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摘要：新工科對汽車設(shè)計課程建設(shè)的要求與實際教學(xué)過程中存在滯后和不符合現(xiàn)象，論文對汽車設(shè)計教學(xué)和考核模式進行相關(guān)改革；針對不同汽車系統(tǒng)的應(yīng)用背景、功能分類、選擇方案和工作原理等理論部分，進行了實驗室教學(xué)與其他教學(xué)模式融合的方法；針對汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析和計算，進行了三維建模和虛擬仿真試驗等方法；根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和方式的不同，采用綜合考核方式。改革教學(xué)效果評價顯示，培養(yǎng)了學(xué)生解決實際問題的能力和學(xué)習(xí)興趣，融合了學(xué)生獲得的設(shè)計技能與社會實際需求相符合的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：汽車設(shè)計；虛擬仿真；產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)；新工科

汽車設(shè)計課程是車輛工程專業(yè)核心課程之一，包括汽車總體布局設(shè)計、汽車零部件設(shè)計和汽車外觀設(shè)計等三方面內(nèi)容，傳統(tǒng)汽車設(shè)計課程主要講授前兩部分內(nèi)容[1]。車輛工程專業(yè)學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)，能夠合理地選擇汽車結(jié)構(gòu)方案、確定設(shè)計系統(tǒng)的主要特征參數(shù)和評價參數(shù)等[2]，同時基于相關(guān)輸入特征參數(shù)和邊界約束條件，進一步進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和動力學(xué)校核。然而，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感到汽車設(shè)計課程抽象且難以理解，從而打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，達不到預(yù)期的教學(xué)目的。隨著中國制造2025以及新工科課程建設(shè)和產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)四位一體規(guī)劃的提出，針對社會對汽車設(shè)計課程的實際需求，相關(guān)學(xué)者不斷對汽車設(shè)計課程教學(xué)模式和實驗方法進行方法創(chuàng)新。王豐元等[3]設(shè)計了模塊化教學(xué)模式，通過模塊化方式實現(xiàn)教學(xué)的組織和師資組合，獲得教學(xué)效果的提高。傅楚青等[4]針對汽車設(shè)計實踐成本和效率，在高校新能源車輛工程專業(yè)采用虛擬仿真試驗軟件，進行實驗教學(xué)應(yīng)用分析，取得了較好的效果。劉西等[5]結(jié)合汽車設(shè)計課程的特點和問題，提出了汽車全流程設(shè)計的內(nèi)容教學(xué)，課外大作業(yè)和研討式教學(xué)的教學(xué)改革措施，在提高教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量方面取得了較好的效果。汽車設(shè)計課程的部分理論內(nèi)容與汽車構(gòu)造課程和汽車理論課程等存在重疊的特點，張璘等[6]探討了汽車設(shè)計課程教學(xué)新式教學(xué)理念，相互整合不同專業(yè)課間進行講授，使學(xué)生積極性和能力得到提高，解決授課課時較少的問題。喻厚宇等[7]等針對汽車設(shè)計課程實踐性強的特點，結(jié)合汽車企業(yè)采用的汽車產(chǎn)品開發(fā)流程，將模擬汽車產(chǎn)品開發(fā)的研討式大作業(yè)應(yīng)用于實踐教學(xué)，從而提高學(xué)生對汽車設(shè)計課程的學(xué)習(xí)興趣和對理論知識的掌握程度。以上文獻分別從技術(shù)應(yīng)用、成本、知識模塊化、學(xué)生參與及專業(yè)課整合等角度針對汽車設(shè)計課程進行了相關(guān)探索，提高了教學(xué)效果。然而，由于不同高校間車輛工程專業(yè)的師資人員、實驗設(shè)備數(shù)量和學(xué)生構(gòu)成等情況區(qū)別較大，以上改革方法很難實現(xiàn)全面推廣。因此，針對汽車設(shè)計課程的探索還需要不斷進一步完善和發(fā)展。本論文基于科研創(chuàng)新和現(xiàn)階段對車輛工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計技能需求，對汽車設(shè)計課程教學(xué)進行模式探索，開展以下內(nèi)容研究：1）汽車設(shè)計課程目前存在的問題分析；2）新工科對汽車設(shè)計課程的要求；3）面向產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)的教學(xué)模式改革在汽車設(shè)計課程中的實踐和應(yīng)用，提出基于虛擬仿真實驗和動力學(xué)分析為教學(xué)目標(biāo)的交叉融合培養(yǎng)方案。通過以上研究，最終實現(xiàn)滿足學(xué)校、車輛企業(yè)和研究機構(gòu)對汽車設(shè)計課程內(nèi)容、方法及學(xué)生基本技能素質(zhì)等要求的融合。

1新工科下汽車設(shè)計課程要求

OBE（Outcomes-basedEducation）理念要求工程類專業(yè)人才的培養(yǎng)以學(xué)生為主體，遵循成果導(dǎo)向，以學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量結(jié)果評價專業(yè)辦學(xué)水平，以行業(yè)需求確定培養(yǎng)目標(biāo)，以崗位需求確定畢業(yè)要求，以畢業(yè)要求確定實踐教學(xué)體系的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和綜合素質(zhì)高的各類交叉復(fù)合型卓越工程人才[8]。因此，針對汽車設(shè)計課程的改革要遵從OBE專業(yè)認證理念，從知識、能力、素質(zhì)三個層次對教學(xué)內(nèi)容、課程目標(biāo)、教學(xué)方法和組織形式等進行設(shè)計構(gòu)思，培養(yǎng)學(xué)生具備在汽車設(shè)計工程領(lǐng)域從事設(shè)計和研究開發(fā)的能力。

2課程目前存在的問題

2.1課程內(nèi)容涉及面廣且理論性強

汽車設(shè)計內(nèi)容包括汽車的總體設(shè)計、離合器設(shè)計、機械變速器設(shè)計、萬向傳動軸設(shè)計、驅(qū)動橋設(shè)計、懸架系統(tǒng)設(shè)計、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計、制動系統(tǒng)設(shè)計等8個章節(jié)內(nèi)容。每一章節(jié)內(nèi)容都對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)分類、結(jié)構(gòu)工作原理以及設(shè)計和校核計算方法等，從而造成學(xué)習(xí)內(nèi)容專業(yè)跨度大、理論性、綜合性強和經(jīng)驗公式多等特點。

2.2學(xué)生獲得的技能與社會需求不一致

目前汽車設(shè)計內(nèi)容仍然以公式計算和校核為主，且內(nèi)容多年未更新，與現(xiàn)代汽車行業(yè)的飛速發(fā)展矛盾突出。當(dāng)前汽車設(shè)計更多是基于三維實體建模、CAE應(yīng)力應(yīng)變分析、有限元動態(tài)力學(xué)分析等技術(shù)手段進行汽車相關(guān)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計。因此，當(dāng)前汽車設(shè)計課程內(nèi)容培養(yǎng)目標(biāo)與社會實際需求中存在不同步問題。2.3考核方式與OBE課程體系要求不符現(xiàn)階段汽車設(shè)計教學(xué)方式仍以講授為主，考試方式一般采用試卷考試方式，考核方法單一。另外，學(xué)生考試需要花費較多時間熟記概念和公式，造成培養(yǎng)效果差，并不能體現(xiàn)汽車設(shè)計實際的技能要求。

3新工科下汽車設(shè)計課程教學(xué)改革

3.1理論部分采用多模式相結(jié)合

多媒體教學(xué)技術(shù)可以將文字、圖片和動畫融為一體，現(xiàn)場教學(xué)的方法可以使學(xué)生對知識點的理解比較直觀,更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對汽車設(shè)計中理論部分的講解，采用現(xiàn)場教學(xué)和多媒體等方式開展，同時在實驗室中認識系統(tǒng)不同的結(jié)構(gòu)特征、工作原理并對案例進行分析等，實現(xiàn)理論與實踐融為一體的教學(xué)過程。

3.2作業(yè)和知識點采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

由于釘釘、泛雅等在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)形式靈活性強，相對傳統(tǒng)教學(xué)的模式是一種較好的補充，學(xué)生可以隨時隨地完成作業(yè)提交和復(fù)習(xí)等。另外，針對汽車設(shè)計的復(fù)習(xí)資料、相關(guān)知識點、視頻資料等相關(guān)文件，老師上課前將其上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行預(yù)習(xí)，從而提高上課效果。

3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核采用虛擬仿真技術(shù)方式

虛擬仿真技術(shù)在汽車設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，能夠增強理論教學(xué)的直觀性[9]，正被廣泛應(yīng)用。在車輛初期設(shè)計過程中，無法通過試驗方法提前獲取車輛系統(tǒng)部件準(zhǔn)確的設(shè)計參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)變化，并預(yù)測疲勞壽命和疲勞危險點的位置，依據(jù)經(jīng)驗的設(shè)計方法往往容易造成過載設(shè)計或不足設(shè)計。隨著計算機運算能力的提高，福特、沃爾沃、和京汽車等研發(fā)機構(gòu)，在汽車開發(fā)早期采用虛擬仿真技術(shù)，計算獲取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動態(tài)載荷，指導(dǎo)零部件設(shè)計開發(fā)，縮短后期試驗周期，降低開發(fā)成本。

3.4合理安排考核方式

學(xué)生的最終成績由理試考試成績、虛擬仿真項目成績和平時成績等按比例組成，使對學(xué)生的考核評價更趨于合理化。理論考試主要針對汽車設(shè)計8個章節(jié)的理論知識進行試卷考試，本部分分值占比30%；虛擬仿真實驗項目考試主要針對不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算進行上級虛擬試驗項目考試，每個學(xué)生根據(jù)抽中的仿真項目進行三維建模和有限元計算，并最終給出分析結(jié)果，成績評定按照學(xué)生完成的步驟評分，本部分分值占比40%；平時成績主要根據(jù)授課老師根據(jù)課程表現(xiàn)和出勤情況，給出每個學(xué)生的平時成績，本部分分值占比30%。

4教學(xué)改革實施

根據(jù)對汽車設(shè)計課程改革的設(shè)想，并結(jié)合汽車設(shè)計課程內(nèi)容和OBE專業(yè)認證要求，對汽車設(shè)計課程每章節(jié)內(nèi)容進行分類，主要分為理論講解部分和設(shè)計校核計算等兩部分內(nèi)容，并針對每部分內(nèi)容重點采取對應(yīng)的教學(xué)方式，如圖1所示。為了更好地提升學(xué)生對理論知識和結(jié)構(gòu)設(shè)計計算等技能的掌握程度，針對考核方式進行相關(guān)變化，針對理論部分采取試卷考試，結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算部分采取虛擬仿真實驗進行，具體如圖2所示。為了驗證以上教學(xué)模式和考核模式變化對教學(xué)效果的影響，選擇鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院2017級車輛工程專業(yè)79名學(xué)生進行教學(xué)改革效果驗證，并結(jié)合汽車設(shè)計實際的需求進行虛擬仿真項目的設(shè)計，最終理論考試成績和虛擬仿真考核等效果顯示較好，學(xué)生的積極性較高。

5結(jié)論

結(jié)合新工科的要求對汽車設(shè)計課程進行教學(xué)改革，獲得了以下結(jié)論：1）課程的設(shè)計符合OBE新工科的要求；2）基于產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)和虛擬仿真實驗的模式探索是對產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)較好的一次嘗試，學(xué)生展現(xiàn)了較高的興趣，獲得的汽車設(shè)計方面技能符合社會實際需求。

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作者：安曉東 李亞麗 候軍興 張華陽 單位：鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程學(xué)院