车用复合材料学科交叉型课程的教学与实践探讨

殷莎　杨瑞恒

摘 要：近年来，随着无人驾驶、汽车电动化与轻量化浪潮的兴起，传统以机械为核心的车辆工程人才培养模式已经不能满足当今行业发展的需求，探讨交叉型课程的教学与实践势在必行。汽车复合材料这一交叉型课程建设，培养具有复合材料、力学、结构设计、汽车等多学科知识交叉背景的学生，有望提高汽车轻量化技术人才的储备，同时为推动汽车行业的发展培养具有国际化视野和创新能力的生力军。

关键词：學科交叉;车用复合材料;汽车轻量化;教学;人才培养

1 引言

以汽车行业的人才培养为例，随着无人驾驶、汽车电动化与轻量化浪潮的兴起，传统以机械为核心的车辆工程人才培养模式已经不能满足当今行业发展的需求，学科交叉型人才逐渐成为人才培养的新趋势。构建机械工程、力学、材料、电气电子、信息通信与计算机等多学科集成与交叉的汽车行业人才培养环境与机制，探讨交叉型课程的教学与实践势在必行。

2 国内外学科交叉型课程发展概况与趋势

2.1 国外学科交叉型课程

早在19世纪到20世纪60年代末，西方名校，如牛津、剑桥及哈佛大学等就非常重视学生的通识教育与多学科交叉型人才的培养，在课程培养体系中引入了学科交叉型课程。20世纪70年代到20世纪末，美国的学科交叉型课程已经形成一定规模，每年授予学科交叉/多学科学位的研究生逐年提升。进入21世纪后，发达国家陆续出台相关改革措施，各大学也根据自身特点开展多样化模式的学科交叉型课程[2]。

2.2 国内学科交叉型课程

我国国内高校学科交叉型课程起步较晚，直至20世纪90年代初有关高校才正式进入实质性的探索阶段。车辆工程专业相关的学科交叉型课程发展尤其不容乐观，课程设计仍然以传统的机械工程专业和课程为主，如机械原理、机械制图等，不符合当今汽车智能化与电动化的发展趋势。国内众多高校已经意识到当前单一学科人才培养模式的弊端，逐渐结合学校自身发展优势，改善学科交叉型课程的师资力量，注重机械工程和材料、力学、计算机等学科的融合，开展无人驾驶、新能源汽车、汽车动力电池技术、车用复合材料等多学科交叉课程，满足新时代对于复合型高层次人才的需求。

3 学科交叉型课程特点分析

成功设计一门课程的教学与实践方案，需要深入分析课程的特点与特色，有针对性地开展课程教学与实践的组织。交叉学科型课程的教学目的是在专业基础课的基础上，提高学生的创新能力，拓展学术视野，培养研究生开展交叉学科解决和分析问题的能力。与专业基础课相比，交叉学科型课程具有鲜明的自身特点：

3.1 知识多元性与前沿性强

学科交叉型课程主要以两个一级学科或两个一级学科以上的知识融合作为主要学习与研究内容，课程基础知识覆盖面十分广泛。同时，学科交叉型课程知识更新速度快，新的研究热点和方向不断地更新迭代。以课程“车用复合材料”为例，其课程内容涉及机械工程、力学、材料工程、化学、生物以及信息工程等学科与技术;汽车材料发展也是相当迅速，各种新型材料、结构设计方法，制造工艺和应用技术不断涌现。如何在广泛的课程基础知识中强调课题的基础框架，引导学生自主学习;同时在不断更新的研究热点中，任课老师也应不断更新自身的知识结构体系，保证课程的前沿性。

3.2 课程学生专业背景丰富

交叉学科型课程的选课学生通常可以来自不同专业，其研究方向及关注点也各不相同。“车用复合材料”课程的学生主要来自车辆工程专业，其余学生可以来自材料科学与工程、固体力学和航空宇航科学与技术等专业。其中车辆工程的学生学习课程的目的主要是学习汽车轻量化技术相关内容，而材料与力学相关专业的同学更关注于材料本身的性质并了解应用。在进行课程设计时，要合理考虑学生各不相同的知识基础和学习目的，创造不同专业同学之间交流合作的机会。

3.3 课程相关问题导向性与实践性强

学科交叉型课程产生的根源及目的在于解决社会急需的复杂性、综合性问题，问题的导向性极强。此外，学科交叉性课程的目的是培养学生开展学科交叉的意识，寻找学科交叉研究的切入点。在课程中要关注内容与实际问题的相关性，强调科研实践的重要性。

4 教学与实践探讨

4.1 课程目标设定：结合学生需求

课程目标决定了课程的教学定位、执行力度和教育预期，因此直接影响着教学效果，尤其对于学生今后的继续研究影响很大[4]。考虑到跨学科型课程参与学生的专业背景较为丰富，其学位课题研究方向和内容也有较大差异，如果笼统地设计教学目标，教学效果较差。因此，学科交叉型课程教学目标的设定必须结合学生的实际需求，设计个性化的教学目标。汽车行业对于复合材料的需求与航空航天不同，不仅需要连续纤维的先进复合材料，同时也需要其它纤维类型的复合材料，其设计与工艺因素都不相同，需要针对整车将这些需求分解。在设定课程目标时，需要充分考虑相关需求。

4.2 课程教学内容的组织与实施

课程教学内容的设计是课程的灵魂与关键。若课程内容设计不当，可能会出现课程新颖性不强、知识体系性差和相关内容产生断点等诸多问题[5]。在组织车用复合材料课程教学内容时，整理国外在汽车复合材料方面的教学内容，并结合国内大专院校的常用复合材料教材作为参考教料，同时遴选多篇中英文论文作为补充材料，进行知识点的整合，并开展相应的教学。课程内容的设计还要考虑如何进一步培养学生应用所学知识解决问题的能力，依托课题组内汽车复合材料相关的科研项目成果，从材料表征、结构设计与优化、有限元模拟和制备工艺等方面介绍科研项目的研究过程，帮助学生掌握基础知识的应用能力。

4.3 课程实践方案设计

交叉学科型课程的科研实践性强，科研实践能力培养是课程教学的重要环节。针对车用复合材料自身课程特点和学生的不同需求，设计两类课程实践形式，更好地提高学生的实践能力。一类是通过课程总结论文或PPT，针对问题开展研究，总结研究成果撰写学术论文是一项极其重要的科研能力。为了敦促学生思考，在课堂教学过程中留下一些经过提炼的理论问题，让学生以这些问题为出发点，对课程内容进行总结和汇报;另外一类是课程实验和相关创新大赛，要求学生进入实验室进行复合材料层合板的制备与力学性能表征，参与SAMPE复合材料电池壳创新大赛，锻炼了学生的设计与动手能力，为课题的进一步开展与研究打下了坚实的基础。

5 结束语

交叉学科型课程加强不同学科之间的融合，打破了各学科之间的壁垒，围绕特定的培养目标，在课程中融入多个学科的知识点，对于构建多学科集成与交叉的培养环境与机制，培养满足汽车行业发展趋势与需求的高层次人才具有重要意义。本文分析了国内外学科交叉型课程的发展趋势，并根据车用复合材料课程特点，对课程的教学目标建立、教学内容设置与教学实践方法进行了探讨，进而构建这一具有学科交叉型特点的课程，同时对其它交叉型学科课程知识体系的构建具有借鉴意义。

课题来源：北京航空航天大学教改项目

课题级别：北航研究生院

课题名称：学科交叉型课程的教学与实践探讨

参考文献：

[1]路甬祥，LuYongxiang.学科交叉与交叉科学的意义[J]. 中国科学院院刊，2005，20（1）：58-60.

[2] 高磊. 研究型大学学科交叉研究生培养研究[D].上海交通大学，2014.

[3] Mechanisms/Models for Interdisciplinary Graduate Training at Penn State [EB/OL].http：//www.gradsch.psu.edu/index.cfm/prospectivestudents/mechanismsmodels-for-interdisciplinary-graduate-training/.

[4] 李修建，孔迪，刘菊，贾辉，杨建坤.注重学科交叉融合 实现个性化教学——研究生近代光学实验课程的教学设计探索与实践[J].学位与研究生教育，2014（05）：24-27.

[5] 肖定邦，辛华，吴学忠，陈志华，崔红娟.交叉学科研究生课程教学的探索与实践[J].高等教育研究学报，2012，35（03）：115-117.