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

        2022-01-06 10:40:18韓秀琴高云峰楊洪亮雷呈喜張曉輝
        實驗室研究與探索 2021年11期
        關(guān)鍵詞:汽車底盤汽車思維

        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)社會的飛速發(fā)展,為實現(xiàn)科教興國的戰(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)實驗,學(xué)科交叉融合不足,教學(xué)內(nèi)容重理論輕實踐,教學(xué)方式以教師為中心,影響學(xué)生將知識有效發(fā)展為創(chuàng)新意識和創(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,還要突出實踐教學(xué)環(huán)節(jié),更要注重開發(fā)全方位、立體化和全程式的參與課程[1]。

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

        汽車是一個多學(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,汽車變得越來越智能,更綠色、更安全、更高效[3]。特別是近年來新能源汽車和自動駕駛技術(shù),使各汽車廠家面臨巨大的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對當(dāng)今的世界競爭,培養(yǎng)學(xué)生在汽車設(shè)計制造方面的興趣和創(chuàng)新能力,建設(shè)汽車底盤綜合實驗及創(chuàng)新思維訓(xùn)練創(chuàng)新實驗課程,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,其中底盤又由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)組成。

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

        (1)認(rèn)識汽車底盤的傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(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個系統(tǒng)之間的關(guān)系及運動傳遞路線。

        (4)通過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)新對推動社會發(fā)展的重要作用。

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

        1.2 課程教學(xué)條件

        實驗室具有汽車底盤實驗的設(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)是利用真實汽車底盤開發(fā)的實驗設(shè)備,在實驗中可以動態(tài)演示汽車底盤4個系統(tǒng)的工作過程。發(fā)動機(jī)輸出的動力通過離合器、變速器、萬向傳動軸、驅(qū)動橋,最后將運動傳到驅(qū)動輪,在動態(tài)演示過程中可直觀地看到運動的傳遞路線。在傳動系統(tǒng)運動過程中可以操縱換擋手柄進(jìn)行變速,此時能清晰地觀察到換擋撥叉的切換過程;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)的傳動過程;操縱制動踏板,可以觀察到制動器的制動過程等。

        (2)底盤構(gòu)造的各大總成和零部件。實驗室除了具備汽車底盤演示系統(tǒng)外,還具有獨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)動橋、轉(zhuǎn)向器、制動器、真空助力器、減振器、防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、懸架等。這些實驗設(shè)備中部分設(shè)備可以供學(xué)生動手拆裝,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、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)離不開創(chuàng)新型的教學(xué)環(huán)境,如果在教學(xué)中樹立先進(jìn)的教學(xué)理念,設(shè)計合理的教學(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)動學(xué)生的積極性,實現(xiàn)高效的教學(xué)過程和良好的教學(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],在不斷滿足人們對汽車安全、節(jié)能、舒適、環(huán)保方面日益增長的需求過程中,汽車技術(shù)在不斷進(jìn)步與創(chuàng)新[7]。在課程實驗中,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)生在實驗課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的研究和探索,不僅能夯實汽車技術(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,合理組織教學(xué)內(nèi)容,精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié),加強(qiáng)課堂教學(xué)中的互動交流,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)汽車底盤綜合實驗。在教學(xué)中將重知輕行轉(zhuǎn)變?yōu)橹泻弦?,?qiáng)調(diào)向?qū)嵺`學(xué)習(xí),學(xué)以致用。引導(dǎo)學(xué)生主動實踐,實現(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)械式傳動系統(tǒng)的組成及布置示意圖[9]

        通過汽車底盤的動態(tài)演示實驗,啟發(fā)學(xué)生觀察、分析底盤各系統(tǒng)的動力傳遞,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,重點選擇汽車底盤的典型零部件(見表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,同時梳理各技術(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_放課堂,實現(xiàn)從課內(nèi)向課外延伸,從教室向圖書館和網(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)一步通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料,或到相關(guān)部門和企業(yè)調(diào)研,對某一方面技術(shù)進(jìn)行深入的研究與探討,最后形成課程拓展報告。

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

        3.2 教學(xué)手段

        (1)采用實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)識后,再對各組成部分進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和探究。

        (2)對于有些部件,如自動變速器中的液力變矩器,拆開后無法看到它的工作狀態(tài),可通過動畫的方式演示其工作原理和工作過程。

        (3)對于有些價格昂貴、不具備實驗條件的新技術(shù),可采用視頻或動畫的方式進(jìn)行演示,甚至用VR的方式進(jìn)行創(chuàng)新實驗。

        4 教學(xué)效果

        汽車底盤綜合實驗及創(chuàng)新思維訓(xùn)練課程進(jìn)行了近兩年的教學(xué)實踐,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)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在教學(xué)實驗中學(xué)生可以直觀地觀察到汽車的真實傳動過程,使學(xué)生在滿足好奇心的同時,帶著興趣進(jìn)行深入的研究與探索,由此調(diào)動了學(xué)生探索知識、主動學(xué)習(xí)的積極性。

        (2)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。汽車從誕生到發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的階段,汽車性能也在不斷地完善,這離不開技術(shù)創(chuàng)新。通過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)生對創(chuàng)新設(shè)計展開討論和研究,使學(xué)生緊跟時代發(fā)展的步伐,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

        (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,也要綜合考慮不同技術(shù)的成本和市場,在產(chǎn)品開發(fā)時也與企業(yè)的管理密切相關(guān)。通過引導(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、環(huán)保意識、成本意識、市場意識、管理意識等綜合素質(zhì)。

        (4)啟發(fā)了學(xué)生的跨界思維。汽車是一個多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域融合的系統(tǒng),跨學(xué)科的知識內(nèi)容和敢于突破的思維是成就一個具有創(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,樹立多學(xué)科交叉融合的理念,為培養(yǎng)具有競爭優(yōu)勢的工程創(chuàng)新人才打下了良好的基礎(chǔ)。

        5 結(jié) 語

        汽車底盤綜合實驗與創(chuàng)新思維訓(xùn)練課程將理論與實踐、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)識的基礎(chǔ)上,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,堅持以學(xué)生為中心,注重學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展,培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和綜合素質(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],未來汽車將向著互聯(lián)化、輕量化、智能化、環(huán)?;?、小型化、個性化的方向發(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)展趨勢下,針對不同的研究方向進(jìn)行深入的探索。

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