“赛教融合”培养学生复杂工程问题解决能力研究与实践——以车辆工程为例

张传伟，高怀斌，马 逾，赵栓峰，文建平

（西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 710054）

自工程教育专业认证以来，培养学生对复杂工程问题的解决能力是我国本科教学核心培养目标[1-2]，各专业从培养目标、毕业要求、课程体系、教学落实到评价反馈的培养模式设计与实施均围绕上述目标进行。但是，传统的人才培养模式主要聚焦知识传授，理论和实践教学体系没有围绕具体对象开展，知识碎片化。学生解决复杂工程问题能力的培养仅仅依靠毕业设计、综合实践等一两个实践环节来实现，没有一条主线贯穿整个体系[3]。另外，原来的评价只关注学生的知识掌握程度，评价的标准是学生的考试成绩和成绩分布规律。

对于车辆工程专业而言，首先，现阶段汽车类专业的实践教学内容仍以传统纯理论教学为主，学生很多时候靠想象来理解学习内容。其次，实践内容老旧，导致学生实践内容与实际汽车行业发展脱节。第三，学生缺乏主动扩展学习意识，毕业后可能无法满足行业要求。

开展汽车类学科竞赛恰好可以针对上述问题极大地提高学生的实践兴趣，扩展意识，培养学生实践能力和创新能力[4-5]。因此，本文围绕学生复杂工程问题解决能力赛教融合培养模式研究与实践展开，并以车辆工程专业为例深入阐述。

1 “赛教融合”人才培养教学体系

西安科技大学是一所地矿、安全学科特色鲜明的陕西省高水平大学建设高校。车辆工程专业在人才培养目标制定时，围绕学校的定位和发展目标，按照“通识+专业”的人才培养原则，立足陕西，面向西部，主要服务我国煤炭开采及矿山运输行业，逐步形成以行业需求为导向、以矿用车辆为特色、兼顾通用车辆技术的应用型高层次专业人才培养模式，大力培养德智体美全面发展、具有创新创业能力和社会责任感，能够服务于车辆制造业、煤炭企业的应用型高级工程技术人才。

大学生学科竞赛是培养大学生工程实践能力和创新能力的重要科技创新活动。积极开展学科竞赛活动，对于营造良好学风和创新教学氛围具有重要作用[6]。因此，西安科技大学车辆工程专业依托“中国汽车工程协会巴哈越野车大赛”“Honda中国节能竞技大赛”“恩智浦杯大学生智能汽车竞赛”等汽车类专业学科竞赛实现对汽车设计开发、生产制造、试验检测能力的培养，提升车辆工程专业学生解决复杂工程问题的能力。例如：汽车工程协会巴哈越野车大赛项目涵盖了赛车设计、制造的各个环节，也涉及成本分析、工程设计、市场营销几个方面。而大学生智能汽车竞赛涵盖了控制工程、模式识别、传感技术、电子工程、电气工程、计算机、机械及车辆工程等多个学科。

经过近 10年的研究—实践—总结—推广应用，西安科技大学车辆工程专业依托 2项省级教改项目及车辆工程 3大学科竞赛，构建了学科竞赛驱动下的学生复杂工程问题解决能力培养模式，将学生复杂工程问题解决能力培养贯穿本科四年，落实到人才培养方案。采用项目制和案例式教学方法，在专业课程学习中融入学科竞赛知识点，在学科竞赛中进一步巩固对课程目标和知识点的理解，形成课堂教学与学科竞赛相互促进的理论教学体系。充分利用学科竞赛作品开展实践教学，将实践项目与竞赛项目、环节充分对接，形成实践教学与学科竞赛互联互通的实践教学体系。成果获省级教学成果奖 2项、校级特等奖 2项，发表教改论文20多篇，培养了近2 000名本科生，受到用人单位的高度好评。近四年学科竞赛获国家级奖52项，推广应用至国内外20余所高校，特别是将成果推广到英国BRUNEL大学并应用指导BRUNEL本科生的培养。

围绕学生复杂工程问题解决能力培养，基于“赛教融合”，在教学体系方面，要分解理论教学和实践教学体系，通过整合和重组来构建合适的专业课程体系，落实到本科生培养过程的各个环节，强化专业学生解决复杂工程问题能力的培养。而教学评价方面，则必须摆脱单纯的“概念、填空、选择、判断、简述、简答”等主观性题型为主的考试，依据学科竞赛各环节通过考试、答辩、报告、成果验收等方式综合评价教学结果。

2 “赛教融合”课程体系改革

2.1 “赛教融合”落实人才培养方案

西安科技大学车辆工程专业依据学校定位与社会发展，立足陕西，服务西部，面向全国，致力于培养能将自然科学和汽车结构设计与制造、汽车电子控制和矿用车辆等方面知识应用到工程实践和解决复杂工程问题的高级工程技术人才。

因此，可以将车辆工程专业的专业课程分为三大课程模块：机械模块（巴哈大赛）、电气模块（节能竞技大赛）和控制模块（智能汽车竞赛），均与学科竞赛的相对应。理论和实践课程体系重点支撑技术类毕业要求指标点，而非技术类毕业要求指标点可以通过学科竞赛体系来补充，特别是职业规范、个人与团队、沟通、项目管理等涉及的多学科背景、跨文化背景以及多学科环境等，通过学科竞赛的表达更加清楚。

图1 课程与竞赛双轮驱动

2.2 基于“赛教融合”修订理论教学主线

学生解决复杂工程问题能力的培养必须是学年递进式，上一学年的知识对本学年竞赛知识提供有效支撑。因此，应当以竞赛知识为中心、以工程实践课程改革为重点，基于课程教学大纲制定—理论教学活动开展—理论教学评价—理论课程体系，构建一体化递进式培养复杂工程问题解决能力的课程体系。教学过程中以学科竞赛为牵引，实行项目制管理，建立学习小组、汽车爱好者协会等形式，将竞赛融入课程和毕业设计环节，强调对学生综合素质进行评价，聚焦学生解决复杂工程问题的能力、学生的学习效果和能力水平的达成。

图2 理论教学与学科竞赛的联系

2.3 基于“赛教融合”修订实践教学主线

车辆工程专业培养方案中，从实践教学大纲制定—实践教学活动开展—实践教学评价—实践平台建设—实践教学体系，分层次地开展从通识实践、专业实践到综合实践的实践性教学活动。专业工程实践教学包括实验与实训、课程设计与实习、实践活动等 3类环节，工程实践教学基本架构如图3所示。各环节和课程的教学内容、教学方法、教学目标及其评价方法并不相同，但工程实践教学各个环节之间、各环节与相关课程之间相互关联，相辅相成，使实践教学体系和理论教学体系构成了一个有机的整体。

图3 车辆工程专业工程实践教学体系的基本架构

1）课程实验。开设实验教学内容的课程主要有电工电子技术、C/C++语言程序设计、画法几何与机械制图、材料力学B、工程热力学与传热学、机械控制工程基础、机械设计基础、汽车理论、车辆振动基础、精度设计与测量技术、机械工程材料与成型技术、汽车构造、汽车设计、汽车制造工艺学、汽车电器与电子技术、汽车液压与气压传动、汽车试验与测试技术17门课程。采取讲授、示范操作与学生自主实践相结合的教学方式，深化学生对课堂理论知识的理解，增强其感性认识，全面培养学生的科学作风、工程实践能力、创新精神以及发现分析和解决工程实践问题的能力。

2）工程训练。工程训练包括金工实习、电工电子设计、汽车构造拆装实训和车辆工程综合实验 4个环节。金工实习可以有力支撑车辆学科竞赛中，巴哈越野车设计加工中对于车床的应用，节能车中环境和可持续发展。电工电子设计要求学生掌握常用电子仪器仪表的使用方法，并且能将实践与理论结合，完成基本电路的设计，提高综合运用所学知识解决实际工程问题的能力，从而支撑智能车的设计与开发。汽车构造拆装实训促进学生的课程知识和实际问题的结合，为学习汽车理论、汽车设计和矿用车辆的专业知识奠定基础，支撑巴哈越野车的整车开发与变速器设计。车辆工程综合实验则培养其能够根据实际问题设计实验方案，选用合适的配件搭建实验装置，选用合适的现代工具软件进行分析和仿真的能力。该过程能够很好地支撑车辆学科竞赛中，越野车的整车测试与试验数据采集，节能车的控制系统设计及研究，智能车的测试与持续改进。

3）课程设计。包括机械设计基础课程设计、车辆工程课程设计2个环节。通过课程设计环节，将课程理论知识应用于分析和解决实际结构设计和工艺设计问题，培养学生正确的设计思想以及勤于思考、善于总结的学习精神，提高学生利用新三维和二维设计工具软件完成结构设计、呈现设计结果的能力，从而系统地提高学生分析、解决复杂工程问题的能力和创新设计的能力。另一方面，培养学生诚信守则、遵守技术标准和产业政策的工程职业道德素养和敬业负责的职业精神，在设计中能够自觉履行其社会职责。能够很好地支撑车辆学科竞赛中，复杂工程问题分析与研究、整车的设计开发及改进方案、使用软件画图及仿真软件进行整车设计与开发。

4）实习。包括认识实习、生产实习和毕业实习三个环节。目的是使学生积累实践经验，了解现代企业的需求，发现自己知识能力的不足。对学生进行系统的现场工程技术教育和现代企业先进的管理系统、规章制度和企业文化，让学生将设计、工艺及管理等理论知识与实践问题结合起来，提高学生的工程创新意识和动手能力。

此外，培养过程中的实训平台除了固定的实验内容外，也可以由学生自己制定实验任务和目标，培养学生解决问题的能力和开拓创新的能力。在完成相关的竞赛项目之后，组织参加汽车工程师认证考核，不仅是对学生的实训效果的判断，也增加了就业砝码。

图4 实践教学与学科竞赛的联系

3 “赛教融合”教学改革实践与探索

结合西安科技大学对人才培养的要求，以车辆工程专业为试点，构建了学科竞赛驱动下的学生复杂工程问题解决能力培养模式，形成了学科竞赛驱动下的“教学+竞赛”双轮驱动人才培养模式，将学生复杂工程问题解决能力培养贯穿本科四年，落实到人才培养方案。形成了课堂教学与学科竞赛相互促进的理论教学体系，在专业课程学习中融入竞赛专业知识点，通过学科竞赛来巩固和加深对课程目标和知识点的理解。形成了实践教学与学科竞赛互联互通的实践教学体系，充分利用学科竞赛平台和作品开展实践教学，将实践项目与竞赛项目有机结合。具体如下：

1）基于学生解决复杂工程问题能力的培养目标。通过“教学+竞赛”的培养体系来开展理论和实践教学及评价，激发学生学习兴趣。组织从培训指导、设计制造到训练均为集中化的车辆学科竞赛，全面提升学生从竞赛中学习分析和解决工程问题的能力，提升其实践动手能力和团队协作能力。

2）有效地将学科竞赛和理论教学相融合，充分发挥学科竞赛在课程建设和创新能力培养中的推动作用。在理论教学中引入竞赛相关的内容，根据竞赛的具体要求和需要，通过案例教学的方法使课堂教学与竞赛活动紧密结合，适时、适当地归纳总结，全面提升教学质量。

4 结论

通过探讨“赛教融合”人才培养教学体系，利用“赛教融合”课程体系改革培养学生复杂工程问题解决能力的理论及方法，对“赛教融合”教学改革培养学生复杂工程问题解决能力进行实践与探索发现，“赛教融合”培养模式下，大学生实践动手能力和创新创业能力明显增强，专业建设、人才培养及学科竞赛方面的成果突出，证明赛教融合模式有利于学生解决复杂工程问题能力的提升，符合当前车辆工程专业发展需求。