以培养应用型人才为目标的汽车空气动力学课程改革探讨

来源:用户上传      作者:

　　【摘 要】与生产企业对汽车空气动力学的重视程度相比较，国内高校的相关学科建设略显沉寂，其中以应用型人才为主要培养方向的高校因教学需求与教学资源的不匹配，面临更为被动的局面。当前的困难主要集中在教材老化、科研成果薄弱和理论与实际脱节等三个方面，因此非常有必要在教学方式改革方面做一番探索。以培养应用型人才为目标的高校，应该明确以提高学生知识应用能力为基本的教学目标;突出知识重点;设计走出课堂的实践活动。在资源有限的情况下，通过对学科教学和科研模式的深入思考，同样能够探索出一条适合于自身的教学模式，达到理想的人才培养效果。在这其中，对人才培养目标的定位，是教学模式改革的关键。
　　【关键词】汽车空气动力学;应用型人才;教学目标;实践活动;数值计算
　　中图分类号： U461-4;G642 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）31-0116-002
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.055
　　Discussion on Automobile Aerodynamics Curriculum Reform Aiming at Cultivating Applied Talents
　　WEI Tao
　　（Guilin University Of Aerospace Technology，Guilin Guangxi 541004，China）
　　【Abstract】Compared with the attention paid by manufacturers to automobile aerodynamics，the construction of related subjects in domestic universities is a little quiet.Among them，universities with applied talents as the main training direction face a more passive situation due to the mismatch between teaching needs and teaching resources.The current difficulties are mainly concentrated in the aging of teaching materials，weak scientific research results and the disconnection between theory and practice，so it is very necessary to explore the reform of teaching methods.Colleges and universities aiming at cultivating application-oriented talents should make clear the basic teaching goal of improving students'knowledge application ability.Highlight the key points of knowledge;Design practical activities that go beyond the classroom.In the case of limited resources，through in-depth thinking on the subject teaching and research mode，we can also explore a teaching mode suitable for ourselves and achieve the ideal effect of talent training.Among them，the orientation of talent cultivation target is the key to the reform of teaching mode.
　　【Key words】Automobile aerodynamics;Applied talents;Teaching objectives;Practical activities;Numerical calculation
　　汽車空气动力学是研究汽车与空气发生相对运动时两者之间的相互作用力关系及运动规律的学科。在汽车研发过程中，如能对汽车内外部流场加以考虑并进行合理优化，车辆的动力性、燃油经济性和操纵稳定性将会得到显著提高。不仅如此，由于优秀的空气动力学造型与大众的审美高度契合[1]，所以甚至会决定一款汽车产品的市场销售命运。如今汽车空气动力学在车辆研发中的重要性已被广泛认知，相关理论知识的应用和实验研究不同程度地被各汽车生产企业付诸实践。一些汽车生产企业也相应取得了显著成果，比较有代表性的是上海荣威汽车有限公司研发的i6轿车，该车CD值仅为0.25，达到世界同类产品的顶尖水平。
　　在上述背景下，国内设有汽车方向专业的本科院校，本应比从前更重视汽车空气动力学课程的教学工作，为国内汽车行业培养符合要求的人才，引领汽车空气动力学科学研究并履行服务社会的职能。但是，与生产企业对汽车空气动力学的重视程度相比较，国内高校的相关学科建设略显沉寂，其中以应用型人才为主要培养方向的高校因教学资源与教学需求的不匹配，面临更为被动的局面。
　　1 汽车空气动力学教育现状及原因分析
　　1.1 汽车空气动力学教育现状
　　1.1.1 教材老化
　　国内有关汽车空气动力学方面的专著很少，高校在教材上的选择面窄。而在仅有的可数教材中，内容和知识陈旧，与时代脱节的情况比较严重[2]。有的教材已十多年没有变动，只是不停重印，用这样的教材来进行人才培养，效果显然不会理想。 　　1.1.2 科研成果薄弱
　　以本文撰写时为准，根据知网检索，以汽车空气动力学为关键词的文献数量仅为147条，其中博硕士论文81篇。从发表年度分析，近五年发表的文献只有十数篇。在总共147篇文献中，还有不少是偏离汽车空气动力学研究领域的。从中可知，目前学术界对汽车空气动力学的研究没有太多兴趣。
　　1.1.3 理论与实际脱节
　　已公开发表的汽车空气动力学相关文献中，汽车生产企业与高校或研究机构联合署名的文献非常少。这说明产、学、研各自为战，科技成果的推广和运用是不成功的。从研究内容分析，现有文献更多侧重于数值计算方面的仿真研究，缺乏风洞或实车道路实验对研究成果的验证。从中进一步得知，现有研究并没有实现理论和实际的有效结合。
　　1.2 原因分析
　　汽车空气动力学从20世纪20年代开始应用研究，发展到今天已经将近100年，在这期间，无论是理论还是实践都取得了长足进步。虽然研究人员对于汽车细微结构变化引起的空气动力特性变化规律和机理还不能完全掌握，但是凭借现代科技带来的丰富实验手段，人们不需花费更多精力去研究理论的完善和突破，就已能达到完善产品的效果。由于实车道路实验受气候条件和道路条件的限制太多，所以当前的实验方式主要以模型风洞实验和实车风洞实验为主。风洞的建造耗资巨大，没有雄厚的资金实力或政府资助，一般的单位无力承受。到目前为止，高校中仅有同济大学、吉林大学等有限几所高校具备实验条件，在这其中，能做实车实验的风洞又是屈指可数。汽车风洞实验的成本不仅仅体现在风洞的初期建设上，每一次实验的用电和检测设备损耗产生的费用也是可观的。所以，对于高校科研人员来说，相对于可预期的研究成果，汽车风洞实验的投入产出比不大。
　　汽车制造企业对汽车空气动力学设计是非常重视的，一些实力雄厚的企业已经开始使用自己建造的风洞进行实验，更多的是租用对外开放的机构所拥有的风洞。无论是哪种情况，同样会花费巨额成本。企业进行风洞实验的主要目的是获得产品的竞争优势，从中积累的理论和经验自然会被当作核心竞争力来加以保密对待，有的企业甚至用制度来限制研发人员发表学术论文。此外，汽车空气动力学本质上是一门实验科学，所以企业在力所能及的情况下，没有从高校或科研机构获得理论支撑的需求。
　　综上所述，由于高校缺乏研究动能，企业严守商业机密，造成了汽车空气动力学研究成果稀少的局面。严格来说，企业必然已取得了丰硕的成果，但知识仅仅在组织内部沉淀。
　　以培养应用型人才为目标的高校汽车空气动力学教学现状
　　2 以培养应用型人才为目标的高校汽车空气动力学教学方式革新措施探讨
　　2.1 明确以提高学生知识应用能力为基本的教學目标
　　对汽车空气动力学教学方式进行革新，必须建立在明确自身教学目标的基础上。汽车空气动力学这门课程的特点是一般原理及应用基础通俗易懂，涉及空气动力学部分的专业理论艰深复杂，许多地方的教学设计甚至是建立在默认学生已具备空气动力学和有限元知识的基础上展开的。以笔者所在的院校来说，这门课的理论课课时仅为24个学时。如果再授课过程中如不舍弃课本中相当篇幅的内容，对于科研型高校来说，可以根据学生的自学能力，加快一般原理的讲解，在数值计算方面有所侧重。但对于应用型人才培养高校则非如此，教学改革方式必须围绕学生将来的择业方向，以培养能将专业知识和技能应用于未来所从事的社会实践活动为改革目标，才可能确保教育的效果和质量。
　　2.2 突出知识重点
　　目前的教材中，用了比较大的篇幅来讲解空气动力学计算理论，除此之外，在汽车内部流场和空气动力噪声等方面所占比例也较多。如上文所述，前者缺乏知识铺垫，内容晦涩难懂，后者看似丰富，实则语焉不详。更大的缺陷是，许多章节都缺乏符合现代科学发展的案例支撑，大部分的表格引用的是20世纪的数据。教材内容设置不合理的原因是学科教学研究跟不上现代科学实践的发展，但现状如此，短时间内不会出现太大的变化，各专业院校唯有重新审视知识重点，进行教学内容和模式的改革。首先是基础理论的授课内容改革，汽车空气动力学最基本的理论是伯努利方程、连续方程以及流场中物体的雷诺数，要侧重这些方面的教学。而对于以纳维尔-斯托克斯方程及衍生理论，让学生作一般性了解即可，将节省下来的课时用在实际意义更大但教材中却被简化的“汽车空气动力学设计”这一章节中。最重要的是，要将气流边界层分离理论作为主线，贯穿在整个课程的教育过程中，让学生学有所感，学有所得。
　　2.3 走出课堂的实践活动
　　虽然实验手段有限，但依托信息和传媒技术的发展，实践教育还是可以有所作为的。汽车动力学试验章节的授课，应增加播放视频的比重。有关风洞实验方面的知识，即使对于教师来说都是薄弱的，所以借助视频资料并进行适当的讲解来授课，将能最大限度地提升学生的兴趣。
　　可将课外功课作为理论与实际相结合的教学重点来抓。例如，比较有效的方式是以课外论文的方式，要求每一位学生自己寻找一款感兴趣的车型进行现场研究，结合课本中的理论知识，描述相关车型的空气动力设计概念并作出评价。这种学习方式，对于学生巩固课堂知识和拓展学科视野的作用是非常明显的。
　　3 结语
　　关于汽车空气动力学教学模式改革的设想，其实还有许多。比如在缺乏风洞实验手段时，可以用实车辅以传感器技术进行简单的实验道路实验，同样能将学生对空气动力学知识要义的认识实现从抽象化到具体化的转变，而且这在成本上对一般高校来说都是可以承受的。限于篇幅，本文在此不一一展开。总之，以培养应用型人才为目标的高校，在资源有限的情况下，通过对学科教学和科研模式的深入思考，同样能够探索出一条适合于自身的教学模式，达到理想的人才培养效果。在这其中，对人才培养目标的定位，是教学模式改革的关键。
　　【参考文献】
　　[1]陈杰，黄妙华.基于理想形体汽车造型设计研究[N].武汉理工大学学报，2015（04）： 834-836+841.
　　[2]傅立敏.汽车空气动力学[M].2017.
　　[3]高万芹.应用型人才培养目标下社会工作专业教改研究[J].科教导刊（上旬刊）：2019（02）：72-74.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15054014.htm