“賽教融合”培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力研究與實(shí)踐
——以車輛工程為例

張傳偉，高懷斌，馬 逾，趙栓峰，文建平

（西安科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710054）

自工程教育專業(yè)認(rèn)證以來，培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜工程問題的解決能力是我國本科教學(xué)核心培養(yǎng)目標(biāo)[1-2]，各專業(yè)從培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、教學(xué)落實(shí)到評價反饋的培養(yǎng)模式設(shè)計(jì)與實(shí)施均圍繞上述目標(biāo)進(jìn)行。但是，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式主要聚焦知識傳授，理論和實(shí)踐教學(xué)體系沒有圍繞具體對象開展，知識碎片化。學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)僅僅依靠畢業(yè)設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐等一兩個實(shí)踐環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，沒有一條主線貫穿整個體系[3]。另外，原來的評價只關(guān)注學(xué)生的知識掌握程度，評價的標(biāo)準(zhǔn)是學(xué)生的考試成績和成績分布規(guī)律。

對于車輛工程專業(yè)而言，首先，現(xiàn)階段汽車類專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容仍以傳統(tǒng)純理論教學(xué)為主，學(xué)生很多時候靠想象來理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。其次，實(shí)踐內(nèi)容老舊，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐內(nèi)容與實(shí)際汽車行業(yè)發(fā)展脫節(jié)。第三，學(xué)生缺乏主動擴(kuò)展學(xué)習(xí)意識，畢業(yè)后可能無法滿足行業(yè)要求。

開展汽車類學(xué)科競賽恰好可以針對上述問題極大地提高學(xué)生的實(shí)踐興趣，擴(kuò)展意識，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[4-5]。因此，本文圍繞學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力賽教融合培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐展開，并以車輛工程專業(yè)為例深入闡述。

1 “賽教融合”人才培養(yǎng)教學(xué)體系

西安科技大學(xué)是一所地礦、安全學(xué)科特色鮮明的陜西省高水平大學(xué)建設(shè)高校。車輛工程專業(yè)在人才培養(yǎng)目標(biāo)制定時，圍繞學(xué)校的定位和發(fā)展目標(biāo)，按照“通識+專業(yè)”的人才培養(yǎng)原則，立足陜西，面向西部，主要服務(wù)我國煤炭開采及礦山運(yùn)輸行業(yè)，逐步形成以行業(yè)需求為導(dǎo)向、以礦用車輛為特色、兼顧通用車輛技術(shù)的應(yīng)用型高層次專業(yè)人才培養(yǎng)模式，大力培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展、具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和社會責(zé)任感，能夠服務(wù)于車輛制造業(yè)、煤炭企業(yè)的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。

大學(xué)生學(xué)科競賽是培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要科技創(chuàng)新活動。積極開展學(xué)科競賽活動，對于營造良好學(xué)風(fēng)和創(chuàng)新教學(xué)氛圍具有重要作用[6]。因此，西安科技大學(xué)車輛工程專業(yè)依托“中國汽車工程協(xié)會巴哈越野車大賽”“Honda中國節(jié)能競技大賽”“恩智浦杯大學(xué)生智能汽車競賽”等汽車類專業(yè)學(xué)科競賽實(shí)現(xiàn)對汽車設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)檢測能力的培養(yǎng)，提升車輛工程專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。例如：汽車工程協(xié)會巴哈越野車大賽項(xiàng)目涵蓋了賽車設(shè)計(jì)、制造的各個環(huán)節(jié)，也涉及成本分析、工程設(shè)計(jì)、市場營銷幾個方面。而大學(xué)生智能汽車競賽涵蓋了控制工程、模式識別、傳感技術(shù)、電子工程、電氣工程、計(jì)算機(jī)、機(jī)械及車輛工程等多個學(xué)科。

經(jīng)過近 10年的研究—實(shí)踐—總結(jié)—推廣應(yīng)用，西安科技大學(xué)車輛工程專業(yè)依托 2項(xiàng)省級教改項(xiàng)目及車輛工程 3大學(xué)科競賽，構(gòu)建了學(xué)科競賽驅(qū)動下的學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)模式，將學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)貫穿本科四年，落實(shí)到人才培養(yǎng)方案。采用項(xiàng)目制和案例式教學(xué)方法，在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中融入學(xué)科競賽知識點(diǎn)，在學(xué)科競賽中進(jìn)一步鞏固對課程目標(biāo)和知識點(diǎn)的理解，形成課堂教學(xué)與學(xué)科競賽相互促進(jìn)的理論教學(xué)體系。充分利用學(xué)科競賽作品開展實(shí)踐教學(xué)，將實(shí)踐項(xiàng)目與競賽項(xiàng)目、環(huán)節(jié)充分對接，形成實(shí)踐教學(xué)與學(xué)科競賽互聯(lián)互通的實(shí)踐教學(xué)體系。成果獲省級教學(xué)成果獎 2項(xiàng)、校級特等獎 2項(xiàng)，發(fā)表教改論文20多篇，培養(yǎng)了近2 000名本科生，受到用人單位的高度好評。近四年學(xué)科競賽獲國家級獎52項(xiàng)，推廣應(yīng)用至國內(nèi)外20余所高校，特別是將成果推廣到英國BRUNEL大學(xué)并應(yīng)用指導(dǎo)BRUNEL本科生的培養(yǎng)。

圍繞學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)，基于“賽教融合”，在教學(xué)體系方面，要分解理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)體系，通過整合和重組來構(gòu)建合適的專業(yè)課程體系，落實(shí)到本科生培養(yǎng)過程的各個環(huán)節(jié)，強(qiáng)化專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)。而教學(xué)評價方面，則必須擺脫單純的“概念、填空、選擇、判斷、簡述、簡答”等主觀性題型為主的考試，依據(jù)學(xué)科競賽各環(huán)節(jié)通過考試、答辯、報(bào)告、成果驗(yàn)收等方式綜合評價教學(xué)結(jié)果。

2 “賽教融合”課程體系改革

2.1 “賽教融合”落實(shí)人才培養(yǎng)方案

西安科技大學(xué)車輛工程專業(yè)依據(jù)學(xué)校定位與社會發(fā)展，立足陜西，服務(wù)西部，面向全國，致力于培養(yǎng)能將自然科學(xué)和汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造、汽車電子控制和礦用車輛等方面知識應(yīng)用到工程實(shí)踐和解決復(fù)雜工程問題的高級工程技術(shù)人才。

因此，可以將車輛工程專業(yè)的專業(yè)課程分為三大課程模塊：機(jī)械模塊（巴哈大賽）、電氣模塊（節(jié)能競技大賽）和控制模塊（智能汽車競賽），均與學(xué)科競賽的相對應(yīng)。理論和實(shí)踐課程體系重點(diǎn)支撐技術(shù)類畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，而非技術(shù)類畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)可以通過學(xué)科競賽體系來補(bǔ)充，特別是職業(yè)規(guī)范、個人與團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理等涉及的多學(xué)科背景、跨文化背景以及多學(xué)科環(huán)境等，通過學(xué)科競賽的表達(dá)更加清楚。

圖1 課程與競賽雙輪驅(qū)動

2.2 基于“賽教融合”修訂理論教學(xué)主線

學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)必須是學(xué)年遞進(jìn)式，上一學(xué)年的知識對本學(xué)年競賽知識提供有效支撐。因此，應(yīng)當(dāng)以競賽知識為中心、以工程實(shí)踐課程改革為重點(diǎn)，基于課程教學(xué)大綱制定—理論教學(xué)活動開展—理論教學(xué)評價—理論課程體系，構(gòu)建一體化遞進(jìn)式培養(yǎng)復(fù)雜工程問題解決能力的課程體系。教學(xué)過程中以學(xué)科競賽為牽引，實(shí)行項(xiàng)目制管理，建立學(xué)習(xí)小組、汽車愛好者協(xié)會等形式，將競賽融入課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生綜合素質(zhì)進(jìn)行評價，聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力、學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力水平的達(dá)成。

圖2 理論教學(xué)與學(xué)科競賽的聯(lián)系

2.3 基于“賽教融合”修訂實(shí)踐教學(xué)主線

車輛工程專業(yè)培養(yǎng)方案中，從實(shí)踐教學(xué)大綱制定—實(shí)踐教學(xué)活動開展—實(shí)踐教學(xué)評價—實(shí)踐平臺建設(shè)—實(shí)踐教學(xué)體系，分層次地開展從通識實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐到綜合實(shí)踐的實(shí)踐性教學(xué)活動。專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)包括實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)、實(shí)踐活動等 3類環(huán)節(jié)，工程實(shí)踐教學(xué)基本架構(gòu)如圖3所示。各環(huán)節(jié)和課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)目標(biāo)及其評價方法并不相同，但工程實(shí)踐教學(xué)各個環(huán)節(jié)之間、各環(huán)節(jié)與相關(guān)課程之間相互關(guān)聯(lián)，相輔相成，使實(shí)踐教學(xué)體系和理論教學(xué)體系構(gòu)成了一個有機(jī)的整體。

圖3 車輛工程專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)體系的基本架構(gòu)

1）課程實(shí)驗(yàn)。開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的課程主要有電工電子技術(shù)、C/C++語言程序設(shè)計(jì)、畫法幾何與機(jī)械制圖、材料力學(xué)B、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、汽車?yán)碚?、車輛振動基礎(chǔ)、精度設(shè)計(jì)與測量技術(shù)、機(jī)械工程材料與成型技術(shù)、汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)、汽車制造工藝學(xué)、汽車電器與電子技術(shù)、汽車液壓與氣壓傳動、汽車試驗(yàn)與測試技術(shù)17門課程。采取講授、示范操作與學(xué)生自主實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，深化學(xué)生對課堂理論知識的理解，增強(qiáng)其感性認(rèn)識，全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神以及發(fā)現(xiàn)分析和解決工程實(shí)踐問題的能力。

2）工程訓(xùn)練。工程訓(xùn)練包括金工實(shí)習(xí)、電工電子設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造拆裝實(shí)訓(xùn)和車輛工程綜合實(shí)驗(yàn) 4個環(huán)節(jié)。金工實(shí)習(xí)可以有力支撐車輛學(xué)科競賽中，巴哈越野車設(shè)計(jì)加工中對于車床的應(yīng)用，節(jié)能車中環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。電工電子設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握常用電子儀器儀表的使用方法，并且能將實(shí)踐與理論結(jié)合，完成基本電路的設(shè)計(jì)，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際工程問題的能力，從而支撐智能車的設(shè)計(jì)與開發(fā)。汽車構(gòu)造拆裝實(shí)訓(xùn)促進(jìn)學(xué)生的課程知識和實(shí)際問題的結(jié)合，為學(xué)習(xí)汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計(jì)和礦用車輛的專業(yè)知識奠定基礎(chǔ)，支撐巴哈越野車的整車開發(fā)與變速器設(shè)計(jì)。車輛工程綜合實(shí)驗(yàn)則培養(yǎng)其能夠根據(jù)實(shí)際問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選用合適的配件搭建實(shí)驗(yàn)裝置，選用合適的現(xiàn)代工具軟件進(jìn)行分析和仿真的能力。該過程能夠很好地支撐車輛學(xué)科競賽中，越野車的整車測試與試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，節(jié)能車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究，智能車的測試與持續(xù)改進(jìn)。

3）課程設(shè)計(jì)。包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)、車輛工程課程設(shè)計(jì)2個環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將課程理論知識應(yīng)用于分析和解決實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想以及勤于思考、善于總結(jié)的學(xué)習(xí)精神，提高學(xué)生利用新三維和二維設(shè)計(jì)工具軟件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、呈現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的能力，從而系統(tǒng)地提高學(xué)生分析、解決復(fù)雜工程問題的能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。另一方面，培養(yǎng)學(xué)生誠信守則、遵守技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)政策的工程職業(yè)道德素養(yǎng)和敬業(yè)負(fù)責(zé)的職業(yè)精神，在設(shè)計(jì)中能夠自覺履行其社會職責(zé)。能夠很好地支撐車輛學(xué)科競賽中，復(fù)雜工程問題分析與研究、整車的設(shè)計(jì)開發(fā)及改進(jìn)方案、使用軟件畫圖及仿真軟件進(jìn)行整車設(shè)計(jì)與開發(fā)。

4）實(shí)習(xí)。包括認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)三個環(huán)節(jié)。目的是使學(xué)生積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，了解現(xiàn)代企業(yè)的需求，發(fā)現(xiàn)自己知識能力的不足。對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的現(xiàn)場工程技術(shù)教育和現(xiàn)代企業(yè)先進(jìn)的管理系統(tǒng)、規(guī)章制度和企業(yè)文化，讓學(xué)生將設(shè)計(jì)、工藝及管理等理論知識與實(shí)踐問題結(jié)合起來，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新意識和動手能力。

此外，培養(yǎng)過程中的實(shí)訓(xùn)平臺除了固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，也可以由學(xué)生自己制定實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和開拓創(chuàng)新的能力。在完成相關(guān)的競賽項(xiàng)目之后，組織參加汽車工程師認(rèn)證考核，不僅是對學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效果的判斷，也增加了就業(yè)砝碼。

圖4 實(shí)踐教學(xué)與學(xué)科競賽的聯(lián)系

3 “賽教融合”教學(xué)改革實(shí)踐與探索

結(jié)合西安科技大學(xué)對人才培養(yǎng)的要求，以車輛工程專業(yè)為試點(diǎn)，構(gòu)建了學(xué)科競賽驅(qū)動下的學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)模式，形成了學(xué)科競賽驅(qū)動下的“教學(xué)+競賽”雙輪驅(qū)動人才培養(yǎng)模式，將學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)貫穿本科四年，落實(shí)到人才培養(yǎng)方案。形成了課堂教學(xué)與學(xué)科競賽相互促進(jìn)的理論教學(xué)體系，在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中融入競賽專業(yè)知識點(diǎn)，通過學(xué)科競賽來鞏固和加深對課程目標(biāo)和知識點(diǎn)的理解。形成了實(shí)踐教學(xué)與學(xué)科競賽互聯(lián)互通的實(shí)踐教學(xué)體系，充分利用學(xué)科競賽平臺和作品開展實(shí)踐教學(xué)，將實(shí)踐項(xiàng)目與競賽項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合。具體如下：

1）基于學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)目標(biāo)。通過“教學(xué)+競賽”的培養(yǎng)體系來開展理論和實(shí)踐教學(xué)及評價，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。組織從培訓(xùn)指導(dǎo)、設(shè)計(jì)制造到訓(xùn)練均為集中化的車輛學(xué)科競賽，全面提升學(xué)生從競賽中學(xué)習(xí)分析和解決工程問題的能力，提升其實(shí)踐動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2）有效地將學(xué)科競賽和理論教學(xué)相融合，充分發(fā)揮學(xué)科競賽在課程建設(shè)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的推動作用。在理論教學(xué)中引入競賽相關(guān)的內(nèi)容，根據(jù)競賽的具體要求和需要，通過案例教學(xué)的方法使課堂教學(xué)與競賽活動緊密結(jié)合，適時、適當(dāng)?shù)貧w納總結(jié)，全面提升教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)論

通過探討“賽教融合”人才培養(yǎng)教學(xué)體系，利用“賽教融合”課程體系改革培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力的理論及方法，對“賽教融合”教學(xué)改革培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力進(jìn)行實(shí)踐與探索發(fā)現(xiàn)，“賽教融合”培養(yǎng)模式下，大學(xué)生實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力明顯增強(qiáng)，專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)及學(xué)科競賽方面的成果突出，證明賽教融合模式有利于學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的提升，符合當(dāng)前車輛工程專業(yè)發(fā)展需求。