面向“新四化”的車輛工程新工科建設探索

冀杰 任玥 李云伍 吳飛

摘? 要：隨著“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列國家重大戰(zhàn)略的實施，汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化及共享化（簡稱“新四化”）的趨勢愈發(fā)明顯，迫切需要培養(yǎng)造就一大批跨學科交叉的創(chuàng)新型汽車工程技術人才，而新工科教育理念的提出與實踐，為車輛工程專業(yè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提供了新的方向和途徑。在汽車行業(yè)“新四化”的發(fā)展趨勢及創(chuàng)新人才需求前提下，闡述車輛工程與新工科建設之間的辯證關系，并分析汽車“新四化”對專業(yè)人才培養(yǎng)提出的挑戰(zhàn)，最后依據(jù)“新工科”教育理念提出未來車輛工程專業(yè)建設的建議，以期推動工程教育轉型發(fā)展并為我國汽車行業(yè)提檔升級提供人才保障。

關鍵詞：新工科;車輛工程;新四化;培養(yǎng)模式

中圖分類號：G640? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）25-0022-04

Abstract： With the implementation of a series of national strategies such as "made in China 2025" and "Internet plus"， the trends of electrification， intelligence， interconnection and sharing for vehicles are becoming more and more obvious， then it is urgent to cultivate a large number of interdisciplinary innovative automotive engineers. The proposal and practice of the emerging engineering education provides an innovative direction and way for cultivating professional vehicle engineers. This study will be starting from the development trend and the demand of engineers in vehicle industry， then clarify the dialectic relation between vehicle engineering and the emerging engineering， and analyze the challenge of four modernization to the cultivating model. Finally， according to the emerging engineering education concept， we put forward suggestions for the development of future vehicle engineering， so as to promote the development of engineering education transformation and gear upgrades to provide innovative guarantee for China's vehicle industry.

Keywords： Emerging Engineering; vehicle engineering; New Four Modernization; cultivating model

引言

當前，以新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的產(chǎn)業(yè)革命正在迅猛展開，人工智能、5G通信、新能源、大數(shù)據(jù)以及云技術等新科技快速改變著汽車行業(yè)的產(chǎn)品業(yè)態(tài)、商業(yè)模式和技術方向[1]。產(chǎn)業(yè)變革為我國汽車行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了新機遇、注入了新動力，但與此同時，汽車行業(yè)的“新四化”發(fā)展需要大批跨學科交叉的新型卓越工程技術人才，這對汽車人才的知識、技能、職業(yè)素質和國際視野提出了新要求，也對傳統(tǒng)的車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式提出了前所未有的挑戰(zhàn)[2]。

為順應新時代對工程教育教學改革提出的新要求，培養(yǎng)新型工程創(chuàng)新人才，高等工程教育必須進行全面、深刻的改革和創(chuàng)新。新工科教育理念和改革措施就是在這樣的背景下提出的，從“復旦共識”、“天大行動”到“北京指南”，對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革展開了主動響應，也標志著以新工科建設為主題的高等工程教育改革進入到一個新的階段[3]。車輛工程作為一個多學科交叉復合的傳統(tǒng)工科專業(yè)，不僅需要掌握傳統(tǒng)的機械、電子、控制等豐富的專業(yè)基礎知識，同時，還要順應行業(yè)發(fā)展趨勢，掌握以人工智能（Artificial Intelligence）、區(qū)塊鏈（Block Chain）、云計算（Cloud）和大數(shù)據(jù)（Big Data）為代表的高新技術。因此，車輛工程專業(yè)建設需要依據(jù)新工科教育的發(fā)展理念，在已取得的工程教育改革成果的基礎上，結合當前人才培養(yǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展特點，調(diào)整和轉變學科專業(yè)建設思路，對專業(yè)人才培養(yǎng)模式進行改革與發(fā)展，以適應當前汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及汽車行業(yè)對專門人才的較高要求。

一、車輛工程與“新工科”的辯證關系

新工科可表示為Emerging Engineering或Emergent Engineering，新工科的“新”包括工程教育的新理念、學科專業(yè)的新結構、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學的新質量、分類發(fā)展的新體系，其中，新穎的學科或領域是重要組成部分之一，可理解為剛出現(xiàn)、正在形成或將要形成的新興工程學科、領域或方向，可以是一級、二級或交叉學科，也可以是學科方向，它應該代表工程和科技的新發(fā)展，與快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟聯(lián)系緊密[4]。

在傳統(tǒng)觀念中，車輛工程專業(yè)是以傳統(tǒng)機械類知識為教育背景，同時融合了工程力學、電工電子、自動化控制、設計學與加工制造等多學科交叉知識，最終用于研究汽車、拖拉機等車輛的理論分析、設計開發(fā)、試驗檢測、加工制造及技術管理的傳統(tǒng)工科專業(yè)。然而，車輛工程專業(yè)經(jīng)過近些年的快速發(fā)展和升級，不僅逐漸實現(xiàn)了與計算機輔助設計、虛擬仿真等先進技術的深度融合，而且成功地引入了諸如電動化、信息化、智能化、大數(shù)據(jù)等新概念，已經(jīng)在很大程度上改變了車輛工程專業(yè)原有的傳統(tǒng)工科基本屬性。雖然車輛工程專業(yè)在培養(yǎng)方法上與傳統(tǒng)工科大類專業(yè)相類似，但由于其自身課程知識體系與智能化、大數(shù)據(jù)、新能源高度融合的學科特點，決定了其與傳統(tǒng)機械類專業(yè)的本質差異，同時也奠定了其具備開展新工科教育改革與探索的前提條件和基礎[5]。

另外，任何割裂工科整體性的學科和專業(yè)分類，均不可能發(fā)揮出系統(tǒng)整體功能，亦不符合高等工程教育的整體理念，這必然違背新工科建設的初衷。從歷史邏輯來看，學科的重構是“常態(tài)”，科學技術的發(fā)展、知識的累積、范式的變遷、認識的拓展等都對其發(fā)生作用，但社會需求是推動學科演進的主要驅動力[6]。新工科專業(yè)類型可通過以下兩個途徑進行構建：1. 根據(jù)科技進步和社會需求設立全新的工科專業(yè)或專業(yè)方向，例如人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等專業(yè);2. 根據(jù)新工科教育范式的框架，以新的理念、新的模式、新的方法、新的內(nèi)容和新的質量標準改造現(xiàn)有的工科專業(yè)方向，例如，機械制造、電氣、材料、自動化、采礦、冶金、動力等專業(yè)。前者主要是根據(jù)技術發(fā)展方向設定專業(yè)，此類專業(yè)需要在傳統(tǒng)工科專業(yè)領域內(nèi)尋找落地應用場景;而后者則是在借助前沿技術發(fā)展方向對現(xiàn)有工科專業(yè)進行提檔升級，從而滿足現(xiàn)有行業(yè)的快速發(fā)展需要。以車輛工程為例，車輛工程的“新四化”需要人工智能、大數(shù)據(jù)、現(xiàn)代通信、新能源等新興專業(yè)的技術支撐，而上述技術也需要在汽車行業(yè)的不同領域進行應用落地，如圖1所示。

二、汽車“新四化”對新工科人才培養(yǎng)的新要求

2015年，國務院印發(fā)《中國制造2025》，提出將“節(jié)能與新能源汽車”作為重點發(fā)展領域，明確了“繼續(xù)支持電動汽車、燃料電池汽車發(fā)展，掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術”的發(fā)展戰(zhàn)略，這為汽車行業(yè)的“新四化”奠定了重要的政策基礎[7]。另外，近年來隨著人工智能、互聯(lián)網(wǎng)+、5G通信、大數(shù)據(jù)及新能源等技術的不斷突破，為汽車行業(yè)“新四化”的快速發(fā)展提供了技術支撐。然而，汽車“新四化”發(fā)展趨勢給高校的車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了以下挑戰(zhàn)：一方面，汽車企業(yè)對高素質人才的跨學科專業(yè)知識、創(chuàng)新應用能力及知識更新能力等要求日益增長，另一方面，傳統(tǒng)工科培養(yǎng)模式下孕育的人才難以滿足汽車行業(yè)新技術的發(fā)展要求，具體表現(xiàn)為：

汽車電動化挑戰(zhàn)：汽車電動化從根本上改變了汽車動力來源以及動力傳輸方式。目前，各大汽車企業(yè)在混合動力汽車、純電動汽車以及燃料電池汽車領域投入了大量研發(fā)經(jīng)費和人力，但無論是哪一種形式的新能源汽車，均無法離開電池、電機、電控三大核心技術（簡稱“三電”技術）[8]。而在傳統(tǒng)的車輛工程專業(yè)課程中，僅包含了電工技術、電子技術和汽車電器與電子技術等基礎課程，而與“三電”技術密切相關的電化學、材料科學、現(xiàn)代電控技術等課程內(nèi)容涉及較少，難以系統(tǒng)支撐汽車電動化的研究與開發(fā)需要。

汽車智能化挑戰(zhàn)：汽車智能化技術涉及到環(huán)境感知、信號處理、系統(tǒng)決策及運動控制等一系列核心技術，是車外信息與車內(nèi)控制相結合的復雜交叉學科系統(tǒng)[9]。在傳統(tǒng)的車輛工程專業(yè)課程中，主要涵蓋了速度、溫度、壓力、位置等基礎傳感技術以及動力傳輸、運動控制等控制技術，另外，有部分課程介紹了自適應巡航、車道保持、主動緊急制動等駕駛輔助知識。但是，對于近十年出現(xiàn)并取得廣泛應用的外部環(huán)境傳感感知、信息融合、深度學習以及駕駛行為決策等方面的知識，現(xiàn)有課程均未涉及。因此，緊跟汽車智能化技術的發(fā)展，拓展現(xiàn)有課程體系的外延，是當務之急。

汽車網(wǎng)聯(lián)化挑戰(zhàn)：近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、5G通信等技術的快速發(fā)展和應用，汽車的車內(nèi)互聯(lián)、車車互聯(lián)、車路互聯(lián)及車云互聯(lián)等網(wǎng)聯(lián)化技術已經(jīng)成為未來必然的發(fā)展趨勢。然而，在傳統(tǒng)的車輛工程專業(yè)課程體系中，汽車通常被看作是相對孤立的運動個體，車輛信息主要通過LIN、CAN、FlexRay、MOST等車內(nèi)總線進行傳遞和交換，汽車與外界通信的信息傳遞系統(tǒng)框架及傳輸方式等方面內(nèi)容在課程體系中尚未涉及。因此，在新工科專業(yè)建設背景下，在專業(yè)課程體系中加入以5G為代表的現(xiàn)代通信和互聯(lián)網(wǎng)知識，有助于同學們學習和掌握汽車網(wǎng)聯(lián)技術。

汽車共享化挑戰(zhàn)：為有效提高汽車的單車利用率、緩解道路交通壓力并減輕環(huán)境污染，越來越多的汽車企業(yè)正在布局共享汽車市場，汽車共享化也成為未來社會發(fā)展的一大趨勢。在汽車共享過程中，需要有效獲取汽車的數(shù)據(jù)信息并上傳到信息交換平臺，進而對信息進行大數(shù)據(jù)處理并分享關鍵數(shù)據(jù)信息，最終建立較為全面和完整的汽車共享數(shù)據(jù)庫。大數(shù)據(jù)是新工科專業(yè)建設的重點方向，需要在傳統(tǒng)車輛工程專業(yè)課程體系中，結合數(shù)學、統(tǒng)計學、計算機等相關基礎知識，建設面向汽車共享化的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程。

根據(jù)汽車行業(yè)“新四化”的挑戰(zhàn)，構建如圖2所示的車輛工程專業(yè)知識體系。

三、新工科車輛工程專業(yè)建設

新工科車輛工程專業(yè)建設要服務國家“2025中國制造”戰(zhàn)略、對接汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展并引領先進汽車技術前沿，以“新四化”需求引領專業(yè)建設改革方向，突破傳統(tǒng)工科思維模式，打破“學科壁壘”和“專業(yè)藩籬”，促進多學科交叉與深度融合，培養(yǎng)具有可持續(xù)競爭力和國際視野的創(chuàng)新車輛工程人才。

（一）面向“新四化”的培養(yǎng)目標

新工科背景下的車輛工程教育改革應該是一種全新的理念，首先需要根據(jù)汽車行業(yè)發(fā)展及專業(yè)人才的培養(yǎng)需求，以結果為導向確定專業(yè)人才的培養(yǎng)目標。新工科背景下對車輛工程人才培養(yǎng)的需求正在不斷提高：首先，通識知識、專業(yè)基礎知識和專業(yè)核心知識依然是實現(xiàn)新工科教育的基礎，應扎實掌握車輛工程專業(yè)理論知識，并具備較強的實踐動手能力;其次，工程專業(yè)認證對新工科人才培養(yǎng)具有重要的借鑒作用，應圍繞《工程教育認證標準》中提出的本科畢業(yè)培養(yǎng)要求，提高專業(yè)人才解決復雜車輛工程問題的能力，并提升國際視野，掌握全球汽車前沿技術，增強國際競爭力[10];最后，為了適應汽車行業(yè)“新四化”的快速發(fā)展，培養(yǎng)的車輛專業(yè)技術人才還一定要具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。在上述目標指導下培養(yǎng)出來的車輛工程專業(yè)學生，才能適應汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，引領汽車技術變革，服務國家發(fā)展戰(zhàn)略。

（二）突破專業(yè)學科藩籬的課程體系

高校中的專業(yè)是一系列課程和教學環(huán)節(jié)的有機集成，而專業(yè)建設以某一學科為基礎。隨著汽車“新四化”的快速推進，車輛工程專業(yè)的知識體系不斷拓展，學科領域也在不斷外延和交叉，只有打破學科陷阱、突破專業(yè)藩籬，促進車輛工程與多學科的交叉和深度融合，構建新的知識體系與課程體系，才能滿足汽車產(chǎn)業(yè)對新工科人才的要求?；诖?，在新工科教育背景下，車輛工程專業(yè)應以“通”和“專”的人才培養(yǎng)為目標，車輛工程專業(yè)為出發(fā)點，緊密融合“新工科”專業(yè)中的新興學科，立足于汽車“新四化”中新技術的發(fā)展方向，科學合理地制定新工科專業(yè)的課程體系。

以西南大學車輛工程專業(yè)為例，為了兼顧“通”和“?！碧厣娜瞬排囵B(yǎng)要求，構建了“車輛+X”專業(yè)課程模塊化知識體系，即在傳統(tǒng)通識課程、專業(yè)基礎課程、專業(yè)核心課程不發(fā)生變化的前提下，將專業(yè)發(fā)展課程分為“智能網(wǎng)聯(lián)”、“新能源”和“大數(shù)據(jù)”三個不同的方向，分別根據(jù)不同的專業(yè)方向開設3-4門模塊核心課程，建議選擇該方向的學生全部學完相關課程。另外，在專業(yè)發(fā)展課程的模塊課程之外，整合計算機科學、人工智能、新能源、大數(shù)據(jù)、通信技術等相關前沿技術，學生可根據(jù)自身方向和興趣選擇相應課程。上述課程體系兼顧了專業(yè)知識的基礎性、專業(yè)性和前沿性。

（三）“以學生為中心”的培養(yǎng)模式

新工科建設中最關鍵的是人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新，“以學生為中心”的理念貫穿于人才培養(yǎng)的全過程，既要圍繞學生的學習特征因材施教，又要以學生解決復雜交叉工程問題的能力作為最終目標。根據(jù)新工科人才的新要求，構建創(chuàng)新性工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式。新工科人才培養(yǎng)模式可借鑒《工程教育認證標準》中的相關理念，根據(jù)汽車產(chǎn)業(yè)“新四化”發(fā)展對創(chuàng)新人才知識、能力、素質的需求進行設計。例如：為提高車輛工程專業(yè)同學解決復雜工程技術問題的能力，可在專業(yè)核心課程學習中采用探究式或者項目導向式教學方法;為了使學生了解和掌握汽車“新四化”的前沿知識，可采用MOOC或者在線講座等方式拓展獲取知識途徑;為了提高學生運用理論知識的能力，可采用“CO-OP”工學交替的方式提供校企合作機會和應用場景;可采用出國交換學習或者開設國際合作課程的方式，拓展同學的國際視野。通過上述一系列培養(yǎng)模式的改革措施，加快建立“新四化”產(chǎn)業(yè)發(fā)展與培養(yǎng)模式相融合的培養(yǎng)機制。

四、結束語

為適應當前汽車產(chǎn)業(yè)“新四化”發(fā)展對車輛工程專業(yè)人才的需求，本文以新工科教育為切入點，闡明了車輛工程專業(yè)發(fā)展與新工科專業(yè)建設之間的辯證關系，分析了汽車行業(yè)“新四化”給車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)帶來的一系列挑戰(zhàn)，最后，對車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)的具體目標進行了重新定位，重構了專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系，并對創(chuàng)新型專業(yè)人才的培養(yǎng)模式進行了探索分析，以期為車輛工程專業(yè)的新工科專業(yè)建設提供一條探索思路。

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