跨学科创新实践教育的意义

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2025）13-0065-05

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2025.13.016

Abstract：Thecurentvigorousdevelopmentofnew-energyvehiclerequires interdisciplinarytalentswithknowledge，thinking， andmultidisciplinarycapabities.Butthetraditionalmajorsetingsandtrainingmodelscannotmeetthisdemand.Basedonthe Chem-E-Car（chemical-electroniccarproject），NorthUniversityofChinahasstablishdacompetition-orientedpracticalteaching platformandlaunchedtheinterdisciplinarycoursesforChem-E-carinnovationpractice，thatachievedgoodresultsintalent trainingeducation.Thispaperdescribedtheteachingcontent，practielinks，evaluationoftecourse，aswellastheresultsofthe competitioninthepastfewyears.Weprovideasucesfulexamplefortheeducationalrefomofnewenergypowerandrelated majorsandconfirmthattheeducationsetingsforChem-E-carinnovationpracticeisconducivetothecuivatinginterdisciplinary technical talentswith multidisciplinary backgrounds，strong innovationability，and highcomprehensivequality.

Keywords：Chem-E-Car Project;newenergy; interdisciplinary; innovative practice education;vehicle

脱胎于计划经济时期的专业制度对应狭窄且细分的行业规划[，例如与新能源汽车相关的车辆工程专业，就以满足整车解构和拼装为导向，仍采用单一的专业模式培养方案，对相关的电机、电控、电池与能源专业方面的知识知之甚少，而新能源专业的培养计划也仅局限于化学能源的利用、制造与测试，并未涉及其他交叉专业的知识、能力素养培养。同理，对于计算机、电子通信、自动化、复合材料和工业设计等专业的学生来说，均受限于所谓“专业性”思维，缺乏综合性、全局性发现问题和解决问题的能力与视角。

目前我国的新能源汽车制造已占据领先地位，无论是为了扩大生产规模、供应全球市场，还是适应产品技术的快速迭代，都亟需更多有开阔视野和跨学科知识的人才参与，这就要求高校在制定人才培养计划时，不仅要立足于本专业的基础知识教学，也应当注重引导跨学科之间的技术实践交流。因此，以多学科交叉的学科竞赛为基础，建设一个跨学科实践教学交流平台，使学生能探索相邻专业领域，自由组合知识体系和能力结构，提高解决综合性问题的实践能力3。建设跨学科的实践教学平台，是理论教学和实践教学紧密结合的一条重要途径，注重强化学生解决工程实际问题的能力，可有效弥补以往传统人才培养模式的不足。

一大学生化工车竞赛

基于化学电源驱动的大学生化工车竞赛（Chem-E-CarProject）将化工理论与实际相结合，综合了化学、自动化、机械和材料等学科知识，对于提高学生利用综合知识解决复杂问题的能力、创新创业能力、团队合作精神以及跨领域学习及交流的能力具有重要意义，也为传统沉闷的化学工程教育带来了蓬勃的生机，其是一项针对新能源化工以及电机电控、整车设计、安全环保等多个专业学生共同参与的年度竞赛4。竞赛前，学生们必须设计并制作一个依靠化学反应来提供动力并且用化学反应进行精准控制的小车，该车需包含至少一个自行设计的主要元件，并且能收纳在一个 2 0 c m×3 0 c m×4 0 c m 大小的盒中（拆卸状态下）。

竞赛分为海报竞赛阶段（PosterCompetition）和化工车性能竞赛阶段（Chem-E-Car Performance Compe-tition）两个阶段。海报竞赛是通过海报的形式来描述化工车的特点、动力来源、环保及安全等因素，此外参赛者还需提供化工车设计和测试的数据资料、实验室平面图以及元件的CAD图。化工车性能竞赛考察各参赛队伍设计制作的化工车在一定距离内行驶的自动控制能力。参赛者在比赛前一定时间被告知化工车的载重量1 水）和确切的行驶距离（ 1 5～3 0 m ，然后由其设计合理的化学反应，使用适当的反应物料的量，使小车行驶一定距离后自动停止，根据小车车头离终点线的距离评分。该赛事已经在中国国内连续举办七届，第六届由中北大学主办。每年国赛优胜者参与的国际AIChEChem-E-Car竞赛，已成为美国化学工程学会（AIChE）举办世界化学工程大会的一个定期项目。

二开设Chem-E-Car创新实践课程

通过开设Chem-E-Car创新实践课程，综合化学、电子、自动化、机械和材料等专业知识，辅导学生通过理论学习、实验和竞赛，跨学科组队完成化工车的设计、制造和竞赛，培养学生利用综合知识解决复杂工程问题的能力、创新创业能力、团队合作精神，以及跨领域学习及沟通能力，最终使化工车竞赛成为有效的跨学科实践教学活动。经过一定课时的教学指导、实践和竞赛，达到以下课程目标： ① 能够运用美学、力学以及环境专业相关知识对化工车的外形、结构、安全环保进行设计，确定新颖的设计方案，具备良好的创新意识和创新思维。 ② 能够运用能源化学、复合材料、电机控制等科学原理和方法，进行化工车的设计、制造、性能测试、相关数据采集、数据分析与解释，综合得到合理有效的结论。 ③ 能够认知团队成员的角色与责任，与成员进行有效沟通、顺畅合作，共同完成竞赛项目任务，主动承担和积极解决实践过程中出现的专业问题。 ④ 能够就竞赛项目研发设计、生产、市场等相关问题，综合运用以口头、文稿图表等多种方式，与业界同行及社会公众准确表达自己观点。

三Chem-E-Car创新实践成果

Chem-E-Car创新实践课以年度国家级化工车竞赛为最终目标，组建了一个至少包括新能源、自动化控制、安全环保和工业设计等专业组成的教师辅导团队，设置并逐步完善本课程的理论教学和实践教学内容（表1）。从2017一2023年，中北大学已经连续参赛六届，表2列出了2019—2023年的教学过程评估和相应的竞赛成绩。为了调整合适的资源配给和提高资源利用率，本课程教学方式采用分级教学，即采用大班普通教学和小班强化教学，大班普通教学每年约200人，之后筛选约20名学员进行小班强化教学，直至最后组队。

四 Chem-E-Car创新实践课程评估

（1） 课后总结与达成度分析

Chem-E-Car创新实践教学课程的考核环节，至少包括三个部分：理论教学作业、案例分析报告和整车设计方案答辩，覆盖全部学生，对应如前文所述的4个课程目标。若各环节成绩均能够达到合格水平，即可获得全部学分。根据实际考核所得每一环节的平均分数与对应各分课程目标标准分数的比值，作为该环节考核教学效果的总课程目标达成度，用于定量评价实践课程的教学效果。根据图1的结果，可以看到随着课程体系的日渐完善，在2021年和2022年的实践教学课程获得了较好的效果，对应当年的竞赛成绩。但是2023年的竞赛成绩由于受到太原地区新冠感染疫情反复的影响，选课的2019级学生自人学时起就经常受到新冠感染疫情影响，实操技能极其薄弱，教学效果因此明显下降。

作为课程成绩权重最高的一部分，按照AIChE的Chem-E-Car比赛规则，学生们被要求在一定的尺寸限制下设计和制造一辆电化学驱动的化工车，车辆的设计必须能够承载指定的负载量。竞赛团队成员将按时提交化工车的名称与Draft文件，包括所使用电化学能源、设计方案、使用材料和安全问题等。在组装化工车参加竞赛之前，教师要对小组作业进行筛选和评比，评分依据设计的独创性和表现， 5 0 % 将用于口头演示，另外 5 0 % 用于Draft文字工作。口头报告的时间不应超过10分钟，每个团队成员都应参加报告。

演示内容应包括： ① 电化学反应机理/化学电源说明； ② 车辆的独特功能； ③ 设计的创意解释； ④ 环境和安全方面的特征； ⑤ 车辆控制系统设计。演讲成绩将根据个人表现和团队表现进行评分。每个团队还必须预估项目的费用，同时必须确保： ① 化工车推进唯一动力必须来自于自制的电化学反应动力电源，商用电池（例如AA电池）不允许作为电源； ② 化工车必须是自动驾驶，不能远程控制； ③ 不得向车轮或地面施加机械力以减慢或停正化工车（例如不得使用制动器）。

大化提高跨学科资源的利用率，将化学电源驱动的课程理论与工程实践有效结合，培养学生的综合性思维和创新实践能力。如图2（a）所示，对该实践教学平台的赛后成绩进行解构，至少完成以下内容：首先是通过比赛成绩体现学生的专业基础（ 2 5 % ）和实操能力（ 30 % ），增强竞赛吸引力和鼓励学生参与；其次是通过设计思路（ 2 5 % ）的演示和团队合作（ 10 % ）的表现，体现出学科资源共享、协同育人的效果，以及备战竞赛过程中对学校在新能源、自动化控制、工业设计等学科方面软硬件资源的利用率；最后通过临场应变0 10 % ）体现出学生独立发现问题和解决问题的能力，进一步鼓励指导教师开展自身科研与化学能源汽车的联系，支持学生参与相关科研实践活动，使学生真正地提高实践创新能力。

（二） 赛后总结与人才培养效果

该实践教学平台的构建依托Chem-E-Car竞赛， 能破除专业资源配置及知识壁垒，共享学科优势，最

通过完整的实践教学与培养，一方面使学生更大程度接触到于化工车相关的前沿成果，拓宽学生知识面，提高学生主动学习跨学科知识的兴趣。另一方面，还能使学生利用所得成果和专业技能，不断提高实践创新能力的同时提高参赛化工车的设计水平。对过去几年的参赛毕业生去向进行调查（图2（b）），发现学生选择继续升学的比例远高于当年专业的平均水平，学生签订就业协议单位的满意度也较好。由此可见，Chem-E-Car竞赛为导向的实践教学课程以及相应的科研实践活动，的确激发了部分优秀学生的学习激情，通过小班强化教学和竞赛培训，夯实了理论基础、提高了专业实操和交流协作的能力，使积极性强的学生获得了更好的升学和就业资源。