以卡丁車為載體的汽車專業(yè)課程實踐教學改革

南京工業(yè)大學浦江學院 王源紹，張繼元，冒小文，張 蓉，佟贊贊

2019年教育部提出推動部分普通本科高校向應用型轉變，要重點加強應用型本科高校實驗實訓實習平臺和基地建設，鼓勵行業(yè)企業(yè)參與，建設產(chǎn)教融合、校企合作、產(chǎn)學研一體的實驗實訓實習設施。在此背景下，我國相關高校結合各自學校特點，從課程設計、制度建設、實踐教學、校企融合、技能比賽等不同角度對如何培養(yǎng)大學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力進行了多方面的探索。在專業(yè)課程方面，很多學者根據(jù)不同教育理念的指導，針對一些專業(yè)課程存在的問題，利用競賽等不同方法作為推動手段，從課程教學方法、教學管理、工程實踐等不同角度展開了豐富的探討。對如何提高工程實踐能力和創(chuàng)新能力進行的研究和探索，多數(shù)學校是結合當前本校已經(jīng)開展的校企合作以及相關比賽等進行改革探索以及課程融合，而對于如何在有限的實踐建設經(jīng)費條件下，針對具體專業(yè)的實踐課程進行改革，從而提高學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的研究較少。本文以南京工業(yè)大學浦江學院的汽車服務工程專業(yè)和車輛工程專業(yè)為例，探索如何在有限的經(jīng)費投入前提下，提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，通過選擇卡丁車這一載體，圍繞卡丁車開展汽車專業(yè)課程的實踐教學改革，最終形成了覆蓋課內實驗、金工實習、畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)的改革方案，該改革方案強化了課程間的關聯(lián)性、系統(tǒng)性、興趣性，并對此改革方案進行實踐驗證，取得了良好效果。

1 汽車專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)現(xiàn)狀

汽車專業(yè)（含車輛工程和汽車服務工程）具有實踐性強、與生產(chǎn)過程高度融合的特點，為了增強學生實踐能力，目前汽車專業(yè)的專業(yè)核心課都有一定的實踐（實驗或實訓）學時安排，同時結合金工實習、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)，從多個角度和維度開展實踐及創(chuàng)新訓練，以期最終實現(xiàn)提高學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的目的。然而，受制于傳統(tǒng)課程設計模式，傳統(tǒng)的實踐課程安排存在一定的弊端。

1.1 專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)的關聯(lián)性差

汽車專業(yè)的專業(yè)課程開課時間跨度大，一般從大學二年級到大學四年級均有專業(yè)課程開設，不同專業(yè)課程的實踐目標也不同，造成了不同專業(yè)課程的實踐內容關聯(lián)性較差。以汽車轉向系統(tǒng)為例，涉及轉向系統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)的課程有：汽車構造、汽車理論、汽車設計、畢業(yè)設計等。汽車構造課程多以某轉向系統(tǒng)臺架為教具，讓學生掌握轉向系統(tǒng)的基本結構和原理；汽車理論課程是以整車轉向性能為對象，開展整車操縱穩(wěn)定性等與轉向系統(tǒng)相關的性能測試及實驗；汽車設計課程要求根據(jù)整車轉向性能設計要求，通過計算匹配，完成轉向系統(tǒng)零部件和總成的設計；而畢業(yè)設計課程是從更全面的角度針對具體車型及綜合性能要求，完成某車型轉向性能相關的系統(tǒng)及零部件的計算、設計、分析、優(yōu)化、改進、驗證等工作。以上必修課程中，由于不同專業(yè)課程的實踐目標和要求不同，導致不同專業(yè)課程所選用的教具也不同，造成不同專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)所選用的車型、數(shù)據(jù)等沒有關聯(lián)性，其每項實踐內容僅僅滿足本課程的實踐目標，無法達到通過不同專業(yè)課程的實踐訓練提升學生綜合實踐能力的要求，更無法滿足對綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。

1.2 不同專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性、創(chuàng)新性不足

依然以汽車轉向系統(tǒng)為例，由于不同專業(yè)課程實踐內容的關聯(lián)性差，導致對于轉向系統(tǒng)的結構、原理、設計、優(yōu)化等不同層面的能力培養(yǎng)分布于不同車型上，實踐過程所涉及的數(shù)據(jù)及達到的目標均不同，最終無法達到培養(yǎng)某一具體學習目標的目的。專業(yè)課程的課內實踐內容更多是課程理論知識的補充驗證，創(chuàng)新性實踐的設計受制于課程課時等因素，無法得到較好的開展。而最終畢業(yè)設計的設計優(yōu)化等工作，無法充分利用前期專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗和設計思路，導致專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)效果大打折扣，使學生創(chuàng)新能力的開發(fā)受到限制。

1.3 學生學習主觀能動性不足

由于目前專業(yè)實踐教學大多依然是以單個部件或整車教具為主，主要是在理論課程學習后，通過理論知識的引導，讓學生被動學習教具，認知相關知識，多數(shù)專業(yè)課程的教學模式單一，學生對實踐內容的新鮮感、成就感較低，實踐內容及操作無法激發(fā)學生主動學習的熱情。

1.4 實踐設備投資性價比低

由于不同專業(yè)課程的需求不同，造成需要分別購置不同的教具及實踐設備，很多實踐設備，尤其是專有教具，往往只適用于某一門課程，無法充分發(fā)揮所購買教具的最大價值，致使實踐設備的利用率較低。

2 汽車專業(yè)課程的實踐教學改革

要真正實現(xiàn)汽車專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，必須對其實踐教學體系進行系統(tǒng)優(yōu)化改革，加強不同專業(yè)課程間實踐教學環(huán)節(jié)的內在關聯(lián)與統(tǒng)一融合。改革實踐教學設計，激發(fā)學生學習興趣，提高學生參加課程實踐活動的主觀能動性，構建系統(tǒng)性、關聯(lián)性、興趣性強的實踐教學體系。通過研究汽車專業(yè)課程間的關系和課程特點，針對前文所提出的汽車專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)存在的弊端，提出以下改革思路。

2.1 課程目標優(yōu)化

以專業(yè)課程的具體實踐內容為對象，以提高學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力為總目標，將總目標進行分解，形成可操作的分目標，同時結合不同專業(yè)課程的實踐環(huán)節(jié)重新定義課程實踐環(huán)節(jié)的課程目標，使課程目標與分目標進行對接優(yōu)化，最終達成總目標。如將工程實踐能力與創(chuàng)新能力分解為結構認知、綜合實操、實驗設計、結構設計、優(yōu)化仿真、創(chuàng)新設計等基本能力要求，通過對不同專業(yè)課程實踐內容的優(yōu)化，使不同專業(yè)課程分別達成不同的能力要求。

2.2 課程關聯(lián)性、系統(tǒng)性優(yōu)化

按照“結構→原理→實操→設計→優(yōu)化→驗證”的邏輯順序開展實踐內容改革探索，對不同專業(yè)課程的實踐內容按照以上邏輯關系進行分工，最終使所有專業(yè)課程的實踐環(huán)節(jié)能夠達到不同的任務要求，從而保證不同專業(yè)課程實踐內容的關聯(lián)性、系統(tǒng)性。同時從不同層級的角度，按照整車、總成、零部件的關系對實踐方案進行優(yōu)化設計，最終實現(xiàn)讓不同專業(yè)課程的實踐內容分層、分級、分段的完成各自設定的目標，并形成知識互補、內容互促、邏輯互助的課程實踐安排，通過這種形式的課程體系，不僅鍛煉了學生的工程實踐能力，還培養(yǎng)和發(fā)掘了學生的創(chuàng)新能力。

2.3 創(chuàng)新實踐課程教學載體

為了達到前文所述的關聯(lián)性、系統(tǒng)性目標，本項目創(chuàng)新性地選取同一實踐教學載體來開展實踐課程，即通過對同一款車或同一個系統(tǒng)部件開展系統(tǒng)、全面、綜合的實踐課程設計，保證學生在專業(yè)課程的學習過程中，從最初的汽車構造到最終的畢業(yè)設計，都能夠圍繞同一對象進行學習、實踐、研究、探索。通過對同一對象不同專業(yè)課程多角度、多目標的綜合訓練，使學生充分了解所學知識的實踐應用，并通過畢業(yè)設計形成實踐與創(chuàng)新訓練閉環(huán)，達到工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標。

2.4 激發(fā)學習興趣

在所有相關的專業(yè)課程中，通過對同一實踐教學載體開展不同層次、不同階段、不同目的的實踐課程，引導學生對實踐課程所研究對象進行實驗設計、優(yōu)化、改進、驗證及改造優(yōu)化形成新產(chǎn)品，增加其成就感，激發(fā)學習興趣，充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性。

通過以上一系列的關聯(lián)性、系統(tǒng)性的專業(yè)課程實踐訓練，使其能夠達到專業(yè)課程所要求的實踐目標，掌握車輛相關結構、原理，擁有實操技能的同時，通過設計、優(yōu)化、改造創(chuàng)新等工作充分鍛煉工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

3 以卡丁車為載體的汽車專業(yè)課程實踐教學改革

卡丁車具有結構簡單、直觀易懂、改裝方便、成本低廉、容易激發(fā)學生興趣等特點。根據(jù)以上改革思路，綜合考慮成本、結構特點、可操作性等，提出以卡丁車為實踐課程載體的實踐教學改革方案。

以卡丁車為對象，根據(jù)其結構和性能特點，設計以下實踐方案：A表示車輛動力性試驗、B表示車輛制動性試驗、C表示車輛轉向性能試驗、D表示卡丁車車架設計、E表示卡丁車車架加工、F表示車架性能分析、G表示車架結構優(yōu)化、H表示車輛制動系統(tǒng)結構認知、I表示車輛轉向系統(tǒng)結構認知、J表示車輛動力系統(tǒng)結構認知、K表示發(fā)動機潤滑油更換、L表示制動液更換、M表示ABS設計、N表示制動片更換、O表示制動系統(tǒng)設計、P表示轉向系統(tǒng)設計、Q表示零部件CAD逆向建模、R表示焊接工藝實訓、S表示鈑噴工藝實訓……以上內容可以滿足汽車專業(yè)6門專業(yè)課程、1門實訓課程及畢業(yè)設計的實踐課程要求。不同層級的實踐訓練能力目標與實踐方案矩陣關系見表1所列，不同專業(yè)課程與實踐方案的關系見表2所列。

以卡丁車為載體的汽車專業(yè)課程實踐教學改革具有諸多優(yōu)勢。首先，使不同專業(yè)課程的實踐內容形成更強的關聯(lián)性、系統(tǒng)性。在滿足目前汽車專業(yè)主要專業(yè)課程實踐要求的基礎上，能夠滿足不同層級的目標要求，通過分層級、分目標、分系統(tǒng)的課程安排，能夠較好地達到工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標。其次，學生學習興趣得到激發(fā)。通過分組，保證每組學生與卡丁車具有一一對應關系，在整個專業(yè)課程學習過程中，能夠針對一輛卡丁車開展不同角度、不同層級、不同目標的學習實踐。通過金工實習和畢業(yè)設計，讓學生對所分配的卡丁車進行真正的改裝、設計、優(yōu)化。此外，讓更多的學生通過實際駕駛來直觀感受自己的實踐成果，極大地增強了學生學習主動性及工程實踐能力和創(chuàng)新能力。最后，卡丁車價格低廉，性價比高。大約7臺卡丁車即可充分滿足一個教學班的大部分課程的實踐要求和畢業(yè)設計，能夠低成本、系列化、長效化地解決一些高校實踐環(huán)節(jié)設備投入不足、課程動手實踐不足和實踐內容深度較淺等問題。

表1 不同層級的實踐訓練能力目標與實踐方案矩陣關系

表2 不同專業(yè)課程與實踐方案的關系

目前我院已經(jīng)在畢業(yè)年級開始相關改革試驗，首批共有6名學生針對一輛卡丁車開展畢業(yè)設計工作，分別完成整車結構布置、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)的設計改進，車架輕量化設計、車架設計制作、車架性能分析優(yōu)化等工作。通過觀察本組學生畢業(yè)設計完成進度及效果，發(fā)現(xiàn)在學習熱情、主觀能動性、動手實踐能力與優(yōu)化設計相結合的創(chuàng)新實踐綜合能力等，均遠高于其他類型畢業(yè)設計小組，整體效果超過改革預期。

4 總結

實踐教學可以使學生獲得感性知識、增強實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高創(chuàng)新能力，與理論教學相比,實踐教學更具直觀性、實踐性、綜合性等特點，它在培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神等方面具有特別重要的作用。本研究以工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，針對目前汽車專業(yè)課程實踐教學環(huán)節(jié)存在的不足，選擇卡丁車作為實踐改革的載體，利用卡丁車開展專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)，通過金工實習、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)對卡丁車進行制作改裝與改進設計，激發(fā)學生學習興趣，最終讓學生綜合運用所學專業(yè)知識，充分利用軟硬件工具，完成工程設計等實踐內容，達到系統(tǒng)培養(yǎng)工程實踐能力和創(chuàng)新能力的目標。