课程设计在汽车理论教学改革中的探讨

苏蓉 尹宗军 陈晨 王玲芝 洪雨 王清清

摘 要：针对现阶段汽车理论实践教学，结合课程特点，提出应当将汽车理论课程设计引入常规教学活动。然后探讨了课程设计中技术要求、任务书的合理性、课程监督以及教师教学反思的有效途径，从而提高教学质量，改善教学效果，激发学生学习迁移。

关键词：汽车理论;课程设计;教学改革

中图分类号：G423.07  文献标识码：B  文章编号：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，汽车工业有了很大的发展，汽车年产量也不断增加。《汽车理论》作为汽车专业学生应该掌握的基础理论知识，是本科教育阶段的重中之重，这也引得车辆专业教师对汽车理论课程改革的讨论。部分教师认为引入计算机仿真进入实验教学过程能够促进学生对汽车基本性能方面的认识，也有教师认为需要编写汽车理论案例库实现案例化教学^[1-3]。此外，也有许多教师提倡建立习题库，希望学生从做题中汇总知识。能否从课程设计角度提高汽车理论教学质量是一个重要的研究课题^[4-6]。

1 汽车理论课程设计目的

《汽车理论》是车辆工程专业一门重要专业课，该课程是从动力学角度分析汽车各种使用性能、评价方法以及汽车结构参数、使用参数对汽车行驶性能的影响，以提高汽车行驶性能为目的。在掌握汽车行驶性能指标和评价方法基础上，找出汽车结构参数、使用参数对汽车行驶性能的影响规律，从而提高汽车行驶性能，为进行汽车设计、研究打下坚实的专业理论基础。通过对《汽车理论》的学习，使学生掌握汽车各使用性能的评价指标以及本科阶段的专业理论基础知识，并在各章节中穿插具有工程背景的应用实例，辅之以实验教学，从而达到一定的分析问题和解决问题的能力^[7]。

随着对车辆使用性能（尤其是主动安全控制、舒适性控制等）以及车速的提高，车辆动力学、随机振动理论以及各种控制器设计方法（例如鲁棒控制、自适应控制、滑模变结构、最优控制、模糊控制甚至各种智能优化算法在控制器参数优化方面的应用）得到了不断丰富和发展。如何立足本科车辆工程专业基础知识教育，紧密跟踪国内外最新研究成果，抓住学生学习迁移，培养学生创造力，是《汽车理论》本科教育教学现阶段的深水潭^[8，9]。一方面，《汽车理论》是《理论力学》、《汽车构造》、《自动控制原理》、《高等数学》等基础课程的综合运用;另一方面，《汽车理论》作为车辆系统动力学方向的基础课程，其本身对汽车动力学建模、系统分析做了许多工作，虽很少涉及系统综合问题（也就是控制器设计），但平顺性中的频域分析以及操纵稳定性中前轮角输入下的瞬态响应和横摆角速度响应等含有大量的时频域分析内容，这导致学生对书本的公式感到很茫然，容易引起学生放弃学习心理。

基于上述原理，结合汽车理论是一个理论性强、综合性复杂、实践意义大的特点，教师在教学过程中必须将“教”与“学”看成同等地位，大胆创设问题情境，实施启发式教学，科学布置《汽车理论》课程设计，将学生由被动学习转化为主动搜索相关文献^[10]。教师合理选择课程设计题目，可以将学生从大量的被动记忆公式中释放出来，其不仅可以让学生自行推导公式，又可以在创设情境中对相关公式加以汇总记忆^[11]。

2 汽车理论课程设计指导

2.1 明确课程设计要求

课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节^[12]，课程设计内容不一定是首创的，但必须是对《汽车理论》某一章节的综合性概括，例如汽车动力性--燃油经济性计算、汽车动力性匹配参数计算、汽车制动性計算、汽车操稳性计算、汽车平顺性的时频域分析、车轮--车身两自由度主动悬架控制分析等。教师在分发课程设计任务和制定课程设计要求时，必须宏观把控课程设计任务难度，根据实际教学经验和教学技能选择能促进学生学习迁移的问题情境，既不能使得学生敷衍了事，又不能做的课程设计内容过于复杂。这就需要教师在课前精心调研和理性分析，综合教师本身的实际教学水准，增加汽车使用性能的仿真设计，要求学生提交相关的课程设计成果。此外，学生必须严格按照标准格式要求提交汽车理论课程设计说明书以及完成工作量简介，联系课堂所学知识，加强查阅、收集、整理、汇总资料的能力。

2.2 合理设置课程设计任务

课程设计是学生离开书本知识的一次深度学习，它有不同于课后作业或者练习集的性质。课程设计应该要求学生描述最基本的概念、最难的公式结论，要求学生从知识的传播者的角度凝练学习内容，是一种“输出型”的学习方式。教师应该根据大学生学习心理，基于学生资质，科学地设置课程设计难度，用以促进学生学习积极性，激发学生自主学习动机。如果教师降低课程设计难度，会造成学生觉得这是一门“水课”，汽车理论的课本知识对自身并没有实际价值的误解;相反地，教师一味地增加设计难度，学生容易引发厌倦态度，很可能造成学生大规模抄袭现象。因此教师应该控制课程设计在中等难度等级，让学生在完成课程设计过程中付出一定的“脑力”劳动才能完成设计任务。这样学生才会对课程设计的相应成果有成就感和喜悦感，而不是“糊任务”式的蒙混过关。可以预见，通过课程设计让学生产生的自我效能感，是促进学生再深入再学习的激发动机。例如，在汽车操纵稳定性课程设计中不可避免的会涉及到轮胎的侧偏特性模型，而在《汽车理论》中只是简单地介绍了一般线性模型，此时老师可以适当要求学生调研其他的半经验轮胎模型（例如魔术轮胎模型、UniTire轮胎力学模型等），增加课程设计难度，促进学生学习迁移。

2.3 监督课程设计执行

在明确课程设计的设计要求和任务书后，教师还需要继续监督学生课程设计进程。学生在完成课程设计过程中不可避免地会遇到难度较大的难题，这可能打击一部分学生的学习动机，也可能激发学生的求知欲。教师应当适时提醒和给予更多的资料、建议、讲义等，创设令人愉快的学术氛围，慢慢引导反应迟钝的学生平心静气、有理有据的解决难题，而不是以不耐烦的态度去对待学生的问题，充当“甩手”老师。此外，教师对待学习态度不好的学生应该多沟通多交流，这样可以在双方彼此互信、相互尊重的前提下把课程设计任务完成好。教师以教书育人作为立身之本，要虚怀若谷，以谦卑之心、学识渊博折服学生。在汽车理论课程设计中常涉及动力学建模、公式计算、图形处理等问题常常是学生的短板，这是因为本科学生很少能有机会接触这些综合性的课程设计。例如，在车轮--车身两自由度主动悬架控制分析中，学生不仅需要对两自由度振动系统进行动力学建模，引入相对位移和速度线性组合作为反馈控制，然后将其控制方程转化为车声加速度、车轮与地面间的相对动载以及悬架动挠度的频率响应函数，利用MATLAB绘制各输出量的伯德图后比较主动控制与被动控制的差别。很显然，针对上述《汽车理论》课程设计来说，完全靠学生自身能力去解决是很难的。教师应当参与进学生的课程设计中，帮助学生修改MATLAB程序，监督学生课程进度，适当给予相关的资料。我们认为课程设计的目标并不再在于培养学生的创造力，而是培养学生如何利用自身的工具、资源去解决所遇到的实际难题。

2.4 汽车理论课程设计教学反思

在所有学生上交课程设计后，教师应该对学生的学习规律、自身的教学规律加以总结，然后优化教学环节，丰富课程设计要求，细化课程设计任务书。例如，在上述课程设计中引入了相对位移和速度线性组合作为反馈控制，但其反馈系数通常是随意选取，也没有评价三个响应量的综合指标，那么在教学反思中。教师应该根据实际情况增加最优控制理论以及一些群智能优化算法（例如蚁群算法、粒子群算法等）内容用以提高学生知识广阔度。如果学生反应较差，教师应该增加课堂教学，注重相关的理论讲解。

3 结论

汽车理论课程设计是汽车理论教学的补充教学活动，是变换教学方式的重要手段。教师在制定汽车理论课程设计时，要根据学生特色把握课程设计要求，科学设置任务书，要全过程监控学生心态，为学生提供帮助，做好教学反思。

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