以“两性一度”标准推进汽车理论课程建设与教学改革

司志远，李 进，苑风霞

(安徽科技学院 机械工程学院，安徽 凤阳 233100)

在推进全面振兴本科教育的良好态势下，教育部提出了以“两性一度”，即高阶性、创新性、挑战度为标准的“金课”建设目标，着力推进一流课程建设[1—2]。为了适应当前高等教育改革和发展形势，按照“两性一度”标准，积极推进作为车辆工程专业核心课程的汽车理论课程建设与教学改革，已经成为高校和社会各界高度关注的重要课题。

一、汽车理论课程教学中存在的问题

汽车理论课程是车辆工程专业人才培养的核心要素之一[3]，作为专业人才教育的微观问题，制约专业人才培养的质量，影响专业人才培养目标的实现。深入分析汽车理论课程教学中存在的问题，探索课程的建设规律，推进课程教学改革，对汽车理论课程教学质量的提高及满足专业培养目标的要求具有重要的意义。总结多年来汽车理论课程教学实践，发现教学过程中主要存在以下问题：

课程教学目标单一，以传授知识为主；课程理论性强、公式多的特点，使学生在学习过程中普遍存在理解困难、学习吃力的现象；随着专业总学时的缩减，汽车理论作为专业课程的学时也随之减少，使得课程内容的讲解无法做到全面深入，甚至部分课程内容无法完成讲授；由于学生数量及课时等原因，造成教学过程及课程考核采取“一刀切”模式，不能根据学生的自身特点实现因材施教、个性化考核；教学内容以课本为主，不能跟随汽车技术的发展及时更新教学内容；教学方法及手段单一，不能根据课程具体内容适时调整教学方法及手段；课程实验方法及手段缺乏灵活性和创新性，无法全面支撑理论教学。

二、以“两性一度”标准推进汽车理论课程建设与教学改革

1.课程教学方式的改革

以培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维为目标，改变以知识传授为目的的传统教学方式，大力推进翻转课堂和案例教学相结合的教学模式，通过引入综合性案例引导学生自主学习并善于运用理论知识解决实际问题，锻炼学生的自学能力和思维能力，通过这种方式使学生的知识、能力、素质三者有机结合起来。例如根据学生个性特点对其进行分组，针对具体课程内容，每组分配一个综合案例，学生根据综合案例，通过组内讨论、线上线下与教师交流等方式学习课程知识，并在课堂上展示学习效果，教师根据学生的学习情况对课程的难点及重点进行深入讲解与分析。这种方式不仅能解决专业课程学时减少的问题，还能够激发学生的学习兴趣，达到课程的高阶性要求。

2.课程教学内容的改革

汽车理论作为专业课程，其内容应体现出前沿性和时代性特点。但是，目前教学内容还是以课本为主，不能跟随汽车技术的发展及时更新教学内容。例如国家现在大力发展新能源汽车，与新能源汽车相关的汽车能耗评价及与电机相关的动力性等内容需要加以补充。同时，为提高课程的挑战度，任课教师要持续关注汽车技术的发展，通过查阅国内外的最新文献资料，利用最新的研究成果对课本的基础内容进行补充和拔高。以汽车制动性能为例，一方面，目前汽车理论教材中主要以传统制动系统分析制动性能特别是ABS系统性能，但是随着汽车技术的发展，线控制动系统及主动制动系统的出现，对汽车制动系统性能提出了新的要求。传统ABS系统通过控制车轮的减速度来控制其滑移率，这种控制方法主要是考虑利用轮速传感器容易实现车轮减速度的测量，但是路面条件的快速变化对这种控制方法提出了挑战，同时，也是制约ABS系统性能提高的主要因素之一。因此，地面附着系数的估计是提高汽车制动性能的有效手段，也成为目前汽车制动性能相关研究的热点之一。另一方面，传统制动系统性能分析是线性分析，这种线性分析的前提包括车辆系统的线性假设和整个制动过程的线性假设。这种制动系统性能线性分析有助于简化计算过程，降低对计算手段及计算资源的需求，但也降低了制动系统性能分析的精度，并限制制动系统性能的进一步提高。随着计算手段及计算资源的发展，为满足制动系统性能进一步提高的要求，必须引入制动系统性能的非线性分析。作为车辆工程核心课程的汽车理论要想达到“两性一度”标准，实现“金课”建设目标，就必须紧跟汽车技术的发展，将地面附着系数的估计方法和制动过程的非线性分析等相关前沿内容引入课程教学，才能达到“金课”所要求的高阶性、创新性、挑战度[4]。

3.教学手段的改革

课堂教学中，科学合理的教学内容必须通过恰当的教学模式才能得以实现,传统教学手段与现代教学手段优势互补，并和多元化的教学方法有机结合，是提高教学效果的根本途经，应根据教学内容适当调整教学手段。例如汽车理论作为一门理论性很强的课程，其大量的公式及分析推导过程不适合采用多媒体教学，传统的板书推演过程更能展现思维的发展轨迹,洞察思考的过程,有利于发展学生的逻辑思维和抽象思维能力,以及发展空间想象力和捕捉创造的灵感。而对于基本概念、基本原理、受力分析图、曲线图、数据表等需要较强的形象思维或涉及较难理解的内容，采用多媒体中的动画和视频教学手段辅助教学可提高教学效果。因此,在教学过程中,应对课程具体教学内容进行深入的研究和分析,选择恰当的教学手段,使传统教学手段与现代教学手段优势互补，才能获得良好的教学效果。以汽车的驱动力和附着条件为例，在教学过程中发现，学生对这两部分内容的学习普遍存在困难，影响了教学效果。分析其原因主要是相关概念较为抽象，影响了学生对这两部分内容的理解。为此，将汽车在土路的松软路段行驶时驱动轮打滑的视频和在土路的夯实路段正常行驶时的视频引入课堂教学：一方面，通过观察驱动轮打滑处土壤的运动方向，得到驱动力给地面的作用力，进而得到地面对驱动轮的反作用力及驱动力，以帮助学生对汽车驱动力的理解；另一方面，通过汽车在土路的不同路段行驶时轮胎的运动状态对比，帮助学生对汽车行驶的附着条件有深入的理解。

4.课程考核方法的改革

课程考核是课程教学的重要环节，其方法的科学性决定课程考核能否有效地评价课程的教学效果。传统的考核方法一般采用期末考试，这种“一刀切”模式无法全面反映学生学习状况和教学效果，因此，必须增加过程性考核。过程性考核采用项目考核方式，具体过程包括学生分组、项目设置以及成绩评定三部分。学生分组是根据学生总数，按照学生数相等的原则分成若干小组(学生数不足的小组在成绩计算时乘以相应的系数)。项目设置是教师根据课程内容设置考核项目(项目数量与小组数量对应)。成绩评定由两部分组成，一部分是项目材料成绩，根据学生撰写的项目总结材料的质量评定成绩；另一部分是项目答辩成绩，各小组以PPT形式汇报项目情况，教师对项目提出质询，并根据各小组的阐述及回答问题等情况评定成绩，两部分成绩加起来求和就是该小组的最终成绩。而每个小组成员的具体成绩则是学习小组内部根据不同成员的贡献度评定个人成绩，所有小组成员的个人成绩之和应等于小组成绩。这种考核方式能够极大地激发学生的学习兴趣，并提高教学参与度，最终提升课程的教学效果。

5.课程实验条件建设

实验作为汽车理论课程的重要组成部分，对于课程质量的提高具有至关重要的作用。以汽车动力装置参数的选定这一章为例，学生在学习该章内容时，普遍感到内容空洞、理解困难，学习效果较差。教师在讲述本章内容时，如果能够结合不同动力装置条件下的汽车性能实验，从提高学生的感性认识出发，逐渐上升到理性认识，必然能够激发学生的学习兴趣，进而提高教学效果。但是，由于学校实验汽车动力装置的不可变性、实验测试设备以及实验场地的限制，导致不同动力装置条件下的汽车性能实验是难以实现的，这类问题普遍存在于汽车理论的教学过程中，严重制约了课程教学效果的提高。实际教学中，针对该类问题大多采用多体动力学软件(Adams[5—7]或CarSim[8—9])仿真的方法解决，但是实际的教学效果并不理想。因为这种纯数字的仿真方法，并未考虑和外部真实世界之间的关系，不论从感性方面还是理性方面，对学生理解和掌握知识的帮助作用非常有限。在自动化控制专业广泛采用的半实物仿真搭建起理论仿真与实时控制之间的桥梁[10]，能够激发学生的学习兴趣，有效提高课程教学质量。半实物仿真实现的第一种方案是控制器用实物，而受控对象使用数字(仿真)模型，这种方案能够解决涉及车辆结构参数变化对汽车性能影响的实验教学问题。以汽车动力装置参数的选定为例，如图1所示：在Simulink中搭建汽车的整车动力性模型，并将模型下载到dSPACE或者Simulink支持的其他控制器硬件中，通过控制器运行得到不同动力装置参数下汽车的动力性指标，从而分析不同动力装置参数对汽车动力性的影响，为汽车动力装置参数的选择提供依据，帮助学生对该部分内容的理解，改进教学效果。第二种方案是用计算机实现其控制器，而将受控对象作为实物直接放置在仿真回路中，这种方案能够解决汽车性能评价的实验教学问题。以汽车的制动性能为例，如图2所示：一方面，搭建制动器实验台，实验台主要包括制动器(4个，制动器形式与所研究车辆的制动器一致)和制动力测试装置；另一方面，在Simulink中搭建整车模型或调用CarSim整车模型[11—13]，整车模型的输出为制动控制信号并传给制动器实验台，输入为制动器实验台上的制动器产生的制动力。通过该方式实现整车模型和制动器实物之间的联系，为汽车制动性的教学和研究提供新的手段，对于激发学生的学习兴趣和提高教学效果具有重要的促进作用。在汽车理论课程教学中引入半实物仿真实验方法，对于以“两性一度”标准推进课程建设与教学改革具有重要意义。

6.课程教学团队建设

汽车理论课程教师是课程的第一责任人[14]，其教学能力直接决定着“金课”目标达成与否。从“金课”目标所要求的高阶性、创新性、挑战度出发，改革课程教学内容是必要的。但是，将课程相关的前沿问题及内容引入课程教学中，对课程教师提出了巨大的挑战，需要教师能够跟踪并把握相关的前沿问题。汽车理论课程覆盖了动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性等汽车性能内容，每项汽车性能都有其前沿问题，如果仅依靠个别教师，很难做到跟踪所有的前沿问题。因此，在汽车理论课程建设“金课”的过程中，应建立课程教学团队[15]。教学团队中的成员根据自己的研究方向承担课程相关章节的教学工作，并定期开展课程教学研讨，适时调整教学方式、教学手段、考核方法等教学环节，不断提高汽车理论课程的教学质量，最终实现汽车理论“金课”课程的目标。

三、结论

汽车理论作为车辆工程专业的核心课程，课程的教学质量及教学效果直接影响学生的专业素质。随着教育部以高阶性、创新性、挑战度为标准的“金课”建设目标的提出，要求课程教师必须将建设汽车理论“金课”作为目标，探索以“两性一度”标准推进课程建设与教学改革，从而提高汽车理论课程的教学质量。首先，根据“两性一度”为标准，分析汽车理论课程的教学现状、存在的问题及原因。其次，从满足“金课”三方面标准出发，探索汽车理论课程的教学方式、教学内容、教学手段、考核方法、实验条件、教学团队六方面建设与改革的措施。这六方面在实际教学过程中是相辅相成的，其相应的建设与改革必须同步推进，才能有助于汽车理论“金课”目标的实现。