課程設(shè)計(jì)在汽車?yán)碚摻虒W(xué)改革中的探討

蘇蓉 尹宗軍 陳晨 王玲芝 洪雨 王清清

摘 要：針對(duì)現(xiàn)階段汽車?yán)碚搶?shí)踐教學(xué)，結(jié)合課程特點(diǎn)，提出應(yīng)當(dāng)將汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)引入常規(guī)教學(xué)活動(dòng)。然后探討了課程設(shè)計(jì)中技術(shù)要求、任務(wù)書(shū)的合理性、課程監(jiān)督以及教師教學(xué)反思的有效途徑，從而提高教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移。

關(guān)鍵詞：汽車?yán)碚?課程設(shè)計(jì);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G423.07 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）04-185-03

Study on Course Design in the Reform of Automobile Theory Teaching^*

Su Rong^1，2， Yin Zongjun^1*， Chen Chen¹， Wang Lingzhi¹， Hong Yu¹， Wang Qingqing¹

（ 1.Anhui Institute of Information Technology， School of Mechanical Engineering， Anhui Wuhu 241100;2.Anhui Institute of Information Technology， Office of the Principal，?Anhui Wuhu 241100?）

Abstract：In view of the practical teaching of automobile theory at the present stage， it is proposed that the course design of automobile theory should be regarded as the routine teaching activities. Then four considerations in the course design， including the technical requirements， the rationality of the assignment， the course supervision and teaching reflection， are discussed respectively. These can be expected to improve the quality of teaching， strengthen the teaching effect， and stimulate learning transfer.

Keywords： Automobile theory; Course design; Teaching reform

CLC NO.： G423.07 Document Code： B?Article ID： 1671-7988（2020）04-185-03

前言

近年來(lái)，汽車工業(yè)有了很大的發(fā)展，汽車年產(chǎn)量也不斷增加。《汽車?yán)碚摗纷鳛槠噷I(yè)學(xué)生應(yīng)該掌握的基礎(chǔ)理論知識(shí)，是本科教育階段的重中之重，這也引得車輛專業(yè)教師對(duì)汽車?yán)碚撜n程改革的討論。部分教師認(rèn)為引入計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)汽車基本性能方面的認(rèn)識(shí)，也有教師認(rèn)為需要編寫(xiě)汽車?yán)碚摪咐龓?kù)實(shí)現(xiàn)案例化教學(xué)^[1-3]。此外，也有許多教師提倡建立習(xí)題庫(kù)，希望學(xué)生從做題中匯總知識(shí)。能否從課程設(shè)計(jì)角度提高汽車?yán)碚摻虒W(xué)質(zhì)量是一個(gè)重要的研究課題^[4-6]。

1?汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)目的

《汽車?yán)碚摗肥擒囕v工程專業(yè)一門重要專業(yè)課，該課程是從動(dòng)力學(xué)角度分析汽車各種使用性能、評(píng)價(jià)方法以及汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)、使用參數(shù)對(duì)汽車行駛性能的影響，以提高汽車行駛性能為目的。在掌握汽車行駛性能指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，找出汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)、使用參數(shù)對(duì)汽車行駛性能的影響規(guī)律，從而提高汽車行駛性能，為進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)、研究打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)《汽車?yán)碚摗返膶W(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握汽車各使用性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及本科階段的專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，并在各章節(jié)中穿插具有工程背景的應(yīng)用實(shí)例，輔之以實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而達(dá)到一定的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力^[7]。

隨著對(duì)車輛使用性能（尤其是主動(dòng)安全控制、舒適性控制等）以及車速的提高，車輛動(dòng)力學(xué)、隨機(jī)振動(dòng)理論以及各種控制器設(shè)計(jì)方法（例如魯棒控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)、最優(yōu)控制、模糊控制甚至各種智能優(yōu)化算法在控制器參數(shù)優(yōu)化方面的應(yīng)用）得到了不斷豐富和發(fā)展。如何立足本科車輛工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)教育，緊密跟蹤國(guó)內(nèi)外最新研究成果，抓住學(xué)生學(xué)習(xí)遷移，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力，是《汽車?yán)碚摗繁究平逃虒W(xué)現(xiàn)階段的深水潭^[8，9]。一方面，《汽車?yán)碚摗肥恰独碚摿W(xué)》、《汽車構(gòu)造》、《自動(dòng)控制原理》、《高等數(shù)學(xué)》等基礎(chǔ)課程的綜合運(yùn)用;另一方面，《汽車?yán)碚摗纷鳛檐囕v系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方向的基礎(chǔ)課程，其本身對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)建模、系統(tǒng)分析做了許多工作，雖很少涉及系統(tǒng)綜合問(wèn)題（也就是控制器設(shè)計(jì)），但平順性中的頻域分析以及操縱穩(wěn)定性中前輪角輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)和橫擺角速度響應(yīng)等含有大量的時(shí)頻域分析內(nèi)容，這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)書(shū)本的公式感到很茫然，容易引起學(xué)生放棄學(xué)習(xí)心理。

基于上述原理，結(jié)合汽車?yán)碚撌且粋€(gè)理論性強(qiáng)、綜合性復(fù)雜、實(shí)踐意義大的特點(diǎn)，教師在教學(xué)過(guò)程中必須將“教”與“學(xué)”看成同等地位，大膽創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)，科學(xué)布置《汽車?yán)碚摗氛n程設(shè)計(jì)，將學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)搜索相關(guān)文獻(xiàn)^[10]。教師合理選擇課程設(shè)計(jì)題目，可以將學(xué)生從大量的被動(dòng)記憶公式中釋放出來(lái)，其不僅可以讓學(xué)生自行推導(dǎo)公式，又可以在創(chuàng)設(shè)情境中對(duì)相關(guān)公式加以匯總記憶^[11]。

2?汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

2.1?明確課程設(shè)計(jì)要求

課程設(shè)計(jì)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)^[12]，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容不一定是首創(chuàng)的，但必須是對(duì)《汽車?yán)碚摗纺骋徽鹿?jié)的綜合性概括，例如汽車動(dòng)力性--燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算、汽車動(dòng)力性匹配參數(shù)計(jì)算、汽車制動(dòng)性計(jì)算、汽車操穩(wěn)性計(jì)算、汽車平順性的時(shí)頻域分析、車輪--車身兩自由度主動(dòng)懸架控制分析等。教師在分發(fā)課程設(shè)計(jì)任務(wù)和制定課程設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須宏觀把控課程設(shè)計(jì)任務(wù)難度，根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)技能選擇能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移的問(wèn)題情境，既不能使得學(xué)生敷衍了事，又不能做的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容過(guò)于復(fù)雜。這就需要教師在課前精心調(diào)研和理性分析，綜合教師本身的實(shí)際教學(xué)水準(zhǔn)，增加汽車使用性能的仿真設(shè)計(jì)，要求學(xué)生提交相關(guān)的課程設(shè)計(jì)成果。此外，學(xué)生必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)格式要求提交汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以及完成工作量簡(jiǎn)介，聯(lián)系課堂所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)查閱、收集、整理、匯總資料的能力。

2.2?合理設(shè)置課程設(shè)計(jì)任務(wù)

課程設(shè)計(jì)是學(xué)生離開(kāi)書(shū)本知識(shí)的一次深度學(xué)習(xí)，它有不同于課后作業(yè)或者練習(xí)集的性質(zhì)。課程設(shè)計(jì)應(yīng)該要求學(xué)生描述最基本的概念、最難的公式結(jié)論，要求學(xué)生從知識(shí)的傳播者的角度凝練學(xué)習(xí)內(nèi)容，是一種“輸出型”的學(xué)習(xí)方式。教師應(yīng)該根據(jù)大學(xué)生學(xué)習(xí)心理，基于學(xué)生資質(zhì)，科學(xué)地設(shè)置課程設(shè)計(jì)難度，用以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。如果教師降低課程設(shè)計(jì)難度，會(huì)造成學(xué)生覺(jué)得這是一門“水課”，汽車?yán)碚摰恼n本知識(shí)對(duì)自身并沒(méi)有實(shí)際價(jià)值的誤解;相反地，教師一味地增加設(shè)計(jì)難度，學(xué)生容易引發(fā)厭倦態(tài)度，很可能造成學(xué)生大規(guī)模抄襲現(xiàn)象。因此教師應(yīng)該控制課程設(shè)計(jì)在中等難度等級(jí)，讓學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)過(guò)程中付出一定的“腦力”勞動(dòng)才能完成設(shè)計(jì)任務(wù)。這樣學(xué)生才會(huì)對(duì)課程設(shè)計(jì)的相應(yīng)成果有成就感和喜悅感，而不是“糊任務(wù)”式的蒙混過(guò)關(guān)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生產(chǎn)生的自我效能感，是促進(jìn)學(xué)生再深入再學(xué)習(xí)的激發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，在汽車操縱穩(wěn)定性課程設(shè)計(jì)中不可避免的會(huì)涉及到輪胎的側(cè)偏特性模型，而在《汽車?yán)碚摗分兄皇呛?jiǎn)單地介紹了一般線性模型，此時(shí)老師可以適當(dāng)要求學(xué)生調(diào)研其他的半經(jīng)驗(yàn)輪胎模型（例如魔術(shù)輪胎模型、UniTire輪胎力學(xué)模型等），增加課程設(shè)計(jì)難度，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移。

2.3 監(jiān)督課程設(shè)計(jì)執(zhí)行

在明確課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求和任務(wù)書(shū)后，教師還需要繼續(xù)監(jiān)督學(xué)生課程設(shè)計(jì)進(jìn)程。學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免地會(huì)遇到難度較大的難題，這可能打擊一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，也可能激發(fā)學(xué)生的求知欲。教師應(yīng)當(dāng)適時(shí)提醒和給予更多的資料、建議、講義等，創(chuàng)設(shè)令人愉快的學(xué)術(shù)氛圍，慢慢引導(dǎo)反應(yīng)遲鈍的學(xué)生平心靜氣、有理有據(jù)的解決難題，而不是以不耐煩的態(tài)度去對(duì)待學(xué)生的問(wèn)題，充當(dāng)“甩手”老師。此外，教師對(duì)待學(xué)習(xí)態(tài)度不好的學(xué)生應(yīng)該多溝通多交流，這樣可以在雙方彼此互信、相互尊重的前提下把課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成好。教師以教書(shū)育人作為立身之本，要虛懷若谷，以謙卑之心、學(xué)識(shí)淵博折服學(xué)生。在汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)中常涉及動(dòng)力學(xué)建模、公式計(jì)算、圖形處理等問(wèn)題常常是學(xué)生的短板，這是因?yàn)楸究茖W(xué)生很少能有機(jī)會(huì)接觸這些綜合性的課程設(shè)計(jì)。例如，在車輪--車身兩自由度主動(dòng)懸架控制分析中，學(xué)生不僅需要對(duì)兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，引入相對(duì)位移和速度線性組合作為反饋控制，然后將其控制方程轉(zhuǎn)化為車聲加速度、車輪與地面間的相對(duì)動(dòng)載以及懸架動(dòng)撓度的頻率響應(yīng)函數(shù)，利用MATLAB繪制各輸出量的伯德圖后比較主動(dòng)控制與被動(dòng)控制的差別。很顯然，針對(duì)上述《汽車?yán)碚摗氛n程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，完全靠學(xué)生自身能力去解決是很難的。教師應(yīng)當(dāng)參與進(jìn)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)中，幫助學(xué)生修改MATLAB程序，監(jiān)督學(xué)生課程進(jìn)度，適當(dāng)給予相關(guān)的資料。我們認(rèn)為課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)并不再在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，而是培養(yǎng)學(xué)生如何利用自身的工具、資源去解決所遇到的實(shí)際難題。

2.4 汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)教學(xué)反思

在所有學(xué)生上交課程設(shè)計(jì)后，教師應(yīng)該對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律、自身的教學(xué)規(guī)律加以總結(jié)，然后優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，豐富課程設(shè)計(jì)要求，細(xì)化課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。例如，在上述課程設(shè)計(jì)中引入了相對(duì)位移和速度線性組合作為反饋控制，但其反饋系數(shù)通常是隨意選取，也沒(méi)有評(píng)價(jià)三個(gè)響應(yīng)量的綜合指標(biāo)，那么在教學(xué)反思中。教師應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況增加最優(yōu)控制理論以及一些群智能優(yōu)化算法（例如蟻群算法、粒子群算法等）內(nèi)容用以提高學(xué)生知識(shí)廣闊度。如果學(xué)生反應(yīng)較差，教師應(yīng)該增加課堂教學(xué)，注重相關(guān)的理論講解。

3 結(jié)論

汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)是汽車?yán)碚摻虒W(xué)的補(bǔ)充教學(xué)活動(dòng)，是變換教學(xué)方式的重要手段。教師在制定汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)學(xué)生特色把握課程設(shè)計(jì)要求，科學(xué)設(shè)置任務(wù)書(shū)，要全過(guò)程監(jiān)控學(xué)生心態(tài)，為學(xué)生提供幫助，做好教學(xué)反思。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁煥，王培玲.發(fā)動(dòng)機(jī)原理與汽車?yán)碚撜n程教學(xué)方法改革探討[J]. 物流工程與管理，2012， 34（7）：161-162.

[2] 隗寒冰，李軍.基于AVL/Cruise仿真平臺(tái)的汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].科技信息， 2010（29）.

[3] 杜峰，關(guān)志偉，劉春輝.軟件仿真技術(shù)在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐[J].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 25（2）：58-62.

[4] 李剛，石晶，劉樹(shù)偉等.汽車?yán)碚撜n程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案研究[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2015（3）：135-137.

[5] 范例，田曉雪，王開(kāi)松.汽車?yán)碚撜n程考核辦法研究——基于汽車?yán)碚摻虒W(xué)仿真平臺(tái)的應(yīng)用[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2015（6）：76-78.

[6] 周紅妮，王保華，馮櫻.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備， 2015（17）：80-83.

[7] 楊年炯.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于《汽車?yán)碚摗方虒W(xué)的探討-以空氣懸架性能分析為例[J].裝備制造技術(shù)， 2012（9）：73-75.

[8] 李剛，石晶，劉樹(shù)偉，等.基于駕駛模擬器的《汽車?yán)碚摗氛n程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索及實(shí)踐[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2016（9）：139-140.

[9] 劉婷婷，劉忠民.《汽車?yán)碚摗氛n程教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇， 2015（44）：96-97.

[10] 范例，田曉雪，王開(kāi)松.仿真平臺(tái)軟件?LabVIEW 在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中的應(yīng)用[J].蚌埠學(xué)院學(xué)報(bào)， 2015（3）：135-137.

[11] 袁偉光，王強(qiáng)，仝光.虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)在《汽車?yán)碚摗氛n程教學(xué)的應(yīng)用研究[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2015（1）：149-150.

[12] 王文.談理論教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的課程設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)江叢刊，2016（34）： 224-224.