张艳伟

上海工程技术大学 机械与汽车工程学院 上海市 201620

1 引言

在汽车工业中，汽车的设计与制造是汽车产业发展的基础。汽车的设计决定生产流程，反之亦然，新生产制造流程的开发可以推动新产品的功能以及设计的构思。随着汽车产业的不断发展，人们对于汽车的要求也逐渐提高，而新能源汽车在取代传统汽车的过程中给汽车制造工艺带来了新的机遇与新的挑战。《汽车制造工艺学》作为车辆工程专业的必修课程之一，其设立的根本目的是振兴民族汽车产业，培养汽车工程师，为汽车生产一线培养中国自己的制造工艺工程师。该课程知识面广、综合性强、理论性强、实用性强，对培养学生分析解决汽车产业工程问题的能力、机械设计能力、创新能力以及高素质复合型人才具有十分重要的作用。我校《汽车制造工艺学》作为车辆工程专业的必修专业核心课，是上海市级精品课程及重点建设课程，被学校纳入到了金课重点培育课程，进行了金课教学模式改革，融入了课程思政的教学理念与方法。从课程思政的融入要素、构建产学研合作教师队伍、开展线上线下混合式教学模式、改革教学目标及评价方式等方面，进行了探索与实践。

传统的教育理念、模式和管理手段难以满足当前人才培养的要求，探索基于CDIO的先进工程教育理念和实施体系对机械制造技术基础课程的改革具有重要意义。

2 CDIO理念与FSC创新平台概述

2.1 CDIO工程教育理念内涵

CDIO工程教育理念是美国在1990年代后期提出的，近年来取得了相应的研究成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运行（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。“构思”包括需求分析、技术设计、工艺流程开发；“设计”包括项目计划、设计图纸和方案实施；“实现”特指将设计变为产品的过程；“运行”是对产品的评估过程。

CDIO工程教育理念鼓励教师采用“基于项目导向”的教授方式，在教授的过程中以学生为中心的教学理念，学生在学习中不断培养自身的主动性、实践性、创新性，最终达到具备良好的工程基础知识、较强的自学能力、团队合作意识和产品系统的构建能力。自探索出CDIO工程教育理念以来，短短20年，就对世界工程教育产生了深远影响，成为国际工程教育改革创新的方向。

2.2 FSC平台理念

FSC（Formula Student China）即中国大学生方程式汽车大赛，由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛，其目的在于培养本国大学生设计、制造小型方程式赛车的能力。FSC设计竞赛平台是让学生通过设计、制造、调试与比赛一辆小型方程式赛车培养他们在汽车方面的创造力、实践能力、成本控制能力与团队协作能力等，以赛事规则为蓝本，赛车整体认知为基础，各系统设计为核心，加工制造装配为根本，逐步锻炼学生综合能力。FSC设计竞赛平台可以让学生通过竞赛不断提高技能，学校通过竞赛不断完善车辆工程人才培育机制，行业通过竞赛不断深化国内汽车产业创新的意识，不仅对培养学生所需技能和能力具有巨大的教育价值，还响应了行业对大学课程日益增长的需求，这些课程提供将理论知识付诸于解决实际问题的经验。

2.3 CDIO和FSC平台与汽车制造工艺学课程关系

从图1中可以看出CDIO理念和FSC平台在《汽车制造工艺学》教学过程中具有较强的一致性和契合度，它们涵盖了《汽车制造工艺学》课程培养中所要求的能力，而《汽车制造工艺学》课程培养中所要求的能力只是体现了CDIO理念与FSC平台的部分内容。因此，运用CDIO理念融合FSC创新平台探索汽车制造及工艺实践教学模式较为合理。

图1 CDIO理念融合FSC创新平台

3 汽车制造及工艺实践教学现状及问题

《汽车制造工艺学》主要内容为汽车设计与制造专业所需要的工艺基本理论和实践知识。主要分为汽车制造过程概论、汽车及其零件制造中常用制造工艺基础知识、工件的机械加工质量、工件的定位和机床夹具、机械加工工艺规程的制定、尺寸链原理及其应用、装配工艺基础、结构工艺性、汽车典型零件的制造工艺、汽车车身制造工艺以及自动化制造系统及先进制造技术简介，要求学生掌握汽车生产过程中的加工工艺。

根据教学课堂经验，《汽车制造工艺学》的教学问题现状是：

（1）理论与实践脱节：《汽车制造工艺学》中涉及的机械加工质量、工艺尺寸链原理等基础理论在课程中非常重要，因为理论的教授没有实践过程的支撑，学生在接收时就十分抽象，是学生普遍难以掌握的原因。另外，在学习《汽车制造工艺学》时，面对众多的零散知识点，使学生在学习中缺乏对汽车制造工艺一个系统性的认识，导致在学习的过程中陷入学习与遗忘重复中，降低了学习效果。

（2）理论基础知识的枯燥性：汽车制造工艺学的教学中会讲授机床夹具、误差计算、编制工艺文件等相关基础理论知识，这些基础理论知识不仅让《汽车制造工艺学》课程略显枯燥，更让学生对理论知识降低兴趣。

（3）考核方式不全面：《汽车制造工艺学》课程考核多为单一试卷的理论考核模式，无法体现学生真实的学习效果，不能够系统地反映学生的综合能力，只注重理论而忽视实践，也无法评价其在生产实践中的操作能力，脱离了对应用型高素质人才的培养目标。

4 基于CDIO理念融合FSC创新平台的汽车制造及工艺实践教学模式

4.1 构思（C）与设计（D）：融合FSC创新平台的课程体系

以车辆工程专业培养方案及汽车制造工艺学教学大纲为基础，实现课程本身与教学环节的体系化，将汽车制造工艺学知识贯穿于理论学习和生产实习的全过程。课程的体系化要求《汽车制造工艺学》在授课计划中就要保证内容之间的系统性、连贯性，并在此基础上实现教学的体系化。如图2所示，将FSC创新平台融合到《汽车制造工艺学》的知识架构体系中需要四步：

图2 融合FSC创新平台的课程体系

（1）构思C：通过前序课程结合FSC平台建立学生对汽车制造工艺的认知，为制造工艺学打下基础。在《汽车制造工艺学》课程理论基础中穿插FSC平台典型零件的加工、装配，机床夹具设计等方面的生产实习实践环节，增强学生的动手实践能力，让学生熟知所学相关知识的在汽车制造上的应用。

（2）设计D：结合所学相关知识，对方程式赛车设计的零件制造装配工艺提出方案，进一步增强学生工艺能力。

（3）实现I：通过课程理论学习与实践，以工艺方案为基础，加工装配完成参赛车辆，将理论与实践付诸实际，增强学生的自信心，接轨产业发展。

（4）运行O：检验调试成果，反思理论学习与实践过程中的不足。

4.2 实现（I）：融合FSC创新平台的实践模式

针对目前教学中存在的问题，需要在课本、学生和教师之间引入新的桥梁，以将三者有机的衔接起来，并贯穿于课本、学生和教师这相互反馈的教学体系中，而FSC创新平台可以反映《汽车制造工艺学》的大部分知识，又可以让学生与老师参与其中。将FSC创新平台融合到《汽车制造工艺学》的知识架构体系中，并通过一系列组织学习和生产实习，使学生在潜移默化中了解汽车工艺学知识，并在FSC创新平台中增强学生对理论知识的理解。

《汽车制造工艺学》课程实践主要涉及以下内容：发动机的总体结构、部装、总装配工艺及相关设备；发动机调试及总装检验方法及内容；发动机曲轴、连杆、缸盖、缸体加工工艺过程，工艺方法、工艺特点及相关设备、工装夹具等；汽车总装工艺过程及相关设备；汽车车身冲压线及焊接线；汽车检测及相关设备。针对课程特点，采取项目导向或任务驱动的工程专业模式，构建以学生为主体的实践兴趣小组，秉承制造一辆性能可靠、操作良好的赛车为目标，让学生参与到FSC创新平台中，以FSC设计任务有针对性的开展学习。

4.3 运行（O）：融合FSC创新平台的考核方式

以往《汽车制造工艺学》课程考核多为单一试卷的理论考核模式，无法体现学生真实的学习效果。目前学生在考核方面呈现“前松后紧”、“期末突击”的现象，导致对知识掌握和应用的效果比较差。结合对学生应用工程能力培养的目标，建立以项目为基础的《汽车制造工艺学》课程考核体系。将考核分为3个模块：理论基础+设计+实践。在理论基础部分，通过试卷的形式考核学生对基本知识点的掌握理解情况。在设计部分，以课后作业作为考核重点，例如，在讲完汽车零件工艺规程制定时，以方程式赛车某一零件为例，让学生编制工艺过程。让学生通过平时训练提高绘图，读图与设计的能力，同时也对机械设计课程的认知与掌握得到进一步提高。在实践部分，融入FSC平台，将学到的专业知识与方程式赛车加工、装配、测试进行结合，使他们“多实践、多反思、多创新”，掌握发现、分析及解决问题的能力。多种综合考核模式可以有效地增强学生的学习兴趣，把理论知识应用于实践操作中，在实践中不断反思进步，提高学生的综合技术技能。

5 结语

竞赛满足行业对未来工程师的要求，可以为学生提供将理论理解应用于实际问题的经验；提高学生的积极性；紧跟行业不断变化的需求，大学课程可以将其融入到工程课程。基于CDIO理念融合FSC创新平台的汽车制造及工艺实践教学改革建立了“在实践中学与思”和“在项目中教与学”的教学模式，该模式为学生提供理论知识与实践相结合的教学情境和系统的认知框架。在新工科建设背景下，上海工程技术大学机械与汽车工程学院以学科平台为基础，以学生为主体，以现代综合知识为背景，以培养学生综合实践能力和创新创业能力为核心，利用平台优势转化为创新人才培养优势，指导学生参与学科导师的研究项目以及积极参加学科科技竞赛，取得了优良成绩，基于学科平台新工科人才实践能力和创新能力的培养成效得以显现。2018年参加中国大学生方程式汽车大赛、中国大学生电动方程式大赛，获得全国三等奖；参加2018本田节能竞技大赛夺得全国第一名；2021年参加全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛，获得全国二等奖。