新工科背景下基于跨学科的 “汽车制造工艺学”课程教学改革探索

刘艳雄 韩爱国 宋燕利

摘    要：随着中国工业技术快速发展以及对自主创新能力的要求越来越高，以跨学科培养作为核心内涵的新工科教育得到了中国工程教育界的深度關注。“汽车制造工艺学”作为汽车专业的核心专业课程之一，为了满足汽车领域变革和新工科教育要求，文章对该课程的课程教学改革进行了探索，提出了建立多学科教学团队、多元化教学、理论教学与课程实习相结合，以及科教融合的教学方式。文章对于培养汽车类专业学生的跨学科综合能力具有一定的借鉴与指导意义。

关键词：新工科;跨学科;“汽车制造工艺学”;教学改革

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2022）03-0070-02

随着中国工业技术的快速发展，对高校培养跨学科人才提出了越来越高的要求[1]。然而，跨学科人才培养是世界工程教育改革面临的普遍难题[2]。正如欧林工学院校长Richard Miller指出，新世纪的高等教育正面临着全球性重大挑战，教育必须超越对学科知识的学习。而新工科教育的核心内涵之一正是跨学科人才培养。基于此，自2017年以来教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》等指导文件，全力探索形成具有中国特色的工程教育模式，助力中国高等教育强国建设。新工科理念一经提出，就受到中国工程教育界的深度关注，称之为工程教育的“新革命”[3]。

目前，随着新能源技术的快速发展和5G技术的逐步落地商用，汽车领域正进行着一场深度变革，朝着电动

化、网联化、智能化、共享化、轻量化方向发展，需要材料、机械、自动化、信息等多学科知识的支持才能满足未来汽车领域的发展要求。而“汽车制造工艺学”为车辆工程的核心专业必修课之一，其内容包含了机械、材料加工、热处理、自动化智能测量等多学科知识[4-5]。在新工科背景下，亟需开展“汽车制造工艺学”的课程教学改革探索与实践，从而为培养满足新时代汽车专业跨学科人才奠定基础。

一、新工科背景下“汽车制造工艺学”教学要求

“汽车制造工艺学”课程的教学内容包含了工件装

夹、夹具设计、定位误差分析与计算、工件加工方法、尺寸链解算与应用、加工工艺规程、加工表面质量，以及汽车的冲压、焊接、涂装和总装四大制造工艺等内容。该门课程具有理论性强、综合性强、内容涉及面广和工程实践性强等特点。为了达到教学目标，武汉理工大学汽车工程学院除了理论教学外，还开设了“汽车典型零件加工工艺”与“夹具设计”的课程，以及参观汽车零部件和汽车总装厂的课程实习。

为了满足新工科教育中关于跨学科培养的教育理念，结合“汽车制造工艺学”的课程特点，该门课程不仅需要学生深入掌握多学科的基础理论知识，能够熟练运用金属工艺学、工程材料、机械设计、机械制图、互换性与测量技术、自动化编程等学科理论知识解决汽车零部件制造工艺设计问题，还要求学生具有较强的实践动手能力，运用理论知识实现汽车零部件的加工制造。

二、当前教学模式中存在的不足

针对新工科背景下“汽车制造工艺学”教学要求，当前教学模式中存在以下不足。

（一）理论教学知识的深度和广度不够

“汽车制造工艺学”课程融合了材料、机械、自动化等多学科知识，但是高校教师都有自己的专业领域，因此很难保证每位教师都能深入全面地掌握这些学科的知识，因此难以较好地满足新工科背景下跨学科教学的要求。

（二）理论教学与实践结合紧密度不够

“汽车制造工艺学”课程中课程实习和课程设计部

分，对于加深理论和实践的结合、提高学生的实际动手能力非常有益。但是，在实习过程中，由于受实习条件限制，学习往往只能走马观花地看一遍，学生参与度不够。在课程设计方面，也是理论设计为主，学生缺乏动手实践操作，对理论知识理解掌握不深入。

三、跨学科课程教学改革

为了满足新工科教育中关于跨学科人才培养的要求，针对“汽车制造工艺学”当前教学模式中存在的不足，文章提出了跨学科教学模式，如图1所示。通过组建多学科教学团队、多元化教学、理论教学与课程实习结合，以及科教融合等措施，实现该课程的教学目的，具体教学方法如下。

（一）建立多学科教学团队，探索不同学科专长教师协作教学模式

每位教师都有自己的研究专长，为了满足多学科教学的知识需求，可以探索组建多学科教师教学团队。对于多学科交叉内容进行教学资料共享，共同备课，相互学习。或者探索采用交叉教学的方式，对于侧重某个学科的知识点，邀请本团队相关专长的教师来进行讲解。

（二）探索多元化教学模式

在传统教学的基础上，学生进行自由分组形成小团队，采用线上线下结合式教学、项目驱动式教学等方法，让学生爱上课堂，克服传统教学模式学生兴趣和参与度不高的缺陷。例如，对于第二章第一节中的核心知识点设计基准、工艺基准，第四节的工件在机床夹具中的定位和第六节的工件夹紧装置等核心知识点，可以先采用相关教学平台进行核心知识点的线上视频学习，然后进行线下教学。线下教学可以采用项目驱动式教学，以典型零件的加工工艺为一个项目，分别分析其加工过程中的设计基准、工序基准、定位基准，以及分析工件装夹的自由度和定位误差、夹紧装置的选择等。加工结束后，进一步分析其加工精度和测量基准。每个项目还可根据多个学科知识点分解成若干个小任务（如夹紧装置动力系统自

动化设计、夹紧力计算分析、夹具和工件刚度校核等），学生根据不同的学科知识，组成对应的学习团队，然后协同合作，团队完成项目任务。最后进行项目工作汇报，评定该组成员成绩。这样，既可以培养学生的学习兴趣，也可以提高学生对于理论知识实际运用的能力。

（三）整合多学科实践资源，探索理论教学与课程实习相结合的教学方式

“汽車制造工艺学”课程包含课程实习，充分利用重点实验室、工程训练中心等优质汽车制造工艺实践资源，采用课程实习与理论教学相结合的教学模式，将部分课程实习和理论教学任务在重点实验室进行，教师进行讲解以后，学生分组进行加工制造实践。通过设计实验项目，学生在上述分组的基础上，完成相关实验内容。并且不同学科的团队，对零部件加工制造结果从材料学、机械学、自动控制等学科方面分别分析加工零件的表面层物理力学性能和化学性能、表面粗糙度、定位精度、加工精度、加工误差自动测量与反馈补偿等内容，研究揭示各工艺参数对于加工质量的影响规律。

（四）科教融合

“汽车制造工艺学”涉及汽车零部件的设计、加工制造和控制等方面，而目前国产的汽车零部件如变速器、离合器、门锁系统、雨刮系统、座椅调角器系统等与国际先进水平还存在较大的差距，具体表现在零部件的可靠性、耐久性和故障率等方面。其根本原因在于材料的选择和热处理性能设计、部件尺寸链设计及加工精度、系统控制算法等方面还存在问题。因此，为了激发学生对本门课程的学习兴趣，加深对本课程的理解和认可，可以将教学团队教师承担的科研项目融入到课程教学中。以高端汽车门锁系统性能优化研究项目为例，汽车门锁系统包含了10多个汽车零部件，可以针对该项目，利用本课程所学的尺寸链原理，构建汽车门锁系统装置的尺寸链。然后，将该系统包含的零件按照加工方法（锻造、冲压、铸造、注塑等）进行分类，了解每个零件的选材、加工工艺和热处理工艺，对于需要进行机械加工的关键零部件进行机械加工工艺规程的制定、分析零件的装夹和机床夹具、校核零件的机械加工质量等。通过科教融合，将所学的理论知识进行综合运用，使学生能够更加全面深入地掌握本门课程知识。

新工科教育是未来工程教育发展的主要方向，针对新工科背景下“汽车制造工艺学”的教学要求，以及当前教学模式中所存在的不足，提出了建立多学科教学团队、多元化教学、理论教学与课程实习相结合，以及科教融合的教学方式，对于实现“汽车制造工艺学”课程的跨学科教学、培养学生学习兴趣、提高学生实践能力和运用跨学科知识解决具体工程实践问题具有重要意义，为汽车类其他专业课程的跨学科教学提供一定的指导和借鉴。

参考文献：

[1]  朱立达，巩亚东，于天彪.新工科视域下机械类创新人才培养模式探索与思考[J].高教学刊，2020（15）：33.

[2]  赵晓艳，刘攀，张虎，等.多学科融合的新工科机电类人才培养模式探索[J].农业技术与装备，2020（3）：88.

[3]  李家俊.以新工科教育引领高等教育“质量革命”[J]. 高等工程教育研究，2020（2）：6.

[4]  盛精，肖海林.《汽车制造工艺》课程调查结果的思考[J].教育教学论坛，2013（48）：121.

[5]  王荣先，万玉琼.汽车制造工艺学课程教学改革与实践[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2014，24（1）：79.

■ 编辑∕李梦迪

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