新工科背景下的车辆工程专业创新型人才培养研究

庞海文,滕 菲

(长春大学 机械与车辆工程学院，长春 130022)

1 汽车产业发展趋势

近年来，全球经济发展速度总体变缓，但全球汽车的销售量仍然保持一定速度的增长，未来几年也将呈增长趋势。汽车在传统的机械构造上，逐渐加入电子、智能等技术。汽车制造业已经进入了新的发展阶段，大量新技术应用到汽车领域。随着信息技术和智能技术的发展，新能源、电气化、智能化、网联化和共享化是汽车发展的新趋势。

(1)新能源：随着石油能源的大量消耗，自然资源面临枯竭，温室效应等燃油汽车带来的弊端已经显现，发展新能源汽车成为必然趋势。习近平总书记指出，发展新能源汽车是我国由汽车大国走向汽车强国的必由之路。新能源汽车的发展，在我国七大战略性产业中的地位尤为突出。发展新能源汽车，不仅是我国的发展目标，也是全球汽车行业的共同目标。目前已经开始大量投入生产和研发的新能源汽车是电动汽车。

(2)电气化：传统的汽车结构多以机械为主，而如今的汽车结构中加入了大量的电子元件，汽车的电气化程度越来越高。从最初采用的电子ABS(防抱死系统)、EPS(车身稳定控制)等主动安全控制系统加入以提高汽车的安全性，到现在的线控、电子助力等装置的大量增加，汽车的电气化程度越来越高。

(3)智能化：如今的汽车智能化程度越来越高，很多品牌的汽车可以做到人机交互，通过手势、语音和触控等对汽车进行控制。例如汽车会通过驾驶者的掌纹读取信息，主动解锁、调整座椅和后视镜位置，人脸识别解锁，通过语音控制空调温度、搜索歌曲等。有些品牌汽车还有辅助驾驶、自动泊车辅助系统、倒车辅助系统等，这些智能化的系统可以提高汽车的使用性、舒适性和安全性等性能。

(4)网联化：车联网从最初的只是概念到现在迅速发展已成为现实。汽车现在已经可以实现车内无线网、手机远程操控等功能。目前，广泛应用的车联网还处在娱乐和导航等系统上，但随着汽车网联的功能的普及和科技的发展，应用将更加广泛。网联汽车同时会产生大量数据，例如汽车诊断信息、保养信息、驾驶员信息、汽车安全信息和汽车性能信息等，通过大数据和数据挖掘等方法分析，对这些数据进行研究，可以提高辅助驾驶体验和汽车多种性能。

(5)共享化：随着科技的发展，人们的生活方式也在改变，许多行业都产生了新的经济模式。资源的利用被优化，市场上出现了一种新的经济形式，即共享经济。汽车作为主要的交通工具，在人们的生活中广泛使用，随之出现了共享汽车的经济模式。国外的共享汽车应用较早，使用范围较广，随着时代的发展，共享汽车将有更广泛的应用。

(6)无人驾驶：无人驾驶是汽车可以不需要驾驶员，通过车载的网联和传感系统感知路况，自行规划行驶路径，实现自动驾驶。目前各大汽车公司和科研机构都已开始进行无人驾驶技术的相关研究，无人驾驶已经成为汽车行业的一个发展趋势。无人驾驶集人工智能、自动控制、体系结构、视觉感知及计算于一体，是模式识别、智能控制技术、计算机科学和车辆工程发展的时代产物，也是衡量一个国家工业水平和科技发展阶段的一个重要标志。

2 车辆工程专业教学改革

2.1 车辆工程专业教学现状

车辆工程专业不是一个新的专业，我国目前有120多所高校开设了车辆工程专业，其中大部分院校属于应用型高校。车辆工程专业过去一直以机械类知识作为专业教育背景，课程体系、培养方案与机械大类专业类似，根据其专业特点开设了与汽车相关的理论课程和实践课程。传统车辆工程专业课程的专业基础课程与机械类基本相同，专业课大多为汽车构造、汽车理论、汽车设计、发动机原理、汽车制造工艺和汽车试验学等必修课为主，汽车优化设计、汽车行业质量管理和汽车噪声与振动等课程作为选修课程[1]。课程教材内容大多比较老旧，教材内容仍以传统机械式汽车结构为主，对于汽车新技术的应用讲解不足，课程的相关实践环节也较少，对学生的动手操作能力锻炼不足。目前的车辆工程专业课程体系设置已跟不上汽车行业的发展，因此，车辆工程专业的培养方式需要进行一系列的改革。

2.2 车辆工程专业培养目标

车辆工程专业培养目标主要是为汽车行业输送人才，学生能利用所学的专业基础知识和专业知识完成汽车部件或汽车整体的研发、设计和制造，并能够解决在这些步骤中遇到的各种问题。随着新工科的提出，车辆工程专业作为一个传统的工科专业，急需对培养目标进行新的改革，培养能够适应现代科技和工业发展的新型高素质综合型人才。现在的汽车专业已经成为一个多学科交叉的复合专业，已经不是传统的偏向机械类的专业，随着互联网和计算机的发展，以及电子设备和网联等技术在汽车上的应用，电子信息、自动控制和智能化在汽车上的应用越来越广泛[2]。为了应对这些新的发展和挑战，在新工科这一全新理念的指导下，车辆工程专业的培养目标也发生了变化。对于专业课程的设置，应该紧跟科技的发展，以汽车产业发展为依据，增加新能源汽车、智能驾驶、智能化、互联网+和无人驾驶等新技术的学习，同时更加注重学生实践能力、创新能力的培养。新工科指导下的车辆工程专业旨在培养具有坚实的专业知识，较强的工程实践和创新能力，精通数字化科技发展，面向网联化、新能源和智能驾驶等领域的高素质综合型人才。

2.3 车辆工程专业课程体系改革

车辆工程专业是培养从事汽车实验研究、设计、制造和经营管理等与汽车有关的复合型人才。学生除学习通识的基础课程之外，还要系统地学习车辆的基础理论、基础技能、基础知识和相关专业课程，具备能够分析并解决汽车设计制造过程中遇到的相关问题的能力。理论课程包括通识课程，专业基础课程、专业课程和拓展课程。课程体系设置如图1所示。除理论课程外，还包括其他课程以及创新创业平台，以提高学生的实践和创新能力。

专业课程体系的设置是针对从事汽车行业所需人才的素质、知识和能力的培养，要能够紧跟汽车企业和国家工业发展的步伐。随着汽车产业的发展，传统的专业课程已不能跟上科技的发展速度，新能源汽车、电池控制技术、汽车新技术、智能驾驶、车联网和无人驾驶等新技术需要引入到专业课程之中。传统的汽车构造课程多为传统的机械汽车构造，可以启用新的教材和教学内容，添加电驱动汽车的电驱动理论内容[3]。汽车设计课程的内容也多为传统的机械结构，可添加一些智能驾驶和电动汽车设计内容。由于课程学分限制和学时限制，如果将新能源汽车和智能驾驶课程都加入课程中，只能学习浅显的知识，因此可在选修课程时分为两个方向，分别为新能源方向和智能驾驶方向，让学生根据兴趣和特长进行选修。对于实践课程体系，汽车制造工艺学和汽车设计等有课程设计的实践课程，可添加新能源汽车、智能驾驶和无人驾驶的相关内容设计，设计题目更加多样化，有利于全面提升学生的实践能力。

2.4 课程教学方法改革

随着科技的发展和新工科教学理念的提出，涌现出许多新的教学方法。例如汽车构造是车辆工程专业非常重要的专业课，它的教学效果会直接影响到后续专业课程的学习，在专业课程中占有重要的地位。传统的教学方法主要介绍汽车的结构，配合拆装实习，让学生锻炼实践能力。这种学习方法比较枯燥，且理论教学部分比较抽象，不易学习、记忆和理解。随着科技的发展，虚拟现实技术已开始应用在教育领域，通过理论教学、虚拟教学和实践教学相结合的教学模式，可以提高学生的学习兴趣。虚拟拆装实习和实际拆装实习相结合，可以提高教学质量和教学深度。虚拟拆装可以更容易地扩展教学的广度和深度，可以增加各种车型和总成拆装，虚拟3D动画可以让学生更容易理解理论知识，使课程的教学工作得到提升。

汽车理论课程也是一门汽车专业的必修课和核心专业课程之一。传统的教学方式多为填鸭式教学，这门课的内容比较繁杂，理论性比较强。目前，一些高校对该课程进行改革，教学方式除了课堂讲授，还有课程讨论、交流、作业点评和演讲等，激发学生的学习兴趣，给学生自我学习和探索的空间，不再只是被动地接受知识。课程中的计算有些复杂，可以引入MATLAB等软件的教学课程，让学生深入学习，激发学生学习的积极性。这些新的教学方式可以更好地提高学生的综合素质[4]。

车辆工程专业的专业课程较多，针对不同的学习方向和不同的课程又有不同的教学方法。若对每一门专业课都进行细致的研究，可以结合虚拟现实和动画等新技术配合教学。开展课堂讨论和翻转课堂的教学方式，目的是提高学生的学习兴趣。

2.5 实验课程教学改革

传统的实验教学，设备比较陈旧且更新较慢，维护费用较高。例如汽车构造的拆装实习课程，发动机、变速器和离合器等设备，经多次拆装后难免有损坏，且设备更新费用较高，发动机等设备都比较陈旧。采用虚拟拆装实验能解决以上这些问题，虚拟拆装实验不受场地、设备和仪器数量等限制，同时虚拟实验易于扩展，能够轻易地增加实验教学的深度和广度。学生通过虚拟拆装练习，再进行真实的拆装实验，可以有效地减少因错误操作而对设备造成的损坏，如图2所示。除了汽车构造，其他课程也都可加入虚拟实验辅助传统实验教学，以达到更好的实验教学效果。

3 车辆工程专业创新人才培养模式

现代科技和工业发展迅速，新技术不断涌现，导致传统的工科教学方式跟不上时代的发展。在新工科理念下，工科的教育更加注重培养学生的创新能力，因为科技和工业发展需要创新能力。创新能力的培养是指学生要能够对问题进行分析，探索问题的内在本质，并打破传统的惯性思维模式，提出新的合理且有依据的观点或解决方法。创新人才不仅要有本专业坚实的理论基础，还要有较强的其他专业的知识，同时具有较强的自我学习能力和分析能力。新工科的科技创新大多数情况下只靠个人力量较难完成，很多创新活动都是通过团体合作的形式完成的。以某校为例，为了培养学生的创新精神，让学生积极参加创新活动，学院对于车辆工程专业设立了较多的创新平台，以大学生方程式赛车为主，还有创新创业项目、慧鱼工程技术创新设计协会、3D打印协会和其他机械类创新社团。

3.1 车辆工程专业培养目标

某校车辆工程专业的创新以大学生方程式赛车为主，并已有三支车队，分别为汽油赛车队、电动赛车队和无人驾驶车队。目前汽油赛车队和电动赛车队已参加两场比赛，均获得较好的比赛成绩。在研究和制作方程式赛车时，学生不仅可以锻炼创新能力还能培养团队协作能力，团队分为不同的组来进行管理，分别为车身组、发动机组、传动组、转向组、制动组、悬架组、车架组、电池组、采购组、营销组和工艺组等，并设有队长和组长，学生之间相互协作、分工明确，合作完成赛车设计、采购配件和制造等工作。传统的教学模式是以教师为中心讲授知识的方法，而在设计和制造方程式赛车的过程中，采用的是以学生为中心的自主学习的方法，强调学生的自我学习能力，教师只起到辅助的作用。在学生设计和制造赛车的过程中，学生需要搜索资料、整理资料和分析资料，并运用专业知识对赛车进行设计和制造，在设计和制造过程中提出方案，并进行验证和优化。在学生的设计和制造过程中，教师只是辅助指导，在学生遇到无法突破的瓶颈问题时给予一定的指导，以引导学生自己寻到解决方案。通过对赛车的设计和制作，学生锻炼了创新能力，自主学习能力，应用知识分析问题、解决问题和团队合作的能力，让学生的综合能力得到提升[5]。

3.2 创新创业项目

创新创业训练项目是教育部提出的一种新的人才培养模式，目的是提高大学生的创新能力、实践能力和创业能力，培养适应国家发展和建设的创新型高水平人才。创新创业项目是本科学生本人或者团队，在导师的辅助和指导下，自主完成创新型的项目研究、设计和项目实施，并提交研究报告和项目成果等。学生在创新创业项目中，首先需要进行调查，分析自己所要研究项目的可行性、项目实施计划等工作。某校十分重视创新创业项目，学院目前已参加和举办三届创新创业大赛，参加学生较多。某校更设有创新创业学院，设有教研室、教学管理和资源开发等部门。学院主要统合全校各学院的创新创业资源，推进创新创业项目的进行。

3.3 慧鱼工程技术创新设计

慧鱼创意组合模型最初诞生于德国，是具有较高技术含量的工程技术类拼装模型。与车辆工程专业相关的主要模型有传感器模型、控制器模型、机械构件模型、启动模型、电气构件模型和软件模型等。各模块之间可以自由组合、连接、扩充和拆装，学生可自行组装和拆卸安装来验证自己的创新想法。学院为了鼓励学生参加慧鱼工程技术创新设计项目，也设有设计比赛。慧鱼工程技术创新项目流程如图3所示，获得校内较高名次的团队可以报名参加省级和国家级的比赛。

3.4 3D打印技术

3D打印技术是一种快速成型技术，以数字模型为基础，采用塑料或金属粉末等易黏合的材料，通过逐层打印来构造物体整体的一种技术。3D打印技术属于一种新的成型技术，近年来发展较快。为了推动创新人才培养和学生的创新创造的意识，学校多次举办3D打印设计大赛，培养学生的创新设计能力、综合设计能力和团队合作的精神。学生对于3D打印比赛的参与热情较高，通过举办比赛提高了学生的创新精神，增强了学生的实际操作能力。

4 结论

全球汽车产业的飞速发展，对车辆工程专业学生的培养提出了更高的要求。随着电动汽车的大力发展和智能驾驶等技术的应用，车辆工程人才的培养模式和教学内容需要进行改革创新。本文分析了汽车产业的发展趋势，为满足国家汽车产业发展对车辆工程人才的需求，汽车产业需要具有更高创新能力、实践能力、分析能力的高素质人才。某校已对车辆工程专业的培养方案和课程体系进行了调整，并建设了多个创新能力培养平台。在未来还将不断探索和完善车辆工程专业的培养目标和培养方案，主要目的是培养车辆工程专业高素质的综合型人才。