《汽車構造與性能使用》課程建設路徑與實踐

摘 要：對于南疆地區(qū)喀什大學交通學院交通工程專業(yè)開設的《汽車構造與性能使用》課程，提出了課程的建設路徑和方法，包括課程建設的具體內容、課程目標、課程實施方案、課程保證和特色等方面進行了論述。采用課堂講授環(huán)節(jié)、GT-SUITE軟件、AVL FIRE軟件在本課程的仿真、超星泛雅網絡教學平臺的建設與應用、精品課視頻的觀看等來實現本課程的混合式教學。本課程的建設，能帶動其他學科效仿和參照，相互學習和交流，可以推廣到交通工程其他專業(yè)課效仿。

關鍵詞：汽車構造 GT-SUITE軟件 AVL FIRE軟件 超星泛雅網絡教學平臺 混合式教學

《汽車構造與性能使用》是交通工程專業(yè)本科的必修課，開設于第三學期，已于2023年下半年首次開設。較為全面系統地介紹了燃油汽車和新能源汽車的結構、配置與性能和正確使用與維護。先介紹燃油汽車及新能源汽車的各總成作用、構成及構造，再引申到汽車從業(yè)人員所面對的客戶最感興趣的汽車各項配置、性能，最后介紹汽車各項功能如何正確使用及車輛的正確保養(yǎng)。本課程共分為三個項目，九個任務：任務一汽車基礎知識、任務二汽車動力源認知、任務三汽車底盤系統認知；任務四汽車電氣系統認知；任務五汽車配置解讀；任務六汽車性能評判；任務七汽車的正確使用；任務八汽車工作液認知；任務九汽車的常規(guī)維護和保養(yǎng)。

《汽車構造與性能使用》在交通工程專業(yè)課學習中尤為重要，每年交通工程本科生學習這門課，54學時。面對學時數的不足，除了教師課堂講授之外，應該增加學生的自學能力，增強學生的主觀能動性，由淺入深、循序漸進地掌握每一節(jié)的主要內容，應該施行以目標為導向的混合式教學模式，從教學環(huán)節(jié)到課后復習環(huán)節(jié)再到實際應用環(huán)節(jié)都具有完善的教學體系和信息化技術，并且增強學生的興趣。從該課程教育目的出發(fā)，結合教學改革與實踐，從教學內容、教學過程的組織以及教學實踐等方面都要有較大的突破，該課程教學改革的重點是合理組織教學過程，注重理論與實踐相結合。

綜上，主要從課堂講授環(huán)節(jié)（重點、難點突出、ppt制作、與學生互動）、GT-SUITE軟件、AVL FIRE軟件在本課程的仿真、網絡教學平臺的建設與應用、精品課視頻的觀看等來實現本課程的混合式教學改革[1-2]。

通過對《汽車構造與性能使用》課程的學習，學生能對汽車的結構、配置與性能和正確使用與維護有比較全面和明確的認識，理解其“結構-原理-性能-應用”之間的邏輯關系，本課程是對工科基礎課程及車輛工程的綜合復習利用，并為后續(xù)的專業(yè)課程提供必要的理論知識基礎。

學生通過學習，使學生能夠深入了解汽車的基本結構和工作原理，掌握汽車動力性、經濟性、運行性能及與整車的匹配等知識，理解車輛性能參數之間的相互制約關系，并了解汽車前沿知識及發(fā)展趨勢。在車輛工程領域復雜工程問題的解決方案中考慮安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、法律、文化等諸多制約因素。學生提升獲取專業(yè)知識的能力，學會并掌握分析某款汽車的動力性、經濟性及其與車輛匹配優(yōu)劣的能力，掌握分析數據、處理數據的能力。掌握汽車構造、理論、設計等車輛工程專業(yè)知識，能夠基于相關知識與數學模型方法推演、分析汽車研發(fā)、制造、檢測和運行管理中的復雜工程問題以及問題解決方案的比較和綜合。學生能夠理解和評價汽車的油耗、尾氣排放、噪聲等性能對可持續(xù)發(fā)展的影響，并能夠在汽車設計中考慮安全舒適、節(jié)能環(huán)保等諸多因素；充分認知新能源汽車對能源消費結構、環(huán)境保護、社會可持續(xù)發(fā)展的價值和意義。能夠評價汽車研發(fā)、制造、檢測和運行管理等全生命周期中對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。

課程思政的融入包括：車輛在國民經濟中的重要作用，國防、交通運輸、農業(yè)；大國工匠精神；石油的匱乏、提供熱效率；合資車輛、合資企業(yè)等；世界豪車品牌；國外和國內汽車行業(yè)的發(fā)展等。

1 課程建設的具體內容

1.1 精選教學內容，突出重點、難點

在課堂上，由于學時的限制，精選教學內容，一方面從課程總體精選內容，確定為達到培養(yǎng)目標，學生必須掌握的內容；另一方面精選課堂講授的內容，即哪些部分在課堂上講授，哪些留給學生自學。我們雖有一本較好的教材，但這項工作仍然要做，不能照本宣科。充分調動學生的主觀能動性，使學生從陌生到產生濃厚的興趣，主要得力于老師的培養(yǎng)和教學的方式和方法。

1.2 將GT-SUITE軟件和AVL FIRE軟件引入到教學中，實現仿真

（1）GT-SUITE能對整機進行設計，并進行相關的模擬仿真。例如：發(fā)動機配氣機構的仿真，包括設計凸輪型線、計算氣門升程和氣門正時，大大簡化了設計的工作量。

（2）利用GT-SUITE對發(fā)動機性能的仿真。例如：對燃油系統的仿真，高壓共軌噴油器的仿真，包括針閥質量、電磁閥鐵芯質量、噴油器控制容積、進回油孔孔徑等對噴油規(guī)律的影響；對增壓系統的仿真，包括對單級增壓、兩級增壓系統、船用相繼增壓系統的仿真，也可以對電動增壓系統和動力渦輪系統進行仿真，通過分析仿真結果，能查看增壓系統與發(fā)動機運行線的聯合匹配情況，同時調整壓氣機的流量特性（增壓比、流量、壓氣機轉速和壓氣機的等熵效率）和渦輪的流量特性（膨脹比、相似流量、渦輪轉速和渦輪的等熵效率）使增壓器與發(fā)動機匹配最佳。對發(fā)動機排氣后處理系統的仿真，例如柴油機微粒捕集器的性能仿真，通過調整陶瓷的壁面溫度、發(fā)動機的排氣溫度、陶瓷的孔隙率和陶瓷的形狀等能改善微粒捕集器的再生效率。

（3）對發(fā)動機的燃燒過程仿真。例如：利用發(fā)動機AVL FIRE軟件，對柴油機燃燒過程進行仿真分析，通過對燃燒室的網格劃分，生成動網格。將網格導入新的方針程序中，通過設定運行模式、計算步長、模型激活、邊界條件、流體屬性、初始條件、松弛因子、收斂準則和輸出控制等，在噴霧模型、燃燒模型和排放模型的設置，研究柴油機在不同曲軸轉角下的溫度場、濃度場和速度場，實現燃燒過程的數值可視化；可以優(yōu)化燃燒系統的結構，包括燃燒室的形狀、噴油器的參數等；分析放熱過程和燃燒速率等。同時也可以對發(fā)動機的排放進行仿真分析。

（4）基于GT-DRIVE軟件的整車系統的性能仿真。例如：分析混合動力汽車的能量管理模式。

1.3 《汽車構造與性能使用》課程網絡教學平臺的建立

對喀什大學超星泛雅網絡教學平臺中的《汽車構造與性能使用》這門課進行充實，老師可以在上面上傳課件、教案、課程資料、課程通知等，也可以發(fā)布課程討論、作業(yè)、題庫和知識圖譜等供學生使用；也可以進行學習活動，包括簽到（課堂考勤）、隨堂練習、主題討論、搶答、問卷、分組任務、投票、評分、群聊等，實現了教學大綱、課件PPT、985高校精品《汽車理論》課程的教學MOOC、課后習題和考試試題庫建設的網絡化。這些優(yōu)質資源的共享對提高教學質量以及方便學生的課后復習都起到了重要的作用。例如簽到考勤這一教學環(huán)節(jié)，傳統的方式是教師課上逐一點名，記錄每個缺勤學生的姓名與學號，而采用超星泛雅教學平臺后，教師在教學活動一欄生成二維碼，學生手機掃碼簽到，非常方便和高效，系統里面能顯示出出勤和未出勤學生的姓名和學號，可以一直存留到期末考試，便于核對和查看。

1.4 組織學生觀看名師網絡視頻課堂

在教師課堂講授后，教師可以通過超星網絡教學平臺上傳教學視頻、網絡助學、名師講壇和課外拓學等，學生課后復習和鞏固，達到溫故而知新的效果。同時，利用教學業(yè)余時間，師生一起觀看名師網絡視頻課堂，組織學生一起電腦學習，進一步對所學的內容消化吸收。

2 課程建設目標

（1）教學過程一定要精心組織教學內容。教學內容直接影響教學效果，教師必須站在學科的前沿方向將最新的理論和知識傳授給學生。

（2）運用現代教學技能，開發(fā)教育資源，掌握多種教學技能；學生利用網絡教學平臺，對共享資源收集和教學活動開展更加多樣化。

（3）利用發(fā)動機性能仿真軟件GT-SUITE、AVL FIRE設計整機和典型零部件。

（4）通過觀看名師網絡課程復習。

3 課程建設實施方案

3.1 基于任務總結的思維導圖

學習完每一章，教師對每章內容進行總結，設計思維導圖，幫助學生回顧所學的知識和主要內容。轉向系的具體思維導圖如下圖1所示：

3.2 網絡助學和課外拓學

通過觀看視頻和課外拓學的方式，實現知識的補充。所謂的網絡助學，是通過視頻的形式對所學內容的進一步講解；課外拓學是對所學內容的課外拓展。例如：第一章，汽車概論，網絡助學環(huán)節(jié)，以視頻形式展示出汽車各個部件的組成，包括汽車底盤、發(fā)動機、車身、電氣輔助系統、變速器、車輪等，使學生對汽車基本結構有個初步的了解。課外拓學環(huán)節(jié)，講述汽車的起源、誕生、不斷改進到今天的技術發(fā)展。

3.3 教學設計

教學設計是課程建設和課程教學的一個重要的環(huán)節(jié)。主要分為課前自學、課中研學和課后拓學等。課前自學包括觀看慕課、把握重點難點、提交課前作業(yè)、指定課前任務、設置課前測試、發(fā)布課堂預告、在線輔助答疑；課中研學包括問題導入、翻轉課堂、精講、討論、拓展等；課后拓學包括教學反思、設置作業(yè)、精選拓展任務、在線答疑指導、持續(xù)改進教學、提交課堂筆記、完成課后作業(yè)等。上述教學活動，都可以通過網絡教學平臺來完成，學生使用電腦和手機都可以接收到教師發(fā)布的信息，并在電腦和手機上完成。

3.4 翻轉課堂和問題驅動法教學

不同的知識點采用不同的教學方法。課前布置任務、網上慕課學習；教師發(fā)布課前導學任務單，利于學生自學和掌握主要內容；學生講解；分組討論；教師總結；課后布置作業(yè)。通過翻轉課堂和問題驅動，學生能抓住課堂的講解主線，防止學生偏離主要內容，學生精心的教學設計，深入淺出。教師在學生講解后，指出學生的不足之處和總結，進一步加強學生對課堂主要內容的理解和掌握。翻轉課堂鍛煉了學生的能力，也更使學生體會到教師上課的不易，使學生珍惜老師的勞動成果。

3.5 課程評價

課程評價體系，包括對老師和學生的評價。對老師來說，包括教學準備（學情反饋和課程任務）和教學實施（教學組織、教學方法、教學內容、教學能力和教學效果）的評價；對學生來說，小組討論（參與度、效果、主導力）、測試、虛擬仿真和課后作業(yè)的評價。設計達成度算法，對平時成績和考試成績計算，計算課程目標的達成度。

3.6 線上與線下的結合

實現線上與線下的有機結合與統一，通過學生自學和慕課、完成課堂的討論、翻轉課堂等，結合課前的問題導向和課堂的精講、討論完成學習任務。

4 課程建設的保障

喀什大學交通學院是我校最具有特色和代表性的學院，同時也是喀什大學新開設的學院，結合南疆地區(qū)的優(yōu)勢，在交通工程專業(yè)學生培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。并在如下幾方面得到保證。

4.1 優(yōu)選教材，精心組織教學內容

教學應以教材為主要依據，但并不依附于教材。教學過程一定要精心組織教學內容。教學內容直接影響教學效果，教師必須站在學科的前沿方向將最新的理論和知識傳授給學生。因此在規(guī)定的授課學時內，面面俱到地講授教材知識幾乎沒有可能，所選的教學內容必須跟得上時代的發(fā)展和需要。

4.2 運用現代教學技能，開發(fā)教育資源，掌握多種教學技能

現代教學媒體能夠將知識加工并且形象地展現在學生面前，針對目前的教學條件，教師一方面應掌握基于課堂教學的現代教學媒體的設計和應用，重點掌握多媒體計算機與數字投影，靈活應用多媒體課件設計軟件PowerPoint 進行單機多媒體教學軟件的設計和應用；另一方面，教師必須具備進行教育資源的開發(fā)、合理運用現場教學的能力。面對21世紀信息化科學技術的迅猛發(fā)展，教師應重點學習和交流的學習方法有信息技術與課程整合的教學方法。

4.3 在課堂上調動學生的積極性

在教學中，充分調動學生學習的積極性和主動性，使學生成為課堂的主體，并就一些生活中所遇到的內燃機常見問題展開激烈的爭論，既加深了對理論知識的理解，同時又加強了學生的實踐能力，使學生對所學課程產生了濃厚的興趣。作為教師，必須在吃透教材的前提下，首先對所授課程的內容做深入的思考和分析，然后從中選出一些典型問題，建立問題—探究的教學模式，引導學生進行深入思考：科學問題是如何提出來的，又是如何運用已有的知識來解決的。

5 課程建設的特色

本課程的特色在于將車輛性能仿真軟件GT-SUITE、AVL FIRE引入到《汽車結構性能與使用》的教學中，有助于解決《汽車結構性能與使用》講課時面臨的許多問題；網絡平臺的建設內容補充和名師教學視頻有助于學生更好地課后時間的復習和理解。

如果《汽車結構性能與使用》學科平臺建設得比較好的話，能帶動其他學科效仿和參照，相互學習和交流。可以將整個學科建設提高一個檔次。另外，為其他專業(yè)課，尤其是選修課奠定一個良好的基礎，可以推廣到交通工程其他專業(yè)課效仿。

基金項目：本文系喀什大學教研教改課題，課題編號：KJBY2305。

參考文獻：

[1]郭鵬江.“內燃機設計”課程教學平臺的建設與探索[J].教育教學論壇，2019（21）：121-122.

[2]韓東，靳光盈.汽車結構性能與使用（第2版）[M].北京：北京理工大學出版社，2021.