基于成果导向的创新教学模式探究——巴哈大赛项目研究

(天津交通职业学院，天津300110)

一、巴哈大赛介绍

中国汽车工程学会巴哈大赛Baja SAE China(简称BSC大赛)是由中国汽车工程学会主办，由本科院校、职业院校汽车及相关专业在校生组队参加的越野汽车设计、制造和检测的比赛。各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在规定时间内，使用同一型号发动机，设计制造一辆单座、发动机中置、后驱的小型越野车，完成静态项目与动态项目比赛，静态项目包括技术检查、赛车设计、成本与制造、商业营销等，动态项目包括牵引力测试、操控测试、爬坡测试等单向比赛和4小时越野耐力赛。

二、巴哈大赛项目任务分解

巴哈大赛最终参赛的是符合技术要求、安全要求的小型全地形越野车。赛车的研制和参赛过程需要完成复杂的工作任务。

(一)分析发动机的性能，读懂发动机相关的技术资料，调校发动机性能

巴哈大赛组委要求各车队使用相同的四冲程、风冷、排量为305cc的百力通发动机。赛车的研发，需要首先读懂赛车使用发动机的技术文件，根据发动机的技术参数进行底盘的设计。考虑比赛天气的影响，需要对发动机的进、排气系统在赛规允许的范围内进行改装，比赛时发动机调速器最大转速只允许设置为3800rpm或更低。在发动机使用过程中，需要能够对发动机进行调校、维修和保养。

(二)赛车整体设计

根据巴哈大赛竞赛规则，确定赛车的整体尺寸，提出总体设计方案，为各部分的设计提供参数和要求。

(三)设计赛车底盘

赛车底盘是赛车装配的基础，是赛车的重要组成部分，汽车底盘接受发动机的动力,使赛车运动并保证赛车能够按照驾驶员的操纵而正常行驶。

汽车底盘一般由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统组成。

1.设计传动系统

汽车传动系统是汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置。

完成传动系统的设计需要进行不同传动方式的结构分析与选择，确定传动系统的传动方式；设计各组成部分的结构和参数，并根据设计计算，绘制各组成部分的零件图，建立三维模型，进行虚拟仿真分析，避免设计缺陷，保证各部分总成与发动机、和整车匹配良好。

2. 设计行驶系统

汽车行驶系统由车架、车桥、悬架和车轮四部分组成。

(1)赛车车架

赛车车架承受来自赛道的各种复杂载荷，是其它总成部件的安装基础，其结构对赛车的安全性、动力性、操纵稳定性等有很大的影响。赛车车架应具有足够的刚度、强度以保证其装配和使用要求，又要尽可能简单、轻巧，以提高赛车的动力性。巴哈赛车的车架，也就是防滚架，采用钢管制作。为了保证车手的安全，在巴哈大赛竞赛规则中要求了钢管的材料和规格尺寸，规定了防滚架的部分参数，同时限定了防滚架的部分结构。车架的设计要在满足赛规要求的前提下，合理选用钢管，合理布置防滚架结构，提高其强度、刚度、安全性，增大赛车可利用空间，便于赛车各组成部分的合理布置。为了提高赛车的动力性、可靠性，车架在设计完成后需要进行虚拟分析，优化车架结构，降低车架重量。

(2)车桥

巴哈赛车要求发动机中置，赛车的后桥为驱动桥，在设计传动系统时，驱动桥的设计已经完成。赛车的前桥为转向桥，转向桥的设计在转向系统设计时完成。

(3)悬架

巴哈赛车行驶赛道复杂，要求车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化、减小轮胎磨损，并且能自适应路面，选用独立悬架。考虑赛车的空间限制，赛车的制造成本，确定独立悬架的类型，设计其导向机构，分析减振器阻尼力特性，确定减振器行程和减振器的主要尺寸，选择减震弹簧，设计计算其主要参数。绘制三维仿真模型，分析悬架性能，进行结构优化。

(4)轮胎

考虑赛车通过性和驱动力大小，赛车行驶速度，确定巴哈赛车轮胎直径，分析赛车的行驶条件选择轮胎的扁平比和花纹。

3.转向系统设计

赛车在比赛过程中需要高速过弯，过弯时留给车手的操作时间比较少，在满足车手过弯时不需改变手握方向盘的位置的条件下，确定转向系统的角传动比。根据赛道情况，分析赛车最小转弯半径要求，计算外侧车轮的最大转角，在保证前轮转向回正能力和车辆直线行驶稳定性的前提下，确定转向轮定位参数，设计转向器和转向传动机构。利用仿真分析软件对转向系统各部件进行仿真模拟和动态分析，防止运动构件发生干涉，发现设计缺陷，完善设计方案，提高设计质量。

4.制动系统设计

根据赛车静态轴荷分布系数，主要设计参数，计算制动力，计算制动盘、制动钳尺的主要参数，设计、选择制动盘和制动钳，设计制动操作机构。

(四)设计底盘各部分的安装位置、连接方式

巴哈赛车结构紧凑、尺寸小，需要合理布置各组成部分。赛车底盘各部分各自独立，结构上相互连接，功能上相互制约、相互影响。合理的布置底盘四大系统，使其匹配良好，保证赛车良好的动力性、操作稳定性、通过性和可靠性，行驶的平顺性。赛车底盘的布置与连接是复杂的工作，需要心思缜密、多维度的思考问题，设计底盘四大系统之间的连接、四大系统与车架的连接，绘制整车装配图，处理各组成部分的矛盾。利用仿真软件进行运动、受力仿真分析，发现设计缺陷，及时进行修正。

(五)采购、制作各零件，完成赛车的装配与调试

根据设计图纸，将零件进行分类。外购件按照购买流程进行采购，自制件确定加工方法，编写加工工艺，购买原材料进行生产加工。随零件的加工与采购进度，完成各总成、系统的装配与调试，完成整车的装配。

(六)赛车性能测试、调校

赛车性能的测试一方面通过仪器设备进行检测，一方面通过路试进行检测。赛车装配、调整、仪器检测完成后，性能良好的赛车在模拟赛道上进行路试，记录、分析试车数据，针对赛车存在的问题，提出改进方案、调整措施，保证赛车性能良好。

(七)整理赛车相关资料，编写参赛文件

整理赛车设计、加工、装配等的相关资料，编写设计报告、成本报告等参赛资料，设计赛车营销策略，编写营销报告，进行赛前的答辩准备。训练车手，提高驾驶技能，掌握驾驶技巧，为参赛做好充分的准备。

三、搭建基于成果导向的课程体系

基于成果导向的创新教学模式是以“学习产出”为导向的教学方法，将教学的重点置于“学习产出”，注重学生创新、实践能力、组织领导和策划能力、分析和综合信息能力的培养。专业课程的设置以巴哈大赛项目为载体，针对巴哈赛车的研制工作任务逐层分解，分析不同工作任务所需的知识点和技能点，按照能力递进的原则，在原有课程体系的基础上，重新构建课程体系和知识结构，调整一、二学年专业课程的开设顺序，调整理论与实践课时比例，课程实训项目围绕巴哈大赛项目设置，形成基于成果导向的教学模式，如图所示1。

图1 课程框架图

课程设置即要满足基于成果导向的教学模式学习目标的要求，又要考虑与汽车制造与装配技术专业课程体系的一致性、等价性，以便于在实施过程中形成良好的选拔和退出机制。课程设置见表1。

表1 一、二年级职业技术课和技能训练课

四、师资队伍和教学保障

(一)师资队伍

基于成果导向的教学模式对师资水平提出了更高的要求，教师以巴哈赛车为中心，要熟悉巴哈赛车研制的不同工作任务之间的层次关系，清楚巴哈赛车研制的不同工作任务对所讲授课程的教学内容、教学目标的要求。教师要具有高质量的任务设计能力，在教学目标的指导下，结合学生已有的知识基础及认知水平，将教学内容自然地融入到巴哈大赛项目工作任务中，任务目标以及相关环节的设置要能够对整个教学过程产生驱动力，使学生在任务执行的过程中完成对知识、技能的掌握。教师要具有一定的创新教育的理念，在设计任务的时候还需要考虑留给学生一定的创新空间，这样更会有利于培养学生的创新意识。我们的教师团队：

1.考虑学生特点，设计不同任务

学生的学习能力不同，掌握知识的速度不同，理解和应用知识的能力不同。教师要分析学生的特点，充分考虑学生已有的文化知识、认知能力、兴趣等，针对相同的教学内容设计多个不同的任务，针对不同的学生分组布置不同的学习任务，调动学生学习积极性，激发学生的潜能。

2.任务设计目标明确

教师认真梳理教学总体目标，将其细化、分解为多个小目标，对应着将巴哈赛车研制任务细化、分解，将教学内容融入完成任务的过程中，通过 “任务”来体现总的教学目标。

3.任务设计重点、难点分散

教师设计学习任务时，从任务的完成时间、任务包含知识点的数量、任务前后的关联性等多方面考虑。每个任务规模适中，包含涉及的知识点明确，重点、难点清晰，前后任务之间具有一定的联系和难易层次，任务的设计由点到面，形成逐步深入的“螺旋式”上升过程，便于学生对知识、技能和方法的学习和掌握。

4.任务设计注重渗透性

教师是课堂教学的组织者，也是学生学习的启发者，在设计任务和教学实施时要注重学生能力的培养，要引导学生向知识的深度和广度探索。提供必要的实践条件，指导学生由模仿上升到创造。

(二)教学场地保障

我们将教学场地划分成教学区域、实施区域、赛车展区，为学生提供准确理解任务情境和完成任务提供资源。

教学区域布置采用混合式，即有传统式又有小组合作式。即为学生提供相对独立的学习空间，又为学生提供能够进行协作学习的环境。既可以独立的探索、学习新知识，也可以与他人合作，共同探索、学习。学生选择适合自己的学习方式，达到学习效率的最大化。

实施区域分为机加工区域和装配、调试区域，为学习任务的实施完成、学习效果的评价提供条件。调动学生主动性与创新能力，启迪学生智慧，磨炼学生意志，培养学生精益求精的工匠精神。

赛车展区便于学生对任务需求、任务目标有清晰的认识，为学生的任务完成提供参考。

五、基于成果导向的教学模式的实施验证

为了研制基于成果导向的教学模式的科学性、先进性，成立创新实验班。实验班学生采用自主报名+综合素质(理论)考核+动手能力(实操)考核的方式进行选拔，班级规模为30人。

成立创新实验班前，巴哈赛车的研制由社团完成，根据社团成员在巴哈赛车研制过程中的任务分工和贡献度选拔车队成员，参加巴哈大赛。社团成员熟悉巴哈赛车的制作和比赛流程，掌握了赛车制作、装调技能，起到了一定的引领作用。第一届的创新实验班与社团同时存在，社团成员辅助完成教学过程，与教师共同分析巴哈赛车研制任务的分解，对应不同任务目标分析不同课程的学习目标，将赛车研制任务融入教学环节，辅助教师设置实训项目，同时协助教师指导学生完成实训项目。

第二届创新实验班成立后，社团退出赛车的研制。两届不同层次的学生，在学习和赛车研制中发挥不同的作用。经过一年的学习与实践，第一届学生已经掌握了钳工操作技能，掌握了汽车发动机、底盘的结构组成与工作原理，掌握其装配与调整技能，能够熟练使用AutoCAD绘图软件完成工程图样的绘制，能够熟练使用Proe三维建模软件的各种造型方法和实体变更方法，掌握了零件造型、零件装配、零件工程图制作的技能。第三学期学习汽车设计、机械优化设计、Ansys有限分析等课程，在理论提高的基础上，结合已学课程，完成赛车底盘各系统的参数选择、设计计算，并进行结构设计，输出图纸并进行性能优化，完成赛车的设计报告。同时将其学习成果用于一年级创新实验班的实践教学，即提高课程实践项目的针对性，训练学生动手能力，掌握实操技能，又能够检验设计的合理性。第四学期学习汽车制造工艺学、汽车整车装配与调整技术、汽车性能检测、汽车生产现场质量管理课程，其教学过程已实训教学为主，在课程的学习过程中完成巴哈赛车的制作、装配、调试，做好巴哈赛车生产过程管理，核算制作成本，编写参赛文件。

创新实验班的教学以成果为导向，采用任务驱动，学生和教师根据具体的任务学习与讲授，提高学习过程的自主性、针对性。学生首先对任务有一个整体的印象，分析完成任务需要学习和掌握的知识和技能，明确学习的重点。教师在讲授过程中给予学生一定的指导，提高学生的学习积极性，使课堂教学变得轻松，很好的提高学习效率。

创新实验班的教学融入赛车制作过程，考核引入了竞争机制。在实践项目中，学生加工制作的优质零件将直接装配在赛车上。在车架设计、零部件设计中评选优秀作品，将优秀设计方案用于赛车设计中。同时，学生的作品成绩进行累计计分，其累计分值作为巴哈车队队员的选拔标准。由于每支巴哈车队只有18个注册名额，巴哈班的同学只有加倍努力，拿出优秀的作品去争取参赛名额，这大大激励了同学们的学习兴趣。除了正常的教学活动，同学利用课余时间搜集相关资料，讨论设计方案，练习实习项目，提升实践技能，这种学习态度感染了身边的人，形成了一种良好的学习风气。

基于成果导向的创新教学模式探究——巴哈大赛项目研究，将教学与赛车研制相互融合，给了学生一种隐性的期望与动力，也给学生提供了一个努力的框架与方向，并且不以知识理论记忆能力来考核学生学习，而是以预期能力的达成度来进行多元化的考核，有利于提高人才培养质量、实现教与学观念的转变，注重学生自我探索和自我学习能力的培养，促进学生个性化发展，促进学生专业能力和就业能力的提升。