交叉型課程

早在19世紀(jì)到20世紀(jì)60年代末，西方名校，如牛津、劍橋及哈佛大學(xué)等就非常重視學(xué)生的通識教育與多學(xué)科交叉型人才的培養(yǎng)，在課程培養(yǎng)體系中引入了學(xué)科交叉型課程。20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)末，美國的學(xué)科交叉型課程已經(jīng)形成一定規(guī)模，每年授予學(xué)科交叉/多學(xué)科學(xué)位的研究生逐年提升。進入21世紀(jì)后，發(fā)達國家陸續(xù)出臺相關(guān)改革措施，各大學(xué)也根據(jù)自身特點開展多樣化模式的學(xué)科交叉型課程[2]。

2.2 國內(nèi)學(xué)科交叉型課程

我國國內(nèi)高校學(xué)科交叉型課程起步較晚，直至20世紀(jì)90年代初有關(guān)高校才正式進入實質(zhì)性的探索階段。車輛工程專業(yè)相關(guān)的學(xué)科交叉型課程發(fā)展尤其不容樂觀，課程設(shè)計仍然以傳統(tǒng)的機械工程專業(yè)和課程為主，如機械原理、機械制圖等，不符合當(dāng)今汽車智能化與電動化的發(fā)展趨勢。國內(nèi)眾多高校已經(jīng)意識到當(dāng)前單一學(xué)科人才培養(yǎng)模式的弊端，逐漸結(jié)合學(xué)校自身發(fā)展優(yōu)勢，改善學(xué)科交叉型課程的師資力量，注重機械工程和材料、力學(xué)、計算機等學(xué)科的融合，開展無人駕駛、新能源汽車、汽車動力電池技術(shù)、車用復(fù)合材料等多學(xué)科交叉課程，滿足新時代對于復(fù)合型高層次人才的需求。

3 學(xué)科交叉型課程特點分析

成功設(shè)計一門課程的教學(xué)與實踐方案，需要深入分析課程的特點與特色，有針對性地開展課程教學(xué)與實踐的組織。交叉學(xué)科型課程的教學(xué)目的是在專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，拓展學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)研究生開展交叉學(xué)科解決和分析問題的能力。與專業(yè)基礎(chǔ)課相比，交叉學(xué)科型課程具有鮮明的自身特點：

3.1 知識多元性與前沿性強

學(xué)科交叉型課程主要以兩個一級學(xué)科或兩個一級學(xué)科以上的知識融合作為主要學(xué)習(xí)與研究內(nèi)容，課程基礎(chǔ)知識覆蓋面十分廣泛。同時，學(xué)科交叉型課程知識更新速度快，新的研究熱點和方向不斷地更新迭代。以課程“車用復(fù)合材料”為例，其課程內(nèi)容涉及機械工程、力學(xué)、材料工程、化學(xué)、生物以及信息工程等學(xué)科與技術(shù)；汽車材料發(fā)展也是相當(dāng)迅速，各種新型材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，制造工藝和應(yīng)用技術(shù)不斷涌現(xiàn)。如何在廣泛的課程基礎(chǔ)知識中強調(diào)課題的基礎(chǔ)框架，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；同時在不斷更新的研究熱點中，任課老師也應(yīng)不斷更新自身的知識結(jié)構(gòu)體系，保證課程的前沿性。

3.2 課程學(xué)生專業(yè)背景豐富

交叉學(xué)科型課程的選課學(xué)生通?？梢詠碜圆煌瑢I(yè)，其研究方向及關(guān)注點也各不相同。“車用復(fù)合材料”課程的學(xué)生主要來自車輛工程專業(yè)，其余學(xué)生可以來自材料科學(xué)與工程、固體力學(xué)和航空宇航科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)。其中車輛工程的學(xué)生學(xué)習(xí)課程的目的主要是學(xué)習(xí)汽車輕量化技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，而材料與力學(xué)相關(guān)專業(yè)的同學(xué)更關(guān)注于材料本身的性質(zhì)并了解應(yīng)用。在進行課程設(shè)計時，要合理考慮學(xué)生各不相同的知識基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)目的，創(chuàng)造不同專業(yè)同學(xué)之間交流合作的機會。

3.3 課程相關(guān)問題導(dǎo)向性與實踐性強

學(xué)科交叉型課程產(chǎn)生的根源及目的在于解決社會急需的復(fù)雜性、綜合性問題，問題的導(dǎo)向性極強。此外，學(xué)科交叉性課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生開展學(xué)科交叉的意識，尋找學(xué)科交叉研究的切入點。在課程中要關(guān)注內(nèi)容與實際問題的相關(guān)性，強調(diào)科研實踐的重要性。

4 教學(xué)與實踐探討

4.1 課程目標(biāo)設(shè)定：結(jié)合學(xué)生需求

課程目標(biāo)決定了課程的教學(xué)定位、執(zhí)行力度和教育預(yù)期，因此直接影響著教學(xué)效果，尤其對于學(xué)生今后的繼續(xù)研究影響很大[4]?？紤]到跨學(xué)科型課程參與學(xué)生的專業(yè)背景較為豐富，其學(xué)位課題研究方向和內(nèi)容也有較大差異，如果籠統(tǒng)地設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)效果較差。因此，學(xué)科交叉型課程教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定必須結(jié)合學(xué)生的實際需求，設(shè)計個性化的教學(xué)目標(biāo)。汽車行業(yè)對于復(fù)合材料的需求與航空航天不同，不僅需要連續(xù)纖維的先進復(fù)合材料，同時也需要其它纖維類型的復(fù)合材料，其設(shè)計與工藝因素都不相同，需要針對整車將這些需求分解。在設(shè)定課程目標(biāo)時，需要充分考慮相關(guān)需求。

4.2 課程教學(xué)內(nèi)容的組織與實施

課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計是課程的靈魂與關(guān)鍵。若課程內(nèi)容設(shè)計不當(dāng)，可能會出現(xiàn)課程新穎性不強、知識體系性差和相關(guān)內(nèi)容產(chǎn)生斷點等諸多問題[5]。在組織車用復(fù)合材料課程教學(xué)內(nèi)容時，整理國外在汽車復(fù)合材料方面的教學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合國內(nèi)大專院校的常用復(fù)合材料教材作為參考教料，同時遴選多篇中英文論文作為補充材料，進行知識點的整合，并開展相應(yīng)的教學(xué)。課程內(nèi)容的設(shè)計還要考慮如何進一步培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力，依托課題組內(nèi)汽車復(fù)合材料相關(guān)的科研項目成果，從材料表征、結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化、有限元模擬和制備工藝等方面介紹科研項目的研究過程，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力。

4.3 課程實踐方案設(shè)計

交叉學(xué)科型課程的科研實踐性強，科研實踐能力培養(yǎng)是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。針對車用復(fù)合材料自身課程特點和學(xué)生的不同需求，設(shè)計兩類課程實踐形式，更好地提高學(xué)生的實踐能力。一類是通過課程總結(jié)論文或PPT，針對問題開展研究，總結(jié)研究成果撰寫學(xué)術(shù)論文是一項極其重要的科研能力。為了敦促學(xué)生思考，在課堂教學(xué)過程中留下一些經(jīng)過提煉的理論問題，讓學(xué)生以這些問題為出發(fā)點，對課程內(nèi)容進行總結(jié)和匯報；另外一類是課程實驗和相關(guān)創(chuàng)新大賽，要求學(xué)生進入實驗室進行復(fù)合材料層合板的制備與力學(xué)性能表征，參與SAMPE復(fù)合材料電池殼創(chuàng)新大賽，鍛煉了學(xué)生的設(shè)計與動手能力，為課題的進一步開展與研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

交叉學(xué)科型課程加強不同學(xué)科之間的融合，打破了各學(xué)科之間的壁壘，圍繞特定的培養(yǎng)目標(biāo)，在課程中融入多個學(xué)科的知識點，對于構(gòu)建多學(xué)科集成與交叉的培養(yǎng)環(huán)境與機制，培養(yǎng)滿足汽車行業(yè)發(fā)展趨勢與需求的高層次人才具有重要意義。本文分析了國內(nèi)外學(xué)科交叉型課程的發(fā)展趨勢，并根據(jù)車用復(fù)合材料課程特點，對課程的教學(xué)目標(biāo)建立、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與教學(xué)實踐方法進行了探討，進而構(gòu)建這一具有學(xué)科交叉型特點的課程，同時對其它交叉型學(xué)科課程知識體系的構(gòu)建具有借鑒意義。