基于CDIO理念融合FSC創(chuàng)新平臺汽車制造工藝實踐教學(xué)模式探索

張艷偉

上海工程技術(shù)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 上海市 201620

1 引言

在汽車工業(yè)中，汽車的設(shè)計與制造是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。汽車的設(shè)計決定生產(chǎn)流程，反之亦然，新生產(chǎn)制造流程的開發(fā)可以推動新產(chǎn)品的功能以及設(shè)計的構(gòu)思。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人們對于汽車的要求也逐漸提高，而新能源汽車在取代傳統(tǒng)汽車的過程中給汽車制造工藝帶來了新的機(jī)遇與新的挑戰(zhàn)?！镀囍圃旃に噷W(xué)》作為車輛工程專業(yè)的必修課程之一，其設(shè)立的根本目的是振興民族汽車產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)汽車工程師，為汽車生產(chǎn)一線培養(yǎng)中國自己的制造工藝工程師。該課程知識面廣、綜合性強(qiáng)、理論性強(qiáng)、實用性強(qiáng)，對培養(yǎng)學(xué)生分析解決汽車產(chǎn)業(yè)工程問題的能力、機(jī)械設(shè)計能力、創(chuàng)新能力以及高素質(zhì)復(fù)合型人才具有十分重要的作用。我?！镀囍圃旃に噷W(xué)》作為車輛工程專業(yè)的必修專業(yè)核心課，是上海市級精品課程及重點建設(shè)課程，被學(xué)校納入到了金課重點培育課程，進(jìn)行了金課教學(xué)模式改革，融入了課程思政的教學(xué)理念與方法。從課程思政的融入要素、構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研合作教師隊伍、開展線上線下混合式教學(xué)模式、改革教學(xué)目標(biāo)及評價方式等方面，進(jìn)行了探索與實踐。

傳統(tǒng)的教育理念、模式和管理手段難以滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)的要求，探索基于CDIO的先進(jìn)工程教育理念和實施體系對機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程的改革具有重要意義。

2 CDIO理念與FSC創(chuàng)新平臺概述

2.1 CDIO工程教育理念內(nèi)涵

CDIO工程教育理念是美國在1990年代后期提出的，近年來取得了相應(yīng)的研究成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運(yùn)行（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程?！皹?gòu)思”包括需求分析、技術(shù)設(shè)計、工藝流程開發(fā)；“設(shè)計”包括項目計劃、設(shè)計圖紙和方案實施；“實現(xiàn)”特指將設(shè)計變?yōu)楫a(chǎn)品的過程；“運(yùn)行”是對產(chǎn)品的評估過程。

CDIO工程教育理念鼓勵教師采用“基于項目導(dǎo)向”的教授方式，在教授的過程中以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，學(xué)生在學(xué)習(xí)中不斷培養(yǎng)自身的主動性、實踐性、創(chuàng)新性，最終達(dá)到具備良好的工程基礎(chǔ)知識、較強(qiáng)的自學(xué)能力、團(tuán)隊合作意識和產(chǎn)品系統(tǒng)的構(gòu)建能力。自探索出CDIO工程教育理念以來，短短20年，就對世界工程教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，成為國際工程教育改革創(chuàng)新的方向。

2.2 FSC平臺理念

FSC（Formula Student China）即中國大學(xué)生方程式汽車大賽，由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽，其目的在于培養(yǎng)本國大學(xué)生設(shè)計、制造小型方程式賽車的能力。FSC設(shè)計競賽平臺是讓學(xué)生通過設(shè)計、制造、調(diào)試與比賽一輛小型方程式賽車培養(yǎng)他們在汽車方面的創(chuàng)造力、實踐能力、成本控制能力與團(tuán)隊協(xié)作能力等，以賽事規(guī)則為藍(lán)本，賽車整體認(rèn)知為基礎(chǔ)，各系統(tǒng)設(shè)計為核心，加工制造裝配為根本，逐步鍛煉學(xué)生綜合能力。FSC設(shè)計競賽平臺可以讓學(xué)生通過競賽不斷提高技能，學(xué)校通過競賽不斷完善車輛工程人才培育機(jī)制，行業(yè)通過競賽不斷深化國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的意識，不僅對培養(yǎng)學(xué)生所需技能和能力具有巨大的教育價值，還響應(yīng)了行業(yè)對大學(xué)課程日益增長的需求，這些課程提供將理論知識付諸于解決實際問題的經(jīng)驗。

2.3 CDIO和FSC平臺與汽車制造工藝學(xué)課程關(guān)系

從圖1中可以看出CDIO理念和FSC平臺在《汽車制造工藝學(xué)》教學(xué)過程中具有較強(qiáng)的一致性和契合度，它們涵蓋了《汽車制造工藝學(xué)》課程培養(yǎng)中所要求的能力，而《汽車制造工藝學(xué)》課程培養(yǎng)中所要求的能力只是體現(xiàn)了CDIO理念與FSC平臺的部分內(nèi)容。因此，運(yùn)用CDIO理念融合FSC創(chuàng)新平臺探索汽車制造及工藝實踐教學(xué)模式較為合理。

圖1 CDIO理念融合FSC創(chuàng)新平臺

3 汽車制造及工藝實踐教學(xué)現(xiàn)狀及問題

《汽車制造工藝學(xué)》主要內(nèi)容為汽車設(shè)計與制造專業(yè)所需要的工藝基本理論和實踐知識。主要分為汽車制造過程概論、汽車及其零件制造中常用制造工藝基礎(chǔ)知識、工件的機(jī)械加工質(zhì)量、工件的定位和機(jī)床夾具、機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定、尺寸鏈原理及其應(yīng)用、裝配工藝基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)工藝性、汽車典型零件的制造工藝、汽車車身制造工藝以及自動化制造系統(tǒng)及先進(jìn)制造技術(shù)簡介，要求學(xué)生掌握汽車生產(chǎn)過程中的加工工藝。

根據(jù)教學(xué)課堂經(jīng)驗，《汽車制造工藝學(xué)》的教學(xué)問題現(xiàn)狀是：

（1）理論與實踐脫節(jié)：《汽車制造工藝學(xué)》中涉及的機(jī)械加工質(zhì)量、工藝尺寸鏈原理等基礎(chǔ)理論在課程中非常重要，因為理論的教授沒有實踐過程的支撐，學(xué)生在接收時就十分抽象，是學(xué)生普遍難以掌握的原因。另外，在學(xué)習(xí)《汽車制造工藝學(xué)》時，面對眾多的零散知識點，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺乏對汽車制造工藝一個系統(tǒng)性的認(rèn)識，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)的過程中陷入學(xué)習(xí)與遺忘重復(fù)中，降低了學(xué)習(xí)效果。

（2）理論基礎(chǔ)知識的枯燥性：汽車制造工藝學(xué)的教學(xué)中會講授機(jī)床夾具、誤差計算、編制工藝文件等相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，這些基礎(chǔ)理論知識不僅讓《汽車制造工藝學(xué)》課程略顯枯燥，更讓學(xué)生對理論知識降低興趣。

（3）考核方式不全面：《汽車制造工藝學(xué)》課程考核多為單一試卷的理論考核模式，無法體現(xiàn)學(xué)生真實的學(xué)習(xí)效果，不能夠系統(tǒng)地反映學(xué)生的綜合能力，只注重理論而忽視實踐，也無法評價其在生產(chǎn)實踐中的操作能力，脫離了對應(yīng)用型高素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

4 基于CDIO理念融合FSC創(chuàng)新平臺的汽車制造及工藝實踐教學(xué)模式

4.1 構(gòu)思（C）與設(shè)計（D）：融合FSC創(chuàng)新平臺的課程體系

以車輛工程專業(yè)培養(yǎng)方案及汽車制造工藝學(xué)教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，實現(xiàn)課程本身與教學(xué)環(huán)節(jié)的體系化，將汽車制造工藝學(xué)知識貫穿于理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)的全過程。課程的體系化要求《汽車制造工藝學(xué)》在授課計劃中就要保證內(nèi)容之間的系統(tǒng)性、連貫性，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)教學(xué)的體系化。如圖2所示，將FSC創(chuàng)新平臺融合到《汽車制造工藝學(xué)》的知識架構(gòu)體系中需要四步：

圖2 融合FSC創(chuàng)新平臺的課程體系

（1）構(gòu)思C：通過前序課程結(jié)合FSC平臺建立學(xué)生對汽車制造工藝的認(rèn)知，為制造工藝學(xué)打下基礎(chǔ)。在《汽車制造工藝學(xué)》課程理論基礎(chǔ)中穿插FSC平臺典型零件的加工、裝配，機(jī)床夾具設(shè)計等方面的生產(chǎn)實習(xí)實踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的動手實踐能力，讓學(xué)生熟知所學(xué)相關(guān)知識的在汽車制造上的應(yīng)用。

（2）設(shè)計D：結(jié)合所學(xué)相關(guān)知識，對方程式賽車設(shè)計的零件制造裝配工藝提出方案，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生工藝能力。

（3）實現(xiàn)I：通過課程理論學(xué)習(xí)與實踐，以工藝方案為基礎(chǔ)，加工裝配完成參賽車輛，將理論與實踐付諸實際，增強(qiáng)學(xué)生的自信心，接軌產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（4）運(yùn)行O：檢驗調(diào)試成果，反思理論學(xué)習(xí)與實踐過程中的不足。

4.2 實現(xiàn)（I）：融合FSC創(chuàng)新平臺的實踐模式

針對目前教學(xué)中存在的問題，需要在課本、學(xué)生和教師之間引入新的橋梁，以將三者有機(jī)的銜接起來，并貫穿于課本、學(xué)生和教師這相互反饋的教學(xué)體系中，而FSC創(chuàng)新平臺可以反映《汽車制造工藝學(xué)》的大部分知識，又可以讓學(xué)生與老師參與其中。將FSC創(chuàng)新平臺融合到《汽車制造工藝學(xué)》的知識架構(gòu)體系中，并通過一系列組織學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)，使學(xué)生在潛移默化中了解汽車工藝學(xué)知識，并在FSC創(chuàng)新平臺中增強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解。

《汽車制造工藝學(xué)》課程實踐主要涉及以下內(nèi)容：發(fā)動機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、部裝、總裝配工藝及相關(guān)設(shè)備；發(fā)動機(jī)調(diào)試及總裝檢驗方法及內(nèi)容；發(fā)動機(jī)曲軸、連桿、缸蓋、缸體加工工藝過程，工藝方法、工藝特點及相關(guān)設(shè)備、工裝夾具等；汽車總裝工藝過程及相關(guān)設(shè)備；汽車車身沖壓線及焊接線；汽車檢測及相關(guān)設(shè)備。針對課程特點，采取項目導(dǎo)向或任務(wù)驅(qū)動的工程專業(yè)模式，構(gòu)建以學(xué)生為主體的實踐興趣小組，秉承制造一輛性能可靠、操作良好的賽車為目標(biāo)，讓學(xué)生參與到FSC創(chuàng)新平臺中，以FSC設(shè)計任務(wù)有針對性的開展學(xué)習(xí)。

4.3 運(yùn)行（O）：融合FSC創(chuàng)新平臺的考核方式

以往《汽車制造工藝學(xué)》課程考核多為單一試卷的理論考核模式，無法體現(xiàn)學(xué)生真實的學(xué)習(xí)效果。目前學(xué)生在考核方面呈現(xiàn)“前松后緊”、“期末突擊”的現(xiàn)象，導(dǎo)致對知識掌握和應(yīng)用的效果比較差。結(jié)合對學(xué)生應(yīng)用工程能力培養(yǎng)的目標(biāo)，建立以項目為基礎(chǔ)的《汽車制造工藝學(xué)》課程考核體系。將考核分為3個模塊：理論基礎(chǔ)+設(shè)計+實踐。在理論基礎(chǔ)部分，通過試卷的形式考核學(xué)生對基本知識點的掌握理解情況。在設(shè)計部分，以課后作業(yè)作為考核重點，例如，在講完汽車零件工藝規(guī)程制定時，以方程式賽車某一零件為例，讓學(xué)生編制工藝過程。讓學(xué)生通過平時訓(xùn)練提高繪圖，讀圖與設(shè)計的能力，同時也對機(jī)械設(shè)計課程的認(rèn)知與掌握得到進(jìn)一步提高。在實踐部分，融入FSC平臺，將學(xué)到的專業(yè)知識與方程式賽車加工、裝配、測試進(jìn)行結(jié)合，使他們“多實踐、多反思、多創(chuàng)新”，掌握發(fā)現(xiàn)、分析及解決問題的能力。多種綜合考核模式可以有效地增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把理論知識應(yīng)用于實踐操作中，在實踐中不斷反思進(jìn)步，提高學(xué)生的綜合技術(shù)技能。

5 結(jié)語

競賽滿足行業(yè)對未來工程師的要求，可以為學(xué)生提供將理論理解應(yīng)用于實際問題的經(jīng)驗；提高學(xué)生的積極性；緊跟行業(yè)不斷變化的需求，大學(xué)課程可以將其融入到工程課程。基于CDIO理念融合FSC創(chuàng)新平臺的汽車制造及工藝實踐教學(xué)改革建立了“在實踐中學(xué)與思”和“在項目中教與學(xué)”的教學(xué)模式，該模式為學(xué)生提供理論知識與實踐相結(jié)合的教學(xué)情境和系統(tǒng)的認(rèn)知框架。在新工科建設(shè)背景下，上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院以學(xué)科平臺為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以現(xiàn)代綜合知識為背景，以培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為核心，利用平臺優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新人才培養(yǎng)優(yōu)勢，指導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)科導(dǎo)師的研究項目以及積極參加學(xué)科科技競賽，取得了優(yōu)良成績，基于學(xué)科平臺新工科人才實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)成效得以顯現(xiàn)。2018年參加中國大學(xué)生方程式汽車大賽、中國大學(xué)生電動方程式大賽，獲得全國三等獎；參加2018本田節(jié)能競技大賽奪得全國第一名；2021年參加全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽，獲得全國二等獎。