“動力賽車”創(chuàng)新實踐體系的優(yōu)化與重構

王 盛，尉慶國*，徐燕茹

（1.中北大學 能源動力工程學院，山西 太原 030051；2. 山西晉中理工學院，山西 晉中 030600）

隨著新一輪科技和產業(yè)革命的興起[1]，我國汽車工業(yè)由傳統(tǒng)的機械時代、電子時代、軟件時代向“電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”新四化時代快速變革[2]。為了滿足國家戰(zhàn)略實施和產業(yè)發(fā)展方面的需求，自2017年以來國家推動新工科建設[3-4]，并將車輛工程、智能車輛工程、新能源汽車工程等汽車類專業(yè)列入首批新工科建設專業(yè)目錄。在這種背景下，中北大學融合現(xiàn)有汽車專業(yè)（車輛工程、汽車服務工程、新能源汽車工程等）搭建了以專業(yè)社團為抓手、科技競賽為導向、開 放實驗室為基礎的“123”創(chuàng)新實踐體系，如圖1所示。該體系貫穿大學本科汽車類專業(yè)人才培養(yǎng)全過程，是一種了從“愛汽車”到“學汽車”再到“造汽車”循序漸進的創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)模式。經實踐證明，該體系在培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、實踐能力、工程素養(yǎng)方面具有良好的育人效果[5-6]，但是在國家普及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的政策背景下仍存在的“參與度不高”“體系不健全”“入門難度大”“技術研究浮于表面”等問題。

圖1 “123”創(chuàng)新實踐體系

1 基于普及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下存在的問題及解決方案

經過多年探索，我國確立了高校普及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的政策要求，如教育部《關于大力推進高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和大學生自主創(chuàng)業(yè)工作的意見》要求“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育要面向全體學生，融入人才培養(yǎng)全過程”[7]；國務院辦公廳《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》（國辦發(fā)〔2015〕36號）重申高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育要“面向全體，分類施教”，并提出了“普及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”的階段性目標[8]。這就要求在新工科背景下，高校不僅要實施切實有效的創(chuàng)新實踐教育，更要求創(chuàng)新實踐教育要面向全體學生，使創(chuàng)新實踐成為一種價值導向。在這種背景下需要重點討論和解決的如下兩個問題：

1）如何利用現(xiàn)有資源對學生實施高質量的創(chuàng)新實踐教育？

2）如何讓行之有效的創(chuàng)新實踐體系惠及更多的學生？

1.1 創(chuàng)新意識培養(yǎng)階段存在的問題及對策

1.1.1 學生重視度不夠，參與度不夠

提出問題：1）加入社團具有一定的盲目性。在“123”創(chuàng)新實踐體系下，創(chuàng)新意識培養(yǎng)階段的主要任務是培養(yǎng)學生的學習興趣、激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。而現(xiàn)狀是學生加入社團具有一定的盲目性，并不能清楚地認知到社團活動對個人能力和職業(yè)發(fā)展所產生的正面影響，反而更多的是將參加社團活動視作豐富自己的業(yè)余文化生活和擴寬自己的交際圈的重要途徑；2）重視娛樂性，淡化活動的教育意義。在實踐活動中將娛樂性當作活動重點，忽視淡化了活動的教育目的和意義。與此同時，隨著學業(yè)負擔逐漸加重，這樣“沒意義，沒作用”的社團活動逐漸被學生舍棄。

針對上述問題提出如下解決方案：1）借助大學生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導、車輛工程專業(yè)導論等專業(yè)基礎課程讓學生認知當下汽車行業(yè)“四新”“四化”的發(fā)展方向，以及在此方向下創(chuàng)新實踐能力對學生職業(yè)發(fā)展的重要影響；2）將具體的實踐活動以案例的形式引入大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐等課程中，引導學生分析具體的社團活動在學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中起到的具體作用；3）構建以課程教學為基礎、學生社團為載體、實踐成果為指標、全員參與的創(chuàng)新實踐教育教學模式，如圖2所示；該模式將社團實踐活動整合歸類，融入汽車文化、車輛工程專業(yè)導論、汽車構造、汽車制造工藝學等課程教學環(huán)節(jié)當中[9]。將實踐活動作為理論教學的補充，教師根據(jù)教學進度布置實踐作業(yè)，由車迷協(xié)會負責組織實施。通過實踐，學生明確活動目的，將理論付諸實踐，通過撰寫實踐報告完成實踐任務，明確活動收獲，提高學生的創(chuàng)新實踐意識，讓學生正確認識社團活動，提高社團活動的參與度，做到人人參與創(chuàng)新，創(chuàng)新惠及人人。

圖2 課程教學和社團活動相融合教學模式

1.1.2 社團活動缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃和專業(yè)指導

專業(yè)類興趣社團（車迷協(xié)會）是以汽車類專業(yè)背景，融合現(xiàn)有的教學資源而設置的興趣培養(yǎng)類學生社團。該社團目的是通過一系列實踐活動引導學生掌握汽車基礎知識、認識汽車行業(yè)、了解汽車專業(yè)，培養(yǎng)學生對汽車專業(yè)的學習興趣，為日后更好地學習理論課程和進行創(chuàng)新實踐奠定 基礎。為了實現(xiàn)上述教育目的，車迷協(xié)會主要舉辦如下實踐活動：1）邀請專業(yè)教師、企業(yè)專家、知名校友進行汽車文化講座；2）舉辦汽車知識競賽；3）組織參觀車展、服務車展，走訪汽車研發(fā)中心、制造中心、銷售中心?；顒觾热莺托问捷^為豐富。

提出問題：1）部分社團活動和專業(yè)課程的實踐環(huán)節(jié)主題相近，存在多次重復設置的問題；2）社團活動在內容和時間上缺乏系統(tǒng)性安排，沒有明確的先后次序和由低向高的進階性；3）大部分活動由社團學生自主舉行，缺乏教師在實踐內容和實踐過程的專業(yè)指導和監(jiān)管，導致部分活動流于形式，缺乏技術含量。

針對上述問題提出如下解決方案：1）將社團活動和專業(yè)課程的實踐教學環(huán)節(jié)相融合，整合活動內容，調整活動形式，使社團實踐活動既滿足課程學習要求，又能夠培養(yǎng)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。這樣的模式既豐富了教學內容和形式，同時也減輕了學生的學業(yè)負擔；2）根據(jù)本專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和學生的具體學情對原有實踐活動進行有序規(guī)劃，設置從簡到繁的進階“社團課程”體系如表1所示；3）專業(yè)課教師根據(jù)教學內容布置相應的實踐作業(yè)。教師對實踐內容和注意事項做出明確的指示?；顒訉嵤┻^程由相關課程教師和社團指導老師共同指導和監(jiān)管?；顒咏Y束后學生撰寫實踐報告，納入該課程結業(yè)考核。

表1 構建系統(tǒng)化“社團課程”體系

1.2 創(chuàng)新能力培養(yǎng)階段的問題與對策

1.2.1 實踐項目理論性強，操作難度大、入門困難

提出問題：1）缺乏實踐基礎，入門困難按照“123”創(chuàng)新實踐體系，車輛工程專業(yè)學生經歷創(chuàng)新意識培訓階段的學習后，可根據(jù)興趣自行選擇加入不同的創(chuàng)新團隊。創(chuàng)新意識培養(yǎng)階段的活動主要以簡單、輕松、有趣為主要風格，而創(chuàng)新實踐階段的活動則是有標準、有要求、有目的、有規(guī)劃的。學生參與創(chuàng)新團隊后需要做設計，搞加工，理論性強，操作難度大，部分學生從興趣階段向專業(yè)實踐階段過渡的過程中，缺乏一定的設計和動手實踐基礎，故學習和入門都比較困難；

2）學業(yè)壓力大，退隊現(xiàn)象嚴重。學生參與創(chuàng)新團隊后，學生既需要跟著組長完成賽車設計、性能測試、賽車調教等工作，又需要學習理論知識和基礎技能，眾多的學習任務會給新加入的學生帶來很大的心理壓力。同時像設計類以及仿真類的軟件工具，剛開始學習時難度較大，并不是較短時間可以見成效的，比較枯燥，再加上大學二年級學生的學業(yè)任務較重，學生很難堅持下來。慢慢地便會出現(xiàn)“厭學”“掛科”“退隊”等現(xiàn)象；3）新人培養(yǎng)體系不健全。雖然經歷多年的發(fā)展中北大學三個創(chuàng)新團隊均已形成了較為成熟的“拉、幫、帶”新人培養(yǎng)模式，但是老隊員對新隊員的“拉幫帶”更多地是基于某一具體項目進行的，所以學生在基礎訓練方面并不系統(tǒng)。

針對上述問題提出如下解決方案：1）在創(chuàng)新意識培養(yǎng)階段和創(chuàng)新能力培養(yǎng)階段之間搭建創(chuàng)新實踐基礎訓練平臺，以降低學生參與創(chuàng)新團隊的入門難度，如圖3所示；2）依托汽車文化公園、動力賽車創(chuàng)新實踐基地，以汽車拆裝實驗、機械制圖、金工實習等專業(yè)實訓課程為基礎，以創(chuàng)新團隊往年的設計方案和教師的一些科研項目為抓手，搭建系統(tǒng)性的基礎能力訓練平臺。目的是讓學生在進入創(chuàng)新團隊之前具備計算機繪圖、零部件加工和汽車拆裝調試的基本能力，讓學生能夠更快更高效地參與到學科競賽項目當中。

圖3 增加基礎訓練平臺

1.2.2 部分項目淺嘗輒止，缺乏有效接力，研究浮于表面

提出問題：按照“123”創(chuàng)新實踐體系，創(chuàng)新團隊是以學科競賽項目為導向的，所以創(chuàng)新團隊不僅需要按時完成設計和加工任務，更需要在技術層面有所創(chuàng)新和提升。學生在大學二年級加入創(chuàng)新團隊參與賽車制作，學習設計方法，鍛煉動手能力。表現(xiàn)優(yōu)秀的學員作為觀摩隊員參加當年的比賽，一個賽季過后由優(yōu)秀學員擔任項目負責人，主導某一項目的設計加工以及新學員的培訓（拉、幫、帶），賽車落地后作為正式隊員參加當年的賽事，負責賽車的維護以及該項目的設計答辯和性能測試。賽后對該項目做出總結并提出改進意見，之后該成員退出團隊為升學考研或應聘工作做準備。

在原產品開發(fā)模式下，如圖4所示，三大創(chuàng)新團隊每一賽季的造車任務雖然都能順利完成，但是作為項目負責人，大學二年級學習賽車設計加工，大學三年級主導項目設計加工，同年攜項目參與專業(yè)競賽和動態(tài)靜態(tài)檢驗，賽后做項目總結隨后退隊。而伴隨著上一屆項目負責人（大四學生）的離隊，創(chuàng)新團隊將選取優(yōu)秀組員作為該項目負責人，負責下一賽季該項目的設計和加工工作。由于新的負責人并沒有全部參與上一屆負責人的設計方案，對原設計方案的具體情況以及需要改進的部分并沒有清晰的了解，所以上一屆的設計經驗并不能很好地接力，雖然獨立設計和主導項目是對學生創(chuàng)新能力的一種歷練，但是項目研究的深度因著時間的限制卻很難挖掘。

圖4 原產品開發(fā)模式

同時由于之前的設計經驗和技術沒有很好地接力，新的負責人可能在老問題上再次嘗試，再次犯難，付出大量的時間和精力，給技術創(chuàng)新和技術攻堅留下的時間少之又少。同時三大賽事作為車輛工程專業(yè)動力賽車課題的重要研究項目，高水平論文以及相關專利不僅是技術接力和實踐經驗積累的重要途徑，更是技術攻關和創(chuàng)新成果的重要體現(xiàn)。而目前的狀況是課題組的研究生培養(yǎng)周期較短，并不全程參與賽車的設計加工，缺乏實踐經驗，研究浮于表面，創(chuàng)新成果產能較低，周期較長。

針對上述問題提出如下解決方案：1）改變創(chuàng)新團隊的產品開發(fā)模式（如圖4、圖5）；延長了賽車換代的周期，為技術創(chuàng)新和技術攻堅提供更多時間和空間（由一年一代延長為兩年一代）；2）構建本碩聯(lián)通分工明確的項目開發(fā)團隊。優(yōu)秀隊員大學二年級學習賽車設計加工，大學三年級成為項目負責人主導項目設計加工并參加競賽，大學四年級以畢業(yè)設計為載體在原設計方案的基礎上做出優(yōu)化改進，協(xié)同下一屆項目負責人完成新賽季的設計和加工。同年由新負責人攜帶項目參賽，賽后由新舊負責人共同總結項目經驗，由該課題的研究生負責對整個設計開發(fā)過程進行繼續(xù)研究優(yōu)化，并以學術論文和專利形式讓技術得以積累，最后由原項目負責人完成該項目的整個畢 業(yè)設計。整個過程不僅讓設計和加工過程中的經驗有了很好的接力，同時也為該項目在技術攻堅和持續(xù)創(chuàng)新方面提供了較大的空間。

圖5 優(yōu)化后的產品開發(fā)模式

2 “123”創(chuàng)新實踐體系的優(yōu)化與重構

基于以上“123”創(chuàng)新實踐體系存在的問題和解決方案，結合車輛工程專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和教學資源（包括校內外實驗室、專業(yè)課程、創(chuàng)新團隊、科技競賽以及教師團隊），通過構建系統(tǒng)化實踐活動體系、搭建基礎訓練平臺、調整創(chuàng)新團隊結構、優(yōu)化項目開發(fā)流程等途徑對原體系進行優(yōu)化，最終形成系統(tǒng)性較強，貫穿本科和研究生培養(yǎng)全過程的“興趣—訓練—實戰(zhàn)”三級進階創(chuàng)新實踐育人新體系，如圖6所示。

圖6 “123”創(chuàng)新實踐體系的優(yōu)化

2.1 搭建以專業(yè)課程為基礎、學生社團為載體，理論、實踐相結合的創(chuàng)新實踐—興趣平臺

1.平臺功能

營造學習氛圍、培養(yǎng)對專業(yè)的學習興趣、激發(fā)創(chuàng)新意識、奠定創(chuàng)新實踐基礎。

2.平臺特點

1）社團活動和專業(yè)基礎課程相融合，典型實踐案例引入課程教學環(huán)節(jié)；教師根據(jù)教學內容布置實踐作業(yè)，推動社團活動有序實施。

2）“社團課程體系”以專業(yè)背景為基礎，主題鮮明、內容豐富、梯度合理、系統(tǒng)性較強。

3）實踐過程由課程教師和社團指導老師共同指導和監(jiān)管，確?；顒禹樌M行。

4）實踐活動評價模式由實踐參與度和實踐成果兩部分組成，考核結果納入相應理論課程的結業(yè)成績當中，推動學生高質量參與實踐活動。

2.2 搭建以實訓課程為基礎，創(chuàng)新基地為載體的創(chuàng)新實踐—訓練平臺

1.平臺功能

該平臺介于興趣平臺和實戰(zhàn)平臺之間，為學生參與科技競賽和創(chuàng)新團隊提供計算機制圖、設備工具使用和汽車拆裝調試等方面基礎的能力訓練。

2.平臺特點

1）基礎訓練體系以科技競賽和創(chuàng)新團隊對學生能力的需求為依據(jù)，以汽車拆裝實驗、機械制圖、金工實習等專業(yè)實訓課程為基礎，以創(chuàng)新團隊往年的設計方案和教師的科研項目為抓手進行構建，具有較強的系統(tǒng)性。

2）將訓練課時的參與度和訓練成果納入實訓課程結業(yè)成績，確保訓練活動有較高的參與度。

3）將訓練課時和訓練成果納入創(chuàng)新團隊招錄新成員的考核指標中，推動實踐活動高質量進行。

4）訓練活動依托動力賽車創(chuàng)新基地和汽車文化公園進行，由車迷協(xié)會管理實施，做到時間開放，空間開放，項目開放。

2.3 搭建以導師團隊為指導，科技競賽為導向的創(chuàng)新實踐-實戰(zhàn)平臺

優(yōu)化后的創(chuàng)新實踐-實戰(zhàn)平臺，如圖7所示。

圖7 優(yōu)化后的創(chuàng)新實踐-實戰(zhàn)平臺

1.平臺功能

以科技競賽為導向，通過完整的工程實踐項目，鍛煉學生的動手實踐能力，產品設計能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力以及動態(tài)適應能力等。

2.平臺特點

1）優(yōu)化產品開發(fā)模式，由之前的“設計制造-競賽測試-項目經驗”優(yōu)化為“設計制造-競賽測試-改進方案-設計加工-競賽測試-項目經驗-技術成果研究（論文，專利）”，促進工藝成熟，技術升級，為技術創(chuàng)新和技術攻堅提供更多空間。

2）創(chuàng)新團隊由本科生和碩士生共同組成，分工明確。實踐任務貫穿本科和研究生培養(yǎng)全過程，導師團隊全程指導，本科通過畢業(yè)設計推動項目改進優(yōu)化，研究生通過技術專利，科技論文，畢業(yè)論文推動創(chuàng)新技術積累和成果轉化。

3）項目根據(jù)科技競賽難易分級，學生根據(jù)興趣和個人基礎條件選擇加入不同創(chuàng)新團隊，增加學生創(chuàng)新實踐參與度，讓更多學生參與創(chuàng)新實踐，實現(xiàn)普及創(chuàng)新實踐教育的目的。

2.4 優(yōu)化后的“123”創(chuàng)新實踐體系的育人效果

中北大學面向汽車產業(yè)“新四化”，以“新工科”建設為導向，于2017年構建了“123”創(chuàng)新實踐體系。該體系共運行四年，取得了良好的育人效果，但也存在著一些問題。自2019年開始針對“123”創(chuàng)新實踐體系存在的問題不斷進行優(yōu)化，優(yōu)化后的體系有較好的育人效果[9]。以中北大學方程式賽車團隊-行知車隊為例：

1.2010 —2016年平臺探索搭建階段

行知車隊成立于2008年最初致力于Honda中國節(jié)能競技大賽（油車）項目（最好成績全國第八），2013年開始研制方程式賽車和巴哈賽車。行知車隊第一輛方程式賽車于2014年制造成功，同年赴湖北襄陽首次參賽，2014到2016連續(xù)設計制造三輛方程式賽車。由于參與創(chuàng)新團隊的技術骨干較少，學生技術水平參差不齊，同一個團隊同時負責多個賽項，方程式賽車技術進步緩慢，連續(xù)三年均未順利完賽。

2.2016 —2019年“123”體系正式運行

2016中北大學構建了“123”創(chuàng)新實踐體系，對學科賽事、教學和實驗資源進行整合分類，將三大學科競賽分屬三個創(chuàng)新團隊，每一團隊都構建了完善的組織框架和管理體系（圖7），到2017年中北大學第四代方程式賽車首次完成大賽靜態(tài)和動態(tài)的所有項目并獲得全國二等獎的優(yōu)秀成績，從2017到2019年中北大學行知車隊共設計制造三輛方程式賽車，均參與了當年的賽事且順利完成了所有賽項，但是期間技術進步緩慢，核心技術難以突破，三年成績趨于穩(wěn)定，沒有較大的進步。

3.2019 —至今（新“123”體系運行階段）

從2019年開始中北大學針對“123”創(chuàng)新實踐體系運行過程中出現(xiàn)的一些問題，通過上文所述方法不斷進行優(yōu)化，最終形成興趣—訓練—實戰(zhàn)三級進階育人新體系。

在興趣平臺，豐富且系統(tǒng)化的活動項目深受汽車愛好者的喜愛，每一次的社團實踐活動都有較多的學生參加。自2017年后車迷協(xié)會一度成為學校最具影響力的社團之一，每年納新人數(shù)200余人。

在訓練平臺，以實訓課程為基礎，學生的訓練作品每年均會在“互聯(lián)網(wǎng)+”“先進成圖”“劉鼎杯”等一系列創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽項中獲各類獎項。同時從2017年開始學生依托基礎訓練平臺自主申請各級各類大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目累計40余項。

在實戰(zhàn)平臺，以學科競賽為導向，不斷優(yōu)化團隊的組織結構和項目開發(fā)流程。本科生和碩士生聯(lián)合設計開發(fā)，分工明確，攻克了多項技術難題，技術進步成果顯著。2019—2022四年時間行知車隊在FSCC中國大學生方程式汽車大賽中的成績連年攀升，如圖8所示。期間車隊成員在汽車行業(yè)核心期刊發(fā)表相關學術論文30余篇，申請專利20余項，在2022屆中國大學生方程式汽車大賽（油車）項目中獲全國一等獎（全國排名第八）的好成績，在設計報告、成本與制造分析、8字繞環(huán)、高速避障、效率測試等動態(tài)和靜態(tài)項目中均取得歷史最高成績[10]。如圖8所示。

圖8 中北大學行知車隊歷年成績

3 總結

本文針對中北大學“123”創(chuàng)新實踐體系在國家普及創(chuàng)新實踐教育的政策背景下存在的“參與度不高”“體系不健全”“入門難度大”“技術研究浮于表面”等一系列問題，通過構建系統(tǒng)化實踐活動體系、搭建基礎訓練平臺、調整創(chuàng)新團隊結構、優(yōu)化項目開發(fā)流程等途徑對原體系進行優(yōu)化，最終形成系統(tǒng)性較強，普及程度較高，貫穿本科和研究生培養(yǎng)全過程的“興趣—訓練—實戰(zhàn)”三級進階創(chuàng)新實踐育人新體系。經實踐驗證優(yōu)化后 體系在創(chuàng)新實踐育人方面切實可行，效果顯著。

該體系以工科為背景，結合具體專業(yè)資源進行構建，故本體系的構建和優(yōu)化過程中的部分方法步驟也同樣適用于其他工科專業(yè)，對其他工科專業(yè)創(chuàng)新實踐育人體系的構建具有一定的借鑒和參考價值。