新工科背景下基于跨學科的 “汽車制造工藝學”課程教學改革探索

劉艷雄 韓愛國 宋燕利

摘? ? 要：隨著中國工業(yè)技術快速發(fā)展以及對自主創(chuàng)新能力的要求越來越高，以跨學科培養(yǎng)作為核心內(nèi)涵的新工科教育得到了中國工程教育界的深度關注?！捌囍圃旃に噷W”作為汽車專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，為了滿足汽車領域變革和新工科教育要求，文章對該課程的課程教學改革進行了探索，提出了建立多學科教學團隊、多元化教學、理論教學與課程實習相結(jié)合，以及科教融合的教學方式。文章對于培養(yǎng)汽車類專業(yè)學生的跨學科綜合能力具有一定的借鑒與指導意義。

關鍵詞：新工科;跨學科;“汽車制造工藝學”;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）03-0070-02

隨著中國工業(yè)技術的快速發(fā)展，對高校培養(yǎng)跨學科人才提出了越來越高的要求[1]。然而，跨學科人才培養(yǎng)是世界工程教育改革面臨的普遍難題[2]。正如歐林工學院校長Richard Miller指出，新世紀的高等教育正面臨著全球性重大挑戰(zhàn)，教育必須超越對學科知識的學習。而新工科教育的核心內(nèi)涵之一正是跨學科人才培養(yǎng)?；诖?，自2017年以來教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》等指導文件，全力探索形成具有中國特色的工程教育模式，助力中國高等教育強國建設。新工科理念一經(jīng)提出，就受到中國工程教育界的深度關注，稱之為工程教育的“新革命”[3]。

目前，隨著新能源技術的快速發(fā)展和5G技術的逐步落地商用，汽車領域正進行著一場深度變革，朝著電動

化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化、輕量化方向發(fā)展，需要材料、機械、自動化、信息等多學科知識的支持才能滿足未來汽車領域的發(fā)展要求。而“汽車制造工藝學”為車輛工程的核心專業(yè)必修課之一，其內(nèi)容包含了機械、材料加工、熱處理、自動化智能測量等多學科知識[4-5]。在新工科背景下，亟需開展“汽車制造工藝學”的課程教學改革探索與實踐，從而為培養(yǎng)滿足新時代汽車專業(yè)跨學科人才奠定基礎。

一、新工科背景下“汽車制造工藝學”教學要求

“汽車制造工藝學”課程的教學內(nèi)容包含了工件裝

夾、夾具設計、定位誤差分析與計算、工件加工方法、尺寸鏈解算與應用、加工工藝規(guī)程、加工表面質(zhì)量，以及汽車的沖壓、焊接、涂裝和總裝四大制造工藝等內(nèi)容。該門課程具有理論性強、綜合性強、內(nèi)容涉及面廣和工程實踐性強等特點。為了達到教學目標，武漢理工大學汽車工程學院除了理論教學外，還開設了“汽車典型零件加工工藝”與“夾具設計”的課程，以及參觀汽車零部件和汽車總裝廠的課程實習。

為了滿足新工科教育中關于跨學科培養(yǎng)的教育理念，結(jié)合“汽車制造工藝學”的課程特點，該門課程不僅需要學生深入掌握多學科的基礎理論知識，能夠熟練運用金屬工藝學、工程材料、機械設計、機械制圖、互換性與測量技術、自動化編程等學科理論知識解決汽車零部件制造工藝設計問題，還要求學生具有較強的實踐動手能力，運用理論知識實現(xiàn)汽車零部件的加工制造。

二、當前教學模式中存在的不足

針對新工科背景下“汽車制造工藝學”教學要求，當前教學模式中存在以下不足。

（一）理論教學知識的深度和廣度不夠

“汽車制造工藝學”課程融合了材料、機械、自動化等多學科知識，但是高校教師都有自己的專業(yè)領域，因此很難保證每位教師都能深入全面地掌握這些學科的知識，因此難以較好地滿足新工科背景下跨學科教學的要求。

（二）理論教學與實踐結(jié)合緊密度不夠

“汽車制造工藝學”課程中課程實習和課程設計部

分，對于加深理論和實踐的結(jié)合、提高學生的實際動手能力非常有益。但是，在實習過程中，由于受實習條件限制，學習往往只能走馬觀花地看一遍，學生參與度不夠。在課程設計方面，也是理論設計為主，學生缺乏動手實踐操作，對理論知識理解掌握不深入。

三、跨學科課程教學改革

為了滿足新工科教育中關于跨學科人才培養(yǎng)的要求，針對“汽車制造工藝學”當前教學模式中存在的不足，文章提出了跨學科教學模式，如圖1所示。通過組建多學科教學團隊、多元化教學、理論教學與課程實習結(jié)合，以及科教融合等措施，實現(xiàn)該課程的教學目的，具體教學方法如下。

（一）建立多學科教學團隊，探索不同學科專長教師協(xié)作教學模式

每位教師都有自己的研究專長，為了滿足多學科教學的知識需求，可以探索組建多學科教師教學團隊。對于多學科交叉內(nèi)容進行教學資料共享，共同備課，相互學習?；蛘咛剿鞑捎媒徊娼虒W的方式，對于側(cè)重某個學科的知識點，邀請本團隊相關專長的教師來進行講解。

（二）探索多元化教學模式

在傳統(tǒng)教學的基礎上，學生進行自由分組形成小團隊，采用線上線下結(jié)合式教學、項目驅(qū)動式教學等方法，讓學生愛上課堂，克服傳統(tǒng)教學模式學生興趣和參與度不高的缺陷。例如，對于第二章第一節(jié)中的核心知識點設計基準、工藝基準，第四節(jié)的工件在機床夾具中的定位和第六節(jié)的工件夾緊裝置等核心知識點，可以先采用相關教學平臺進行核心知識點的線上視頻學習，然后進行線下教學。線下教學可以采用項目驅(qū)動式教學，以典型零件的加工工藝為一個項目，分別分析其加工過程中的設計基準、工序基準、定位基準，以及分析工件裝夾的自由度和定位誤差、夾緊裝置的選擇等。加工結(jié)束后，進一步分析其加工精度和測量基準。每個項目還可根據(jù)多個學科知識點分解成若干個小任務（如夾緊裝置動力系統(tǒng)自

動化設計、夾緊力計算分析、夾具和工件剛度校核等），學生根據(jù)不同的學科知識，組成對應的學習團隊，然后協(xié)同合作，團隊完成項目任務。最后進行項目工作匯報，評定該組成員成績。這樣，既可以培養(yǎng)學生的學習興趣，也可以提高學生對于理論知識實際運用的能力。

（三）整合多學科實踐資源，探索理論教學與課程實習相結(jié)合的教學方式

“汽車制造工藝學”課程包含課程實習，充分利用重點實驗室、工程訓練中心等優(yōu)質(zhì)汽車制造工藝實踐資源，采用課程實習與理論教學相結(jié)合的教學模式，將部分課程實習和理論教學任務在重點實驗室進行，教師進行講解以后，學生分組進行加工制造實踐。通過設計實驗項目，學生在上述分組的基礎上，完成相關實驗內(nèi)容。并且不同學科的團隊，對零部件加工制造結(jié)果從材料學、機械學、自動控制等學科方面分別分析加工零件的表面層物理力學性能和化學性能、表面粗糙度、定位精度、加工精度、加工誤差自動測量與反饋補償?shù)葍?nèi)容，研究揭示各工藝參數(shù)對于加工質(zhì)量的影響規(guī)律。

（四）科教融合

“汽車制造工藝學”涉及汽車零部件的設計、加工制造和控制等方面，而目前國產(chǎn)的汽車零部件如變速器、離合器、門鎖系統(tǒng)、雨刮系統(tǒng)、座椅調(diào)角器系統(tǒng)等與國際先進水平還存在較大的差距，具體表現(xiàn)在零部件的可靠性、耐久性和故障率等方面。其根本原因在于材料的選擇和熱處理性能設計、部件尺寸鏈設計及加工精度、系統(tǒng)控制算法等方面還存在問題。因此，為了激發(fā)學生對本門課程的學習興趣，加深對本課程的理解和認可，可以將教學團隊教師承擔的科研項目融入到課程教學中。以高端汽車門鎖系統(tǒng)性能優(yōu)化研究項目為例，汽車門鎖系統(tǒng)包含了10多個汽車零部件，可以針對該項目，利用本課程所學的尺寸鏈原理，構(gòu)建汽車門鎖系統(tǒng)裝置的尺寸鏈。然后，將該系統(tǒng)包含的零件按照加工方法（鍛造、沖壓、鑄造、注塑等）進行分類，了解每個零件的選材、加工工藝和熱處理工藝，對于需要進行機械加工的關鍵零部件進行機械加工工藝規(guī)程的制定、分析零件的裝夾和機床夾具、校核零件的機械加工質(zhì)量等。通過科教融合，將所學的理論知識進行綜合運用，使學生能夠更加全面深入地掌握本門課程知識。

新工科教育是未來工程教育發(fā)展的主要方向，針對新工科背景下“汽車制造工藝學”的教學要求，以及當前教學模式中所存在的不足，提出了建立多學科教學團隊、多元化教學、理論教學與課程實習相結(jié)合，以及科教融合的教學方式，對于實現(xiàn)“汽車制造工藝學”課程的跨學科教學、培養(yǎng)學生學習興趣、提高學生實踐能力和運用跨學科知識解決具體工程實踐問題具有重要意義，為汽車類其他專業(yè)課程的跨學科教學提供一定的指導和借鑒。

參考文獻：

[1]? 朱立達，鞏亞東，于天彪.新工科視域下機械類創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索與思考[J].高教學刊，2020（15）：33.

[2]? 趙曉艷，劉攀，張虎，等.多學科融合的新工科機電類人才培養(yǎng)模式探索[J].農(nóng)業(yè)技術與裝備，2020（3）：88.

[3]? 李家俊.以新工科教育引領高等教育“質(zhì)量革命”[J].?高等工程教育研究，2020（2）：6.

[4]? 盛精，肖海林.《汽車制造工藝》課程調(diào)查結(jié)果的思考[J].教育教學論壇，2013（48）：121.

[5]? 王榮先，萬玉瓊.汽車制造工藝學課程教學改革與實踐[J].洛陽理工學院學報（自然科學版），2014，24（1）：79.

■ 編輯∕李夢迪

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