虛實結(jié)合的汽車底盤構(gòu)造智慧教學(xué)方法研究

金智林

摘 要：汽車底盤構(gòu)造是車輛工程專業(yè)的必修課程，是從事汽車設(shè)計、制造與研發(fā)人員必備的基礎(chǔ)知識。本文根據(jù)汽車底盤構(gòu)造知識點教學(xué)特征，分析傳統(tǒng)教學(xué)方法中存在的一些問題;針對現(xiàn)存問題，探索虛實結(jié)合的汽車底盤構(gòu)造智慧教學(xué)方法，包括利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)視頻資源實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂自主學(xué)習(xí)、設(shè)計虛擬零部件拆裝環(huán)境互動式學(xué)習(xí)、以及現(xiàn)場實物講解答疑式學(xué)習(xí)、在教學(xué)實踐中巧妙融入思政元素、根據(jù)汽車底盤構(gòu)造特點改革考核辦法等，解決了汽車底盤構(gòu)造教學(xué)過程中理論與實踐難以有效結(jié)合及校內(nèi)教學(xué)資源與空間不足等問題，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生家國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識。

關(guān)鍵詞：智慧教學(xué) 汽車底盤構(gòu)造 虛擬拆裝 翻轉(zhuǎn)課堂

1 概述

汽車作為現(xiàn)代交通工具已逐漸走進(jìn)千家萬戶，據(jù)統(tǒng)計2020年我國汽車保有量達(dá)2.81億輛，汽車駕駛?cè)藛T達(dá)到4.18億，且隨著新能源汽車及智能網(wǎng)聯(lián)汽車的興起，汽車工業(yè)再一次成為了整個社會關(guān)注的熱點。電動汽車、氫燃料汽車、混合動力汽車等已成為各大汽車企業(yè)的新增長點，而高級輔助駕駛ADAS、無人駕駛技術(shù)的發(fā)展更催生了汽車行業(yè)蜂擁而起的造車新勢力。以汽車為載體，交叉融合智能網(wǎng)聯(lián)、信息通信、芯片技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等已成為各國科技角逐的焦點。

信息化、網(wǎng)絡(luò)化的新技術(shù)飛速發(fā)展可有效提高汽車行駛的安全性、舒適性和行駛效率，賦予了汽車工業(yè)新的發(fā)展機遇，但也給汽車底盤提出了更高要求。傳統(tǒng)的純機械式汽車底盤已經(jīng)難以滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的需要，汽車集成底盤線控技術(shù)需要更快地發(fā)展和不斷改進(jìn)。因此，培養(yǎng)更多從事汽車底盤的專業(yè)人才適應(yīng)新時代汽車行業(yè)發(fā)展的要求，已是當(dāng)務(wù)之急。

汽車底盤構(gòu)造課程是車輛工程專業(yè)的必修課程，是車輛工程專業(yè)學(xué)生最先接觸的專業(yè)課程，在汽車類專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中占有舉足輕重的地位，是銜接基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的紐帶，更是從事汽車底盤專業(yè)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)課程和必備課程[1，2]。課程介紹各種汽車底盤的總體構(gòu)造、工作原理和使用性能等，旨在通過對各種有代表性的底盤典型結(jié)構(gòu)的具體分析，討論汽車底盤結(jié)構(gòu)的規(guī)律性知識;比較系統(tǒng)地闡述汽車底盤的整體構(gòu)造和零部件結(jié)構(gòu)及其他們的工作原理等。具體包括：四大總成（傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系）的組成、結(jié)構(gòu)、布置、工作原理和使用性能等。使學(xué)生能夠較為深入地掌握汽車底盤基本結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律，掌握汽車各總成和零部件的工作原理以及使用性能等方面的專業(yè)知識，為將來在汽車行業(yè)中能夠順利地承擔(dān)汽車設(shè)計和制造任務(wù)打下堅實的基礎(chǔ)，更好地服務(wù)于我國的現(xiàn)代汽車工業(yè)領(lǐng)域。隨著汽車集成底盤線控技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車底盤構(gòu)造課程教學(xué)也需要不斷更新和改進(jìn)。虛擬拆裝可有效解決汽車底盤構(gòu)造教學(xué)實踐不足、教學(xué)資源緊缺問題[3]。線上+線下的混合教學(xué)也被認(rèn)為是汽車底盤構(gòu)造教學(xué)的有效模式，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[4]。因此，本文結(jié)合教學(xué)實踐，提出了虛實結(jié)合的汽車底盤構(gòu)造智慧教學(xué)方法。

2 汽車底盤構(gòu)造教學(xué)特點與問題分析

2.1 汽車底盤構(gòu)造課程教學(xué)特點

（1）種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜

汽車底盤構(gòu)造課程主要特點是具體的底盤結(jié)構(gòu)非常多，不同類型的汽車底盤構(gòu)造不盡相同，而在短短的課堂時間內(nèi)很難完成所有汽車底盤結(jié)構(gòu)的介紹。而且對每一臺汽車底盤而言，其結(jié)構(gòu)也是十分復(fù)雜，由很多的系統(tǒng)總成及零部件組成。

（2）知識點多且互相獨立

汽車底盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成汽車底盤構(gòu)造課程的知識點很多，大大小小知識點超過五十個。且每一個系統(tǒng)總成都有自己的知識體系，系統(tǒng)總成的知識點之間相對獨立，相互影響不大，因此適合專題式教學(xué)模式。但每個知識點難易程度不一致，有的知識點內(nèi)容很多，例如變速器的傳動機構(gòu)，可能一個專題時間不夠用;而有些知識點內(nèi)容很少，例如汽車車架部分，難以單獨支撐一個教學(xué)專題。

（3）涉及知識面廣，多學(xué)科交叉

汽車底盤結(jié)構(gòu)涉及知識面很廣，包括力學(xué)學(xué)科的理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程知識，機械工程學(xué)科的機械設(shè)計、機械原理、工程材料學(xué)等課程知識，以及電子控制、液壓傳動等學(xué)科基礎(chǔ)知識[5，6]。例如液力自動變速器需要具備液壓傳動、機械設(shè)計、電子控制等相關(guān)基礎(chǔ)知識。因此汽車底盤構(gòu)造是一門多學(xué)科交叉的課程，在學(xué)習(xí)汽車構(gòu)造課程之前需要學(xué)習(xí)這些課程的基礎(chǔ)知識。

（4）要求較強空間思維感，實踐性強

汽車底盤中標(biāo)準(zhǔn)的零部件，也有一些專用的零部件。這些專用的零部件對學(xué)生的空間思維能力要求較高，如果學(xué)生缺乏對機械結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，會影響他們的空間想象能力，進(jìn)而影響對汽車底盤具體結(jié)構(gòu)的理解。例如變速器中的慣性同步器，其中的鎖環(huán)、接合套、齒圈、花鍵轂等配合工作時，學(xué)生需要通過二維圖紙及三維結(jié)構(gòu)之間不斷切換，才能更好的掌握零部件的功用及原理。針對該課程的理論與實踐結(jié)合非常緊密特點，很多高校建設(shè)有專門的實景教學(xué)教室，結(jié)合整車和具體零部件輔助課堂教學(xué)。

（5）車型更新?lián)Q代快

隨著混合動力汽車、純電動汽車等新能源汽車的不斷更新?lián)Q代，汽車傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了很多變化，很多結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車底盤結(jié)構(gòu)大相徑庭，因此需要在課堂上不斷補充相關(guān)知識。例如混合動力汽車為實現(xiàn)節(jié)能減排目的，僅在傳動系統(tǒng)上就創(chuàng)新了多種不同的連接結(jié)構(gòu)。

2.2 現(xiàn)存問題分析

（1）知識點不斷增加與課時不斷壓縮的矛盾

傳統(tǒng)的汽車底盤構(gòu)造介紹四大系統(tǒng)及系統(tǒng)的每一個部件，隨著電動汽車、混合動力汽車、無人駕駛汽車的發(fā)展，新的底盤部件不斷涌現(xiàn)，例如各種形式的自動變速器、線控制動系統(tǒng)等，因此教學(xué)知識點不斷增加。而目前很多高校對本科生的培養(yǎng)學(xué)分和理論課時不斷壓縮，尤其是專業(yè)課程的課時。

（2）理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)

汽車底盤的結(jié)構(gòu)部件繁多且原理復(fù)雜，很多知識點需要學(xué)生動手實踐才能進(jìn)一步鞏固[7-9]，但很多高校教學(xué)資源有限，很難滿足所有零部件現(xiàn)場實物實踐教學(xué)的要求。采用理論教學(xué)結(jié)束后集中拆裝實踐雖是一種理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法，但很多學(xué)生對理論知識理解不深，且實踐教學(xué)大多分組拆裝，很難照顧到每一位學(xué)生的實際情況，造成大部分學(xué)生實踐環(huán)節(jié)走過場，難有收獲。

（3）課程思政教學(xué)內(nèi)容少

課程思政指以構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把“立德樹人”作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念，在專業(yè)課程中做好課程思政尤其重要[10]。傳統(tǒng)汽車底盤構(gòu)造教學(xué)大都僅在緒論章節(jié)介紹中國汽車工業(yè)發(fā)展中穿插老一輩科技工作者的艱苦奮斗、大國工匠等思政點，后續(xù)課程思政涉及很少。

（4）考核方式與課程特點不相符

傳統(tǒng)的考核方式采用一考定勝負(fù)，有些同學(xué)雖然知識掌握不踏實，憑借考前死記硬背，也能取得很好成績。考試卷的內(nèi)容經(jīng)常出現(xiàn)選擇、填空、名詞解釋等基礎(chǔ)性題型，給了學(xué)生死記硬背的壓力和高分機遇，同時也降低了學(xué)生去學(xué)通學(xué)懂底盤零部件的構(gòu)造和原理的學(xué)習(xí)動力。

3 虛實結(jié)合的汽車底盤構(gòu)造線上線下混合智慧教學(xué)方法

針對以上存在的問題，基于雨課堂智慧教學(xué)工具，充分利用學(xué)堂在線等已有的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，課程組進(jìn)行了汽車底盤構(gòu)造的虛實結(jié)合的線上線下智慧教學(xué)實踐。根據(jù)汽車底盤構(gòu)造知識學(xué)習(xí)的特點，結(jié)合智慧教學(xué)手段，打造汽車底盤構(gòu)造課程高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的目標(biāo)。

3.1 翻轉(zhuǎn)課堂模式，自主學(xué)習(xí)

基于雨課堂智慧教學(xué)工具開展線上線下混合式教學(xué)，教學(xué)課件圖文并茂來幫助學(xué)生理解，并及時補充更新知識點。一方面利用已有的線上資源，包括學(xué)堂在線網(wǎng)上清華大學(xué)汽車底盤構(gòu)造課題組錄制的汽車構(gòu)造視頻及中國MOOC網(wǎng)站江蘇大學(xué)錄制的汽車構(gòu)造視頻，引導(dǎo)學(xué)生課前認(rèn)真學(xué)習(xí)，了解知識點內(nèi)容;另一方面線下課堂教學(xué)中認(rèn)真設(shè)計課件，增加問題導(dǎo)向、過程考核、新知識擴展等方式滿足不同層次學(xué)生對課程內(nèi)容的需求，與線上資源形成互補。學(xué)生課前課后自主學(xué)習(xí)，教師在課堂講解各知識點的重點及組織學(xué)生討論難點內(nèi)容，回答學(xué)生的提問，即能讓學(xué)生學(xué)透明白各零部件結(jié)構(gòu)及工作原理，又可節(jié)省一些學(xué)生自學(xué)能看懂的知識講解時間。

3.2 虛擬環(huán)境拆裝，寓學(xué)于樂

為解決實踐教學(xué)資源不足和實踐教學(xué)時間限制問題，開發(fā)虛擬實踐教學(xué)平臺。一方面通過課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計讓學(xué)生建立一些理論難點的部件三維透視圖和爆炸圖，例如圖1所示循環(huán)球式動力轉(zhuǎn)向裝置。后續(xù)學(xué)生則可與課堂理論學(xué)習(xí)同步實現(xiàn)該虛擬拆裝部件，充分理解循環(huán)球式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)造和工作原理。另一方面與企業(yè)合作開發(fā)汽車底盤部件的虛擬拆裝平臺，例如圖2所示自動變速器虛擬拆裝平臺。

這種虛擬拆裝環(huán)境設(shè)計3D立體化的畫面，現(xiàn)實感真實，可直觀看到每個部件之間的空間位置關(guān)系。虛擬環(huán)境拆裝不限定學(xué)習(xí)場所和時間，學(xué)生可以反復(fù)拆裝，真正學(xué)懂學(xué)透知識點。對于青年學(xué)生來說，這種學(xué)習(xí)過程感覺和玩游戲一樣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，起到寓學(xué)于樂、寓玩于學(xué)的效果。

3.3 部件實物講解，答疑解惑

汽車底盤構(gòu)造中零部件繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，課堂上對照零部件實物進(jìn)行理論講解，可以幫助提升學(xué)生的空間想象力。

對于一些結(jié)構(gòu)很復(fù)雜但體積不大的零部件（例如同步器、圖3所示循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器等），可以帶上實物到教室，一邊展示實物一邊講解工作原理。而對于體積和重量大的部件系統(tǒng)，則通過少量實驗室現(xiàn)場講解方式展示。

針對實物講解知識點的重點和難點，回答學(xué)生圍觀零部件后提出的疑問，同時準(zhǔn)備一些現(xiàn)場問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

3.4 融入課程思政，潤物無聲

堅持教書與育人相統(tǒng)一，挖掘并積累思政元素，以“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的形式，隱性融入汽車底盤構(gòu)造課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，在傳授汽車底盤構(gòu)造知識的同時，引領(lǐng)學(xué)生思想、朔造價值觀、及民族品牌汽車振興的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。汽車底盤構(gòu)造一般在大三年級開設(shè)，學(xué)生已學(xué)習(xí)了各類思政、法律課程，但對其應(yīng)用比較模糊，因此結(jié)合專業(yè)知識分析與法律知識的聯(lián)系，可強化學(xué)生對法律知識的理解。例如講解汽車制動系統(tǒng)失效造成事故，課堂討論汽車生產(chǎn)廠家及駕駛員承擔(dān)事故中各應(yīng)承擔(dān)什么樣的法律責(zé)任，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)時刻牢記“生命至上、安全第一”的使命等。

3.5 改革考核方式，提升能力

智慧教學(xué)更需要智慧的考核辦法，針對汽車底盤構(gòu)造知識點多，實踐性強的特點改革傳統(tǒng)的考核辦法。通過課堂出勤、課前材料預(yù)習(xí)及課后作業(yè)考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，降低課堂出勤考核比例;對于一些小的知識點采用課堂提問及課堂小測驗的方式考核學(xué)生課堂認(rèn)真程度及學(xué)習(xí)效果，增加過程性考核的比例;虛擬拆裝報告考核學(xué)生對汽車底盤構(gòu)造知識理論的綜合應(yīng)用能力;期末考試只考開放型的問答題和論述題，且將成績占比控制在50%以下。通過考核辦法要求學(xué)生主動學(xué)習(xí)，通過該課程學(xué)習(xí)能全面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及對汽車底盤構(gòu)造綜合分析和解決問題的能力。

4 教學(xué)實踐效果

經(jīng)過連續(xù)幾年的改革和教學(xué)實踐，取得了幾點教學(xué)實踐效果。

4.1 培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)

對比不同時期國內(nèi)外汽車底盤零部件的結(jié)構(gòu)性能特點，用身邊的人和企業(yè)在汽車底盤零部件創(chuàng)新設(shè)計的貢獻(xiàn)舉例，在課程知識點融入思政元素，增強了學(xué)生的家國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識，以及實現(xiàn)汽車強國、交通強國的使命。

4.2 增強學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣

教師在教學(xué)改革實踐中寓教于樂，虛實結(jié)合的教學(xué)方法豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)形式，讓學(xué)生寓玩于學(xué)，學(xué)生可在輕松的環(huán)境下了解和掌握汽車底盤零部件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和工作原理，獲得汽車底盤的基礎(chǔ)知識及分析解決汽車底盤構(gòu)造問題的能力，吸引了學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)專業(yè)課程打下了牢固基礎(chǔ)。

4.3 幫助學(xué)生更好理論聯(lián)系實踐

課前視頻材料預(yù)習(xí)，課堂理論講述、討論及實物講解，課后虛擬拆裝，加上實驗室集中實物拆裝的組合教學(xué)模式，將汽車底盤構(gòu)造的理論知識與實踐緊密結(jié)合在一起學(xué)習(xí)，克服了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中理論與實踐脫節(jié)的時間上、空間上因素，幫助學(xué)生及時消化汽車底盤構(gòu)造的每個知識點。

4.4 解決校內(nèi)教學(xué)空間和實物資源不足的問題

在原有實物資源的基礎(chǔ)上，建設(shè)虛擬拆裝平臺，減少了實踐教學(xué)對實物空間和人力的需求，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式更加主動、靈活;利用國內(nèi)高校優(yōu)秀的教學(xué)視頻資源開展智慧教學(xué)，充分實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)資源共享，節(jié)約了校內(nèi)教學(xué)空間和實物資源。

5 結(jié)語

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車不斷發(fā)展，汽車底盤構(gòu)造教學(xué)改革也不斷更新，需培養(yǎng)汽車底盤設(shè)計、制造等專門人才適應(yīng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的創(chuàng)新。虛實結(jié)合的智慧教學(xué)方法可激發(fā)學(xué)生對汽車底盤構(gòu)造內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力，幫助學(xué)生在快樂中學(xué)懂學(xué)透汽車底盤構(gòu)造的基礎(chǔ)理論，提升學(xué)生分析和解決汽車底盤復(fù)雜系統(tǒng)問題的能力，適應(yīng)新時代汽車強國、交通強國的發(fā)展需求。

基金項目：2019年度南京航空航天大學(xué)教師教學(xué)能力提升研究課題“汽車構(gòu)造智慧課堂教學(xué)研究”（1901JF0201）。

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