“汽車空氣動力學(xué)”課程教學(xué)方法新探索

李啟良 孫宇慶 徐淳傲 楊閻瑞祺 李卓明

[摘 要] 針對“汽車空氣動力學(xué)”課程教學(xué)存在“自顧自式、敘述式”的共性問題，對照工程教育認證及一流學(xué)科建設(shè)要求，提出以“學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進”的教學(xué)思路、“教學(xué)與科研相互促進”的教學(xué)理念，探索將科研成果融入課程體系。以汽車風(fēng)洞及其關(guān)鍵部件為例，通過制作并展示汽車風(fēng)洞視頻，圖文并茂制作教學(xué)課件，帶領(lǐng)學(xué)生實地參觀風(fēng)洞，鼓勵學(xué)生學(xué)以致用等教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，獲得很好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 汽車空氣動力學(xué);教學(xué)方法;教學(xué)與科研;汽車風(fēng)洞

[課題項目] 2020年度同濟大學(xué)重點課程建設(shè)項目“空氣動力學(xué)”（202046）;2020年度同濟大學(xué)“2020年國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”“高鐵模型風(fēng)洞試驗配套傳送帶系統(tǒng)設(shè)計”（G202019005）

[作者簡介] 李啟良（1980—），男，上海人，博士，同濟大學(xué)風(fēng)洞中心副研究員，博士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事汽車風(fēng)洞技術(shù)研究;孫宇慶（1999—），男，安徽馬鞍山人，2019級同濟大學(xué)汽車學(xué)院汽車風(fēng)洞技術(shù)專業(yè)在讀本科生;徐淳傲（1997—），男，云南昆明人，2019級同濟大學(xué)汽車學(xué)院汽車風(fēng)洞技術(shù)專業(yè)在讀本科生。

[中圖分類號] G642.41? ? [文獻標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）23-0133-04? ?[收稿日期] 2021-03-12

同濟大學(xué)車輛工程專業(yè)是教育部首批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)、全國工程教育專業(yè)認證專業(yè)，依托國家唯一的汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)類協(xié)同創(chuàng)新中心——智能型新能源汽車協(xié)同創(chuàng)新中心，國內(nèi)唯一的依托高等學(xué)校的汽車整車空氣動力學(xué)與熱力學(xué)地面交通工具風(fēng)洞中心。針對新能源汽車和智能汽車的人才需求，形成了汽車工程、車用能源與動力、汽車電子與智能等特色方向。

“汽車空氣動力學(xué)”是汽車工程方向的特色專業(yè)課程，主要面向本科四年級學(xué)生（五年學(xué)制）?！捌嚳諝鈩恿W(xué)”是汽車工程專業(yè)特色課程，通過理論和實驗教學(xué)，講述空氣動力學(xué)基礎(chǔ)知識、汽車空氣動力學(xué)發(fā)展、汽車氣動力與力矩及其對汽車性能的影響、汽車氣動阻力與外形和油耗關(guān)系、車隊列行駛氣動特性、電動汽車及其空氣動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計、基于參數(shù)化建模和遺傳算法相結(jié)合的汽車氣動優(yōu)化、汽車冷卻系統(tǒng)與前端進氣、汽車風(fēng)洞及其關(guān)鍵部件、汽車氣動與噪聲風(fēng)洞試驗、汽車空氣動力學(xué)數(shù)值計算、汽車噪聲與氣動噪聲數(shù)值計算等內(nèi)容。使學(xué)生對“汽車空氣動力學(xué)”發(fā)展有所了解，具備流體動力學(xué)和空氣動力學(xué)的基礎(chǔ)知識，能獨立分析評價汽車的空氣動力性能，可以針對具體車型提出簡單的空氣動力優(yōu)化方案，可以讀懂風(fēng)洞測試和數(shù)值仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以與業(yè)內(nèi)同行交流“汽車空氣動力學(xué)”的目的，為今后的相關(guān)工作奠定專業(yè)基礎(chǔ)。

一、現(xiàn)狀分析

“汽車空氣動力學(xué)”課程屬于理論課程，采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法，經(jīng)過自身多年努力，已形成一套較為成熟的體系。課程督導(dǎo)評價較好：對課程內(nèi)容很熟悉，有一套成熟的體系;授課認真，有激光筆、有走位、有板書、有案例;課件清楚、板書認真，具有一定動感。學(xué)生評價也較好：教學(xué)內(nèi)容先進，實驗課與課堂內(nèi)容結(jié)合且生動;課堂內(nèi)容有很多前沿知識，幫助學(xué)生打開視野;授課方式很好，對學(xué)生提出的問題能夠及時解答，還帶領(lǐng)學(xué)生去參觀風(fēng)洞，可以學(xué)到很多新知識。但是也存在一些高校理論課的共性問題：（1）課程直接告訴學(xué)生一些結(jié)論，而沒有告訴學(xué)生過程的細節(jié);（2）“自顧自式”教學(xué)，與學(xué)生眼神交流很少，互動率較低，難以使學(xué)生很好地集中注意力聽課;（3）“敘述式”教學(xué)，而不是從工程中提出問題，接著分析問題，最后解決問題的“啟發(fā)式”授課。這種現(xiàn)象在以課堂教學(xué)為核心的工科專業(yè)教學(xué)中普遍存在，有待提高之處還包括：（1）課程部分內(nèi)容的選取不是很合理，部分理論與實踐環(huán)節(jié)和工程實際聯(lián)系不夠緊密[1];（2）學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中缺乏討論、思考和練習(xí)，教師難以把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和知識掌握情況[2];（3）課程考核方式應(yīng)試比例過大，會使得學(xué)生只重視理論知識的掌握，對學(xué)生培養(yǎng)中所注重的實踐、應(yīng)用和創(chuàng)新能力則難以得到體現(xiàn)[2]。

對此，國內(nèi)許多學(xué)者提出了相應(yīng)課程改革建議，提供了許多新型教學(xué)方法，部分方法取得了良好的教學(xué)效果。針對“汽車設(shè)計課程設(shè)計”已越來越無法滿足汽車技術(shù)迅速發(fā)展要求的現(xiàn)狀，雷治國等[3]學(xué)者深入分析了該課程主要存在的問題，提出了提高學(xué)生對課程設(shè)計重要性的意識、合理設(shè)置的題目、課程設(shè)計進度分段檢查、合理安排“汽車設(shè)計課程設(shè)計”的時間和引入相關(guān)設(shè)計軟件的教改思路和措施，取得較好的教學(xué)改革效果。黨蒙等[4]學(xué)者針對車輛工程教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，提出學(xué)科競賽驅(qū)動下的車輛工程專業(yè)教學(xué)改革措施。通過不斷完善人才培養(yǎng)體系、課堂教學(xué)與學(xué)科競賽相互促進、學(xué)科競賽與實踐教學(xué)互聯(lián)互通、建立開放式學(xué)科競賽實驗等多種途徑，提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。沈鈺杰等[5]學(xué)者通過分析傳統(tǒng)教學(xué)模式，結(jié)合翻轉(zhuǎn)式教學(xué)、OBE教學(xué)、項目式教學(xué)，對當(dāng)前車輛工程專業(yè)的課程設(shè)置提出改善建議，并進一步提出了多元化教學(xué)模式，為新工科背景下工程科技人才培養(yǎng)提供了思路。張振東等[6]學(xué)者結(jié)合車輛工程專業(yè)的實際，建立了一個由基礎(chǔ)到綜合、由綜合到創(chuàng)新的實驗課程教學(xué)體系，經(jīng)過不斷的探索與實踐，取得了良好的效果。為配合工程教育專業(yè)對口培養(yǎng)學(xué)生的目的，“成果導(dǎo)向教育”的理念是值得借鑒和引用的。這種教學(xué)方式從作為教育目的的學(xué)生學(xué)習(xí)成果來反推所需的課程設(shè)計和教學(xué)活動，通過反向設(shè)計使課程安排更加合理高效[7];另外，項目導(dǎo)向型教學(xué)，這種以一個實踐項目的導(dǎo)入、規(guī)劃、實施和評價串聯(lián)起整個課程安排的方式，能使學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性更明確，進而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，充分挖掘?qū)W生的潛力，同時培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力[8]。針對“汽車空氣動力學(xué)”課程存在問題并參考國內(nèi)相關(guān)課程教學(xué)改革經(jīng)驗，對課程教學(xué)方法進行新探索，通過改進教學(xué)方式和方法，使學(xué)生更好接收課程知識，從而實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。