以卡丁車為載體的汽車專業課程實踐教學改革

南京工業大學浦江學院 王源紹，張繼元，冒小文，張 蓉，佟贊贊

2019年教育部提出推動部分普通本科高校向應用型轉變，要重點加強應用型本科高校實驗實訓實習平臺和基地建設，鼓勵行業企業參與，建設產教融合、校企合作、產學研一體的實驗實訓實習設施。在此背景下，我國相關高校結合各自學校特點，從課程設計、制度建設、實踐教學、校企融合、技能比賽等不同角度對如何培養大學生的工程實踐能力和創新能力進行了多方面的探索。在專業課程方面，很多學者根據不同教育理念的指導，針對一些專業課程存在的問題，利用競賽等不同方法作為推動手段，從課程教學方法、教學管理、工程實踐等不同角度展開了豐富的探討。對如何提高工程實踐能力和創新能力進行的研究和探索，多數學校是結合當前本校已經開展的校企合作以及相關比賽等進行改革探索以及課程融合，而對于如何在有限的實踐建設經費條件下，針對具體專業的實踐課程進行改革，從而提高學生工程實踐能力和創新能力的研究較少。本文以南京工業大學浦江學院的汽車服務工程專業和車輛工程專業為例，探索如何在有限的經費投入前提下，提高學生的工程實踐能力和創新能力，通過選擇卡丁車這一載體，圍繞卡丁車開展汽車專業課程的實踐教學改革，最終形成了覆蓋課內實驗、金工實習、畢業設計等實踐環節的改革方案，該改革方案強化了課程間的關聯性、系統性、興趣性，并對此改革方案進行實踐驗證，取得了良好效果。

1 汽車專業課程實踐環節現狀

汽車專業（含車輛工程和汽車服務工程）具有實踐性強、與生產過程高度融合的特點，為了增強學生實踐能力，目前汽車專業的專業核心課都有一定的實踐（實驗或實訓）學時安排，同時結合金工實習、畢業設計等環節，從多個角度和維度開展實踐及創新訓練，以期最終實現提高學生工程實踐能力和創新能力的目的。然而，受制于傳統課程設計模式，傳統的實踐課程安排存在一定的弊端。

1.1 專業課程實踐環節的關聯性差

汽車專業的專業課程開課時間跨度大，一般從大學二年級到大學四年級均有專業課程開設，不同專業課程的實踐目標也不同，造成了不同專業課程的實踐內容關聯性較差。以汽車轉向系統為例，涉及轉向系統實踐環節的課程有：汽車構造、汽車理論、汽車設計、畢業設計等。汽車構造課程多以某轉向系統臺架為教具，讓學生掌握轉向系統的基本結構和原理；汽車理論課程是以整車轉向性能為對象，開展整車操縱穩定性等與轉向系統相關的性能測試及實驗；汽車設計課程要求根據整車轉向性能設計要求，通過計算匹配，完成轉向系統零部件和總成的設計；而畢業設計課程是從更全面的角度針對具體車型及綜合性能要求，完成某車型轉向性能相關的系統及零部件的計算、設計、分析、優化、改進、驗證等工作。以上必修課程中，由于不同專業課程的實踐目標和要求不同，導致不同專業課程所選用的教具也不同，造成不同專業課程實踐環節所選用的車型、數據等沒有關聯性，其每項實踐內容僅僅滿足本課程的實踐目標，無法達到通過不同專業課程的實踐訓練提升學生綜合實踐能力的要求，更無法滿足對綜合創新能力的培養要求。

1.2 不同專業課程實踐環節的系統性、創新性不足

依然以汽車轉向系統為例，由于不同專業課程實踐內容的關聯性差，導致對于轉向系統的結構、原理、設計、優化等不同層面的能力培養分布于不同車型上，實踐過程所涉及的數據及達到的目標均不同，最終無法達到培養某一具體學習目標的目的。專業課程的課內實踐內容更多是課程理論知識的補充驗證，創新性實踐的設計受制于課程課時等因素，無法得到較好的開展。而最終畢業設計的設計優化等工作，無法充分利用前期專業課程實踐環節的數據、經驗和設計思路，導致專業課程實踐環節的培養效果大打折扣，使學生創新能力的開發受到限制。

1.3 學生學習主觀能動性不足

由于目前專業實踐教學大多依然是以單個部件或整車教具為主，主要是在理論課程學習后，通過理論知識的引導，讓學生被動學習教具，認知相關知識，多數專業課程的教學模式單一，學生對實踐內容的新鮮感、成就感較低，實踐內容及操作無法激發學生主動學習的熱情。

1.4 實踐設備投資性價比低

由于不同專業課程的需求不同，造成需要分別購置不同的教具及實踐設備，很多實踐設備，尤其是專有教具，往往只適用于某一門課程，無法充分發揮所購買教具的最大價值，致使實踐設備的利用率較低。

2 汽車專業課程的實踐教學改革

要真正實現汽車專業的人才培養目標，必須對其實踐教學體系進行系統優化改革，加強不同專業課程間實踐教學環節的內在關聯與統一融合。改革實踐教學設計，激發學生學習興趣，提高學生參加課程實踐活動的主觀能動性，構建系統性、關聯性、興趣性強的實踐教學體系。通過研究汽車專業課程間的關系和課程特點，針對前文所提出的汽車專業課程實踐環節存在的弊端，提出以下改革思路。

2.1 課程目標優化

以專業課程的具體實踐內容為對象，以提高學生工程實踐能力和創新能力為總目標，將總目標進行分解，形成可操作的分目標，同時結合不同專業課程的實踐環節重新定義課程實踐環節的課程目標，使課程目標與分目標進行對接優化，最終達成總目標。如將工程實踐能力與創新能力分解為結構認知、綜合實操、實驗設計、結構設計、優化仿真、創新設計等基本能力要求，通過對不同專業課程實踐內容的優化，使不同專業課程分別達成不同的能力要求。

2.2 課程關聯性、系統性優化

按照“結構→原理→實操→設計→優化→驗證”的邏輯順序開展實踐內容改革探索，對不同專業課程的實踐內容按照以上邏輯關系進行分工，最終使所有專業課程的實踐環節能夠達到不同的任務要求，從而保證不同專業課程實踐內容的關聯性、系統性。同時從不同層級的角度，按照整車、總成、零部件的關系對實踐方案進行優化設計，最終實現讓不同專業課程的實踐內容分層、分級、分段的完成各自設定的目標，并形成知識互補、內容互促、邏輯互助的課程實踐安排，通過這種形式的課程體系，不僅鍛煉了學生的工程實踐能力，還培養和發掘了學生的創新能力。

2.3 創新實踐課程教學載體

為了達到前文所述的關聯性、系統性目標，本項目創新性地選取同一實踐教學載體來開展實踐課程，即通過對同一款車或同一個系統部件開展系統、全面、綜合的實踐課程設計，保證學生在專業課程的學習過程中，從最初的汽車構造到最終的畢業設計，都能夠圍繞同一對象進行學習、實踐、研究、探索。通過對同一對象不同專業課程多角度、多目標的綜合訓練，使學生充分了解所學知識的實踐應用，并通過畢業設計形成實踐與創新訓練閉環，達到工程實踐能力和創新能力的培養目標。

2.4 激發學習興趣

在所有相關的專業課程中，通過對同一實踐教學載體開展不同層次、不同階段、不同目的的實踐課程，引導學生對實踐課程所研究對象進行實驗設計、優化、改進、驗證及改造優化形成新產品，增加其成就感，激發學習興趣，充分發揮學生學習的主觀能動性。

通過以上一系列的關聯性、系統性的專業課程實踐訓練，使其能夠達到專業課程所要求的實踐目標，掌握車輛相關結構、原理，擁有實操技能的同時，通過設計、優化、改造創新等工作充分鍛煉工程實踐能力和創新能力。

3 以卡丁車為載體的汽車專業課程實踐教學改革

卡丁車具有結構簡單、直觀易懂、改裝方便、成本低廉、容易激發學生興趣等特點。根據以上改革思路，綜合考慮成本、結構特點、可操作性等，提出以卡丁車為實踐課程載體的實踐教學改革方案。

以卡丁車為對象，根據其結構和性能特點，設計以下實踐方案：A表示車輛動力性試驗、B表示車輛制動性試驗、C表示車輛轉向性能試驗、D表示卡丁車車架設計、E表示卡丁車車架加工、F表示車架性能分析、G表示車架結構優化、H表示車輛制動系統結構認知、I表示車輛轉向系統結構認知、J表示車輛動力系統結構認知、K表示發動機潤滑油更換、L表示制動液更換、M表示ABS設計、N表示制動片更換、O表示制動系統設計、P表示轉向系統設計、Q表示零部件CAD逆向建模、R表示焊接工藝實訓、S表示鈑噴工藝實訓……以上內容可以滿足汽車專業6門專業課程、1門實訓課程及畢業設計的實踐課程要求。不同層級的實踐訓練能力目標與實踐方案矩陣關系見表1所列，不同專業課程與實踐方案的關系見表2所列。

以卡丁車為載體的汽車專業課程實踐教學改革具有諸多優勢。首先，使不同專業課程的實踐內容形成更強的關聯性、系統性。在滿足目前汽車專業主要專業課程實踐要求的基礎上，能夠滿足不同層級的目標要求，通過分層級、分目標、分系統的課程安排，能夠較好地達到工程實踐能力和創新能力的培養目標。其次，學生學習興趣得到激發。通過分組，保證每組學生與卡丁車具有一一對應關系，在整個專業課程學習過程中，能夠針對一輛卡丁車開展不同角度、不同層級、不同目標的學習實踐。通過金工實習和畢業設計，讓學生對所分配的卡丁車進行真正的改裝、設計、優化。此外，讓更多的學生通過實際駕駛來直觀感受自己的實踐成果，極大地增強了學生學習主動性及工程實踐能力和創新能力。最后，卡丁車價格低廉，性價比高。大約7臺卡丁車即可充分滿足一個教學班的大部分課程的實踐要求和畢業設計，能夠低成本、系列化、長效化地解決一些高校實踐環節設備投入不足、課程動手實踐不足和實踐內容深度較淺等問題。

表1 不同層級的實踐訓練能力目標與實踐方案矩陣關系

表2 不同專業課程與實踐方案的關系

目前我院已經在畢業年級開始相關改革試驗，首批共有6名學生針對一輛卡丁車開展畢業設計工作，分別完成整車結構布置、轉向系統、制動系統的設計改進，車架輕量化設計、車架設計制作、車架性能分析優化等工作。通過觀察本組學生畢業設計完成進度及效果，發現在學習熱情、主觀能動性、動手實踐能力與優化設計相結合的創新實踐綜合能力等，均遠高于其他類型畢業設計小組，整體效果超過改革預期。

4 總結

實踐教學可以使學生獲得感性知識、增強實踐能力、培養創新精神、提高創新能力，與理論教學相比,實踐教學更具直觀性、實踐性、綜合性等特點，它在培養學生創新意識、實踐能力和創業精神等方面具有特別重要的作用。本研究以工程實踐能力和創新能力培養為目標，針對目前汽車專業課程實踐教學環節存在的不足，選擇卡丁車作為實踐改革的載體，利用卡丁車開展專業課程實踐環節，通過金工實習、畢業設計等環節對卡丁車進行制作改裝與改進設計，激發學生學習興趣，最終讓學生綜合運用所學專業知識，充分利用軟硬件工具，完成工程設計等實踐內容，達到系統培養工程實踐能力和創新能力的目標。