汽車底盤綜合實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新思維訓(xùn)練課程建設(shè)探索

韓秀琴， 高云峰， 楊洪亮， 雷呈喜， 包 軍， 張曉輝

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱150001）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)科教興國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)，研究型大學(xué)肩負(fù)起了培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才的任務(wù)。人才培養(yǎng)的主要教育載體是課程。傳統(tǒng)課程教學(xué)偏重課堂教學(xué)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，學(xué)科交叉融合不足，教學(xué)內(nèi)容重理論輕實(shí)踐，教學(xué)方式以教師為中心，影響學(xué)生將知識(shí)有效發(fā)展為創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力。而創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程觀既要強(qiáng)調(diào)強(qiáng)化基礎(chǔ)課程，還要突出實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，更要注重開(kāi)發(fā)全方位、立體化和全程式的參與課程［1］。

美國(guó)耶魯大學(xué)前校長(zhǎng)理查德·萊文（Richard C.Levin）［2］曾指出：“中國(guó)大學(xué)本科教育缺乏兩個(gè)非常重要的內(nèi)容：第一是跨學(xué)科的廣度；第二就是對(duì)批判性思維的培養(yǎng)。”

汽車是一個(gè)多學(xué)科、非常典型的機(jī)械和電子產(chǎn)品，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，汽車變得越來(lái)越智能，更綠色、更安全、更高效［3］。特別是近年來(lái)新能源汽車和自動(dòng)駕駛技術(shù)，使各汽車廠家面臨巨大的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)當(dāng)今的世界競(jìng)爭(zhēng)，培養(yǎng)學(xué)生在汽車設(shè)計(jì)制造方面的興趣和創(chuàng)新能力，建設(shè)汽車底盤綜合實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新思維訓(xùn)練創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程，具有重要的意義。

1 課程介紹

1.1 課程教學(xué)目的

汽車總體構(gòu)造由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身、電器與電子設(shè)備4大部分組成，其中底盤又由傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)組成。

汽車底盤綜合實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新思維訓(xùn)練作為供全校學(xué)生選修的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課，使學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，達(dá)到以下教學(xué)目的：

（1）認(rèn)識(shí)汽車底盤的傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)。

（2）掌握汽車底盤各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、功能、工作原理及布置形式。

（3）熟悉底盤4個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系及運(yùn)動(dòng)傳遞路線。

（4）通過(guò)分析汽車典型部件的發(fā)展歷程，引導(dǎo)學(xué)生了解技術(shù)創(chuàng)新對(duì)推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的重要作用。

（5）通過(guò)分析汽車技術(shù)的多樣性，使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)跨學(xué)科解決復(fù)雜工程問(wèn)題的重要性。

1.2 課程教學(xué)條件

實(shí)驗(yàn)室具有汽車底盤實(shí)驗(yàn)的設(shè)備條件，包括汽車底盤演示系統(tǒng)和底盤構(gòu)造的各大總成和零部件。

（1）汽車底盤演示系統(tǒng)。汽車底盤演示系統(tǒng)是利用真實(shí)汽車底盤開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)中可以動(dòng)態(tài)演示汽車底盤4個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力通過(guò)離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋，最后將運(yùn)動(dòng)傳到驅(qū)動(dòng)輪，在動(dòng)態(tài)演示過(guò)程中可直觀地看到運(yùn)動(dòng)的傳遞路線。在傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以操縱換擋手柄進(jìn)行變速，此時(shí)能清晰地觀察到換擋撥叉的切換過(guò)程；操縱方向盤控制轉(zhuǎn)向，可以觀察到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)過(guò)程；操縱制動(dòng)踏板，可以觀察到制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程等。

（2）底盤構(gòu)造的各大總成和零部件。實(shí)驗(yàn)室除了具備汽車底盤演示系統(tǒng)外，還具有獨(dú)立的汽車底盤各大總成和零部件。如各類離合器、變速器、差速器、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向器、制動(dòng)器、真空助力器、減振器、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、懸架等。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備中部分設(shè)備可以供學(xué)生動(dòng)手拆裝，深入了解其構(gòu)造和工作原理，部分設(shè)備可以進(jìn)行操控，深入學(xué)習(xí)其中控制方法和控制原理。

2 課程的作用

創(chuàng)新思維是大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的核心要素，新工科建設(shè)對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)新思維能力提出了更高要求［4-5］。創(chuàng)新型人才的內(nèi)涵，是具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力并能夠取得創(chuàng)新成果的人［1］。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)離不開(kāi)創(chuàng)新型的教學(xué)環(huán)境，如果在教學(xué)中樹(shù)立先進(jìn)的教學(xué)理念，設(shè)計(jì)合理的教學(xué)內(nèi)容，利用有效的教學(xué)方法和教學(xué)手段，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)過(guò)程和良好的教學(xué)效果。

汽車底盤的4大系統(tǒng)經(jīng)歷了百余年的發(fā)展歷程［6］，在不斷滿足人們對(duì)汽車安全、節(jié)能、舒適、環(huán)保方面日益增長(zhǎng)的需求過(guò)程中，汽車技術(shù)在不斷進(jìn)步與創(chuàng)新［7］。在課程實(shí)驗(yàn)中，選擇典型的零部件，為學(xué)生分析其技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步查閱相關(guān)資料，激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的研究和探索，不僅能夯實(shí)汽車技術(shù)的基礎(chǔ)，而且可以將相關(guān)技術(shù)與其他課程的學(xué)習(xí)相結(jié)合，在今后的學(xué)習(xí)和工作中養(yǎng)成一個(gè)良好的創(chuàng)新思維習(xí)慣。

3 課程建設(shè)探索

課程建設(shè)以新工科教育、雙一流建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，合理組織教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)課堂教學(xué)中的互動(dòng)交流，探索有效的教學(xué)方法，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的主體性。

3.1 課程教學(xué)內(nèi)容與方法

（1）汽車底盤綜合實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)中將重知輕行轉(zhuǎn)變?yōu)橹泻弦唬瑥?qiáng)調(diào)向?qū)嵺`學(xué)習(xí)，學(xué)以致用。引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)做中學(xué)和學(xué)中做［8］。

圖1所示為汽車底盤機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及布置示意圖，表1為汽車底盤4大系統(tǒng)的基本組成。

表1 汽車底盤4大系統(tǒng)的基本組成

圖1 汽車底盤機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及布置示意圖［9］

通過(guò)汽車底盤的動(dòng)態(tài)演示實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生觀察、分析底盤各系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，學(xué)習(xí)汽車底盤4大系統(tǒng)的構(gòu)造和工作原理。

（2）創(chuàng)新思維訓(xùn)練。思維在認(rèn)識(shí)世界和創(chuàng)造世界中具有決定性作用，思是學(xué)的催化劑和動(dòng)力源。教學(xué)中將重學(xué)輕思轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)思結(jié)合，激發(fā)學(xué)生迫切的學(xué)習(xí)愿望，實(shí)現(xiàn)學(xué)中思和思中學(xué)［8］。

以汽車底盤為教學(xué)載體，重點(diǎn)選擇汽車底盤的典型零部件（見(jiàn)表2），分析其機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制方式的技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生比較新技術(shù)在安全、環(huán)保、舒適方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)梳理各技術(shù)之間的融合。

表2 汽車底盤典型零部件及其創(chuàng)新發(fā)展

（3）學(xué)生課外拓展。將封閉課堂轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)放課堂，實(shí)現(xiàn)從課內(nèi)向課外延伸，從教室向圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)拓展，從教材向參考資料擴(kuò)充［8］。

學(xué)生在了解典型部件的創(chuàng)新及發(fā)展歷程后，進(jìn)一步通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱資料，或到相關(guān)部門和企業(yè)調(diào)研，對(duì)某一方面技術(shù)進(jìn)行深入的研究與探討，最后形成課程拓展報(bào)告。

（4）學(xué)生總結(jié)答辯。學(xué)生針對(duì)撰寫的課程拓展報(bào)告，制作PPT，最后以答辯的形式匯報(bào)自己的學(xué)習(xí)成果。通過(guò)撰寫拓展報(bào)告，體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)和創(chuàng)新思維的總結(jié)能力。

3.2 教學(xué)手段

（1）采用實(shí)物總成與分解零部件相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生有了總體感性認(rèn)識(shí)后，再對(duì)各組成部分進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和探究。

（2）對(duì)于有些部件，如自動(dòng)變速器中的液力變矩器，拆開(kāi)后無(wú)法看到它的工作狀態(tài)，可通過(guò)動(dòng)畫的方式演示其工作原理和工作過(guò)程。

（3）對(duì)于有些價(jià)格昂貴、不具備實(shí)驗(yàn)條件的新技術(shù)，可采用視頻或動(dòng)畫的方式進(jìn)行演示，甚至用VR的方式進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

4 教學(xué)效果

汽車底盤綜合實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新思維訓(xùn)練課程進(jìn)行了近兩年的教學(xué)實(shí)踐，深受學(xué)生的歡迎，目前已取得了較好的教學(xué)效果。

（1）調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以直觀地觀察到汽車的真實(shí)傳動(dòng)過(guò)程，使學(xué)生在滿足好奇心的同時(shí)，帶著興趣進(jìn)行深入的研究與探索，由此調(diào)動(dòng)了學(xué)生探索知識(shí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

（2）培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。汽車從誕生到發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的階段，汽車性能也在不斷地完善，這離不開(kāi)技術(shù)創(chuàng)新。通過(guò)典型汽車零部件的發(fā)展演變，讓學(xué)生了解汽車技術(shù)的創(chuàng)新歷程，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，并讓學(xué)生對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)展開(kāi)討論和研究，使學(xué)生緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

（3）提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。汽車技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的最終目的是為了提高安全、舒適和環(huán)保等方面的性能，這讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到安全、環(huán)保的重要性。為了提高這些性能在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新時(shí)，也要綜合考慮不同技術(shù)的成本和市場(chǎng)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)也與企業(yè)的管理密切相關(guān)。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分析這些創(chuàng)新技術(shù)，培養(yǎng)了學(xué)生的安全意識(shí)、環(huán)保意識(shí)、成本意識(shí)、市場(chǎng)意識(shí)、管理意識(shí)等綜合素質(zhì)。

（4）啟發(fā)了學(xué)生的跨界思維。汽車是一個(gè)多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域融合的系統(tǒng)，跨學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容和敢于突破的思維是成就一個(gè)具有創(chuàng)新思維人才的關(guān)鍵［14］。該課程的學(xué)習(xí)可使學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和工作中轉(zhuǎn)變思想觀念，樹(shù)立多學(xué)科交叉融合的理念，為培養(yǎng)具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的工程創(chuàng)新人才打下了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語(yǔ)

汽車底盤綜合實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新思維訓(xùn)練課程將理論與實(shí)踐、傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合，構(gòu)筑了多視角的教學(xué)模式，充分利用多種教學(xué)手段，在加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，注重學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。綠色汽車、節(jié)能減排已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的主旋律［11］，未來(lái)汽車將向著互聯(lián)化、輕量化、智能化、環(huán)保化、小型化、個(gè)性化的方向發(fā)展［15-16］。因此，該課程仍然有更多的資源需要進(jìn)一步挖掘，使學(xué)生在明確汽車今后的發(fā)展趨勢(shì)下，針對(duì)不同的研究方向進(jìn)行深入的探索。