基于CDIO理念融合FSC創新平臺汽車制造工藝實踐教學模式探索

張艷偉

上海工程技術大學 機械與汽車工程學院 上海市 201620

1 引言

在汽車工業中，汽車的設計與制造是汽車產業發展的基礎。汽車的設計決定生產流程，反之亦然，新生產制造流程的開發可以推動新產品的功能以及設計的構思。隨著汽車產業的不斷發展，人們對于汽車的要求也逐漸提高，而新能源汽車在取代傳統汽車的過程中給汽車制造工藝帶來了新的機遇與新的挑戰。《汽車制造工藝學》作為車輛工程專業的必修課程之一，其設立的根本目的是振興民族汽車產業，培養汽車工程師，為汽車生產一線培養中國自己的制造工藝工程師。該課程知識面廣、綜合性強、理論性強、實用性強，對培養學生分析解決汽車產業工程問題的能力、機械設計能力、創新能力以及高素質復合型人才具有十分重要的作用。我校《汽車制造工藝學》作為車輛工程專業的必修專業核心課，是上海市級精品課程及重點建設課程，被學校納入到了金課重點培育課程，進行了金課教學模式改革，融入了課程思政的教學理念與方法。從課程思政的融入要素、構建產學研合作教師隊伍、開展線上線下混合式教學模式、改革教學目標及評價方式等方面，進行了探索與實踐。

傳統的教育理念、模式和管理手段難以滿足當前人才培養的要求，探索基于CDIO的先進工程教育理念和實施體系對機械制造技術基礎課程的改革具有重要意義。

2 CDIO理念與FSC創新平臺概述

2.1 CDIO工程教育理念內涵

CDIO工程教育理念是美國在1990年代后期提出的，近年來取得了相應的研究成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運行（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。“構思”包括需求分析、技術設計、工藝流程開發；“設計”包括項目計劃、設計圖紙和方案實施；“實現”特指將設計變為產品的過程；“運行”是對產品的評估過程。

CDIO工程教育理念鼓勵教師采用“基于項目導向”的教授方式，在教授的過程中以學生為中心的教學理念，學生在學習中不斷培養自身的主動性、實踐性、創新性，最終達到具備良好的工程基礎知識、較強的自學能力、團隊合作意識和產品系統的構建能力。自探索出CDIO工程教育理念以來，短短20年，就對世界工程教育產生了深遠影響，成為國際工程教育改革創新的方向。

2.2 FSC平臺理念

FSC（Formula Student China）即中國大學生方程式汽車大賽，由高等院校汽車工程或汽車相關專業在校學生組隊參加的汽車設計與制造比賽，其目的在于培養本國大學生設計、制造小型方程式賽車的能力。FSC設計競賽平臺是讓學生通過設計、制造、調試與比賽一輛小型方程式賽車培養他們在汽車方面的創造力、實踐能力、成本控制能力與團隊協作能力等，以賽事規則為藍本，賽車整體認知為基礎，各系統設計為核心，加工制造裝配為根本，逐步鍛煉學生綜合能力。FSC設計競賽平臺可以讓學生通過競賽不斷提高技能，學校通過競賽不斷完善車輛工程人才培育機制，行業通過競賽不斷深化國內汽車產業創新的意識，不僅對培養學生所需技能和能力具有巨大的教育價值，還響應了行業對大學課程日益增長的需求，這些課程提供將理論知識付諸于解決實際問題的經驗。

2.3 CDIO和FSC平臺與汽車制造工藝學課程關系

從圖1中可以看出CDIO理念和FSC平臺在《汽車制造工藝學》教學過程中具有較強的一致性和契合度，它們涵蓋了《汽車制造工藝學》課程培養中所要求的能力，而《汽車制造工藝學》課程培養中所要求的能力只是體現了CDIO理念與FSC平臺的部分內容。因此，運用CDIO理念融合FSC創新平臺探索汽車制造及工藝實踐教學模式較為合理。

圖1 CDIO理念融合FSC創新平臺

3 汽車制造及工藝實踐教學現狀及問題

《汽車制造工藝學》主要內容為汽車設計與制造專業所需要的工藝基本理論和實踐知識。主要分為汽車制造過程概論、汽車及其零件制造中常用制造工藝基礎知識、工件的機械加工質量、工件的定位和機床夾具、機械加工工藝規程的制定、尺寸鏈原理及其應用、裝配工藝基礎、結構工藝性、汽車典型零件的制造工藝、汽車車身制造工藝以及自動化制造系統及先進制造技術簡介，要求學生掌握汽車生產過程中的加工工藝。

根據教學課堂經驗，《汽車制造工藝學》的教學問題現狀是：

（1）理論與實踐脫節：《汽車制造工藝學》中涉及的機械加工質量、工藝尺寸鏈原理等基礎理論在課程中非常重要，因為理論的教授沒有實踐過程的支撐，學生在接收時就十分抽象，是學生普遍難以掌握的原因。另外，在學習《汽車制造工藝學》時，面對眾多的零散知識點，使學生在學習中缺乏對汽車制造工藝一個系統性的認識，導致在學習的過程中陷入學習與遺忘重復中，降低了學習效果。

（2）理論基礎知識的枯燥性：汽車制造工藝學的教學中會講授機床夾具、誤差計算、編制工藝文件等相關基礎理論知識，這些基礎理論知識不僅讓《汽車制造工藝學》課程略顯枯燥，更讓學生對理論知識降低興趣。

（3）考核方式不全面：《汽車制造工藝學》課程考核多為單一試卷的理論考核模式，無法體現學生真實的學習效果，不能夠系統地反映學生的綜合能力，只注重理論而忽視實踐，也無法評價其在生產實踐中的操作能力，脫離了對應用型高素質人才的培養目標。

4 基于CDIO理念融合FSC創新平臺的汽車制造及工藝實踐教學模式

4.1 構思（C）與設計（D）：融合FSC創新平臺的課程體系

以車輛工程專業培養方案及汽車制造工藝學教學大綱為基礎，實現課程本身與教學環節的體系化，將汽車制造工藝學知識貫穿于理論學習和生產實習的全過程。課程的體系化要求《汽車制造工藝學》在授課計劃中就要保證內容之間的系統性、連貫性，并在此基礎上實現教學的體系化。如圖2所示，將FSC創新平臺融合到《汽車制造工藝學》的知識架構體系中需要四步：

圖2 融合FSC創新平臺的課程體系

（1）構思C：通過前序課程結合FSC平臺建立學生對汽車制造工藝的認知，為制造工藝學打下基礎。在《汽車制造工藝學》課程理論基礎中穿插FSC平臺典型零件的加工、裝配，機床夾具設計等方面的生產實習實踐環節，增強學生的動手實踐能力，讓學生熟知所學相關知識的在汽車制造上的應用。

（2）設計D：結合所學相關知識，對方程式賽車設計的零件制造裝配工藝提出方案，進一步增強學生工藝能力。

（3）實現I：通過課程理論學習與實踐，以工藝方案為基礎，加工裝配完成參賽車輛，將理論與實踐付諸實際，增強學生的自信心，接軌產業發展。

（4）運行O：檢驗調試成果，反思理論學習與實踐過程中的不足。

4.2 實現（I）：融合FSC創新平臺的實踐模式

針對目前教學中存在的問題，需要在課本、學生和教師之間引入新的橋梁，以將三者有機的銜接起來，并貫穿于課本、學生和教師這相互反饋的教學體系中，而FSC創新平臺可以反映《汽車制造工藝學》的大部分知識，又可以讓學生與老師參與其中。將FSC創新平臺融合到《汽車制造工藝學》的知識架構體系中，并通過一系列組織學習和生產實習，使學生在潛移默化中了解汽車工藝學知識，并在FSC創新平臺中增強學生對理論知識的理解。

《汽車制造工藝學》課程實踐主要涉及以下內容：發動機的總體結構、部裝、總裝配工藝及相關設備；發動機調試及總裝檢驗方法及內容；發動機曲軸、連桿、缸蓋、缸體加工工藝過程，工藝方法、工藝特點及相關設備、工裝夾具等；汽車總裝工藝過程及相關設備；汽車車身沖壓線及焊接線；汽車檢測及相關設備。針對課程特點，采取項目導向或任務驅動的工程專業模式，構建以學生為主體的實踐興趣小組，秉承制造一輛性能可靠、操作良好的賽車為目標，讓學生參與到FSC創新平臺中，以FSC設計任務有針對性的開展學習。

4.3 運行（O）：融合FSC創新平臺的考核方式

以往《汽車制造工藝學》課程考核多為單一試卷的理論考核模式，無法體現學生真實的學習效果。目前學生在考核方面呈現“前松后緊”、“期末突擊”的現象，導致對知識掌握和應用的效果比較差。結合對學生應用工程能力培養的目標，建立以項目為基礎的《汽車制造工藝學》課程考核體系。將考核分為3個模塊：理論基礎+設計+實踐。在理論基礎部分，通過試卷的形式考核學生對基本知識點的掌握理解情況。在設計部分，以課后作業作為考核重點，例如，在講完汽車零件工藝規程制定時，以方程式賽車某一零件為例，讓學生編制工藝過程。讓學生通過平時訓練提高繪圖，讀圖與設計的能力，同時也對機械設計課程的認知與掌握得到進一步提高。在實踐部分，融入FSC平臺，將學到的專業知識與方程式賽車加工、裝配、測試進行結合，使他們“多實踐、多反思、多創新”，掌握發現、分析及解決問題的能力。多種綜合考核模式可以有效地增強學生的學習興趣，把理論知識應用于實踐操作中，在實踐中不斷反思進步，提高學生的綜合技術技能。

5 結語

競賽滿足行業對未來工程師的要求，可以為學生提供將理論理解應用于實際問題的經驗；提高學生的積極性；緊跟行業不斷變化的需求，大學課程可以將其融入到工程課程。基于CDIO理念融合FSC創新平臺的汽車制造及工藝實踐教學改革建立了“在實踐中學與思”和“在項目中教與學”的教學模式，該模式為學生提供理論知識與實踐相結合的教學情境和系統的認知框架。在新工科建設背景下，上海工程技術大學機械與汽車工程學院以學科平臺為基礎，以學生為主體，以現代綜合知識為背景，以培養學生綜合實踐能力和創新創業能力為核心，利用平臺優勢轉化為創新人才培養優勢，指導學生參與學科導師的研究項目以及積極參加學科科技競賽，取得了優良成績，基于學科平臺新工科人才實踐能力和創新能力的培養成效得以顯現。2018年參加中國大學生方程式汽車大賽、中國大學生電動方程式大賽，獲得全國三等獎；參加2018本田節能競技大賽奪得全國第一名；2021年參加全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽，獲得全國二等獎。