“新工科”背景下的车辆工程专业教学发展分析

李加强

(西南林业大学 机械与交通学院,云南 昆明 650224)

随着汽车制造技术的发展,新材料、新工艺、新技术在汽车行业中的使用越来越广泛,为了满足行业发展的需要,新工科是车辆工程这一类工科专业的最新发展方向。新工科的发展要求不仅要学生储备足够的车辆工程专业相关的基础理论知识,还要为应对车辆工程行业的新发展,拓宽知识面,形成跨学科的知识运用能力。

为了满足以上发展需要,对教师的教学能力提出了新的要求,且对教学实践模式也提出了新的要求。车辆工程专业作为机械工程一级学科点下的二级学科,课程主要反映的是专业的机械属性,但目前单纯的机械类课程已经不能满足行业的发展需求。这需要由本科院校、教师、教学实践三方面共同协调,提高教学与实践培养能力,应对新的发展挑战。

1.1 专业理论课与教学实践分析

目前,车辆工程专业核心理论课主要包含汽车构造、内燃机学、汽车理论与汽车设计等,通过这些课程的学习,车辆工程专业的学生能够储备基础的车辆相关知识。对于电子与信息技术类的课程,学生需要学习电工电子学、C语言基础、单片机原理、车载网络技术等课程,学生可以以这些课程为基础理解车辆电子控制的原理,了解传感器、执行器等原件的工作原理。为应对汽车的一些新的发展要求,学生需要学习新能源汽车概论、汽车污染物排放与后处理等课程,以了解新能源汽车的基本类型,了解国家不同排放标准对尾气排放的限制,认识各类污染物的后处理方法。

以上车辆工程专业的课程,可以使学生掌握基础知识,也能够使学生具备一定跨学科发展的理论基础,为学生搭建了解、认识汽车技术发展的知识框架。但以上课程都是作为理论课向学生讲授,学生在储备了以上知识后能否将其联系起来,并应用到实际中,还不能确定,这就需要教学实践环节的介入,辅助学生加深对各科知识的掌握。

核心的实践环节有汽车底盘、发动机拆装、内燃机试验、汽车理论的道路试验,这些实践环节能够使学生更好地掌握车辆工程专业核心理论课的知识。此外,还有电工电子的实验、单片机原理的实验。为了将这些课程和核心课程联系起来,还设置有汽车电子实验,如检测汽车传感器输出信号、执行器控制信号,汽车维修实习,检测汽车车载诊断系统接口数据并进行解读。

1.2 教师教学现状分析

由于教学过程中以教材内容为主要教学内容,虽然经典教材每次都会在新版中加入新的知识内容,但新加内容始终是滞后的。虽然任课老师也会在课堂上介绍新知识,但由于每门课的课时有限,无法过多做衍生,这就导致学生所学知识落后于学科发展。

教师在教学过程中主要关注自身所讲授的课程,但教师需要起到穿针引线作用,需要在介绍车辆专业知识时,将其他学科的知识作为背景知识进行介绍,这对教师提出了更高的要求。

2.1 改善课程安排

为了能让学生满足新工科的发展要求,在传统的车辆工程专业课程外,还需要加入跨学科、多融合的课程,这些课程为学生应对行业发展提供知识基础的同时,拓宽了学生的知识面,增强学生在行业中的竞争力。

由于学制、学分、学时的限制,无法为学生安排全部课程,需要在已有课程中进行优化。可将课程分类为以下四类:第一类为学科的基础课,主要学习基础知识,如机械制图、计算机辅助制图、高等数学、线性代数等;
第二类为专业基础课,为专业知识学习与跨学科运用进行知识储备,为了专业知识学习预先储备的专业基础,如理论力学、材料力学、机械设计基础、电工电子学,自动控制原理等;
第三类为专业核心课,主要介绍车辆工程的核心知识,同时,由于学生具备一定跨学科的知识储备,可以在课堂中随时引用学生所储备的知识,引导学生跨学科运用知识,便于学生形成运用所学学科知识的思维,该阶段课程主要有汽车构造、内燃机学、汽车设计等。第四类为专业拓展课,在学生具备了专业核心知识与跨学科知识的前提下,进一步融合各学科知识,比如车载网络技术、新能源汽车概论等。

各类课程在不同学期的安排如图1所示,大学一年级主要学习学科基础。在掌握一定学科基础的条件下,大学二年级主要学习专业基础课。大学三年级上学期主要学习专业核心课。大学三年级下学期和大学四年级可以进行专业拓展课的学习。

图1 各年级课程安排

2.2 改进教学实践环节

教学实践环节是理论课程教学的有效补充,不仅能加深学生对所学理论课程知识的掌握,若教学实践环节设计合理,还能够起到促进学生跨学科运用知识的作用。

为了使学生在教学实践环节中有效提升知识运用能力,满足新工科发展要求,需要优化教学实践环节,尤其是专业核心课与专业拓展课对应的教学实践环节,因为在这两个阶段的课程学习中,学生已经储备了一定的各学科知识,具备将各学科知识综合运用的能力。

如在讲授内燃机的燃油供给系统与点火系统时,发展的历程与不同时代使用的结构内容非常丰富,可以以此为接入点,引导学生在这些结构上结合各个学科的知识,深入了解各机构的工作特点与运行原理。

如在专业拓展课车载网络技术课程的教学实践环节中,学生会发现该课程与专业基础课、专业核心课中的知识有非常多的重叠。这门课程不仅要求学生掌握发动机、汽车的运行工作原理,对学生的电子信息技术、C语言程序设计等课程也有较高的要求。学生在教学实践环节中需要理解车载网络技术中使用控制器局域网(Controller Area Network, CAN)总线的原因,理解CAN总线的工作原理,理解CAN总线协议才能在教学实践过程中理解并解析CAN总线上采集得到的发动机、汽车信号。此类教学实践环节需要教师和学生都投入时间和精力。

2.3 注重学科竞赛的参与

改善课程安排与改进教学实践环节最终都要落脚于提升学生跨学科运用知识能力。在学生步入就业岗位之前,参与学科的相关竞赛是检验、也是锻炼学生能力的重要途径。

目前,与车辆工程专业相关的竞赛有全国大学生智能汽车竞赛、中国汽车工程学会巴哈大赛等,这些竞赛要求学生将车辆工程的知识与各相关学科的知识融会贯通,综合运用,对学生能力的提升具有非常重要的作用。

学科竞赛可以看作是教学实践环节的扩展与补充。全国大学生智能汽车竞赛要求学生将车辆工程专业的知识与电子信息技术学科的知识相结合,制作智能汽车在给定的赛道中完成行驶,学生要制作车模,选用传感器、电子控制单元、执行器,完成道路识别、路线规划等模块的程序设计,设计外围电路,实现控制模块、各执行模块供电,焊接各模块的电路。对学生综合运用各学科知识有非常好的促进作用。

巴哈大赛要求学生使用大赛组委会指定的发动机等部件,完成行驶系统车架与车身、传动系统、转向系统、制动系统的设计与装配,要求学生不仅要掌握汽车专业的基础知识,还要能够熟练运用各类计算机辅助分析软件对各结构进行设计与应力分析,也要掌握车、铣、刨、磨、焊接等各项工艺,对学生各项能力提升有很重要的意义。这些在学科竞赛中锻炼的能力,即是对课程学习与教学实践的有益补充。

为了实现学生跨学科的知识运用能力,合理安排学科基础课、专业基础课、专业核心课与专业拓展课,使每门课程成为下一类课程的基础,保证后续课程的基础知识储备,使学生具备跨学科运用知识的学科基础。

在教学实践环节,除了让学生加深对理论知识的理解,还要引导学生综合运用各学科知识。在教学实践环节中,有意识地联系各学科知识,实现各学科知识的联结。

积极推动学生参与各项学科相关的竞赛,锻炼学生熟练运用各相关学科知识的能力。通过以上途径,使学生融会贯通各学科知识,满足车辆工程专业学生的发展要求。

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