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

摘 要：新工科教育背景下，創(chuàng)新實(shí)踐教育為我國(guó)工科專業(yè)的發(fā)展提供了全新的視角。如何將創(chuàng)新平臺(tái)與人才培養(yǎng)有效銜接起來(lái)，是新工科建設(shè)作為目前高校工程教育教改的重要方向。針對(duì)目前汽車制造工藝實(shí)踐教學(xué)模式與提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)不匹配的問(wèn)題，本文以CDIO理念為依據(jù)，融合FSC創(chuàng)新平臺(tái)，探索了汽車制造及工藝實(shí)踐教學(xué)中“在實(shí)踐中學(xué)與思”和“在項(xiàng)目中教與學(xué)”的模式，為大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐教育提供參考。

關(guān)鍵詞：CDIO理念 FSC創(chuàng)新平臺(tái) 教學(xué)模式 改革

Exploration on the Practice Teaching Mode of Automobile Manufacturing Process based on CDIO Concept and FSC Innovation Platform

Zhang Yanwei

Abstract：Under the background of new engineering education， innovative practice education provides a new perspective for the development of engineering majors in China. How to effectively connect the innovation platform with talent training is an important direction for the construction of new engineering disciplines as the current engineering education reform in colleges and universities. Aiming at the problem that the current practice teaching mode of automobile manufacturing process does not match the training objectives of improving students' practical ability and innovation ability， this paper， based on the CDIO concept， integrates the FSC innovation platform， and explores the “l(fā)earning in practice and the the models of thinking” and “teaching and learning in the project” providing a reference for the innovative practice education of college students.

Key words：CDIO concept， FSC innovation platform， teaching mode， reform

1 引言

在汽車工業(yè)中，汽車的設(shè)計(jì)與制造是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。汽車的設(shè)計(jì)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(dòng)新產(chǎn)品的功能以及設(shè)計(jì)的構(gòu)思。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)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(guò)程中給汽車制造工藝帶來(lái)了新的機(jī)遇與新的挑戰(zhàn)。《汽車制造工藝學(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(guó)自己的制造工藝工程師。該課程知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、理論性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析解決汽車產(chǎn)業(yè)工程問(wèn)題的能力、機(jī)械設(shè)計(jì)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。我校《汽車制造工藝學(xué)》作為車輛工程專業(yè)的必修專業(yè)核心課，是上海市級(jí)精品課程及重點(diǎn)建設(shè)課程，被學(xué)校納入到了金課重點(diǎn)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(duì)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(píng)價(jià)方式等方面，進(jìn)行了探索與實(shí)踐[1]。

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(shí)施體系對(duì)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(tái)概述

2.1 CDIO工程教育理念內(nèi)涵

CDIO工程教育理念是美國(guó)在1990年代后期提出的，近年來(lái)取得了相應(yīng)的研究成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)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(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[2]。“構(gòu)思”包括需求分析、技術(shù)設(shè)計(jì)、工藝流程開發(fā);“設(shè)計(jì)”包括項(xiàng)目計(jì)劃、設(shè)計(jì)圖紙和方案實(shí)施;“實(shí)現(xiàn)”特指將設(shè)計(jì)變?yōu)楫a(chǎn)品的過(guò)程;“運(yùn)行”是對(duì)產(chǎn)品的評(píng)估過(guò)程。

CDIO工程教育理念鼓勵(lì)教師采用“基于項(xiàng)目導(dǎo)向”的教授方式，在教授的過(guò)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(dòng)性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性，最終達(dá)到具備良好的工程基礎(chǔ)知識(shí)、較強(qiáng)的自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)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(lái)，短短20年，就對(duì)世界工程教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，成為國(guó)際工程教育改革創(chuàng)新的方向。

2.2 FSC平臺(tái)理念

FSC（Formula Student China）即中國(guó)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(duì)參加的汽車設(shè)計(jì)與制造比賽[3]，其目的在于培養(yǎng)本國(guó)大學(xué)生設(shè)計(jì)、制造小型方程式賽車的能力。FSC設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)是讓學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試與比賽一輛小型方程式賽車培養(yǎng)他們?cè)谄嚪矫娴膭?chuàng)造力、實(shí)踐能力、成本控制能力與團(tuán)隊(duì)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(jì)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(jì)競(jìng)賽平臺(tái)可以讓學(xué)生通過(guò)競(jìng)賽不斷提高技能，學(xué)校通過(guò)競(jìng)賽不斷完善車輛工程人才培育機(jī)制，行業(yè)通過(guò)競(jìng)賽不斷深化國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的意識(shí)，不僅對(duì)培養(yǎng)學(xué)生所需技能和能力具有巨大的教育價(jià)值，還響應(yīng)了行業(yè)對(duì)大學(xué)課程日益增長(zhǎng)的需求，這些課程提供將理論知識(shí)付諸于解決實(shí)際問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。

2.3 CDIO和FSC平臺(tái)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(tái)在《汽車制造工藝學(xué)》教學(xué)過(guò)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(tái)的部分內(nèi)容。因此，運(yùn)用CDIO理念融合FSC創(chuàng)新平臺(tái)探索汽車制造及工藝實(shí)踐教學(xué)模式較為合理。

3 汽車制造及工藝實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題

《汽車制造工藝學(xué)》主要內(nèi)容為汽車設(shè)計(jì)與制造專業(yè)所需要的工藝基本理論和實(shí)踐知識(shí)。主要分為汽車制造過(guò)程概論、汽車及其零件制造中常用制造工藝基礎(chǔ)知識(shí)、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(dòng)化制造系統(tǒng)及先進(jìn)制造技術(shù)簡(jiǎn)介，要求學(xué)生掌握汽車生產(chǎn)過(guò)程中的加工工藝[4]。

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

（1）理論與實(shí)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?yàn)槔碚摰慕淌跊](méi)有實(shí)踐過(guò)程的支撐，學(xué)生在接收時(shí)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(shí)，面對(duì)眾多的零散知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺乏對(duì)汽車制造工藝一個(gè)系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)的過(guò)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(shí)的枯燥性：汽車制造工藝學(xué)的教學(xué)中會(huì)講授機(jī)床夾具、誤差計(jì)算、編制工藝文件等相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)，這些基礎(chǔ)理論知識(shí)不僅讓《汽車制造工藝學(xué)》課程略顯枯燥，更讓學(xué)生對(duì)理論知識(shí)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(wú)法體現(xiàn)學(xué)生真實(shí)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(shí)踐，也無(wú)法評(píng)價(jià)其在生產(chǎn)實(shí)踐中的操作能力，脫離了對(duì)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(tái)的汽車制造及工藝實(shí)踐教學(xué)模式

4.1 構(gòu)思（C）與設(shè)計(jì)（D）：融合FSC創(chuàng)新平臺(tái)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(shí)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(shí)貫穿于理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的全過(guò)程。課程的體系化要求《汽車制造工藝學(xué)》在授課計(jì)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(shí)現(xiàn)教學(xué)的體系化。如圖2所示，將FSC創(chuàng)新平臺(tái)融合到《汽車制造工藝學(xué)》的知識(shí)架構(gòu)體系中需要四步：

（1）構(gòu)思C：通過(guò)前序課程結(jié)合FSC平臺(tái)建立學(xué)生對(duì)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(tái)典型零件的加工、裝配，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)等方面的生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，讓學(xué)生熟知所學(xué)相關(guān)知識(shí)的在汽車制造上的應(yīng)用。

（2）設(shè)計(jì)D：結(jié)合所學(xué)相關(guān)知識(shí)，對(duì)方程式賽車設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)I：通過(guò)課程理論學(xué)習(xí)與實(shí)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(shí)踐付諸實(shí)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(yàn)調(diào)試成果，反思理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐過(guò)程中的不足。

4.2 實(shí)現(xiàn)（I）：融合FSC創(chuàng)新平臺(tái)的實(shí)踐模式

針對(duì)目前教學(xué)中存在的問(wèn)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(lái)，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(tái)可以反映《汽車制造工藝學(xué)》的大部分知識(shí)，又可以讓學(xué)生與老師參與其中。將FSC創(chuàng)新平臺(tái)融合到《汽車制造工藝學(xué)》的知識(shí)架構(gòu)體系中，并通過(guò)一系列組織學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，使學(xué)生在潛移默化中了解汽車工藝學(xué)知識(shí)，并在FSC創(chuàng)新平臺(tái)中增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

《汽車制造工藝學(xué)》課程實(shí)踐主要涉及以下內(nèi)容：發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)調(diào)試及總裝檢驗(yàn)方法及內(nèi)容;發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿、缸蓋、缸體加工工藝過(guò)程，工藝方法、工藝特點(diǎn)及相關(guān)設(shè)備、工裝夾具等;汽車總裝工藝過(guò)程及相關(guān)設(shè)備;汽車車身沖壓線及焊接線;汽車檢測(cè)及相關(guān)設(shè)備[5]。針對(duì)課程特點(diǎn)，采取項(xiàng)目導(dǎo)向或任務(wù)驅(qū)動(dòng)的工程專業(yè)模式，構(gòu)建以學(xué)生為主體的實(shí)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(tái)中，以FSC設(shè)計(jì)任務(wù)有針對(duì)性的開展學(xué)習(xí)。

4.3 運(yùn)行（O）：融合FSC創(chuàng)新平臺(tái)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(wú)法體現(xiàn)學(xué)生真實(shí)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(duì)知識(shí)掌握和應(yīng)用的效果比較差。結(jié)合對(duì)學(xué)生應(yīng)用工程能力培養(yǎng)的目標(biāo)，建立以項(xiàng)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(gè)模塊：理論基礎(chǔ)+設(shè)計(jì)+實(shí)踐。在理論基礎(chǔ)部分，通過(guò)試卷的形式考核學(xué)生對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的掌握理解情況。在設(shè)計(jì)部分，以課后作業(yè)作為考核重點(diǎn)，例如，在講完汽車零件工藝規(guī)程制定時(shí)，以方程式賽車某一零件為例，讓學(xué)生編制工藝過(guò)程。讓學(xué)生通過(guò)平時(shí)訓(xùn)練提高繪圖，讀圖與設(shè)計(jì)的能力，同時(shí)也對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的認(rèn)知與掌握得到進(jìn)一步提高。在實(shí)踐部分，融入FSC平臺(tái)，將學(xué)到的專業(yè)知識(shí)與方程式賽車加工、裝配、測(cè)試進(jìn)行結(jié)合，使他們“多實(shí)踐、多反思、多創(chuàng)新”，掌握發(fā)現(xiàn)、分析及解決問(wèn)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(shí)應(yīng)用于實(shí)踐操作中，在實(shí)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(yǔ)

競(jìng)賽滿足行業(yè)對(duì)未來(lái)工程師的要求，可以為學(xué)生提供將理論理解應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn);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?；贑DIO理念融合FSC創(chuàng)新平臺(tái)的汽車制造及工藝實(shí)踐教學(xué)改革建立了“在實(shí)踐中學(xué)與思”和“在項(xiàng)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(shí)與實(shí)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(tái)為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以現(xiàn)代綜合知識(shí)為背景，以培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為核心，利用平臺(tái)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，指導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)科導(dǎo)師的研究項(xiàng)目以及積極參加學(xué)科科技競(jìng)賽，取得了優(yōu)良成績(jī)，基于學(xué)科平臺(tái)新工科人才實(shí)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(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽、中國(guó)大學(xué)生電動(dòng)方程式大賽，獲得全國(guó)三等獎(jiǎng);參加2018本田節(jié)能競(jìng)技大賽奪得全國(guó)第一名;2021年參加全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽，獲得全國(guó)二等獎(jiǎng)。

基金項(xiàng)目：上海工程技術(shù)大學(xué)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目（X202101001新工科）;上海工程技術(shù)大學(xué)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目（g201901001金課）。

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