謝繼鵬，趙振東，蔡隆玉

在《中國制造2025》規(guī)劃提出：“部署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略，推動制造大國向制造強國轉變，推動產(chǎn)業(yè)結構邁向中高端?！逼嚬I(yè)是我國現(xiàn)代制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，當前正是由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉型的關鍵時期［1］126，發(fā)展重心轉向強化整車研發(fā)能力，掌握核心關鍵零部件自主化技術，實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。雖然中國自2009年起成為世界上汽車產(chǎn)銷量最大的國家，但是自2018年以來，在各方面因素的影響下，全球汽車產(chǎn)業(yè)進入深度調整期，2018年國內(nèi)的汽車產(chǎn)銷量同比28年來首次出現(xiàn)負增長［2］，2019年汽車產(chǎn)銷更是同比下降7.5%和8.2%［3］。近年來，不僅汽車行業(yè)內(nèi)部充滿博弈與競爭，而且許多造車新勢力也參與進來，在此巨變之下整車制造商（OEMs）面臨著生死存亡，因此整車制造商更加重視新車型研發(fā)與品牌建設，也在摸索新的發(fā)展方向，對專業(yè)人才的要求更是發(fā)生著前所未有的改變。

一、“汽車設計”課程改革的必要性和重要性

1.“汽車設計”課程教學改革的必要性

新形勢下汽車產(chǎn)業(yè)的OEMs，不僅需要人才，而且對符合企業(yè)今后戰(zhàn)略發(fā)展方向的工程技術人員求賢若渴，但當前我國人才供給與產(chǎn)業(yè)轉型升級需求的結構性矛盾突出，教學內(nèi)容與企業(yè)需求錯位。教育部副部長杜玉波在“高等教育要更加適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要”一文中也指出：“無論是制造業(yè)的轉型升級、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的振興、現(xiàn)代服務業(yè)的發(fā)展、全球資本和金融競爭、對外貿(mào)易方式的轉變，創(chuàng)新都是最核心的動力，人才是最核心的資源。為經(jīng)濟轉型升級提供高層次人才和高水平科研的支撐，是大學最重要的歷史使命和戰(zhàn)略任務?！保?］培養(yǎng)符合國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來需求的汽車高端專業(yè)人才是保持我國汽車行業(yè)今后可持續(xù)發(fā)展的重要保障［1］126。一方面，國內(nèi)高校主動適應汽車產(chǎn)業(yè)轉型升級對專業(yè)人才需求的新變化，調整和優(yōu)化人才培養(yǎng)方向［5］。另一方面，以課程建設為抓手，加快課程教學內(nèi)容與方法改革［6］，縮小教學內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展差距，提升學生的設計開發(fā)能力，適應汽車行業(yè)發(fā)展的需求，是車輛工程教學改革的重要內(nèi)容。

“汽車設計”課程是車輛工程專業(yè)的核心課程，然而當前《汽車設計》教材、課程教學的內(nèi)容和模式多年來更新較慢，已明顯落后于工程實際和當前汽車產(chǎn)品開放與設計現(xiàn)狀，尤其是車輛產(chǎn)品的設計開發(fā)流程、碰撞安全性、減振降噪、無公害排放等關鍵性能設計內(nèi)容的缺失，造成教學體系的不完整，不利于車輛專業(yè)學生設計能力的培養(yǎng)，更限制了學生就業(yè)后能力的發(fā)揮。因此，對“汽車設計”課程教學內(nèi)容的調整與更新，以提高學生對汽車產(chǎn)品的工程開發(fā)能力從而滿足新形勢下汽車行業(yè)用人單位的需求變化。

2.“汽車設計”課程在車輛工程專業(yè)學生知識體系中的重要性

大多數(shù)高校將“汽車設計”課程安排在大四上學期，表明該課程位于學科知識體系金字塔的最頂層，是車輛工程專業(yè)課程的精髓所在［7］。通過本課程學習培養(yǎng)學生掌握先進和系統(tǒng)的設計方法，能運用現(xiàn)代設計工具，基本具備分析和解決汽車領域問題的能力，并具有潛在的產(chǎn)品開發(fā)能力?！捌囋O計”課程培養(yǎng)車輛工程專業(yè)學生的汽車產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)能力是其他專業(yè)學生在知識體系上所不具備的，是車輛工程專業(yè)學生在就業(yè)初期優(yōu)勢所在。在汽車產(chǎn)業(yè)新形勢下，“汽車設計”課程講授學生掌握的不僅是具體結構的詳細設計，而且是產(chǎn)品開發(fā)流程、設計規(guī)范與標準、面向產(chǎn)品全生命周期的開發(fā)設計方法與體系，這也是本課程應對汽車行業(yè)新形勢挑戰(zhàn)的重點教學內(nèi)容和關鍵應對策略。

二、“汽車設計”課程教學面臨的問題

1.師生對“汽車設計”課程的重要性和地位認識不足

受限于教材的單一性和傳統(tǒng)教學模式的傳承，教師在教學實踐中易將“汽車設計”課程教成“汽車結構設計”。課程教學中未探討汽車作為大件消費商品本具有的機—電—液、控制、材料、性能、人機交互和安全標準等設計元素，課程教學中更缺乏將這些汽車設計元素梳理、總結、融合到產(chǎn)品開發(fā)流程、產(chǎn)品性能設計和產(chǎn)品的開發(fā)方法中。這些都限制了師生對“汽車設計”課程的重要性和地位認識。在培養(yǎng)方案調整時受原課程體系和教學內(nèi)容的限制，需要考慮到的是縮減產(chǎn)品設計類的課時，增設其他課程來補充［1］129，其后果是進一步降低了“汽車設計”課程的地位。本應通過“汽車設計”課程培養(yǎng)學生掌握完整的開發(fā)與設計方法及解決問題的能力，實際并沒有達到，車輛工程專業(yè)學生失去了汽車產(chǎn)品開發(fā)能力的潛在培養(yǎng)機會。

2.教學內(nèi)容體系不完整且不適應汽車系統(tǒng)與性能開發(fā)需求

通常教學內(nèi)容圍繞教材開展的，因經(jīng)典教材內(nèi)容更新慢、系統(tǒng)性差，不能及時跟上汽車工業(yè)快速發(fā)展的需求［8］?！捌囋O計”與“汽車理論”是車輛工程專業(yè)的核心主干課程，將這兩門課程的經(jīng)典教材放到一起后會發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中產(chǎn)品的設計流程、碰撞安全性、減振降噪、無公害排放等關鍵性能設計的教學內(nèi)容缺失了。而對普通應用型本科院校來說，專業(yè)課程的教學課時已經(jīng)超標，不可能再開設新課程額外補充這些瑣碎知識。以至于車輛專業(yè)的學生畢業(yè)后，對汽車設計過程仍然很陌生。在汽車產(chǎn)品快速更新?lián)Q代的現(xiàn)狀下，學生缺少車輛產(chǎn)品系統(tǒng)性開發(fā)能力的培養(yǎng)與訓練，職業(yè)生涯初期適應性較差。

3.汽車設計方法的教學內(nèi)容過于保守不能滿足行業(yè)需求

現(xiàn)代汽車設計方法已不再局限于材料力學的靜強度設計，原教學內(nèi)容中關于材料力學的詳細校核設計已無法滿足現(xiàn)代汽車日益復雜三維結構與多工況載荷的精細化設計需求，且這一設計手段在“機械設計”等課程中有較詳細的介紹，原有“汽車設計”課程中只是針對具體結構的詳細設計而已。因此，教師在課程教學中可簡化結構的詳細設計計算，突出汽車產(chǎn)品形式對比和工況與載荷設計依據(jù)的確定，具體結構的詳細設計可在課程設計環(huán)節(jié)實現(xiàn)，并待學生進入研發(fā)、設計崗位后進一步積累。

汽車的動態(tài)設計、可靠性設計、材料/結構/性能等多學科一體化設計方法已廣泛應用于汽車工業(yè)中。同時，汽車設計已延伸到產(chǎn)品的全壽命周期。三維數(shù)字化結構設計早已在汽車行業(yè)中普及，隨著三維設計平臺的拓展，原本屬于技術專家掌握結構的有限元分析、多體系統(tǒng)動力學分析及疲勞分析等技術正在向工程技術人員轉變，今后的汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中將要求設計人員具有產(chǎn)品全壽命周期開發(fā)的能力。因此，課程教學內(nèi)容應適度補充現(xiàn)代汽車設計方法的內(nèi)容并貫穿于課程中。

4.教學方法單一，教學效率低和效果差

在與多所兄弟院校的“汽車設計”課程教學研討中，多位教師共同的感慨是教學中要面對的窘境，即大四學生會有就業(yè)、考研、公考、出國等情況，學生精力分散、課堂學習積極性不高。這就需要破解以“教師為中心”的課堂講授，學生被動接受知識的低效教學模式，由被動為主動，多種教學手段和模式實施于教學過程中以調動學生的積極性和主動性，但這些也需要一線教學的教師付出更多的精力。

三、“汽車設計”課程教學內(nèi)容與方法的更新與優(yōu)化

1.以載荷設計為主線，保留精華并壓縮和深化原有課程教學內(nèi)容

教學內(nèi)容的改革不是對原有教學成果的全盤否定，而是保留其精華，將不適合行業(yè)發(fā)展迫切需求的部分壓縮，并適當?shù)募右陨罨涂偨Y。由于汽車工作原理和構造沒有本質的變化，對傳統(tǒng)結構設計部分仍應保留原有大致脈絡和體系，將此部分分別設置為汽車總體設計，以傳遞發(fā)動機扭矩的分系統(tǒng)（如離合器、變速器、萬向傳動裝置和傳動軸、驅動橋和輪傳動邊裝置等）合并為傳動系統(tǒng)結構設計，以保證汽車穩(wěn)定行駛的部分（如懸架、轉向、制動等系統(tǒng)）合并為行駛系統(tǒng)結構設計。

在“汽車設計”課程教學改革的探索中，諸多學者提出在原有結構設計為主的“汽車設計”課程中增加仿真分析等項目案例化教學［9-10］，如有限元法在汽車中的應用。他們也認識到：只有準確的邊界條件、工況載荷和精確的幾何結構才能保證仿真模型的有效性。因此，工況與載荷設計依據(jù)的確定在汽車結構設計中尤為重要。

對于總成結構的工況與載荷設計依據(jù)可總結為三方面：其一，經(jīng)離合器、變速器、萬向傳動裝置與傳動軸、驅動橋與輪邊轉動裝置等將發(fā)動機扭矩傳遞到車輪的傳動系統(tǒng)的載荷設計；其二，由路面不平并依次傳遞到車輪、制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、車橋、車架等底盤結構的載荷設計；其三，車身發(fā)生正面碰撞、側面碰撞和行人保護等車身結構的碰撞載荷設計，包括碰撞載荷規(guī)范、車身（或車架）吸能結構和約束系統(tǒng)設計等內(nèi)容。

工況與載荷設計依據(jù)對各分系統(tǒng)的設計具有統(tǒng)領性的，應將其設置在各分系統(tǒng)設計之前，以提高學生對汽車產(chǎn)品開發(fā)與設計的認知高度。對總成結構設計部分的介紹采用以工況與載荷設計依據(jù)為主線教學有諸多的好處：其一，可以壓縮傳統(tǒng)結構設計的課時；其二，講授統(tǒng)一的工況與載荷設計依據(jù)，舉一反三，避免陷入細節(jié)的窮舉中；其三，工況與載荷設計依據(jù)厘清后可與先進工程分析軟件相結合，融入全生命周期的數(shù)字化模型中。

2.補充和完善汽車性能設計和新興技術的教學內(nèi)容

安全、節(jié)能、環(huán)保是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展永恒的三大主題，鑒于原有的教學內(nèi)容上的缺失，造成學生知識體系的破碎和不完整，需對教學內(nèi)容進行額外的補充和完善。

首先，在教學內(nèi)容上增加了與汽車產(chǎn)品開發(fā)緊密相關的安全性設計部分，這部分內(nèi)容包括：汽車碰撞發(fā)生過程及主被動安全性技術、汽車碰撞安全法規(guī)及試驗、人體生物力學的乘員傷害評價、正面碰撞、側面碰撞和行人保護等內(nèi)容。

其次，隨著汽車保有量急劇增加，汽車的環(huán)保性能越發(fā)受到公眾的關注和重視。汽車排放對大氣的污染、汽車噪聲對環(huán)境的影響已構成汽車的兩大公害。隨著國家第六階段機動車污染物排標準的提前實施，加緊研究解決有關與污染排放問題。因此，在教學內(nèi)容方面急需補充與此相關的振動與噪聲(Noise、Vibration、Harshness，NVH）性能設計和尾氣排放的后處理技術內(nèi)容。汽車NVH 性能設計包括：整車NVH 性能與整車的關系、NVH 性能評價、NVH 性能設計開發(fā)流程和NVH 性能設計的關鍵要點等。尾氣排放后處理技術主要包括：排放后處理的主要技術路線、汽油機和柴油機的具體設計問題。

再次，汽車的性能設計是相互矛盾的，性能之間要進行取舍。汽車的輕量化是減少燃料消耗和減少機動車廢氣排放的有效途徑，然而輕量化又會引起汽車的振動與噪聲問題、碰撞安全性問題。因此，輕量化技術與減振降噪和碰撞安全性能之間是相互矛盾的，這就將單一的從汽車結構設計發(fā)展為材料、結構、性能等多學科一體化設計的趨勢。輕量化設計必須補充包括：材料輕量化設計、結構輕量化設計、制造工藝輕量化設計、輕量化設計優(yōu)化方法等內(nèi)容。

最后，在汽車新能源革命的大時代，電動汽車顯得尤為重要，電動汽車設計的相關核心技術與難點等知識急需對學生進行普及。同時，隨著汽車電控系統(tǒng)廣泛使用，為控制系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)的來源，而深度學習的興起又為汽車環(huán)境感知提供了技術支持。隨著5G 技術的成熟與應用，通信速率的進一步提高，解決了決策延時等問題，智能網(wǎng)聯(lián)的無人駕駛車輛將成為新的發(fā)展熱點，這些技術如何與“汽車設計”課程相融合，車輛專業(yè)學生如何占有一席之地或引領這些技術在汽車產(chǎn)品開發(fā)與設計中應用，這些都有待教師在“汽車設計”課程中研討，為學生建立更廣義的汽車產(chǎn)品開發(fā)與設計理念。

3.先進設計方法、設計規(guī)范和標準貫穿于全課程

“汽車設計”課程的教學要緊跟現(xiàn)代汽車工程技術的發(fā)展，將現(xiàn)代汽車行業(yè)中先進的設計方法與工具應用到課程教學中。三維模型技術包括：三維結構設計、有限元仿真分析、多體系統(tǒng)動力學分析、流體分析、碰撞仿真、疲勞分析等。因數(shù)字模型在樣機的設計、試制和性能評價中可以減少實物制作的次數(shù)，可節(jié)省大量的人力、物力、財力成本，目前已廣泛應用于汽車行業(yè)中。不同結構和性能對設計方法與工具的需求也不一樣，這就需要在教學過程中將設計方法與工具貫穿于全課程。此外，汽車結構與性能是在各類不同規(guī)模的數(shù)字模型中逐步優(yōu)化設計得來，優(yōu)化設計方法也應在課程中進一步的介紹。

在設計規(guī)范和標準方面：一方面，各國通過強制性國家標準以法律條文的形式對某些內(nèi)容進行限制和約束，某種意義上推動了汽車技術的快速發(fā)展與創(chuàng)新；另一方面，整車制造商、汽車行業(yè)學會與組織、專家和學者們已研究和制定了大量汽車產(chǎn)品設計規(guī)范和標準，這些規(guī)范和標準是學生踏入汽車行業(yè)的必備知識。教師應將這些內(nèi)容在課程教學的各個環(huán)節(jié)潛移默化地傳遞給學生，如駕駛艙設計中涉及諸多人機工程學緊密相關的規(guī)范和標準，通過產(chǎn)品校核設計的實例將國家強制性標準、行業(yè)設計標準和產(chǎn)品設計規(guī)范等內(nèi)容傳遞給學生。

4.探索教學內(nèi)容更新后的教學方法

（1）教學方法與更新后教學內(nèi)容的適配?！捌囋O計”教學的內(nèi)容已進行了較大程度的更新，包括傳統(tǒng)結構設計內(nèi)容、汽車性能設計、新型驅動方式和新技術，以及開發(fā)流程、設計方法和設計規(guī)范與標準等內(nèi)容。這些不同的內(nèi)容應采取不同的教學方法并配以不同的輔助課程進一步開展和深化。針對傳統(tǒng)結構設計內(nèi)容，采用理論教學與課程設計相結合的教學手段，通過課程設計指導學生完成結構詳細設計與校核。設計方法上將三維數(shù)字化設計和汽車CAE 技術融入到課程設計中，提高學生的產(chǎn)品設計和虛擬仿真設計的綜合應用能力。對于性能設計和電動車與智能網(wǎng)聯(lián)技術，采用“線上與線下”、場景化混合式教學方法［11］。以NVH 性能設計為例，在線上課堂教學中教師要求學生提前學完該部分課程教學內(nèi)容，并總結某一結構NVH 性能設計的技術路線分析；在線下課堂教學中教師在車輛理論與實踐一體化教室布置好教學設備與場景完成教學內(nèi)容，與學生對技術路線進行研討、分析與試驗驗證，最后對內(nèi)容和結論進行修正、補充和總結。

（2）考核方式的改進?！捌囋O計”課程是車輛專業(yè)的主干課程之一，牢固掌握汽車產(chǎn)品開發(fā)與設計相關的基本概念和基礎知識能體現(xiàn)學生優(yōu)良的專業(yè)素養(yǎng)，對于這部分內(nèi)容應采取閉卷筆試形式進行考核，但只占課程總成績的50%。同時，汽車產(chǎn)品開發(fā)與設計又是一項實踐性很強的工作，學生對產(chǎn)品設計能力的高低應在工程實踐中進一步考核與評估。因此，考核方式上應注重學生的實踐能力及其量化考核，如場景化混合式教學方法對學生能力進行量化考核與評估。

（3）移動終端在課程教學中的靈活應用。隨著移動終端的快速發(fā)展，教學中需加以應用而非排斥，如教師使用移動終端隨機點名可以提高課堂的趣味性，鼓勵學生使用移動終端進行發(fā)言、提問并積累積分，其積分也可作為過程考核的一部分，從而提高學生的積極性和主動性。

四、初步成效

一是，教材建設成果顯著。針對現(xiàn)有“汽車設計”課程教學內(nèi)容的不足，聯(lián)合兄弟院校共同新編《汽車設計》教材，對教學內(nèi)容進行了更新與優(yōu)化。2019年4月新編《汽車設計》教材獲“十三五”江蘇省高等學校重點教材立項，同年9月由機械工業(yè)出版社正式出版發(fā)行。

二是，學生認同課程的重要性和地位，教學質量顯著提升。經(jīng)過幾輪校本教材的使用和適配教學內(nèi)容的教學方法實施。對校本教材使用期間南京理工大學紫金學院學生進行了認知度和滿意度調查，占91.3%的學生喜歡這門課程；占89.9%的學生對“汽車設計”課程在專業(yè)知識體系中地位認識清晰；占88.4%的學生認為在將來的職業(yè)生涯中該課程的幫助很大。對閉卷考試的答題分析顯示學生對講授的汽車設計方法與基礎知識掌握較好。在理論課程教學之后的“汽車設計課程設計”集中實踐教學環(huán)節(jié)中，學生課程設計說明書思路清晰、計算步驟合理、課程設計作業(yè)質量較未改革之前明顯提高；在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)中，多位指導教師反映學生能綜合應用多種設計方法與工具，專業(yè)素養(yǎng)較好。

三是，學生汽車產(chǎn)品的工程開發(fā)能力提高，畢業(yè)生獲用人單位好評。通過對參與“汽車設計”課程教學改革學生調查顯示：畢業(yè)生初次就業(yè)率達95%，其中專業(yè)對口占79%。2019年9～10月對從事汽車行業(yè)的往屆生及用人單位滿意度發(fā)放調查問卷，結果顯示：占84%的學生認為“汽車設計”課程對工作崗位的勝任很有幫助；占92%的用人單位認為畢業(yè)生能快速適應工作崗位；占84%的用人單位正在考慮將學生作為企業(yè)的核心骨干進行培養(yǎng)。