新工科背景下基于跨學(xué)科的 “汽車制造工藝學(xué)”課程教學(xué)改革探索

劉艷雄 韓愛(ài)國(guó) 宋燕利

摘? ? 要：隨著中國(guó)工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展以及對(duì)自主創(chuàng)新能力的要求越來(lái)越高，以跨學(xué)科培養(yǎng)作為核心內(nèi)涵的新工科教育得到了中國(guó)工程教育界的深度關(guān)注。“汽車制造工藝學(xué)”作為汽車專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，為了滿足汽車領(lǐng)域變革和新工科教育要求，文章對(duì)該課程的課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索，提出了建立多學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)、多元化教學(xué)、理論教學(xué)與課程實(shí)習(xí)相結(jié)合，以及科教融合的教學(xué)方式。文章對(duì)于培養(yǎng)汽車類專業(yè)學(xué)生的跨學(xué)科綜合能力具有一定的借鑒與指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：新工科;跨學(xué)科;“汽車制造工藝學(xué)”;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2022）03-0070-02

隨著中國(guó)工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)高校培養(yǎng)跨學(xué)科人才提出了越來(lái)越高的要求[1]。然而，跨學(xué)科人才培養(yǎng)是世界工程教育改革面臨的普遍難題[2]。正如歐林工學(xué)院校長(zhǎng)Richard Miller指出，新世紀(jì)的高等教育正面臨著全球性重大挑戰(zhàn)，教育必須超越對(duì)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)。而新工科教育的核心內(nèi)涵之一正是跨學(xué)科人才培養(yǎng)。基于此，自2017年以來(lái)教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》等指導(dǎo)文件，全力探索形成具有中國(guó)特色的工程教育模式，助力中國(guó)高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)。新工科理念一經(jīng)提出，就受到中國(guó)工程教育界的深度關(guān)注，稱之為工程教育的“新革命”[3]。

目前，隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展和5G技術(shù)的逐步落地商用，汽車領(lǐng)域正進(jìn)行著一場(chǎng)深度變革，朝著電動(dòng)

化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化、輕量化方向發(fā)展，需要材料、機(jī)械、自動(dòng)化、信息等多學(xué)科知識(shí)的支持才能滿足未來(lái)汽車領(lǐng)域的發(fā)展要求。而“汽車制造工藝學(xué)”為車輛工程的核心專業(yè)必修課之一，其內(nèi)容包含了機(jī)械、材料加工、熱處理、自動(dòng)化智能測(cè)量等多學(xué)科知識(shí)[4-5]。在新工科背景下，亟需開(kāi)展“汽車制造工藝學(xué)”的課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐，從而為培養(yǎng)滿足新時(shí)代汽車專業(yè)跨學(xué)科人才奠定基礎(chǔ)。

一、新工科背景下“汽車制造工藝學(xué)”教學(xué)要求

“汽車制造工藝學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容包含了工件裝

夾、夾具設(shè)計(jì)、定位誤差分析與計(jì)算、工件加工方法、尺寸鏈解算與應(yīng)用、加工工藝規(guī)程、加工表面質(zhì)量，以及汽車的沖壓、焊接、涂裝和總裝四大制造工藝等內(nèi)容。該門(mén)課程具有理論性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)、內(nèi)容涉及面廣和工程實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院除了理論教學(xué)外，還開(kāi)設(shè)了“汽車典型零件加工工藝”與“夾具設(shè)計(jì)”的課程，以及參觀汽車零部件和汽車總裝廠的課程實(shí)習(xí)。

為了滿足新工科教育中關(guān)于跨學(xué)科培養(yǎng)的教育理念，結(jié)合“汽車制造工藝學(xué)”的課程特點(diǎn)，該門(mén)課程不僅需要學(xué)生深入掌握多學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識(shí)，能夠熟練運(yùn)用金屬工藝學(xué)、工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、互換性與測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化編程等學(xué)科理論知識(shí)解決汽車零部件制造工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題，還要求學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力，運(yùn)用理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)汽車零部件的加工制造。

二、當(dāng)前教學(xué)模式中存在的不足

針對(duì)新工科背景下“汽車制造工藝學(xué)”教學(xué)要求，當(dāng)前教學(xué)模式中存在以下不足。

（一）理論教學(xué)知識(shí)的深度和廣度不夠

“汽車制造工藝學(xué)”課程融合了材料、機(jī)械、自動(dòng)化等多學(xué)科知識(shí)，但是高校教師都有自己的專業(yè)領(lǐng)域，因此很難保證每位教師都能深入全面地掌握這些學(xué)科的知識(shí)，因此難以較好地滿足新工科背景下跨學(xué)科教學(xué)的要求。

（二）理論教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合緊密度不夠

“汽車制造工藝學(xué)”課程中課程實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)部

分，對(duì)于加深理論和實(shí)踐的結(jié)合、提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力非常有益。但是，在實(shí)習(xí)過(guò)程中，由于受實(shí)習(xí)條件限制，學(xué)習(xí)往往只能走馬觀花地看一遍，學(xué)生參與度不夠。在課程設(shè)計(jì)方面，也是理論設(shè)計(jì)為主，學(xué)生缺乏動(dòng)手實(shí)踐操作，對(duì)理論知識(shí)理解掌握不深入。

三、跨學(xué)科課程教學(xué)改革

為了滿足新工科教育中關(guān)于跨學(xué)科人才培養(yǎng)的要求，針對(duì)“汽車制造工藝學(xué)”當(dāng)前教學(xué)模式中存在的不足，文章提出了跨學(xué)科教學(xué)模式，如圖1所示。通過(guò)組建多學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)、多元化教學(xué)、理論教學(xué)與課程實(shí)習(xí)結(jié)合，以及科教融合等措施，實(shí)現(xiàn)該課程的教學(xué)目的，具體教學(xué)方法如下。

（一）建立多學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)，探索不同學(xué)科專長(zhǎng)教師協(xié)作教學(xué)模式

每位教師都有自己的研究專長(zhǎng)，為了滿足多學(xué)科教學(xué)的知識(shí)需求，可以探索組建多學(xué)科教師教學(xué)團(tuán)隊(duì)。對(duì)于多學(xué)科交叉內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)資料共享，共同備課，相互學(xué)習(xí)。或者探索采用交叉教學(xué)的方式，對(duì)于側(cè)重某個(gè)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，邀請(qǐng)本團(tuán)隊(duì)相關(guān)專長(zhǎng)的教師來(lái)進(jìn)行講解。

（二）探索多元化教學(xué)模式

在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)行自由分組形成小團(tuán)隊(duì)，采用線上線下結(jié)合式教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)等方法，讓學(xué)生愛(ài)上課堂，克服傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生興趣和參與度不高的缺陷。例如，對(duì)于第二章第一節(jié)中的核心知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)，第四節(jié)的工件在機(jī)床夾具中的定位和第六節(jié)的工件夾緊裝置等核心知識(shí)點(diǎn)，可以先采用相關(guān)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行核心知識(shí)點(diǎn)的線上視頻學(xué)習(xí)，然后進(jìn)行線下教學(xué)。線下教學(xué)可以采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，以典型零件的加工工藝為一個(gè)項(xiàng)目，分別分析其加工過(guò)程中的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)，以及分析工件裝夾的自由度和定位誤差、夾緊裝置的選擇等。加工結(jié)束后，進(jìn)一步分析其加工精度和測(cè)量基準(zhǔn)。每個(gè)項(xiàng)目還可根據(jù)多個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)分解成若干個(gè)小任務(wù)（如夾緊裝置動(dòng)力系統(tǒng)自

動(dòng)化設(shè)計(jì)、夾緊力計(jì)算分析、夾具和工件剛度校核等），學(xué)生根據(jù)不同的學(xué)科知識(shí)，組成對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，然后協(xié)同合作，團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目任務(wù)。最后進(jìn)行項(xiàng)目工作匯報(bào)，評(píng)定該組成員成績(jī)。這樣，既可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以提高學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)實(shí)際運(yùn)用的能力。

（三）整合多學(xué)科實(shí)踐資源，探索理論教學(xué)與課程實(shí)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方式

“汽車制造工藝學(xué)”課程包含課程實(shí)習(xí)，充分利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工程訓(xùn)練中心等優(yōu)質(zhì)汽車制造工藝實(shí)踐資源，采用課程實(shí)習(xí)與理論教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，將部分課程實(shí)習(xí)和理論教學(xué)任務(wù)在重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，教師進(jìn)行講解以后，學(xué)生分組進(jìn)行加工制造實(shí)踐。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生在上述分組的基礎(chǔ)上，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。并且不同學(xué)科的團(tuán)隊(duì)，對(duì)零部件加工制造結(jié)果從材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、自動(dòng)控制等學(xué)科方面分別分析加工零件的表面層物理力學(xué)性能和化學(xué)性能、表面粗糙度、定位精度、加工精度、加工誤差自動(dòng)測(cè)量與反饋補(bǔ)償?shù)葍?nèi)容，研究揭示各工藝參數(shù)對(duì)于加工質(zhì)量的影響規(guī)律。

（四）科教融合

“汽車制造工藝學(xué)”涉及汽車零部件的設(shè)計(jì)、加工制造和控制等方面，而目前國(guó)產(chǎn)的汽車零部件如變速器、離合器、門(mén)鎖系統(tǒng)、雨刮系統(tǒng)、座椅調(diào)角器系統(tǒng)等與國(guó)際先進(jìn)水平還存在較大的差距，具體表現(xiàn)在零部件的可靠性、耐久性和故障率等方面。其根本原因在于材料的選擇和熱處理性能設(shè)計(jì)、部件尺寸鏈設(shè)計(jì)及加工精度、系統(tǒng)控制算法等方面還存在問(wèn)題。因此，為了激發(fā)學(xué)生對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)本課程的理解和認(rèn)可，可以將教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目融入到課程教學(xué)中。以高端汽車門(mén)鎖系統(tǒng)性能優(yōu)化研究項(xiàng)目為例，汽車門(mén)鎖系統(tǒng)包含了10多個(gè)汽車零部件，可以針對(duì)該項(xiàng)目，利用本課程所學(xué)的尺寸鏈原理，構(gòu)建汽車門(mén)鎖系統(tǒng)裝置的尺寸鏈。然后，將該系統(tǒng)包含的零件按照加工方法（鍛造、沖壓、鑄造、注塑等）進(jìn)行分類，了解每個(gè)零件的選材、加工工藝和熱處理工藝，對(duì)于需要進(jìn)行機(jī)械加工的關(guān)鍵零部件進(jìn)行機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定、分析零件的裝夾和機(jī)床夾具、校核零件的機(jī)械加工質(zhì)量等。通過(guò)科教融合，將所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用，使學(xué)生能夠更加全面深入地掌握本門(mén)課程知識(shí)。

新工科教育是未來(lái)工程教育發(fā)展的主要方向，針對(duì)新工科背景下“汽車制造工藝學(xué)”的教學(xué)要求，以及當(dāng)前教學(xué)模式中所存在的不足，提出了建立多學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)、多元化教學(xué)、理論教學(xué)與課程實(shí)習(xí)相結(jié)合，以及科教融合的教學(xué)方式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)“汽車制造工藝學(xué)”課程的跨學(xué)科教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生實(shí)踐能力和運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決具體工程實(shí)踐問(wèn)題具有重要意義，為汽車類其他專業(yè)課程的跨學(xué)科教學(xué)提供一定的指導(dǎo)和借鑒。

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■ 編輯∕李夢(mèng)迪

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