新工科背景下車輛工程專業(yè)教學(xué)改革與實踐
——以西安科技大學(xué)車輛工程專業(yè)為例

黨 蒙，張傳偉，楊 芝，文建平，楊滿芝

（西安科技大學(xué)機械工程學(xué)院，西安 710054）

0 引言

高等教育正在經(jīng)歷全面變革，在“普及化、多元化、國際化、終身化和信息化”的大趨勢下，作為其中重要組成部分的工科也經(jīng)歷了諸多變革。“新工科”倡議從以技術(shù)應(yīng)用為核心的“技術(shù)范式”，到以科學(xué)研究為核心的“科學(xué)范式”，再到以實踐為核心的“工程范式”，“新工科”倡議為高校的教育改革探索提供了新視角和“中國方案”[1]。自2016 年提出“新工科”概念以來，教育部組織高校深入研討，形成了“復(fù)旦共識”和“天大行動”。顯然，新工科不是片面的反映，而是在新技術(shù)革命、新產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟背景下，工程教育改革的關(guān)鍵戰(zhàn)略選擇，是一種新理念和新途徑，是今后我國高校教育改革發(fā)展的新思維和新方式[2]。

車輛工程專業(yè)是國家重點建設(shè)的“新工科”專業(yè)之一[3]。近年來，我國汽車行業(yè)一直保持著高速、穩(wěn)定的增長，尤其是在新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車方面[4]。從出口數(shù)據(jù)看，我國新能源汽車正加速搶占市場，2022 年，我國汽車出口達(dá)到340 萬輛，同比增長55%，首次超過德國成為全球第二大汽車出口國。其中新能源汽車出口112 萬輛，同比增長190%，占汽車出口總量的33%。中國汽車企業(yè)在智能化電動化的新賽道上，實現(xiàn)了從跟隨到引領(lǐng)的跨越。面對新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的車輛教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足汽車行業(yè)的對于人才的需求，因此，車輛工程專業(yè)要積極應(yīng)對時代和行業(yè)的發(fā)展，推陳出新，改革舊內(nèi)容[5]。在“新工科”專業(yè)建設(shè)背景下，針對車輛工程專業(yè)在新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車方面存在的教學(xué)、行業(yè)脫節(jié)的問題，結(jié)合現(xiàn)有專業(yè)和課程組的資源，積極推進車輛工程專業(yè)向新能源汽車方向課程改革是十分必要的[6]。

1 車輛工程專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 理論教學(xué)內(nèi)容陳舊

傳統(tǒng)的車輛課程，比如發(fā)動機原理、汽車構(gòu)造、汽車液壓與氣壓傳動、車輛振動基礎(chǔ)等，在學(xué)校車輛工程專業(yè)課程中的占比還是比較大的。隨著新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和新能源汽車行業(yè)關(guān)注的熱點方向相去甚遠(yuǎn)。因為新能源汽車和傳統(tǒng)車輛在動力驅(qū)動系統(tǒng)上完全不一樣，新能源汽車的動力驅(qū)動系統(tǒng)是以電池、電機和控制器為主，有些新能源汽車已經(jīng)采用了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，驅(qū)動傳動系統(tǒng)的較大差異將影響車輛工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系。所以，在傳統(tǒng)的理論教學(xué)內(nèi)容中新增與新能源汽車內(nèi)容，比如電機驅(qū)動控制、電池能源管理、線控底盤技術(shù)等是非常必要的。同時，如何平衡傳統(tǒng)車輛課程與新能源汽車課程的占比，是車輛工程專業(yè)教學(xué)改革的關(guān)鍵因素[7]。

1.2 實踐教學(xué)內(nèi)容傳統(tǒng)

目前，與理論課程相比，車輛工程課內(nèi)實驗課程的課時較低，以西安科技學(xué)校車輛工程專業(yè)為例，課內(nèi)實驗基本都是4-6 學(xué)時。車輛工程作為對實踐能力要求較高的工科專業(yè)之一，目前實驗課學(xué)時比例較低，不利于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。課程實驗的類型主要包括認(rèn)知實驗和驗證實驗，實驗教學(xué)內(nèi)容以教師講解實驗內(nèi)容和實驗方法為主，學(xué)生在教師指導(dǎo)下的被動學(xué)習(xí)和操作，不利于學(xué)生動手實踐能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。實驗課的評價方式主要以實驗報告的內(nèi)容和學(xué)生的出勤情況為主，實驗課程的評價方法比較簡單。

同時，汽車仿真測試軟件的學(xué)習(xí)也是車輛工程專業(yè)需要加強的實踐環(huán)節(jié)，新能源汽車的發(fā)展產(chǎn)生了一些新的仿真計算軟件，如Carsim、Cruise、Matlab 等，而新能源車企往往更看重學(xué)生的實踐能力和汽車測試軟件應(yīng)用水平。因此，在完善新能源汽車課程時，必須增加新能源汽車相關(guān)的軟件培訓(xùn)，提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)新能源車企急需的專業(yè)人才。

1.3 實習(xí)基地建設(shè)不足

車輛工程專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)基地是高校實踐教育體系中非常重要的組成部分。由于高校專業(yè)實驗室設(shè)備種類傳統(tǒng)且單一，高校實驗室建設(shè)周期比較長，實驗室設(shè)備與行業(yè)趨勢結(jié)合不夠緊密，校內(nèi)實驗環(huán)節(jié)難以滿足學(xué)生的課程實踐目標(biāo)，學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)迫切需要企業(yè)的合作。但由于各種主客觀原因，相關(guān)的校外實踐環(huán)節(jié)如認(rèn)知認(rèn)識、生產(chǎn)實習(xí)、畢設(shè)實習(xí)等大多只是參觀，車輛工作相關(guān)的企業(yè)很少提供真正的動手實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生缺乏系統(tǒng)的工程實踐培訓(xùn)。

2 新工科背景下車輛工程專業(yè)教學(xué)改革與實踐

2.1 改進培養(yǎng)目標(biāo)

西安科技大學(xué)“十三五”教育事業(yè)發(fā)展規(guī)劃明確了學(xué)校的發(fā)展目標(biāo)，車輛工程專業(yè)堅持走“產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，校企協(xié)同創(chuàng)新”之路，依托西部資源優(yōu)勢，培養(yǎng)適應(yīng)國家及地方經(jīng)濟建設(shè)和行業(yè)發(fā)展需求，具備扎實的基礎(chǔ)理論知識和車輛工程的專業(yè)知識，熟悉汽車的基本結(jié)構(gòu)與原理、專業(yè)技能與研究方法，了解新能源汽車相關(guān)知識，具有較強的工程實踐能力，培養(yǎng)在車輛工程領(lǐng)域從事整車及其零部件的設(shè)計、制造、試驗、檢測以及新能源汽車開發(fā)測試等工作，立足西部，面向全國、服務(wù)行業(yè)，服務(wù)地礦，服務(wù)地方經(jīng)濟建設(shè)的創(chuàng)新性應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。

2.2 建立評價機制

車輛工程專業(yè)需要建立教學(xué)體系合理性評價機制，定期開展培養(yǎng)目標(biāo)合理性評價。車輛工程專業(yè)可以開展針對畢業(yè)生、用人單位、行業(yè)企業(yè)專家、在校生等的內(nèi)外部調(diào)研，了解培養(yǎng)目標(biāo)與學(xué)校定位、社會需求、利益相關(guān)者的期望符合認(rèn)同情況，并根據(jù)相關(guān)變化和建議修訂培養(yǎng)目標(biāo)。行業(yè)企業(yè)專家尤其是新能源車企可以持續(xù)參與培養(yǎng)目標(biāo)評價及修訂過程，保證評價和修訂工作能夠更好地反映行業(yè)的人才需求，使專業(yè)的人才培養(yǎng)工作更加符合行業(yè)企業(yè)的需求。

2.3 增加課程內(nèi)容

我校的車輛工程專業(yè)課程包括學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課兩類。學(xué)科基礎(chǔ)課又分為工程基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課。該類課程設(shè)計的思路是強調(diào)車輛工程專業(yè)基礎(chǔ)知識的寬口徑，培養(yǎng)學(xué)生扎實的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)。專業(yè)課設(shè)置上保持了礦用車輛的特色，包括必修課和選修課。必修課的設(shè)置是為使學(xué)生能夠保持專業(yè)特色，在礦山車輛和新能源汽車方面具有較深入的專門知識和技能的競爭優(yōu)勢；選修課側(cè)重于行業(yè)前沿技術(shù)，目的在于拓寬學(xué)生在本專業(yè)的知識面。

新能源汽車與傳統(tǒng)汽車在結(jié)構(gòu)、設(shè)計、原理等方面存在較大差異。考慮到車輛工程課程與社會的脫節(jié)，除了開設(shè)必要的基礎(chǔ)課程外，為適應(yīng)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，還需要適當(dāng)增加新能源汽車課程。如：電動汽車概論、智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)、新能源汽車驅(qū)動原理與控制、新能源汽車電池管理技術(shù)與應(yīng)用等為專業(yè)必修課。此外，還可開設(shè)新能源汽車振動主動控制理論與技術(shù)、新能源汽車仿真技術(shù)與應(yīng)用、無人駕駛汽車模型預(yù)測控制等選修課。教學(xué)過程中可結(jié)合科研項目或者學(xué)科競賽課題進行授課，合理安排理論和實踐的內(nèi)容和課時，與新課題、前沿技術(shù)和方法深度融合，充分體現(xiàn)“新工科”的交叉融合，注重學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)“新工科”的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.4 優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)貫穿專業(yè)培養(yǎng)的全過程，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。第二課堂將課外科技創(chuàng)新活動、學(xué)科競賽、學(xué)術(shù)活動、社會實踐、文體活動等納入人才培養(yǎng)體系，使課內(nèi)培養(yǎng)與課外培養(yǎng)相結(jié)合，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，以加強學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)，以適應(yīng)社會對人才的要求。在車輛工程專業(yè)新能源課程改革中，除理論課程外，還應(yīng)安排與新能源汽車相關(guān)的實驗課程和工程實踐環(huán)節(jié)。安排專職實驗教師對新能源汽車結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)講解，配備相關(guān)實驗實訓(xùn)平臺和實驗設(shè)備進行實踐，提高工程實踐學(xué)生的能力，緊貼當(dāng)今社會發(fā)展，加強對新能源汽車的認(rèn)識新能源汽車的基本結(jié)構(gòu)與設(shè)計。

在汽車仿真軟件學(xué)習(xí)方面，可以增加與新能源運動控制相關(guān)的CarSim-Simulink 聯(lián)合建模與仿真、無人自動駕駛系統(tǒng)PreScan 仿真、動力學(xué)仿真Carmaker等軟件教學(xué)，在本科的不同階段開設(shè)。同時，也可以利用西安科技大學(xué)秦風(fēng)車隊這個平臺，鼓勵車輛工程專業(yè)學(xué)生參加學(xué)科競賽，比如：全國大學(xué)生“恩智浦杯”智能汽車競賽，中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽，全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、Honda 中國節(jié)能競技大賽等，以賽教融合的方式，將汽車測試仿真軟件應(yīng)用到比賽作品中，在學(xué)科競賽中提升仿真軟件的應(yīng)用水平。

2.5 促進產(chǎn)教融合

“新工科”要培養(yǎng)具有應(yīng)用技能和技術(shù)技能的高素質(zhì)人才。依托車輛工程領(lǐng)域校企合作單位和車輛工程實驗室，傳授車輛相關(guān)知識，使學(xué)生對車輛的構(gòu)造和運行有更深刻的感性認(rèn)識。理論教學(xué)與實踐技能訓(xùn)練的有機結(jié)合，使學(xué)生更好地理解工程實際問題，提高學(xué)生的主動性和學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的綜合專業(yè)技能，為以后的就業(yè)或讀研打下基礎(chǔ)。

結(jié)合“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)評價機制，采用CDIO 學(xué)習(xí)理念指導(dǎo)動手學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的實施。以老師的科研項目為載體，以小組合作的方式進行學(xué)業(yè)討論和科學(xué)研究。打造以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向的工科，注重理論知識的應(yīng)用，帶領(lǐng)學(xué)生從自主學(xué)習(xí)走向自主學(xué)習(xí)，從個體學(xué)習(xí)走向協(xié)作學(xué)習(xí)，從接受學(xué)習(xí)走向探究學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)“新工科”教學(xué)模式下的學(xué)生主體地位。通過這種教學(xué)形式，鼓勵學(xué)生更好地將理論知識與實踐相結(jié)合，學(xué)生將自己解決不了的問題帶到課堂上，與老師充分交流和探討，也可以結(jié)合專業(yè)興趣，積極參與學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，進一步提高實踐創(chuàng)新能力。

2.6 開設(shè)“智能車輛設(shè)計”微專業(yè)

微專業(yè)一般由多門相互關(guān)聯(lián)的課程構(gòu)成，聚焦于某一特定領(lǐng)域或?qū)I(yè)技能，從而具備某一類核心素養(yǎng)或行業(yè)從業(yè)基礎(chǔ)能力。簡單來說，就是一個小而靈活的專業(yè)，是大學(xué)生在學(xué)習(xí)原有專業(yè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身的興趣和職業(yè)發(fā)展需求，擴充跨學(xué)科知識和提升適應(yīng)能力和競爭能力的途徑之一。微專業(yè)是學(xué)校立足學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢與特色，開設(shè)適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式發(fā)展需求的積極應(yīng)對，是促進學(xué)科專業(yè)交叉融合和產(chǎn)學(xué)研協(xié)同發(fā)展的具體探索，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，滿足學(xué)生多元化和個性化發(fā)展需求的有效路徑，是學(xué)校深化教育教學(xué)改革、促進高質(zhì)量發(fā)展的有效舉措。

根據(jù)車輛工程專業(yè)的發(fā)展需求，我校開設(shè)“智能車輛設(shè)計”微專業(yè)，是集車輛工程、人工智能、計算機、電子控制和通信等多學(xué)科交叉融合的“新工科專業(yè)”。該專業(yè)主要立足于國家和地方戰(zhàn)略發(fā)展需求，面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車、電子信息產(chǎn)業(yè)、人工智能等領(lǐng)域，以智能汽車產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)人才需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展的，具有較強的創(chuàng)新意識和工程實踐能力，具備良好的職業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任感，掌握智能車輛工程領(lǐng)域相關(guān)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，能夠從事智能車輛工程領(lǐng)域相關(guān)設(shè)計、分析、測試、試驗等工作的高素質(zhì)人才。微專業(yè)教學(xué)內(nèi)容主要有：智能車輛建模與仿真、智能車輛決策與控制、智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論、智能車輛環(huán)境感知、智能車輛決策與控制、智能車輛環(huán)境感知、智能車輛環(huán)境感知、智能車輛決策與控制、智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論。

3 結(jié)語

在國家大力發(fā)展新能源汽車和“新工科”專業(yè)建設(shè)的雙重背景下，社會和行業(yè)對于車輛工程專業(yè)人才提出了更高的要求。針對地方高校車輛工程專業(yè)教學(xué)體系中與新能源汽車脫鉤的問題，我校持續(xù)改進車輛工程專業(yè)關(guān)于新能源汽車課程培養(yǎng)方案，合理設(shè)置新能源汽車課程內(nèi)容以及實踐內(nèi)容，并根據(jù)車輛工程專業(yè)的發(fā)展情況，開設(shè)“智能車輛設(shè)計”微專業(yè)，為社會和企業(yè)培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實踐能力與可持續(xù)競爭力的專業(yè)工程技術(shù)人才。