结合方程式汽车大赛的OBE教学方式探索

南京理工大学机械工程学院 孙晓旺 王 霞 王显会*

成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）是一种先进的教育理念，不同于传统的以教学内容为中心的教学方式，OBE以学生的学习成果作为教育成功与否的导向，认为教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果。OBE理念关注五个重点问题：（1）我们想让学生取得的学习成果是什么；（2）我们为什么要让学生取得这样的学习成果；（3）我们如何有效帮助学生取得这些学习成果；（4）我们如何知道学生已经取得了这些学习成果；（5）我们如何保障学生能够取得这些学习成果。

为满足行业发展的需求，结合中国大学生方程式汽车大赛，以成果导向教育理念为指导，在学习成果、教学内容、教学方法、持续改进和实践创新等方面，对车辆专业的教学方式进行了探索，取得了较好的人才培养结果。

一、传统教学中存在的问题

目前，汽车行业“新四化”产业变革形势下，汽车专业教学方式存在的主要问题包括：（1）教师在教学过程中以课堂教学为主，更重视理论教学，轻视对学生开展实践教学的重要性，导致学生的工程实践能力不足；（2）课程体系和教学内容较为陈旧，而且更新缓慢，忽略了较新的教学理论和技术，无法满足行业快速发展对汽车人才知识体系的要求；（3）汽车整体是一个复杂的系统，学生动手实践往往限于对车辆某一特定性能的实验，项目化训练不足，无法适应实际的工程应用；（4）重研究，轻应用，相对工程型和应用型人才，目前国内高校更重视研究型人才的培养；（5）综合素质相关内容很少在教学中体现，如合作能力、交流能力、组织协调能力等。

二、中国大学生方程式汽车大赛介绍

中国大学生方程式汽车大赛（Formula Student China，FSC）始于2010年，是一项由中国汽车工程学会（SAE-CHINA）主办、高等院校汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛，被誉为“中国汽车工程师的摇篮”。

FSC要求参赛学生按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆赛车，并驾驶赛车参加全部或部分赛事环节的比赛。这一年里学生需要独立完成赛车的完整正向开发流程：总体设计、三维建模、仿真分析、二维图纸、加工装配、出车调试到参加比赛。FSC能够全面提升学生的实践能力，如设计能力、仿真分析能力、制造能力、组织协调能力、领导合作能力等，同时能够很好地培养学生的创新精神、创新意识、团队精神、吃苦耐劳精神、高度的责任感和较强的主观能动性。

三、结合FSC的OBE教学实践

（一）学习成果

OBE理念关注的第一个重点问题是“我们想让学生取得的学习成果是什么”。这个问题要求确定学生学习应该取得什么样的成果，后续教师教学和学生学习过程中就以该成果为最终目标，所有的教学活动都围绕这一成果进行。因此，结合国家新工科教学政策，分析汽车行业发展对人才的要求，确定了汽车专业本科学生的学习成果需要具备机械设计与制造、电工电子技术、计算机技术、信息处理技术、控制工程、流体与热工学等基础理论以及车辆构造、车辆设计、汽车理论及车辆电控制等方面的专业知识，接受现代机械工程师的基本训练，具有从事车辆设计、制造、试验、检测、运行管理等方面的能力。

OBE理念关注的第二个重点问题是“我们为什么要让学生取得这样的学习成果”，这一问题对应学生的培养目标。对于汽车专业的学生，希望通过大学期间的学习使他们具备扎实的机械和车辆工程专业基础理论、基础知识和宽广的专业视野，具备在汽车行业及相关领域的创新意识与方法，以及从事车辆设计、制造、试验、检测、运行管理等方面的能力，具备运用工程技术解决汽车行业及相关领域复杂工程问题的工程实践能力，具备在团队中分工协作、交流沟通的能力，具有积极的创新能力和创新意识。为了达成这样的培养目标，需要在每门课程的学习成果、教学内容、教学方法、教学评价等多方面进行研究。

（二）教学内容

OBE理念关注的第三个重点问题是“我们如何有效帮助学生取得这些学习成果”，在确定了专业教学的成果之后，围绕上述学习成果，结合FSC对汽车专业教学内容进行更新。

1.赛车的设计制造过程包括总体设计、三维建模、仿真分析、二维图纸、零部件选配、加工装配、出车调试等，中间涉及大量的专业知识和工程技能。在专业课程内容的设计中结合FSC，提供专业知识和工程技能的训练，如在汽车构造、汽车理论等理论课程中适当结合方程式赛车相关知识，在汽车试验学等实践课程中加入方程式赛车的实验测试，开设新的公选课“大学生方程式赛车设计”等。

2.结合FSC，开展科研训练和毕业设计。学生在方程式赛车设计制造过程中会不断发现新的工程问题，每年从FSC实践中提炼科研训练和毕业设计的题目，学生结合赛车设计制造，开展科研训练或毕业设计。

（三）教学方法

针对OBE理念关注的第三个重点问题“我们如何有效帮助学生取得这些学习成果”，在确定了学习成果和教学内容之后，结合FSC对汽车专业教学方法进行探索。

1.分享式教学。实际参与FSC的学生总是有限的，需要采用一定的方式让其他学生也能从FSC中获得收益。让参与FSC的学生与其他学生分享赛车设计制造过程中遇到的问题、分析解决问题的过程和最后的解决办法，将工程实践经验分享给所有学生。

2.案例式教学。以赛车设计制造为导向，从中提取零部件或总成的设计、仿真或测试案例。教学过程中将学生分组，让每组学生按照自身兴趣选题，靠学生自己完成调研、设计（仿真或测试）工作，定期开展组内探讨，教师给予一定指导，鼓励学生探索和学习车辆相关的新理论和新技术，采用这些理论和技术创新性地解决问题。

（四）持续改进

分析学生成绩、学生对课程的评价、毕业生对专业的建议以及就业企业的反馈，结合FSC持续对教学内容和教学方式进行改进。比如，FSC的赛制丰富，除了传统油车赛以外，还有电车赛和无人驾驶车赛，这也很好地反映了“新四化”的需求。针对这些需求，增加新能源车辆和无人驾驶车辆相关的课程，还根据每年参加FSC的经验，对汽车构造、汽车理论等理论课程和“大学生方程式赛车设计”这类公选课的教学内容进行适当更新。

（五）实践创新

成立“方程式赛车研发工作室”，工作室依托学科专业优势，充分挖掘教学资源，面向全校学生开放，支持学生开展科研训练、学科竞赛、自主创新创业实践及创新创业社团活动。学校为工作室配备了实验室、加工车间和试车场地，每年有固定经费支持，配备指导教师，但实行自我组织管理，车队设队长和经理，分设动力组、车身组、底盘组等不同部门，每组设组长负责组内事务的统筹安排，车队学生自主决策、自我管理、自主实践和自主创新。依托赛车设计制造，教师和学生能够充分沟通交流，形成第二课堂，培养学生的实践能力、创新能力、解决问题能力、主动学习能力、组织协调能力以及合作能力，实现理论学习、工程实践和科研训练的有机结合和全面提高。

四、实践效果

我校汽车专业结合FSC探索了基于OBE理念的教学方式，取得了较好的教学成果。截至2020年，学校车队共开发油车10辆、电车1辆，共参加10届FSC，并在2019年夺得全国第4名的好成绩；完成科研训练15项，其中国家级科研训练4项；支撑学生毕业设计20人次，其中2篇获得优秀毕业论文称号；申报发明专利5项；培养500名具有深厚理论基础和丰富实践经验的本科毕业生。

根据汽车行业发展对高校人才培养的要求，结合FSC以OBE教育理念为指导，对汽车专业的教学方式进行了有益探索，取得了良好的教学效果，为学生从事车辆设计、制造、试验、检测、运行管理等方面工作奠定了坚实的基础。