課程設計在汽車理論教學改革中的探討

蘇蓉 尹宗軍 陳晨 王玲芝 洪雨 王清清

摘 要：針對現階段汽車理論實踐教學，結合課程特點，提出應當將汽車理論課程設計引入常規教學活動。然后探討了課程設計中技術要求、任務書的合理性、課程監督以及教師教學反思的有效途徑，從而提高教學質量，改善教學效果，激發學生學習遷移。

關鍵詞：汽車理論;課程設計;教學改革

中圖分類號：G423.07 ?文獻標識碼：B ?文章編號：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，汽車工業有了很大的發展，汽車年產量也不斷增加。《汽車理論》作為汽車專業學生應該掌握的基礎理論知識，是本科教育階段的重中之重，這也引得車輛專業教師對汽車理論課程改革的討論。部分教師認為引入計算機仿真進入實驗教學過程能夠促進學生對汽車基本性能方面的認識，也有教師認為需要編寫汽車理論案例庫實現案例化教學^[1-3]。此外，也有許多教師提倡建立習題庫，希望學生從做題中匯總知識。能否從課程設計角度提高汽車理論教學質量是一個重要的研究課題^[4-6]。

1?汽車理論課程設計目的

《汽車理論》是車輛工程專業一門重要專業課，該課程是從動力學角度分析汽車各種使用性能、評價方法以及汽車結構參數、使用參數對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和評價方法基礎上，找出汽車結構參數、使用參數對汽車行駛性能的影響規律，從而提高汽車行駛性能，為進行汽車設計、研究打下堅實的專業理論基礎。通過對《汽車理論》的學習，使學生掌握汽車各使用性能的評價指標以及本科階段的專業理論基礎知識，并在各章節中穿插具有工程背景的應用實例，輔之以實驗教學，從而達到一定的分析問題和解決問題的能力^[7]。

隨著對車輛使用性能（尤其是主動安全控制、舒適性控制等）以及車速的提高，車輛動力學、隨機振動理論以及各種控制器設計方法（例如魯棒控制、自適應控制、滑模變結構、最優控制、模糊控制甚至各種智能優化算法在控制器參數優化方面的應用）得到了不斷豐富和發展。如何立足本科車輛工程專業基礎知識教育，緊密跟蹤國內外最新研究成果，抓住學生學習遷移，培養學生創造力，是《汽車理論》本科教育教學現階段的深水潭^[8，9]。一方面，《汽車理論》是《理論力學》、《汽車構造》、《自動控制原理》、《高等數學》等基礎課程的綜合運用;另一方面，《汽車理論》作為車輛系統動力學方向的基礎課程，其本身對汽車動力學建模、系統分析做了許多工作，雖很少涉及系統綜合問題（也就是控制器設計），但平順性中的頻域分析以及操縱穩定性中前輪角輸入下的瞬態響應和橫擺角速度響應等含有大量的時頻域分析內容，這導致學生對書本的公式感到很茫然，容易引起學生放棄學習心理。

基于上述原理，結合汽車理論是一個理論性強、綜合性復雜、實踐意義大的特點，教師在教學過程中必須將“教”與“學”看成同等地位，大膽創設問題情境，實施啟發式教學，科學布置《汽車理論》課程設計，將學生由被動學習轉化為主動搜索相關文獻^[10]。教師合理選擇課程設計題目，可以將學生從大量的被動記憶公式中釋放出來，其不僅可以讓學生自行推導公式，又可以在創設情境中對相關公式加以匯總記憶^[11]。

2?汽車理論課程設計指導

2.1?明確課程設計要求

課程設計是學生理論聯系實際的重要實踐教學環節^[12]，課程設計內容不一定是首創的，但必須是對《汽車理論》某一章節的綜合性概括，例如汽車動力性--燃油經濟性計算、汽車動力性匹配參數計算、汽車制動性計算、汽車操穩性計算、汽車平順性的時頻域分析、車輪--車身兩自由度主動懸架控制分析等。教師在分發課程設計任務和制定課程設計要求時，必須宏觀把控課程設計任務難度，根據實際教學經驗和教學技能選擇能促進學生學習遷移的問題情境，既不能使得學生敷衍了事，又不能做的課程設計內容過于復雜。這就需要教師在課前精心調研和理性分析，綜合教師本身的實際教學水準，增加汽車使用性能的仿真設計，要求學生提交相關的課程設計成果。此外，學生必須嚴格按照標準格式要求提交汽車理論課程設計說明書以及完成工作量簡介，聯系課堂所學知識，加強查閱、收集、整理、匯總資料的能力。

2.2?合理設置課程設計任務

課程設計是學生離開書本知識的一次深度學習，它有不同于課后作業或者練習集的性質。課程設計應該要求學生描述最基本的概念、最難的公式結論，要求學生從知識的傳播者的角度凝練學習內容，是一種“輸出型”的學習方式。教師應該根據大學生學習心理，基于學生資質，科學地設置課程設計難度，用以促進學生學習積極性，激發學生自主學習動機。如果教師降低課程設計難度，會造成學生覺得這是一門“水課”，汽車理論的課本知識對自身并沒有實際價值的誤解;相反地，教師一味地增加設計難度，學生容易引發厭倦態度，很可能造成學生大規模抄襲現象。因此教師應該控制課程設計在中等難度等級，讓學生在完成課程設計過程中付出一定的“腦力”勞動才能完成設計任務。這樣學生才會對課程設計的相應成果有成就感和喜悅感，而不是“糊任務”式的蒙混過關。可以預見，通過課程設計讓學生產生的自我效能感，是促進學生再深入再學習的激發動機。例如，在汽車操縱穩定性課程設計中不可避免的會涉及到輪胎的側偏特性模型，而在《汽車理論》中只是簡單地介紹了一般線性模型，此時老師可以適當要求學生調研其他的半經驗輪胎模型（例如魔術輪胎模型、UniTire輪胎力學模型等），增加課程設計難度，促進學生學習遷移。

2.3 監督課程設計執行

在明確課程設計的設計要求和任務書后，教師還需要繼續監督學生課程設計進程。學生在完成課程設計過程中不可避免地會遇到難度較大的難題，這可能打擊一部分學生的學習動機，也可能激發學生的求知欲。教師應當適時提醒和給予更多的資料、建議、講義等，創設令人愉快的學術氛圍，慢慢引導反應遲鈍的學生平心靜氣、有理有據的解決難題，而不是以不耐煩的態度去對待學生的問題，充當“甩手”老師。此外，教師對待學習態度不好的學生應該多溝通多交流，這樣可以在雙方彼此互信、相互尊重的前提下把課程設計任務完成好。教師以教書育人作為立身之本，要虛懷若谷，以謙卑之心、學識淵博折服學生。在汽車理論課程設計中常涉及動力學建模、公式計算、圖形處理等問題常常是學生的短板，這是因為本科學生很少能有機會接觸這些綜合性的課程設計。例如，在車輪--車身兩自由度主動懸架控制分析中，學生不僅需要對兩自由度振動系統進行動力學建模，引入相對位移和速度線性組合作為反饋控制，然后將其控制方程轉化為車聲加速度、車輪與地面間的相對動載以及懸架動撓度的頻率響應函數，利用MATLAB繪制各輸出量的伯德圖后比較主動控制與被動控制的差別。很顯然，針對上述《汽車理論》課程設計來說，完全靠學生自身能力去解決是很難的。教師應當參與進學生的課程設計中，幫助學生修改MATLAB程序，監督學生課程進度，適當給予相關的資料。我們認為課程設計的目標并不再在于培養學生的創造力，而是培養學生如何利用自身的工具、資源去解決所遇到的實際難題。

2.4 汽車理論課程設計教學反思

在所有學生上交課程設計后，教師應該對學生的學習規律、自身的教學規律加以總結，然后優化教學環節，豐富課程設計要求，細化課程設計任務書。例如，在上述課程設計中引入了相對位移和速度線性組合作為反饋控制，但其反饋系數通常是隨意選取，也沒有評價三個響應量的綜合指標，那么在教學反思中。教師應該根據實際情況增加最優控制理論以及一些群智能優化算法（例如蟻群算法、粒子群算法等）內容用以提高學生知識廣闊度。如果學生反應較差，教師應該增加課堂教學，注重相關的理論講解。

3 結論

汽車理論課程設計是汽車理論教學的補充教學活動，是變換教學方式的重要手段。教師在制定汽車理論課程設計時，要根據學生特色把握課程設計要求，科學設置任務書，要全過程監控學生心態，為學生提供幫助，做好教學反思。

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