以“兩性一度”標準推進汽車理論課程建設與教學改革

司志遠，李 進，苑風霞

(安徽科技學院 機械工程學院，安徽 鳳陽 233100)

在推進全面振興本科教育的良好態勢下，教育部提出了以“兩性一度”，即高階性、創新性、挑戰度為標準的“金課”建設目標，著力推進一流課程建設[1—2]。為了適應當前高等教育改革和發展形勢，按照“兩性一度”標準，積極推進作為車輛工程專業核心課程的汽車理論課程建設與教學改革，已經成為高校和社會各界高度關注的重要課題。

一、汽車理論課程教學中存在的問題

汽車理論課程是車輛工程專業人才培養的核心要素之一[3]，作為專業人才教育的微觀問題，制約專業人才培養的質量，影響專業人才培養目標的實現。深入分析汽車理論課程教學中存在的問題，探索課程的建設規律，推進課程教學改革，對汽車理論課程教學質量的提高及滿足專業培養目標的要求具有重要的意義。總結多年來汽車理論課程教學實踐，發現教學過程中主要存在以下問題：

課程教學目標單一，以傳授知識為主；課程理論性強、公式多的特點，使學生在學習過程中普遍存在理解困難、學習吃力的現象；隨著專業總學時的縮減，汽車理論作為專業課程的學時也隨之減少，使得課程內容的講解無法做到全面深入，甚至部分課程內容無法完成講授；由于學生數量及課時等原因，造成教學過程及課程考核采取“一刀切”模式，不能根據學生的自身特點實現因材施教、個性化考核；教學內容以課本為主，不能跟隨汽車技術的發展及時更新教學內容；教學方法及手段單一，不能根據課程具體內容適時調整教學方法及手段；課程實驗方法及手段缺乏靈活性和創新性，無法全面支撐理論教學。

二、以“兩性一度”標準推進汽車理論課程建設與教學改革

1.課程教學方式的改革

以培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維為目標，改變以知識傳授為目的的傳統教學方式，大力推進翻轉課堂和案例教學相結合的教學模式，通過引入綜合性案例引導學生自主學習并善于運用理論知識解決實際問題，鍛煉學生的自學能力和思維能力，通過這種方式使學生的知識、能力、素質三者有機結合起來。例如根據學生個性特點對其進行分組，針對具體課程內容，每組分配一個綜合案例，學生根據綜合案例，通過組內討論、線上線下與教師交流等方式學習課程知識，并在課堂上展示學習效果，教師根據學生的學習情況對課程的難點及重點進行深入講解與分析。這種方式不僅能解決專業課程學時減少的問題，還能夠激發學生的學習興趣，達到課程的高階性要求。

2.課程教學內容的改革

汽車理論作為專業課程，其內容應體現出前沿性和時代性特點。但是，目前教學內容還是以課本為主，不能跟隨汽車技術的發展及時更新教學內容。例如國家現在大力發展新能源汽車，與新能源汽車相關的汽車能耗評價及與電機相關的動力性等內容需要加以補充。同時，為提高課程的挑戰度，任課教師要持續關注汽車技術的發展，通過查閱國內外的最新文獻資料，利用最新的研究成果對課本的基礎內容進行補充和拔高。以汽車制動性能為例，一方面，目前汽車理論教材中主要以傳統制動系統分析制動性能特別是ABS系統性能，但是隨著汽車技術的發展，線控制動系統及主動制動系統的出現，對汽車制動系統性能提出了新的要求。傳統ABS系統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現車輪減速度的測量，但是路面條件的快速變化對這種控制方法提出了挑戰，同時，也是制約ABS系統性能提高的主要因素之一。因此，地面附著系數的估計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研究的熱點之一。另一方面，傳統制動系統性能分析是線性分析，這種線性分析的前提包括車輛系統的線性假設和整個制動過程的線性假設。這種制動系統性能線性分析有助于簡化計算過程，降低對計算手段及計算資源的需求，但也降低了制動系統性能分析的精度，并限制制動系統性能的進一步提高。隨著計算手段及計算資源的發展，為滿足制動系統性能進一步提高的要求，必須引入制動系統性能的非線性分析。作為車輛工程核心課程的汽車理論要想達到“兩性一度”標準，實現“金課”建設目標，就必須緊跟汽車技術的發展，將地面附著系數的估計方法和制動過程的非線性分析等相關前沿內容引入課程教學，才能達到“金課”所要求的高階性、創新性、挑戰度[4]。

3.教學手段的改革

課堂教學中，科學合理的教學內容必須通過恰當的教學模式才能得以實現,傳統教學手段與現代教學手段優勢互補，并和多元化的教學方法有機結合，是提高教學效果的根本途經，應根據教學內容適當調整教學手段。例如汽車理論作為一門理論性很強的課程，其大量的公式及分析推導過程不適合采用多媒體教學，傳統的板書推演過程更能展現思維的發展軌跡,洞察思考的過程,有利于發展學生的邏輯思維和抽象思維能力,以及發展空間想象力和捕捉創造的靈感。而對于基本概念、基本原理、受力分析圖、曲線圖、數據表等需要較強的形象思維或涉及較難理解的內容，采用多媒體中的動畫和視頻教學手段輔助教學可提高教學效果。因此,在教學過程中,應對課程具體教學內容進行深入的研究和分析,選擇恰當的教學手段,使傳統教學手段與現代教學手段優勢互補，才能獲得良好的教學效果。以汽車的驅動力和附著條件為例，在教學過程中發現，學生對這兩部分內容的學習普遍存在困難，影響了教學效果。分析其原因主要是相關概念較為抽象，影響了學生對這兩部分內容的理解。為此，將汽車在土路的松軟路段行駛時驅動輪打滑的視頻和在土路的夯實路段正常行駛時的視頻引入課堂教學：一方面，通過觀察驅動輪打滑處土壤的運動方向，得到驅動力給地面的作用力，進而得到地面對驅動輪的反作用力及驅動力，以幫助學生對汽車驅動力的理解；另一方面，通過汽車在土路的不同路段行駛時輪胎的運動狀態對比，幫助學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的重要環節，其方法的科學性決定課程考核能否有效地評價課程的教學效果。傳統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生學習狀況和教學效果，因此，必須增加過程性考核。過程性考核采用項目考核方式，具體過程包括學生分組、項目設置以及成績評定三部分。學生分組是根據學生總數，按照學生數相等的原則分成若干小組(學生數不足的小組在成績計算時乘以相應的系數)。項目設置是教師根據課程內容設置考核項目(項目數量與小組數量對應)。成績評定由兩部分組成，一部分是項目材料成績，根據學生撰寫的項目總結材料的質量評定成績；另一部分是項目答辯成績，各小組以PPT形式匯報項目情況，教師對項目提出質詢，并根據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習小組內部根據不同成員的貢獻度評定個人成績，所有小組成員的個人成績之和應等于小組成績。這種考核方式能夠極大地激發學生的學習興趣，并提高教學參與度，最終提升課程的教學效果。

5.課程實驗條件建設

實驗作為汽車理論課程的重要組成部分，對于課程質量的提高具有至關重要的作用。以汽車動力裝置參數的選定這一章為例，學生在學習該章內容時，普遍感到內容空洞、理解困難，學習效果較差。教師在講述本章內容時，如果能夠結合不同動力裝置條件下的汽車性能實驗，從提高學生的感性認識出發，逐漸上升到理性認識，必然能夠激發學生的學習興趣，進而提高教學效果。但是，由于學校實驗汽車動力裝置的不可變性、實驗測試設備以及實驗場地的限制，導致不同動力裝置條件下的汽車性能實驗是難以實現的，這類問題普遍存在于汽車理論的教學過程中，嚴重制約了課程教學效果的提高。實際教學中，針對該類問題大多采用多體動力學軟件(Adams[5—7]或CarSim[8—9])仿真的方法解決，但是實際的教學效果并不理想。因為這種純數字的仿真方法，并未考慮和外部真實世界之間的關系，不論從感性方面還是理性方面，對學生理解和掌握知識的幫助作用非常有限。在自動化控制專業廣泛采用的半實物仿真搭建起理論仿真與實時控制之間的橋梁[10]，能夠激發學生的學習興趣，有效提高課程教學質量。半實物仿真實現的第一種方案是控制器用實物，而受控對象使用數字(仿真)模型，這種方案能夠解決涉及車輛結構參數變化對汽車性能影響的實驗教學問題。以汽車動力裝置參數的選定為例，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，通過控制器運行得到不同動力裝置參數下汽車的動力性指標，從而分析不同動力裝置參數對汽車動力性的影響，為汽車動力裝置參數的選擇提供依據，幫助學生對該部分內容的理解，改進教學效果。第二種方案是用計算機實現其控制器，而將受控對象作為實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驗教學問題。以汽車的制動性能為例，如圖2所示：一方面，搭建制動器實驗臺，實驗臺主要包括制動器(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驗臺，輸入為制動器實驗臺上的制動器產生的制動力。通過該方式實現整車模型和制動器實物之間的聯系，為汽車制動性的教學和研究提供新的手段，對于激發學生的學習興趣和提高教學效果具有重要的促進作用。在汽車理論課程教學中引入半實物仿真實驗方法，對于以“兩性一度”標準推進課程建設與教學改革具有重要意義。

6.課程教學團隊建設

汽車理論課程教師是課程的第一責任人[14]，其教學能力直接決定著“金課”目標達成與否。從“金課”目標所要求的高階性、創新性、挑戰度出發，改革課程教學內容是必要的。但是，將課程相關的前沿問題及內容引入課程教學中，對課程教師提出了巨大的挑戰，需要教師能夠跟蹤并把握相關的前沿問題。汽車理論課程覆蓋了動力性、經濟性、制動性、操縱穩定性、平順性等汽車性能內容，每項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，在汽車理論課程建設“金課”的過程中，應建立課程教學團隊[15]。教學團隊中的成員根據自己的研究方向承擔課程相關章節的教學工作，并定期開展課程教學研討，適時調整教學方式、教學手段、考核方法等教學環節，不斷提高汽車理論課程的教學質量，最終實現汽車理論“金課”課程的目標。

三、結論

汽車理論作為車輛工程專業的核心課程，課程的教學質量及教學效果直接影響學生的專業素質。隨著教育部以高階性、創新性、挑戰度為標準的“金課”建設目標的提出，要求課程教師必須將建設汽車理論“金課”作為目標，探索以“兩性一度”標準推進課程建設與教學改革，從而提高汽車理論課程的教學質量。首先，根據“兩性一度”為標準，分析汽車理論課程的教學現狀、存在的問題及原因。其次，從滿足“金課”三方面標準出發，探索汽車理論課程的教學方式、教學內容、教學手段、考核方法、實驗條件、教學團隊六方面建設與改革的措施。這六方面在實際教學過程中是相輔相成的，其相應的建設與改革必須同步推進，才能有助于汽車理論“金課”目標的實現。