汽车底盘综合实验与创新思维训练课程建设探索

韩秀琴， 高云峰， 杨洪亮， 雷呈喜， 包 军， 张晓辉

（哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001）

0 引 言

随着经济社会的飞速发展，为实现科教兴国的战略目标，研究型大学肩负起了培养拔尖创新型人才的任务。人才培养的主要教育载体是课程。传统课程教学偏重课堂教学和课内实验，学科交叉融合不足，教学内容重理论轻实践，教学方式以教师为中心，影响学生将知识有效发展为创新意识和创造能力。而创新型人才培养的课程观既要强调强化基础课程，还要突出实践教学环节，更要注重开发全方位、立体化和全程式的参与课程［1］。

美国耶鲁大学前校长理查德·莱文（Richard C.Levin）［2］曾指出：“中国大学本科教育缺乏两个非常重要的内容：第一是跨学科的广度；第二就是对批判性思维的培养。”

汽车是一个多学科、非常典型的机械和电子产品，随着科学技术的发展和进步，汽车变得越来越智能，更绿色、更安全、更高效［3］。特别是近年来新能源汽车和自动驾驶技术，使各汽车厂家面临巨大的挑战。为应对当今的世界竞争，培养学生在汽车设计制造方面的兴趣和创新能力，建设汽车底盘综合实验及创新思维训练创新实验课程，具有重要的意义。

1 课程介绍

1.1 课程教学目的

汽车总体构造由发动机、底盘、车身、电器与电子设备4大部分组成，其中底盘又由传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统组成。

汽车底盘综合实验与创新思维训练作为供全校学生选修的创新实验课，使学生通过课程学习和实验，达到以下教学目的：

（1）认识汽车底盘的传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统。

（2）掌握汽车底盘各系统的结构组成、功能、工作原理及布置形式。

（3）熟悉底盘4个系统之间的关系及运动传递路线。

（4）通过分析汽车典型部件的发展历程，引导学生了解技术创新对推动社会发展的重要作用。

（5）通过分析汽车技术的多样性，使学生正确认识跨学科解决复杂工程问题的重要性。

1.2 课程教学条件

实验室具有汽车底盘实验的设备条件，包括汽车底盘演示系统和底盘构造的各大总成和零部件。

（1）汽车底盘演示系统。汽车底盘演示系统是利用真实汽车底盘开发的实验设备，在实验中可以动态演示汽车底盘4个系统的工作过程。发动机输出的动力通过离合器、变速器、万向传动轴、驱动桥，最后将运动传到驱动轮，在动态演示过程中可直观地看到运动的传递路线。在传动系统运动过程中可以操纵换挡手柄进行变速，此时能清晰地观察到换挡拨叉的切换过程；操纵方向盘控制转向，可以观察到转向系统各机构的传动过程；操纵制动踏板，可以观察到制动器的制动过程等。

（2）底盘构造的各大总成和零部件。实验室除了具备汽车底盘演示系统外，还具有独立的汽车底盘各大总成和零部件。如各类离合器、变速器、差速器、驱动桥、转向器、制动器、真空助力器、减振器、防抱死制动系统（ABS）、悬架等。这些实验设备中部分设备可以供学生动手拆装，深入了解其构造和工作原理，部分设备可以进行操控，深入学习其中控制方法和控制原理。

2 课程的作用

创新思维是大学生创新能力培养的核心要素，新工科建设对大学生的创新思维能力提出了更高要求［4-5］。创新型人才的内涵，是具有创新意识、创新精神、创新思维、创新能力并能够取得创新成果的人［1］。创新型人才的培养离不开创新型的教学环境，如果在教学中树立先进的教学理念，设计合理的教学内容，利用有效的教学方法和教学手段，可以充分调动学生的积极性，实现高效的教学过程和良好的教学效果。

汽车底盘的4大系统经历了百余年的发展历程［6］，在不断满足人们对汽车安全、节能、舒适、环保方面日益增长的需求过程中，汽车技术在不断进步与创新［7］。在课程实验中，选择典型的零部件，为学生分析其技术发展和创新过程，引导学生进一步查阅相关资料，激发学生的求知欲，使学生在实验课程的基础上进行深入的研究和探索，不仅能夯实汽车技术的基础，而且可以将相关技术与其他课程的学习相结合，在今后的学习和工作中养成一个良好的创新思维习惯。

3 课程建设探索

课程建设以新工科教育、双一流建设为出发点，合理组织教学内容，精心设计教学环节，加强课堂教学中的互动交流，探索有效的教学方法，体现以学生为中心的教学理念，强调学生在教学过程中的主体性。

3.1 课程教学内容与方法

（1）汽车底盘综合实验。在教学中将重知轻行转变为知行合一，强调向实践学习，学以致用。引导学生主动实践，实现做中学和学中做［8］。

图1所示为汽车底盘机械式传动系统的组成及布置示意图，表1为汽车底盘4大系统的基本组成。

表1 汽车底盘4大系统的基本组成

图1 汽车底盘机械式传动系统的组成及布置示意图［9］

通过汽车底盘的动态演示实验，启发学生观察、分析底盘各系统的动力传递，学习汽车底盘4大系统的构造和工作原理。

（2）创新思维训练。思维在认识世界和创造世界中具有决定性作用，思是学的催化剂和动力源。教学中将重学轻思转变为学思结合，激发学生迫切的学习愿望，实现学中思和思中学［8］。

以汽车底盘为教学载体，重点选择汽车底盘的典型零部件（见表2），分析其机械结构、控制方式的技术发展和创新过程，启发学生比较新技术在安全、环保、舒适方面的优势，同时梳理各技术之间的融合。

表2 汽车底盘典型零部件及其创新发展

（3）学生课外拓展。将封闭课堂转变为开放课堂，实现从课内向课外延伸，从教室向图书馆和网络拓展，从教材向参考资料扩充［8］。

学生在了解典型部件的创新及发展历程后，进一步通过网络查阅资料，或到相关部门和企业调研，对某一方面技术进行深入的研究与探讨，最后形成课程拓展报告。

（4）学生总结答辩。学生针对撰写的课程拓展报告，制作PPT，最后以答辩的形式汇报自己的学习成果。通过撰写拓展报告，体现出学生对所学知识和创新思维的总结能力。

3.2 教学手段

（1）采用实物总成与分解零部件相结合的方式进行教学，使学生有了总体感性认识后，再对各组成部分进行深入的学习和探究。

（2）对于有些部件，如自动变速器中的液力变矩器，拆开后无法看到它的工作状态，可通过动画的方式演示其工作原理和工作过程。

（3）对于有些价格昂贵、不具备实验条件的新技术，可采用视频或动画的方式进行演示，甚至用VR的方式进行创新实验。

4 教学效果

汽车底盘综合实验及创新思维训练课程进行了近两年的教学实践，深受学生的欢迎，目前已取得了较好的教学效果。

（1）调动了学生学习的积极性。在教学实验中学生可以直观地观察到汽车的真实传动过程，使学生在满足好奇心的同时，带着兴趣进行深入的研究与探索，由此调动了学生探索知识、主动学习的积极性。

（2）培养了学生的创新意识。汽车从诞生到发展经历了一个漫长的阶段，汽车性能也在不断地完善，这离不开技术创新。通过典型汽车零部件的发展演变，让学生了解汽车技术的创新历程，启发了学生的创新思维，并让学生对创新设计展开讨论和研究，使学生紧跟时代发展的步伐，培养学生的创新意识。

（3）提高了学生的综合素质。汽车技术发展与创新的最终目的是为了提高安全、舒适和环保等方面的性能，这让学生认识到安全、环保的重要性。为了提高这些性能在进行技术创新时，也要综合考虑不同技术的成本和市场，在产品开发时也与企业的管理密切相关。通过引导学生分析这些创新技术，培养了学生的安全意识、环保意识、成本意识、市场意识、管理意识等综合素质。

（4）启发了学生的跨界思维。汽车是一个多学科交叉、多领域融合的系统，跨学科的知识内容和敢于突破的思维是成就一个具有创新思维人才的关键［14］。该课程的学习可使学生在今后的学习和工作中转变思想观念，树立多学科交叉融合的理念，为培养具有竞争优势的工程创新人才打下了良好的基础。

5 结 语

汽车底盘综合实验与创新思维训练课程将理论与实践、传统与现代相结合，构筑了多视角的教学模式，充分利用多种教学手段，在加强感性认识的基础上，激发学生的学习热情，坚持以学生为中心，注重学生知识、能力、素质的协调发展，培养学生的工程实践能力和综合素质。绿色汽车、节能减排已经成为汽车工业发展的主旋律［11］，未来汽车将向着互联化、轻量化、智能化、环保化、小型化、个性化的方向发展［15-16］。因此，该课程仍然有更多的资源需要进一步挖掘，使学生在明确汽车今后的发展趋势下，针对不同的研究方向进行深入的探索。