以“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)汽車?yán)碚撜n程建設(shè)與教學(xué)改革

司志遠(yuǎn)，李 進(jìn)，苑風(fēng)霞

(安徽科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

在推進(jìn)全面振興本科教育的良好態(tài)勢下，教育部提出了以“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度為標(biāo)準(zhǔn)的“金課”建設(shè)目標(biāo)，著力推進(jìn)一流課程建設(shè)[1—2]。為了適應(yīng)當(dāng)前高等教育改革和發(fā)展形勢，按照“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，積極推進(jìn)作為車輛工程專業(yè)核心課程的汽車?yán)碚撜n程建設(shè)與教學(xué)改革，已經(jīng)成為高校和社會各界高度關(guān)注的重要課題。

一、汽車?yán)碚撜n程教學(xué)中存在的問題

汽車?yán)碚撜n程是車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)的核心要素之一[3]，作為專業(yè)人才教育的微觀問題，制約專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量，影響專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。深入分析汽車?yán)碚撜n程教學(xué)中存在的問題，探索課程的建設(shè)規(guī)律，推進(jìn)課程教學(xué)改革，對汽車?yán)碚撜n程教學(xué)質(zhì)量的提高及滿足專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求具有重要的意義?？偨Y(jié)多年來汽車?yán)碚撜n程教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中主要存在以下問題：

課程教學(xué)目標(biāo)單一，以傳授知識為主；課程理論性強(qiáng)、公式多的特點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍存在理解困難、學(xué)習(xí)吃力的現(xiàn)象；隨著專業(yè)總學(xué)時的縮減，汽車?yán)碚撟鳛閷I(yè)課程的學(xué)時也隨之減少，使得課程內(nèi)容的講解無法做到全面深入，甚至部分課程內(nèi)容無法完成講授；由于學(xué)生數(shù)量及課時等原因，造成教學(xué)過程及課程考核采取“一刀切”模式，不能根據(jù)學(xué)生的自身特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)因材施教、個性化考核；教學(xué)內(nèi)容以課本為主，不能跟隨汽車技術(shù)的發(fā)展及時更新教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法及手段單一，不能根據(jù)課程具體內(nèi)容適時調(diào)整教學(xué)方法及手段；課程實(shí)驗(yàn)方法及手段缺乏靈活性和創(chuàng)新性，無法全面支撐理論教學(xué)。

二、以“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)汽車?yán)碚撜n程建設(shè)與教學(xué)改革

1.課程教學(xué)方式的改革

以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維為目標(biāo)，改變以知識傳授為目的的傳統(tǒng)教學(xué)方式，大力推進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂和案例教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，通過引入綜合性案例引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)并善于運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力和思維能力，通過這種方式使學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)三者有機(jī)結(jié)合起來。例如根據(jù)學(xué)生個性特點(diǎn)對其進(jìn)行分組，針對具體課程內(nèi)容，每組分配一個綜合案例，學(xué)生根據(jù)綜合案例，通過組內(nèi)討論、線上線下與教師交流等方式學(xué)習(xí)課程知識，并在課堂上展示學(xué)習(xí)效果，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況對課程的難點(diǎn)及重點(diǎn)進(jìn)行深入講解與分析。這種方式不僅能解決專業(yè)課程學(xué)時減少的問題，還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到課程的高階性要求。

2.課程教學(xué)內(nèi)容的改革

汽車?yán)碚撟鳛閷I(yè)課程，其內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)出前沿性和時代性特點(diǎn)。但是，目前教學(xué)內(nèi)容還是以課本為主，不能跟隨汽車技術(shù)的發(fā)展及時更新教學(xué)內(nèi)容。例如國家現(xiàn)在大力發(fā)展新能源汽車，與新能源汽車相關(guān)的汽車能耗評價及與電機(jī)相關(guān)的動力性等內(nèi)容需要加以補(bǔ)充。同時，為提高課程的挑戰(zhàn)度，任課教師要持續(xù)關(guān)注汽車技術(shù)的發(fā)展，通過查閱國內(nèi)外的最新文獻(xiàn)資料，利用最新的研究成果對課本的基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和拔高。以汽車制動性能為例，一方面，目前汽車?yán)碚摻滩闹兄饕詡鹘y(tǒng)制動系統(tǒng)分析制動性能特別是ABS系統(tǒng)性能，但是隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，線控制動系統(tǒng)及主動制動系統(tǒng)的出現(xiàn)，對汽車制動系統(tǒng)性能提出了新的要求。傳統(tǒng)ABS系統(tǒng)通過控制車輪的減速度來控制其滑移率，這種控制方法主要是考慮利用輪速傳感器容易實(shí)現(xiàn)車輪減速度的測量，但是路面條件的快速變化對這種控制方法提出了挑戰(zhàn)，同時，也是制約ABS系統(tǒng)性能提高的主要因素之一。因此，地面附著系數(shù)的估計(jì)是提高汽車制動性能的有效手段，也成為目前汽車制動性能相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一。另一方面，傳統(tǒng)制動系統(tǒng)性能分析是線性分析，這種線性分析的前提包括車輛系統(tǒng)的線性假設(shè)和整個制動過程的線性假設(shè)。這種制動系統(tǒng)性能線性分析有助于簡化計(jì)算過程，降低對計(jì)算手段及計(jì)算資源的需求，但也降低了制動系統(tǒng)性能分析的精度，并限制制動系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。隨著計(jì)算手段及計(jì)算資源的發(fā)展，為滿足制動系統(tǒng)性能進(jìn)一步提高的要求，必須引入制動系統(tǒng)性能的非線性分析。作為車輛工程核心課程的汽車?yán)碚撘脒_(dá)到“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“金課”建設(shè)目標(biāo)，就必須緊跟汽車技術(shù)的發(fā)展，將地面附著系數(shù)的估計(jì)方法和制動過程的非線性分析等相關(guān)前沿內(nèi)容引入課程教學(xué)，才能達(dá)到“金課”所要求的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度[4]。

3.教學(xué)手段的改革

課堂教學(xué)中，科學(xué)合理的教學(xué)內(nèi)容必須通過恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式才能得以實(shí)現(xiàn),傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代教學(xué)手段優(yōu)勢互補(bǔ)，并和多元化的教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，是提高教學(xué)效果的根本途經(jīng)，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)調(diào)整教學(xué)手段。例如汽車?yán)碚撟鳛橐婚T理論性很強(qiáng)的課程，其大量的公式及分析推導(dǎo)過程不適合采用多媒體教學(xué)，傳統(tǒng)的板書推演過程更能展現(xiàn)思維的發(fā)展軌跡,洞察思考的過程,有利于發(fā)展學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力,以及發(fā)展空間想象力和捕捉創(chuàng)造的靈感。而對于基本概念、基本原理、受力分析圖、曲線圖、數(shù)據(jù)表等需要較強(qiáng)的形象思維或涉及較難理解的內(nèi)容，采用多媒體中的動畫和視頻教學(xué)手段輔助教學(xué)可提高教學(xué)效果。因此,在教學(xué)過程中,應(yīng)對課程具體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入的研究和分析,選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段,使傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代教學(xué)手段優(yōu)勢互補(bǔ)，才能獲得良好的教學(xué)效果。以汽車的驅(qū)動力和附著條件為例，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對這兩部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)普遍存在困難，影響了教學(xué)效果。分析其原因主要是相關(guān)概念較為抽象，影響了學(xué)生對這兩部分內(nèi)容的理解。為此，將汽車在土路的松軟路段行駛時驅(qū)動輪打滑的視頻和在土路的夯實(shí)路段正常行駛時的視頻引入課堂教學(xué)：一方面，通過觀察驅(qū)動輪打滑處土壤的運(yùn)動方向，得到驅(qū)動力給地面的作用力，進(jìn)而得到地面對驅(qū)動輪的反作用力及驅(qū)動力，以幫助學(xué)生對汽車驅(qū)動力的理解；另一方面，通過汽車在土路的不同路段行駛時輪胎的運(yùn)動狀態(tài)對比，幫助學(xué)生對汽車行駛的附著條件有深入的理解。

4.課程考核方法的改革

課程考核是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，其方法的科學(xué)性決定課程考核能否有效地評價課程的教學(xué)效果。傳統(tǒng)的考核方法一般采用期末考試，這種“一刀切”模式無法全面反映學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和教學(xué)效果，因此，必須增加過程性考核。過程性考核采用項(xiàng)目考核方式，具體過程包括學(xué)生分組、項(xiàng)目設(shè)置以及成績評定三部分。學(xué)生分組是根據(jù)學(xué)生總數(shù)，按照學(xué)生數(shù)相等的原則分成若干小組(學(xué)生數(shù)不足的小組在成績計(jì)算時乘以相應(yīng)的系數(shù))。項(xiàng)目設(shè)置是教師根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置考核項(xiàng)目(項(xiàng)目數(shù)量與小組數(shù)量對應(yīng))。成績評定由兩部分組成，一部分是項(xiàng)目材料成績，根據(jù)學(xué)生撰寫的項(xiàng)目總結(jié)材料的質(zhì)量評定成績；另一部分是項(xiàng)目答辯成績，各小組以PPT形式匯報項(xiàng)目情況，教師對項(xiàng)目提出質(zhì)詢，并根據(jù)各小組的闡述及回答問題等情況評定成績，兩部分成績加起來求和就是該小組的最終成績。而每個小組成員的具體成績則是學(xué)習(xí)小組內(nèi)部根據(jù)不同成員的貢獻(xiàn)度評定個人成績，所有小組成員的個人成績之和應(yīng)等于小組成績。這種考核方式能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并提高教學(xué)參與度，最終提升課程的教學(xué)效果。

5.課程實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)作為汽車?yán)碚撜n程的重要組成部分，對于課程質(zhì)量的提高具有至關(guān)重要的作用。以汽車動力裝置參數(shù)的選定這一章為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)該章內(nèi)容時，普遍感到內(nèi)容空洞、理解困難，學(xué)習(xí)效果較差。教師在講述本章內(nèi)容時，如果能夠結(jié)合不同動力裝置條件下的汽車性能實(shí)驗(yàn)，從提高學(xué)生的感性認(rèn)識出發(fā)，逐漸上升到理性認(rèn)識，必然能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高教學(xué)效果。但是，由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)汽車動力裝置的不可變性、實(shí)驗(yàn)測試設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)場地的限制，導(dǎo)致不同動力裝置條件下的汽車性能實(shí)驗(yàn)是難以實(shí)現(xiàn)的，這類問題普遍存在于汽車?yán)碚摰慕虒W(xué)過程中，嚴(yán)重制約了課程教學(xué)效果的提高。實(shí)際教學(xué)中，針對該類問題大多采用多體動力學(xué)軟件(Adams[5—7]或CarSim[8—9])仿真的方法解決，但是實(shí)際的教學(xué)效果并不理想。因?yàn)檫@種純數(shù)字的仿真方法，并未考慮和外部真實(shí)世界之間的關(guān)系，不論從感性方面還是理性方面，對學(xué)生理解和掌握知識的幫助作用非常有限。在自動化控制專業(yè)廣泛采用的半實(shí)物仿真搭建起理論仿真與實(shí)時控制之間的橋梁[10]，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提高課程教學(xué)質(zhì)量。半實(shí)物仿真實(shí)現(xiàn)的第一種方案是控制器用實(shí)物，而受控對象使用數(shù)字(仿真)模型，這種方案能夠解決涉及車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對汽車性能影響的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題。以汽車動力裝置參數(shù)的選定為例，如圖1所示：在Simulink中搭建汽車的整車動力性模型，并將模型下載到dSPACE或者Simulink支持的其他控制器硬件中，通過控制器運(yùn)行得到不同動力裝置參數(shù)下汽車的動力性指標(biāo)，從而分析不同動力裝置參數(shù)對汽車動力性的影響，為汽車動力裝置參數(shù)的選擇提供依據(jù)，幫助學(xué)生對該部分內(nèi)容的理解，改進(jìn)教學(xué)效果。第二種方案是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其控制器，而將受控對象作為實(shí)物直接放置在仿真回路中，這種方案能夠解決汽車性能評價的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題。以汽車的制動性能為例，如圖2所示：一方面，搭建制動器實(shí)驗(yàn)臺，實(shí)驗(yàn)臺主要包括制動器(4個，制動器形式與所研究車輛的制動器一致)和制動力測試裝置；另一方面，在Simulink中搭建整車模型或調(diào)用CarSim整車模型[11—13]，整車模型的輸出為制動控制信號并傳給制動器實(shí)驗(yàn)臺，輸入為制動器實(shí)驗(yàn)臺上的制動器產(chǎn)生的制動力。通過該方式實(shí)現(xiàn)整車模型和制動器實(shí)物之間的聯(lián)系，為汽車制動性的教學(xué)和研究提供新的手段，對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高教學(xué)效果具有重要的促進(jìn)作用。在汽車?yán)碚撜n程教學(xué)中引入半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)方法，對于以“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)課程建設(shè)與教學(xué)改革具有重要意義。

6.課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

汽車?yán)碚撜n程教師是課程的第一責(zé)任人[14]，其教學(xué)能力直接決定著“金課”目標(biāo)達(dá)成與否。從“金課”目標(biāo)所要求的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度出發(fā)，改革課程教學(xué)內(nèi)容是必要的。但是，將課程相關(guān)的前沿問題及內(nèi)容引入課程教學(xué)中，對課程教師提出了巨大的挑戰(zhàn)，需要教師能夠跟蹤并把握相關(guān)的前沿問題。汽車?yán)碚撜n程覆蓋了動力性、經(jīng)濟(jì)性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性等汽車性能內(nèi)容，每項(xiàng)汽車性能都有其前沿問題，如果僅依靠個別教師，很難做到跟蹤所有的前沿問題。因此，在汽車?yán)碚撜n程建設(shè)“金課”的過程中，應(yīng)建立課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)[15]。教學(xué)團(tuán)隊(duì)中的成員根據(jù)自己的研究方向承擔(dān)課程相關(guān)章節(jié)的教學(xué)工作，并定期開展課程教學(xué)研討，適時調(diào)整教學(xué)方式、教學(xué)手段、考核方法等教學(xué)環(huán)節(jié)，不斷提高汽車?yán)碚撜n程的教學(xué)質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)汽車?yán)碚摗敖鹫n”課程的目標(biāo)。

三、結(jié)論

汽車?yán)碚撟鳛檐囕v工程專業(yè)的核心課程，課程的教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)效果直接影響學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。隨著教育部以高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度為標(biāo)準(zhǔn)的“金課”建設(shè)目標(biāo)的提出，要求課程教師必須將建設(shè)汽車?yán)碚摗敖鹫n”作為目標(biāo)，探索以“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)課程建設(shè)與教學(xué)改革，從而提高汽車?yán)碚撜n程的教學(xué)質(zhì)量。首先，根據(jù)“兩性一度”為標(biāo)準(zhǔn)，分析汽車?yán)碚撜n程的教學(xué)現(xiàn)狀、存在的問題及原因。其次，從滿足“金課”三方面標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，探索汽車?yán)碚撜n程的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方法、實(shí)驗(yàn)條件、教學(xué)團(tuán)隊(duì)六方面建設(shè)與改革的措施。這六方面在實(shí)際教學(xué)過程中是相輔相成的，其相應(yīng)的建設(shè)與改革必須同步推進(jìn)，才能有助于汽車?yán)碚摗敖鹫n”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。