以培養應用型人才為目標的汽車空氣動力學課程改革探討

韋韜

【摘 要】與生產企業對汽車空氣動力學的重視程度相比較，國內高校的相關學科建設略顯沉寂，其中以應用型人才為主要培養方向的高校因教學需求與教學資源的不匹配，面臨更為被動的局面。當前的困難主要集中在教材老化、科研成果薄弱和理論與實際脫節等三個方面，因此非常有必要在教學方式改革方面做一番探索。以培養應用型人才為目標的高校，應該明確以提高學生知識應用能力為基本的教學目標;突出知識重點;設計走出課堂的實踐活動。在資源有限的情況下，通過對學科教學和科研模式的深入思考，同樣能夠探索出一條適合于自身的教學模式，達到理想的人才培養效果。在這其中，對人才培養目標的定位，是教學模式改革的關鍵。

【關鍵詞】汽車空氣動力學;應用型人才;教學目標;實踐活動;數值計算

中圖分類號： U461-4;G642 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）31-0116-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.055

Discussion on Automobile Aerodynamics Curriculum Reform Aiming at Cultivating Applied Talents

WEI Tao

（Guilin University Of Aerospace Technology，Guilin Guangxi 541004，China）

【Abstract】Compared with the attention paid by manufacturers to automobile aerodynamics，the construction of related subjects in domestic universities is a little quiet.Among them，universities with applied talents as the main training direction face a more passive situation due to the mismatch between teaching needs and teaching resources.The current difficulties are mainly concentrated in the aging of teaching materials，weak scientific research results and the disconnection between theory and practice，so it is very necessary to explore the reform of teaching methods.Colleges and universities aiming at cultivating application-oriented talents should make clear the basic teaching goal of improving students'knowledge application ability.Highlight the key points of knowledge;Design practical activities that go beyond the classroom.In the case of limited resources，through in-depth thinking on the subject teaching and research mode，we can also explore a teaching mode suitable for ourselves and achieve the ideal effect of talent training.Among them，the orientation of talent cultivation target is the key to the reform of teaching mode.

【Key words】Automobile aerodynamics;Applied talents;Teaching objectives;Practical activities;Numerical calculation

汽車空氣動力學是研究汽車與空氣發生相對運動時兩者之間的相互作用力關系及運動規律的學科。在汽車研發過程中，如能對汽車內外部流場加以考慮并進行合理優化，車輛的動力性、燃油經濟性和操縱穩定性將會得到顯著提高。不僅如此，由于優秀的空氣動力學造型與大眾的審美高度契合[1]，所以甚至會決定一款汽車產品的市場銷售命運。如今汽車空氣動力學在車輛研發中的重要性已被廣泛認知，相關理論知識的應用和實驗研究不同程度地被各汽車生產企業付諸實踐。一些汽車生產企業也相應取得了顯著成果，比較有代表性的是上海榮威汽車有限公司研發的i6轎車，該車CD值僅為0.25，達到世界同類產品的頂尖水平。

在上述背景下，國內設有汽車方向專業的本科院校，本應比從前更重視汽車空氣動力學課程的教學工作，為國內汽車行業培養符合要求的人才，引領汽車空氣動力學科學研究并履行服務社會的職能。但是，與生產企業對汽車空氣動力學的重視程度相比較，國內高校的相關學科建設略顯沉寂，其中以應用型人才為主要培養方向的高校因教學資源與教學需求的不匹配，面臨更為被動的局面。

1 汽車空氣動力學教育現狀及原因分析

1.1 汽車空氣動力學教育現狀

1.1.1 教材老化

國內有關汽車空氣動力學方面的專著很少，高校在教材上的選擇面窄。而在僅有的可數教材中，內容和知識陳舊，與時代脫節的情況比較嚴重[2]。有的教材已十多年沒有變動，只是不停重印，用這樣的教材來進行人才培養，效果顯然不會理想。

1.1.2 科研成果薄弱

以本文撰寫時為準，根據知網檢索，以汽車空氣動力學為關鍵詞的文獻數量僅為147條，其中博碩士論文81篇。從發表年度分析，近五年發表的文獻只有十數篇。在總共147篇文獻中，還有不少是偏離汽車空氣動力學研究領域的。從中可知，目前學術界對汽車空氣動力學的研究沒有太多興趣。

1.1.3 理論與實際脫節

已公開發表的汽車空氣動力學相關文獻中，汽車生產企業與高校或研究機構聯合署名的文獻非常少。這說明產、學、研各自為戰，科技成果的推廣和運用是不成功的。從研究內容分析，現有文獻更多側重于數值計算方面的仿真研究，缺乏風洞或實車道路實驗對研究成果的驗證。從中進一步得知，現有研究并沒有實現理論和實際的有效結合。

1.2 原因分析

汽車空氣動力學從20世紀20年代開始應用研究，發展到今天已經將近100年，在這期間，無論是理論還是實踐都取得了長足進步。雖然研究人員對于汽車細微結構變化引起的空氣動力特性變化規律和機理還不能完全掌握，但是憑借現代科技帶來的豐富實驗手段，人們不需花費更多精力去研究理論的完善和突破，就已能達到完善產品的效果。由于實車道路實驗受氣候條件和道路條件的限制太多，所以當前的實驗方式主要以模型風洞實驗和實車風洞實驗為主。風洞的建造耗資巨大，沒有雄厚的資金實力或政府資助，一般的單位無力承受。到目前為止，高校中僅有同濟大學、吉林大學等有限幾所高校具備實驗條件，在這其中，能做實車實驗的風洞又是屈指可數。汽車風洞實驗的成本不僅僅體現在風洞的初期建設上，每一次實驗的用電和檢測設備損耗產生的費用也是可觀的。所以，對于高校科研人員來說，相對于可預期的研究成果，汽車風洞實驗的投入產出比不大。

汽車制造企業對汽車空氣動力學設計是非常重視的，一些實力雄厚的企業已經開始使用自己建造的風洞進行實驗，更多的是租用對外開放的機構所擁有的風洞。無論是哪種情況，同樣會花費巨額成本。企業進行風洞實驗的主要目的是獲得產品的競爭優勢，從中積累的理論和經驗自然會被當作核心競爭力來加以保密對待，有的企業甚至用制度來限制研發人員發表學術論文。此外，汽車空氣動力學本質上是一門實驗科學，所以企業在力所能及的情況下，沒有從高校或科研機構獲得理論支撐的需求。

綜上所述，由于高校缺乏研究動能，企業嚴守商業機密，造成了汽車空氣動力學研究成果稀少的局面。嚴格來說，企業必然已取得了豐碩的成果，但知識僅僅在組織內部沉淀。

以培養應用型人才為目標的高校汽車空氣動力學教學現狀

2 以培養應用型人才為目標的高校汽車空氣動力學教學方式革新措施探討

2.1 明確以提高學生知識應用能力為基本的教學目標

對汽車空氣動力學教學方式進行革新，必須建立在明確自身教學目標的基礎上。汽車空氣動力學這門課程的特點是一般原理及應用基礎通俗易懂，涉及空氣動力學部分的專業理論艱深復雜，許多地方的教學設計甚至是建立在默認學生已具備空氣動力學和有限元知識的基礎上展開的。以筆者所在的院校來說，這門課的理論課課時僅為24個學時。如果再授課過程中如不舍棄課本中相當篇幅的內容，對于科研型高校來說，可以根據學生的自學能力，加快一般原理的講解，在數值計算方面有所側重。但對于應用型人才培養高校則非如此，教學改革方式必須圍繞學生將來的擇業方向，以培養能將專業知識和技能應用于未來所從事的社會實踐活動為改革目標，才可能確保教育的效果和質量。

2.2 突出知識重點

目前的教材中，用了比較大的篇幅來講解空氣動力學計算理論，除此之外，在汽車內部流場和空氣動力噪聲等方面所占比例也較多。如上文所述，前者缺乏知識鋪墊，內容晦澀難懂，后者看似豐富，實則語焉不詳。更大的缺陷是，許多章節都缺乏符合現代科學發展的案例支撐，大部分的表格引用的是20世紀的數據。教材內容設置不合理的原因是學科教學研究跟不上現代科學實踐的發展，但現狀如此，短時間內不會出現太大的變化，各專業院校唯有重新審視知識重點，進行教學內容和模式的改革。首先是基礎理論的授課內容改革，汽車空氣動力學最基本的理論是伯努利方程、連續方程以及流場中物體的雷諾數，要側重這些方面的教學。而對于以納維爾-斯托克斯方程及衍生理論，讓學生作一般性了解即可，將節省下來的課時用在實際意義更大但教材中卻被簡化的“汽車空氣動力學設計”這一章節中。最重要的是，要將氣流邊界層分離理論作為主線，貫穿在整個課程的教育過程中，讓學生學有所感，學有所得。

2.3 走出課堂的實踐活動

雖然實驗手段有限，但依托信息和傳媒技術的發展，實踐教育還是可以有所作為的。汽車動力學試驗章節的授課，應增加播放視頻的比重。有關風洞實驗方面的知識，即使對于教師來說都是薄弱的，所以借助視頻資料并進行適當的講解來授課，將能最大限度地提升學生的興趣。

可將課外功課作為理論與實際相結合的教學重點來抓。例如，比較有效的方式是以課外論文的方式，要求每一位學生自己尋找一款感興趣的車型進行現場研究，結合課本中的理論知識，描述相關車型的空氣動力設計概念并作出評價。這種學習方式，對于學生鞏固課堂知識和拓展學科視野的作用是非常明顯的。

3 結語

關于汽車空氣動力學教學模式改革的設想，其實還有許多。比如在缺乏風洞實驗手段時，可以用實車輔以傳感器技術進行簡單的實驗道路實驗，同樣能將學生對空氣動力學知識要義的認識實現從抽象化到具體化的轉變，而且這在成本上對一般高校來說都是可以承受的。限于篇幅，本文在此不一一展開。總之，以培養應用型人才為目標的高校，在資源有限的情況下，通過對學科教學和科研模式的深入思考，同樣能夠探索出一條適合于自身的教學模式，達到理想的人才培養效果。在這其中，對人才培養目標的定位，是教學模式改革的關鍵。

【參考文獻】

[1]陳杰，黃妙華.基于理想形體汽車造型設計研究[N].武漢理工大學學報，2015（04）： 834-836+841.

[2]傅立敏.汽車空氣動力學[M].2017.

[3]高萬芹.應用型人才培養目標下社會工作專業教改研究[J].科教導刊（上旬刊）：2019（02）：72-74.