面向“新四化”的车辆工程新工科建设探索

冀杰 任玥 李云伍 吴飞

摘  要：随着“中国制造2025”、“互联网+”等一系列国家重大战略的实施，汽车电动化、智能化、网联化及共享化（简称“新四化”）的趋势愈发明显，迫切需要培养造就一大批跨学科交叉的创新型汽车工程技术人才，而新工科教育理念的提出与实践，为车辆工程专业的创新人才培养模式提供了新的方向和途径。在汽车行业“新四化”的发展趋势及创新人才需求前提下，阐述车辆工程与新工科建设之间的辩证关系，并分析汽车“新四化”对专业人才培养提出的挑战，最后依据“新工科”教育理念提出未来车辆工程专业建设的建议，以期推动工程教育转型发展并为我国汽车行业提档升级提供人才保障。

关键词：新工科;车辆工程;新四化;培养模式

中图分类号：G640         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）25-0022-04

Abstract： With the implementation of a series of national strategies such as "made in China 2025" and "Internet plus"， the trends of electrification， intelligence， interconnection and sharing for vehicles are becoming more and more obvious， then it is urgent to cultivate a large number of interdisciplinary innovative automotive engineers. The proposal and practice of the emerging engineering education provides an innovative direction and way for cultivating professional vehicle engineers. This study will be starting from the development trend and the demand of engineers in vehicle industry， then clarify the dialectic relation between vehicle engineering and the emerging engineering， and analyze the challenge of four modernization to the cultivating model. Finally， according to the emerging engineering education concept， we put forward suggestions for the development of future vehicle engineering， so as to promote the development of engineering education transformation and gear upgrades to provide innovative guarantee for China's vehicle industry.

Keywords： Emerging Engineering; vehicle engineering; New Four Modernization; cultivating model

引言

当前，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的产业革命正在迅猛展开，人工智能、5G通信、新能源、大数据以及云技术等新科技快速改变着汽车行业的产品业态、商业模式和技术方向[1]。产业变革为我国汽车行业的创新发展提供了新机遇、注入了新动力，但与此同时，汽车行业的“新四化”发展需要大批跨学科交叉的新型卓越工程技术人才，这对汽车人才的知识、技能、职业素质和国际视野提出了新要求，也对传统的车辆工程专业人才培养模式提出了前所未有的挑战[2]。

为顺应新时代对工程教育教学改革提出的新要求，培养新型工程创新人才，高等工程教育必须进行全面、深刻的改革和创新。新工科教育理念和改革措施就是在这样的背景下提出的，从“复旦共識”、“天大行动”到“北京指南”，对新一轮科技革命和产业变革展开了主动响应，也标志着以新工科建设为主题的高等工程教育改革进入到一个新的阶段[3]。车辆工程作为一个多学科交叉复合的传统工科专业，不仅需要掌握传统的机械、电子、控制等丰富的专业基础知识，同时，还要顺应行业发展趋势，掌握以人工智能（Artificial Intelligence）、区块链（Block Chain）、云计算（Cloud）和大数据（Big Data）为代表的高新技术。因此，车辆工程专业建设需要依据新工科教育的发展理念，在已取得的工程教育改革成果的基础上，结合当前人才培养现状与发展特点，调整和转变学科专业建设思路，对专业人才培养模式进行改革与发展，以适应当前汽车产业的快速发展以及汽车行业对专门人才的较高要求。

一、车辆工程与“新工科”的辩证关系

新工科可表示为Emerging Engineering或Emergent Engineering，新工科的“新”包括工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系，其中，新颖的学科或领域是重要组成部分之一，可理解为刚出现、正在形成或将要形成的新兴工程学科、领域或方向，可以是一级、二级或交叉学科，也可以是学科方向，它应该代表工程和科技的新发展，与快速发展的产业和新经济联系紧密[4]。

在传统观念中，车辆工程专业是以传统机械类知识为教育背景，同时融合了工程力学、电工电子、自动化控制、设计学与加工制造等多学科交叉知识，最终用于研究汽车、拖拉机等车辆的理论分析、设计开发、试验检测、加工制造及技术管理的传统工科专业。然而，车辆工程专业经过近些年的快速发展和升级，不仅逐渐实现了与计算机辅助设计、虚拟仿真等先进技术的深度融合，而且成功地引入了诸如电动化、信息化、智能化、大数据等新概念，已经在很大程度上改变了车辆工程专业原有的传统工科基本属性。虽然车辆工程专业在培养方法上与传统工科大类专业相类似，但由于其自身课程知识体系与智能化、大数据、新能源高度融合的学科特点，决定了其与传统机械类专业的本质差异，同时也奠定了其具备开展新工科教育改革与探索的前提条件和基础[5]。

另外，任何割裂工科整体性的学科和专业分类，均不可能发挥出系统整体功能，亦不符合高等工程教育的整体理念，这必然违背新工科建设的初衷。从历史逻辑来看，学科的重构是“常态”，科学技术的发展、知识的累积、范式的变迁、认识的拓展等都对其发生作用，但社会需求是推动学科演进的主要驱动力[6]。新工科专业类型可通过以下两个途径进行构建：1. 根据科技进步和社会需求设立全新的工科专业或专业方向，例如人工智能、大数据、云计算等专业;2. 根据新工科教育范式的框架，以新的理念、新的模式、新的方法、新的内容和新的质量标准改造现有的工科专业方向，例如，机械制造、电气、材料、自动化、采矿、冶金、动力等专业。前者主要是根据技术发展方向设定专业，此类专业需要在传统工科专业领域内寻找落地应用场景;而后者则是在借助前沿技术发展方向对现有工科专业进行提档升级，从而满足现有行业的快速发展需要。以车辆工程为例，车辆工程的“新四化”需要人工智能、大数据、现代通信、新能源等新兴专业的技术支撑，而上述技术也需要在汽车行业的不同领域进行应用落地，如图1所示。

二、汽车“新四化”对新工科人才培养的新要求

2015年，国务院印发《中国制造2025》，提出将“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，明确了“继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展，掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术”的发展战略，这为汽车行业的“新四化”奠定了重要的政策基础[7]。另外，近年来随着人工智能、互联网+、5G通信、大数据及新能源等技术的不断突破，为汽车行业“新四化”的快速发展提供了技术支撑。然而，汽车“新四化”发展趋势给高校的车辆工程专业人才培养提出了以下挑战：一方面，汽车企业对高素质人才的跨学科专业知识、创新应用能力及知识更新能力等要求日益增长，另一方面，传统工科培养模式下孕育的人才难以满足汽车行业新技术的发展要求，具体表现为：

汽车电动化挑战：汽车电动化从根本上改变了汽车动力来源以及动力传输方式。目前，各大汽车企业在混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车领域投入了大量研发经费和人力，但无论是哪一种形式的新能源汽车，均无法离开电池、电机、电控三大核心技术（简称“三电”技术）[8]。而在传统的车辆工程专业课程中，仅包含了电工技术、电子技术和汽车电器与电子技术等基础课程，而与“三电”技术密切相关的电化学、材料科学、现代电控技术等课程内容涉及较少，难以系统支撑汽车电动化的研究与开发需要。

汽车智能化挑战：汽车智能化技术涉及到环境感知、信号处理、系统决策及运动控制等一系列核心技术，是车外信息与车内控制相结合的复杂交叉学科系统[9]。在传统的车辆工程专业课程中，主要涵盖了速度、温度、压力、位置等基础传感技术以及动力传输、运动控制等控制技术，另外，有部分课程介绍了自适应巡航、车道保持、主动紧急制动等驾驶辅助知识。但是，对于近十年出现并取得广泛应用的外部環境传感感知、信息融合、深度学习以及驾驶行为决策等方面的知识，现有课程均未涉及。因此，紧跟汽车智能化技术的发展，拓展现有课程体系的外延，是当务之急。

汽车网联化挑战：近年来，随着物联网、车联网、5G通信等技术的快速发展和应用，汽车的车内互联、车车互联、车路互联及车云互联等网联化技术已经成为未来必然的发展趋势。然而，在传统的车辆工程专业课程体系中，汽车通常被看作是相对孤立的运动个体，车辆信息主要通过LIN、CAN、FlexRay、MOST等车内总线进行传递和交换，汽车与外界通信的信息传递系统框架及传输方式等方面内容在课程体系中尚未涉及。因此，在新工科专业建设背景下，在专业课程体系中加入以5G为代表的现代通信和互联网知识，有助于同学们学习和掌握汽车网联技术。

汽车共享化挑战：为有效提高汽车的单车利用率、缓解道路交通压力并减轻环境污染，越来越多的汽车企业正在布局共享汽车市场，汽车共享化也成为未来社会发展的一大趋势。在汽车共享过程中，需要有效获取汽车的数据信息并上传到信息交换平台，进而对信息进行大数据处理并分享关键数据信息，最终建立较为全面和完整的汽车共享数据库。大数据是新工科专业建设的重点方向，需要在传统车辆工程专业课程体系中，结合数学、统计学、计算机等相关基础知识，建设面向汽车共享化的大数据专业课程。

根据汽车行业“新四化”的挑战，构建如图2所示的车辆工程专业知识体系。

三、新工科车辆工程专业建设

新工科车辆工程专业建设要服务国家“2025中国制造”战略、对接汽车产业发展并引领先进汽车技术前沿，以“新四化”需求引领专业建设改革方向，突破传统工科思维模式，打破“学科壁垒”和“专业藩篱”，促进多学科交叉与深度融合，培养具有可持续竞争力和国际视野的创新车辆工程人才。

（一）面向“新四化”的培养目标

新工科背景下的车辆工程教育改革应该是一种全新的理念，首先需要根据汽车行业发展及专业人才的培养需求，以结果为导向确定专业人才的培养目标。新工科背景下对车辆工程人才培养的需求正在不断提高：首先，通识知识、专业基础知识和专业核心知识依然是实现新工科教育的基础，应扎实掌握车辆工程专业理论知识，并具备较强的实践动手能力;其次，工程专业认证对新工科人才培养具有重要的借鉴作用，应围绕《工程教育认证标准》中提出的本科毕业培养要求，提高专业人才解决复杂车辆工程问题的能力，并提升国际视野，掌握全球汽车前沿技术，增强国际竞争力[10];最后，为了适应汽车行业“新四化”的快速发展，培养的车辆专业技术人才还一定要具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。在上述目标指导下培养出来的车辆工程专业学生，才能适应汽车产业的快速发展，引领汽车技术变革，服务国家发展战略。

（二）突破专业学科藩篱的课程体系

高校中的专业是一系列课程和教学环节的有机集成，而专业建设以某一学科为基础。随着汽车“新四化”的快速推进，车辆工程专业的知识体系不断拓展，学科领域也在不断外延和交叉，只有打破学科陷阱、突破专业藩篱，促进车辆工程与多学科的交叉和深度融合，构建新的知识体系与课程体系，才能满足汽车产业对新工科人才的要求。基于此，在新工科教育背景下，车辆工程专业应以“通”和“专”的人才培养为目标，车辆工程专业为出发点，紧密融合“新工科”专业中的新兴学科，立足于汽车“新四化”中新技术的发展方向，科学合理地制定新工科专业的课程体系。

以西南大学车辆工程专业为例，为了兼顾“通”和“专”特色的人才培养要求，构建了“车辆+X”专业课程模块化知识体系，即在传统通识课程、专业基础课程、专业核心课程不发生变化的前提下，将专业发展课程分为“智能网联”、“新能源”和“大数据”三个不同的方向，分别根据不同的专业方向开设3-4门模块核心课程，建议选择该方向的学生全部学完相关课程。另外，在专业发展课程的模块课程之外，整合计算机科学、人工智能、新能源、大数据、通信技术等相关前沿技术，学生可根据自身方向和兴趣选择相应课程。上述课程体系兼顾了专业知识的基础性、专业性和前沿性。

（三）“以学生为中心”的培养模式

新工科建设中最关键的是人才培养模式的改革与创新，“以学生为中心”的理念贯穿于人才培养的全过程，既要围绕学生的学习特征因材施教，又要以学生解决复杂交叉工程问题的能力作为最终目标。根据新工科人才的新要求，构建创新性工程创新人才的培养模式。新工科人才培养模式可借鉴《工程教育认证标准》中的相关理念，根据汽车产业“新四化”发展对创新人才知识、能力、素质的需求进行设计。例如：为提高车辆工程专业同学解决复杂工程技术问题的能力，可在专业核心课程学习中采用探究式或者项目导向式教学方法;为了使学生了解和掌握汽车“新四化”的前沿知识，可采用MOOC或者在线讲座等方式拓展获取知识途径;为了提高学生运用理论知识的能力，可采用“CO-OP”工学交替的方式提供校企合作机会和应用场景;可采用出国交换学习或者开设国际合作课程的方式，拓展同学的国际视野。通过上述一系列培养模式的改革措施，加快建立“新四化”产业发展与培养模式相融合的培养机制。

四、结束语

为适应当前汽车产业“新四化”发展对车辆工程专业人才的需求，本文以新工科教育为切入点，阐明了车辆工程专业发展与新工科专业建设之间的辩证关系，分析了汽车行业“新四化”给车辆工程专业人才培养带来的一系列挑战，最后，对车辆工程专业人才培养的具体目标进行了重新定位，重构了专业人才培养的课程体系，并對创新型专业人才的培养模式进行了探索分析，以期为车辆工程专业的新工科专业建设提供一条探索思路。

参考文献：

[1]陈婉.汽车“新四化”已不可逆[J].环境经济，2018（21）：12-13.

[2]李静.汽车“新四化”时代消费者出行方式探究——一个日常生活的视角[J].汽车纵横，2018（11）：64-67.

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[4]李华，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017（04）：16-19+57.

[5]郑玲，靳立强，于秀敏.以新工科理念为导向，建设车辆工程领域教学案例库[J].教育教学论坛，2018（43）：114-116.

[6]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017（06）：1-13.

[7]李拓宇，李飞，陆国栋.面向“中国制造2025”的工程科技人才培养质量提升路径探析[J].高等工程教育研究，2015（06）：17-23.

[8]雷歌，孙文福.新工科背景下车辆工程专业新能源汽车方向的建设思考[J].内燃机与配件，2019（05）：256-257.

[9]李丽，贝绍轶，倪彰，等.“新工科”背景下的汽车传感器与测试技术课程优化[J].高教学刊，2019（07）：73-75.

[10]Dixit RK， Pathak M. An overview of International Engineering Accords with special reference to Washington Accord[J]. Journal of Engineering Science and Management Education. 2012，5（II）：467-471.