“汽車電子控制技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

來鑫

摘要：針對汽車電子控制技術(shù)課程知識(shí)點(diǎn)零碎、內(nèi)容抽象、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段、考評方式等方面進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐。以學(xué)生需求為中心，對課程內(nèi)容進(jìn)行了模塊化優(yōu)化，設(shè)置專題講解，引入基于模型設(shè)計(jì)的代碼自動(dòng)生成的新技術(shù)，使汽車電子設(shè)計(jì)過程簡單化與形象化，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及成就感。加大實(shí)踐比重，引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及解決工程問題的能力。實(shí)踐表明，這一改革取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：汽車電子控制技術(shù)；模塊化；基于模型設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）44-0158-02

一、引言

現(xiàn)代汽車的電子化及智能化程度越來越高，一些高檔汽車上的電子電器及控制系統(tǒng)占整車成本的40%～50%左右[1]。同時(shí)汽車整車與零部件企業(yè)對汽車電子方向的人才需求也越來越多，因此對于車輛工程專業(yè)的學(xué)生來說，掌握汽車電子的基礎(chǔ)知識(shí)及開發(fā)流程十分必要。目前很多高校的車輛工程專業(yè)都開設(shè)了汽車電子方向的課程，主要講解汽車上的基本電子與電器系統(tǒng)及一些典型控制系統(tǒng)，課程內(nèi)容涉及到多門課程，而且內(nèi)容高度抽象，存在著“教師難教，學(xué)生難學(xué)”的現(xiàn)象。因此，有必要對該課程的教學(xué)方法與手段、教學(xué)內(nèi)容配置進(jìn)行改革。

上海理工大學(xué)車輛工程系在本科與研究生中開設(shè)“汽車電子控制技術(shù)”課程多年，在多年的教學(xué)實(shí)踐中改革教學(xué)方法及手段，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化課程內(nèi)容，提高實(shí)踐教學(xué)比重，取得了較好的教學(xué)效果。本文主要對該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、課后實(shí)踐等方面的改革進(jìn)行介紹。

二、課程特點(diǎn)及教學(xué)過程中存在的問題

“汽車電子控制技術(shù)”課程存在以下特點(diǎn)。

1.知識(shí)點(diǎn)多，且碎片化較為嚴(yán)重，學(xué)習(xí)難度大。該課程涉及的前期課程內(nèi)容較多，主要課程包括電工電子技術(shù)、控制理論、測量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、程序設(shè)計(jì)、車輛工程專業(yè)課程等。對于車輛工程的學(xué)生來說，電子與控制的基礎(chǔ)知識(shí)相對較薄弱，因此學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)過程中感覺難度較大。

2.內(nèi)容較為抽象。很多概念及電子元器件都是初次接觸，因此學(xué)習(xí)時(shí)只能停留在較為抽象的層面上。如課程內(nèi)有關(guān)車載網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生對其工作原理及結(jié)構(gòu)構(gòu)成的理解難度較大。

3.實(shí)踐性強(qiáng)。該課程既具有較強(qiáng)的理論性，同時(shí)具備很強(qiáng)的實(shí)踐性，包含硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、控制算法的仿真與實(shí)現(xiàn)等。

根據(jù)筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，在教學(xué)的過程中存在的主要問題有：（1）授課的課時(shí)不夠。課程涉及的內(nèi)容多，卻只安排了36課時(shí)，因此只能選講一些內(nèi)容。（2）實(shí)踐的機(jī)會(huì)少。基本上只能停留在課堂講授的層面，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)綜合性不夠，動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)少。在硬件設(shè)計(jì)方面涉及得很少，軟件調(diào)試也僅限于簡單操作。（3）學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。由于課程難度大且較為抽象，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性隨著教學(xué)進(jìn)程而逐步降低，大多是為了應(yīng)付考試才聽課與做筆記，教學(xué)效果不理想。（4）考核方式的問題。由于該課程內(nèi)容多且實(shí)踐性強(qiáng)，傳統(tǒng)的筆試造成了學(xué)生只需要做做往年的試題，對書本上的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行記憶就能取得較高的分?jǐn)?shù)。因此這種方式無法真正考察學(xué)生的真實(shí)水平及學(xué)術(shù)能力。

三、課程綜合改革與實(shí)踐探索

針對該課程目前存在的問題，主要在以下幾方面進(jìn)行了有益的嘗試，并取得了較好的教學(xué)效果。

1.以學(xué)生需求為中心，通過模塊化優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加大實(shí)踐比重。根據(jù)汽車電子控制技術(shù)在內(nèi)容上多而雜的特點(diǎn)，我們在內(nèi)容上設(shè)置了知識(shí)模塊（20課時(shí)）、專題模塊（8課時(shí)）、實(shí)踐模塊（8課時(shí)）等三個(gè)模塊。知識(shí)模塊主要對汽車電子相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行講解，主包括汽車電子基礎(chǔ)（主要講解內(nèi)容分布為車用傳感器、信號(hào)處理方法、控制器、執(zhí)行器、控制系統(tǒng)的基本框架、控制理論等）、汽車電子硬件設(shè)計(jì)、汽車電子軟件設(shè)計(jì)等。專題模塊主要是結(jié)合知識(shí)模塊對三個(gè)典型的汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)行專題講解。三個(gè)專題模塊分別設(shè)置為：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)；（2）ABS電子控制系統(tǒng)；（3）基于模型設(shè)計(jì)的汽車電子軟件設(shè)計(jì)方法。通過三個(gè)專題模塊的講解與演示，把零散的知識(shí)點(diǎn)串連起來，加深對基礎(chǔ)知識(shí)的理解，同時(shí)通過實(shí)際案例的講解讓學(xué)生熟悉汽車電子系統(tǒng)的開發(fā)流程。實(shí)踐模塊主要包括二個(gè)大作業(yè)、一個(gè)研究性課題及六個(gè)實(shí)驗(yàn)（選做三個(gè)）。實(shí)施的時(shí)間穿插在知識(shí)模塊與專題模塊中，兩個(gè)大作業(yè)由學(xué)生在課后單獨(dú)完成。研究性課題為小型研究項(xiàng)目，通過學(xué)生組隊(duì)在課堂與課后完成。為滿足學(xué)生興趣與個(gè)性的需求，我們設(shè)置了六個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可自由選做三個(gè)。通過實(shí)踐性專題，加深學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解，提高解決復(fù)雜工程問題的能力。

2.對接企業(yè)，引入先進(jìn)的汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)方法。基于模型設(shè)計(jì)及控制代碼自動(dòng)生成技術(shù)是目前汽車企業(yè)在汽車電子開發(fā)中廣泛采用的開發(fā)方法[2]。該方法的主要特點(diǎn)是可以從Matlab/Simulink仿真模型到控制源代碼，因此能大大的縮短開發(fā)周期，并節(jié)約開發(fā)成本。但是，在目前的汽車電子方面的相關(guān)課程中，很少涉及到該方法的教授。因此我們在專題模塊中把該方法作為一個(gè)專題來進(jìn)行講授及演示，并在實(shí)踐模塊中讓學(xué)生親自實(shí)踐代碼自動(dòng)生成的全過程：從建立仿真模型，到生成控制代碼，到寫進(jìn)控制器并運(yùn)行，最后測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果。整個(gè)實(shí)踐過程操作簡單，有利于學(xué)生掌握該方法，為今后進(jìn)入企業(yè)從事汽車電子開發(fā)工作提供了技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，這種從模型直接到代碼的快速開發(fā)方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感與興趣。例如在講授CAN總線時(shí)，學(xué)生覺得非常抽象，所以一般很難應(yīng)用C語言成功編寫出完整的CAN通信程序，但是應(yīng)用基于模型設(shè)計(jì)的代碼自動(dòng)生成技術(shù)后，學(xué)生能快速地搭建CAN網(wǎng)絡(luò)與編寫出通信程序，對于CAN的理解也較為深入。

3.以實(shí)踐為紐帶，擴(kuò)充課堂教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。實(shí)踐是認(rèn)識(shí)事物的不可或缺的環(huán)節(jié)。在本課程的學(xué)習(xí)過程中，在實(shí)踐模塊中的大作業(yè)中設(shè)置了3個(gè)較為綜合性的命題，要求學(xué)生在課后通過自我組隊(duì)，自主學(xué)習(xí)完成。在項(xiàng)目執(zhí)行的過程中，學(xué)生帶著問題在課堂外與老師討論。在完成這些大作業(yè)的過程中，學(xué)生需要自行查閱文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)軟件（例如仿真軟件Matlab/Simulink、電路圖繪制軟件PROTEL、上位機(jī)圖形化編程軟件Labview等）。通過這種團(tuán)隊(duì)合作完成的方式能夠帶動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，將課程教學(xué)擴(kuò)充到課外，提高學(xué)生的解決復(fù)雜工程問題的能力。通過近兩年的實(shí)踐表明，這種變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)的方式有效的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生普遍表示通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)會(huì)了主動(dòng)思考，提高了解決問題的能力，同時(shí)也理解了課程相關(guān)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

4.通過綜合考評的方式，全面評價(jià)學(xué)習(xí)效果。在本課程的實(shí)施過程中，改變原來筆試成績（70%）+平時(shí)成績（30%，主要考核指標(biāo)為出勤）的情況，采用了一種綜合考評的方式。這種考評方式的基本構(gòu)成如下：（1）筆試，閉卷考試，主要對一些基本的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行考核，占考試成績的40%。（2）實(shí)踐考核。大作業(yè)的考核形式為大作業(yè)的完成情況，研究性課題的考核形式為以小組進(jìn)行答辯，每位同學(xué)對自己負(fù)責(zé)的部分進(jìn)行講解，教師綜合小組完成情況及個(gè)人貢獻(xiàn)評判每位學(xué)生的成績，該部分成績的比重為40%。（3）其他部分。該部分成績比重為20%，主要為實(shí)驗(yàn)部分及平時(shí)表現(xiàn)情況。實(shí)驗(yàn)部分主要考核三個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成情況，平時(shí)表現(xiàn)如綜合出勤情況、課題表現(xiàn)情況等給出分?jǐn)?shù)。

5.教師輔導(dǎo)方式的改革。在上海市實(shí)施的本科教學(xué)激勵(lì)計(jì)劃中，明確要求教師對課程進(jìn)行集中輔導(dǎo)與答疑。本課程利用答疑與輔導(dǎo)時(shí)間對同學(xué)們在基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)及實(shí)踐過程中出現(xiàn)的疑惑進(jìn)行解答，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考與自主學(xué)習(xí)。

四、結(jié)語

針對“汽車電子控制技術(shù)”課程的特點(diǎn)，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方法、考核方式等進(jìn)行改革與實(shí)踐。以學(xué)生需求為中心，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組與優(yōu)化；以實(shí)踐創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力；以企業(yè)實(shí)際需求為基礎(chǔ)，引入新技術(shù)與新方法，簡化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，通過現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；以綜合考評的方式全面評價(jià)教學(xué)效果。教學(xué)實(shí)踐表明，通過這些改革，能有效的提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力與解決工程問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]沈勇，龐寶剛，宋吉偉.動(dòng)力系統(tǒng)嵌入式ECU開發(fā)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)[J].柴油機(jī)，2005，27（2）：13-17.