車用復合材料學科交叉型課程的教學與實踐探討

殷莎 楊瑞恒

北京航空航天大學汽車工程系 北京市 100191

1 引言

以汽車行業的人才培養為例，隨著無人駕駛、汽車電動化與輕量化浪潮的興起，傳統以機械為核心的車輛工程人才培養模式已經不能滿足當今行業發展的需求，學科交叉型人才逐漸成為人才培養的新趨勢。構建機械工程、力學、材料、電氣電子、信息通信與計算機等多學科集成與交叉的汽車行業人才培養環境與機制，探討交叉型課程的教學與實踐勢在必行。

2 國內外學科交叉型課程發展概況與趨勢

2.1 國外學科交叉型課程

早在19世紀到20世紀60年代末，西方名校，如牛津、劍橋及哈佛大學等就非常重視學生的通識教育與多學科交叉型人才的培養，在課程培養體系中引入了學科交叉型課程。20世紀70年代到20世紀末，美國的學科交叉型課程已經形成一定規模，每年授予學科交叉/多學科學位的研究生逐年提升。進入21世紀后，發達國家陸續出臺相關改革措施，各大學也根據自身特點開展多樣化模式的學科交叉型課程[2]。

2.2 國內學科交叉型課程

我國國內高校學科交叉型課程起步較晚，直至20世紀90年代初有關高校才正式進入實質性的探索階段。車輛工程專業相關的學科交叉型課程發展尤其不容樂觀，課程設計仍然以傳統的機械工程專業和課程為主，如機械原理、機械制圖等，不符合當今汽車智能化與電動化的發展趨勢。國內眾多高校已經意識到當前單一學科人才培養模式的弊端，逐漸結合學校自身發展優勢，改善學科交叉型課程的師資力量，注重機械工程和材料、力學、計算機等學科的融合，開展無人駕駛、新能源汽車、汽車動力電池技術、車用復合材料等多學科交叉課程，滿足新時代對于復合型高層次人才的需求。

3 學科交叉型課程特點分析

成功設計一門課程的教學與實踐方案，需要深入分析課程的特點與特色，有針對性地開展課程教學與實踐的組織。交叉學科型課程的教學目的是在專業基礎課的基礎上，提高學生的創新能力，拓展學術視野，培養研究生開展交叉學科解決和分析問題的能力。與專業基礎課相比，交叉學科型課程具有鮮明的自身特點：

3.1 知識多元性與前沿性強

學科交叉型課程主要以兩個一級學科或兩個一級學科以上的知識融合作為主要學習與研究內容，課程基礎知識覆蓋面十分廣泛。同時，學科交叉型課程知識更新速度快，新的研究熱點和方向不斷地更新迭代。以課程“車用復合材料”為例，其課程內容涉及機械工程、力學、材料工程、化學、生物以及信息工程等學科與技術；汽車材料發展也是相當迅速，各種新型材料、結構設計方法，制造工藝和應用技術不斷涌現。如何在廣泛的課程基礎知識中強調課題的基礎框架，引導學生自主學習；同時在不斷更新的研究熱點中，任課老師也應不斷更新自身的知識結構體系，保證課程的前沿性。

3.2 課程學生專業背景豐富

交叉學科型課程的選課學生通常可以來自不同專業，其研究方向及關注點也各不相同。“車用復合材料”課程的學生主要來自車輛工程專業，其余學生可以來自材料科學與工程、固體力學和航空宇航科學與技術等專業。其中車輛工程的學生學習課程的目的主要是學習汽車輕量化技術相關內容，而材料與力學相關專業的同學更關注于材料本身的性質并了解應用。在進行課程設計時，要合理考慮學生各不相同的知識基礎和學習目的，創造不同專業同學之間交流合作的機會。

3.3 課程相關問題導向性與實踐性強

學科交叉型課程產生的根源及目的在于解決社會急需的復雜性、綜合性問題，問題的導向性極強。此外，學科交叉性課程的目的是培養學生開展學科交叉的意識，尋找學科交叉研究的切入點。在課程中要關注內容與實際問題的相關性，強調科研實踐的重要性。

4 教學與實踐探討

4.1 課程目標設定：結合學生需求

課程目標決定了課程的教學定位、執行力度和教育預期，因此直接影響著教學效果，尤其對于學生今后的繼續研究影響很大[4]。考慮到跨學科型課程參與學生的專業背景較為豐富，其學位課題研究方向和內容也有較大差異，如果籠統地設計教學目標，教學效果較差。因此，學科交叉型課程教學目標的設定必須結合學生的實際需求，設計個性化的教學目標。汽車行業對于復合材料的需求與航空航天不同，不僅需要連續纖維的先進復合材料，同時也需要其它纖維類型的復合材料，其設計與工藝因素都不相同，需要針對整車將這些需求分解。在設定課程目標時，需要充分考慮相關需求。

4.2 課程教學內容的組織與實施

課程教學內容的設計是課程的靈魂與關鍵。若課程內容設計不當，可能會出現課程新穎性不強、知識體系性差和相關內容產生斷點等諸多問題[5]。在組織車用復合材料課程教學內容時，整理國外在汽車復合材料方面的教學內容，并結合國內大專院校的常用復合材料教材作為參考教料，同時遴選多篇中英文論文作為補充材料，進行知識點的整合，并開展相應的教學。課程內容的設計還要考慮如何進一步培養學生應用所學知識解決問題的能力，依托課題組內汽車復合材料相關的科研項目成果，從材料表征、結構設計與優化、有限元模擬和制備工藝等方面介紹科研項目的研究過程，幫助學生掌握基礎知識的應用能力。

4.3 課程實踐方案設計

交叉學科型課程的科研實踐性強，科研實踐能力培養是課程教學的重要環節。針對車用復合材料自身課程特點和學生的不同需求，設計兩類課程實踐形式，更好地提高學生的實踐能力。一類是通過課程總結論文或PPT，針對問題開展研究，總結研究成果撰寫學術論文是一項極其重要的科研能力。為了敦促學生思考，在課堂教學過程中留下一些經過提煉的理論問題，讓學生以這些問題為出發點，對課程內容進行總結和匯報；另外一類是課程實驗和相關創新大賽，要求學生進入實驗室進行復合材料層合板的制備與力學性能表征，參與SAMPE復合材料電池殼創新大賽，鍛煉了學生的設計與動手能力，為課題的進一步開展與研究打下了堅實的基礎。

5 結束語

交叉學科型課程加強不同學科之間的融合，打破了各學科之間的壁壘，圍繞特定的培養目標，在課程中融入多個學科的知識點，對于構建多學科集成與交叉的培養環境與機制，培養滿足汽車行業發展趨勢與需求的高層次人才具有重要意義。本文分析了國內外學科交叉型課程的發展趨勢，并根據車用復合材料課程特點，對課程的教學目標建立、教學內容設置與教學實踐方法進行了探討，進而構建這一具有學科交叉型特點的課程，同時對其它交叉型學科課程知識體系的構建具有借鑒意義。