地方院校研究生野汽车系统动力学冶课程教学改革实践

1、地方院校研究生野汽车系统动力学冶课程教学改革实践杨秀建yang xiu-jian曰李海青li hai-qing曰高晋gao jin曰陈蜀乔chen shu-qiao 曰李耀平li yao-ping(昆明理工大学，昆明650500)(kunming un iversity of scie nee and tech no logy, kunming 650500, china) 摘要：“汽车系统动力学”是车辆工程专业研究牛的重要专业课程，木 文针对课程教学内容差异大、教材建设滞后及教学方法单一的现状，并考虑地方 院校牛源的实际情况，对该课程从教学内容、教学方法和考核方式进行教学改革 实践的探讨，以

2、期探索适合地方院校实际情况且行之有效的课程教学方案，保证 研究牛的培养质量。abstract: "vehicle system dynamics" is a principal course for the automobile engineering postgraduates for the actual situati ons ofgreat teachi ng content differe nee and deficie ncy of teachi ng ways, especially con sideri ng the actual capability of

3、 territorial universitystudents, this article aims to investigate on the teachi ng reform of the course from the viewpoi nts of teachi ng content, teachi ng and testingways in order to improve the quality of postgraduates.关键词：车辆工程；汽车动力学；研究牛课程；教学改革key words: vehicle engineering； vehicle dynamics； pos

4、tgraduate courses； teachi ng reform中图分类号：g642文献标识码：a文章编号：1006-4311 (2014)20-0221-040引言近年来，世界汽车工业发展异常迅速，汽车新技术层岀不穷，汽车产业 的快速发展对高层次汽车工程技术人才培养的要求越来越高。各大主机厂及零部 件厂商都加大了人才的引进和培养力度，从学历层面看，研究生已成为汽车技术 研究和汽车产品开发的主力。车辆工程作为典型的工科专业，目前在高层次人才 培养方面面临的一个突出问题的是研究生的应用实践能力和技术创新能力不足， 这是用人单位反映较多的一个问题。导致这种情况的原因很多，包括课程教学、 课题

5、研究、培养单位的师资力量和硬件平台等，据笔者近几年的教学和人才培养 体会，研究生的课程教学是影响其创新能力的一个重要方面。课程学习作为研究 生获得专业基础理论和学科系统知识的主要途径，是培养研究生科研思维和创新 能力的基础，世界发达国家一流大学的研究生教育都高度重视课程学习，忽视研 究生的课程学习会造成其基础理论和知识的欠缺，从而阻碍科研思维的形成和创 新能力的培养。“汽车系统动力学”是昆明理工人学车辆工程专业硕士研究生 的专业学位课，作为专业主干课程其教与学的情况将直接影响车辆工程研究生的 培养质量。昆明理工大学属西部地方理工院校，受学校层次及地理位置等因素的影 响，研究生一志愿报考率低，多

6、数为调剂，学生的专业基础普遍薄弱，自主学习 研究的能力较差，这都与重点院校存在明显的差距，因此地方院校研究生培养单 位有必要根据实际情况对研究生课程教学等培养环节进行专门设计。在此背景下, 结合该校的实际情况对车辆工程专业研究生“汽车系统动力学”课程教学进行了 改革实践，该项目系“昆明理工大学研究生百门核心课程建设计划”资助项目， 本文重点对该课程的课程内容、教学方法及考核等环节的改革实践进行了探讨， 提出了相应的改革建议。1课程教学存在的问题截止目前，该校研究生“汽车系统动力学”课程已讲授了五届学生，教 学内容和授课方法都在不断完善；在参考国内外相关教材、科研文献的基础上， 基本上形成了自己

7、的一套课程内容体系；与教学内容相适应，教学方法和考核方 式也都有了很大的改变。总体而言，课程内容存在的问题最多，是此次课程教学 改革的重点。与课程内容直接相关的是教材问题。随着汽车技术的发展汽车动力学的 内容范畴也在不断丰富扩展，从国内外汽车动力学教材建设来看，汽车动力学教 学内容还没有相对统一的范围。国内目前倾向于建设“汽车系统动力学”与“汽 车理论”两门不同的课程，其中“汽车系统动力学”课程主要是针对车辆工程专 业的研究生开设，本科阶段开设很少，即使开设一般也都是作为选修课，而本科 主要开设与之相近的核心专业课程“汽车理论”。这两门课程的整体内容有一定 的相似性，但是内容的深度、广度和侧重

8、点不同，因为研究生课程需要体现前沿 性和探究性的基本属性，所以“汽车系统动力学”课程会包含一些前沿性的技术 问题，还会介绍与汽车动力学有关的研究思路、分析设计方法及研究设计工具等。 在国外，欧美国家的著作以“汽车动力学”或“汽车动力学与控制”命名的较多， 教材内容范围一般较为宽广，涵盖了‘轮胎力学’、slsquo;汽车空气 动力学’> &isquo;操纵动力学基础’> ‘汽车悬架系统特性 ’‘汽车振动与垂向动力学’、

9、&isquo;汽车动力学控制’ 及‘汽车辅助驾驶系统’等内容，不同著作的内容范围不同2-6；日 本的著作一般以“汽车操纵稳定性”进行命名，内容以汽车操纵稳定性为重点的 横向动力学及控制为主，对汽车其他行驶性能，诸如汽车振动、驱动和制动的动 力学分析和控制问题关注较少7,8o由于科研体制、评价机制等原因，国内研究 生教育重科研轻教学，研究生课程教学没有引起普遍重视，主要担负研究生教学 培养任务的学者教授多忙于科研工作，课程教学投入精力少，研究生教材建设还 严重不足，其中上海交通大学喻凡教授的汽车系统动力学是国内学者编著的 具有代

10、表性的一部教材9。据调研，国内车辆工程专业研究生培养单位“汽车 系统动力学”课程所用的教材或讲义情况不一：其中结合科研自编讲义的较多， 自编讲义的单位般都具备一定的实力，水平较高，而另一方面自编讲义没有统 一标准，不同培养单位的教学内容差别可能很大，导致同一专业的学生的知识结 构不均衡；一部分单位采用选取国内或国外某一部或某几部教材的方式，选择其 中部分内容或者再在此基础上外延部分内容进行讲授，从而形成自己的教学内容； 还有个别单位对研究生课程教学管理不严或者缺少对口的授课教师，所以没有固 定的参考教材资料，课程内容范围不明确，课程教学落实不彻底。因此，在此背 景下该课程的教学效果很大程度上取

11、决于所在培养单位的情况，培养单位需要在 保证本专业课程基本教学内容的基础上结合本单位的实际情况进行课程内容的 建设。优质的课程内容是良好课程教学效果的根源，而优质课程内容也需要先进 的教学方法及考核方式等教学环节与之匹配才可能实现预期的教学效果。目前, 研究生教学仍然以老师为主体，按照教材的编排顺序按部就班的讲授，学生被动 的接受。“汽车系统动力学”课程以力学为基础，随着汽车技术的发展还涉及到 多体动力学、动态系统稳定性及控制理论等领域的知识，理论性强，内容多，传 统的满堂灌式讲授方式枯燥晦涩，不但学生理解接受困难而且占用大量的学吋, 挤压了其它教学内容的课时，特别是课吋有限而教学内容又在不断

12、增加，教学方 式需要相应的改变。而口对地方院校而言，生源的知识基础、学习的自主性和接 受能力与重点院校都有差距，授课及考核方式不能千篇一律、生搬硬套。因此有 必要针对课程内容并结合学生的实际特点探索适合本单位的高效的授课方法及 考核方式。2课程教学的改革思路研究生的培养目标是课程教学改革实践的主要依据，根据中华人民共 和国学位条例第五条，我国硕士研究生的培养目标是“在本门学科上掌握坚实 的基础理论和系统的专门知识，具有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作 的能力”。因此，研究生课程内容需要兼顾基础理论知识面和创新能力的培养， 要以研究为主导思想，充分体现对科研训练的支撑作用，要有助于科研思维

13、和自 主科研习惯的培养10 o首先，在课程的内容范围方面，要保证内容的全面性和前沿性，把学科 领域的新技术新知识补充到教学内容。车辆工程作为典型的工程技术专业，与基 础学科不同，知识内容更新快，例如近年来汽车底盘控制技术发展很快，汽车防 抱死制动控制系统（abs）、汽车稳定性控制系统（esp）等均与汽车动力学密切 相关，汽车动力学控制技术已成为汽车动力学理论的重要组成部分，因此一些教 材已将这部分内容纳入其中；此外，汽车动力学研究分析方法及工具也在不断发 展，如基于多体动力学理论的汽车动力学建模和汽车动力学仿真软件工具的广泛 应用，这些建模方法和仿真工具是研究生进行课题研究的垂要手段，所以也有

14、必 要纳入教学内容，有助于研究生快速切入课题研究。尽管如此，“汽车系统动力 学”课程要形成统一的内容范畴还是比较困难，因为课吋有限而内容繁多，培养 单位可以在保证传统经典汽车动力学理论的基础上，根据本单位的科研方向特色 选择相应的内容进行讲授。学术探究性是研究生课程内容设置的重要特征之一, 但是现在研究生课程“研究性”弱化的趋势明显，“研究性”内涵降低，课程内 容普遍忽视研究方法论的自觉意识和能力培养，削弱了研究生研究能力的发展 llo传统纯理论性的教学内容编排对工科研究生教学来说与实际脫离严重，一 方面理论晦涩难懂，另一方面不容易与实际应用联系在一起，结果是理论理解不 深更不会应用，也就没法

15、锻炼研究生的科研思维和创新能力，因此有必要在重要 的理论内容部分安排完整的应用实例，做到理论与应用结合。实际上，与汽车动 力学相关的应用实例很多，所以“汽车系统动力学”课程很适合安排应用实例作 为课程内容，通过实例理解理论效果事半功倍，对地方院校的研究生教学来说尤 其如此。为充分发挥教学内容中应用实例的作用，需要改变以往老师为主体和一 味讲理论的授课方式，从而将独立思考、批判性思维、创新建构、复杂性研究等 方法论融入课程教学中llo课程考核是保证教学质量的重要环节，试卷考试、 课程论文都是常用的考核方式，对研究生课程尤其是研究生专业课程而言，单独 通过试卷考试进行考核较为片面，特别是科研思维、

16、创新能力和解决实际问题的 能力难以真正考核。目前，在教育教学研究领域教学方法已有较多研究，但各种 方法都不是万能的，还需要针对具体的学科课程具体对待。3课程内容改革实践3.1夯实汽车动力学基础理论尽管汽车技术发展很快，汽车动力学理论 也在不断丰富拓展，但一些经典内容即汽车动力学基础理论部分在不同的著作里 均会涵盖，这部分内容作为课程内容的基础相对固定，并且必须保质保量完成。 车辆工程专业本科阶段已经开设了 “汽车理论”课程，因此研究生“汽车系统动 力学”课程内容要避免与本科“汽车理论”过多重复，且还要侧重于“动力学” 这一点。基于上述原则，汽车动力学基础理论部分主要讲授以下内容：淤轮胎力 学，

17、包括车轮阻力、轮胎滑移、轮胎侧偏特性、轮胎模型与轮胎力。于汽车空气 力学，包括气流运动基础、气动力与气动力矩、汽车空气动力学设计。盂汽车纵 向动力学，包括动力系统一传动系统一车轮一整车驱动动力学建模、车轮滑移调 节。榆汽车操纵动力学基础，包括：线性二自由度单轨车辆模型、稳态转向特性、 横摆稳定性、动态转向特性。虞汽车侧倾与整车动力学，包括：侧倾动力学建模、 侧倾对整车动力学的影响。愚汽车振动与垂向动力学，包括：双质量1/4车辆 模型振动特性、双轴俯仰半车模型振动分析、整车模型振动分析、主动控制悬架 设计。3.2汽车动力学相关教学内容拓展由于现有著作教材内容存在一定的 差别，研究生培养单位在夯实

18、汽车动力学基础理论基本教学内容的基础上，可以 结合自身情况如学时、生源、科研特色等对课程内容进行拓展延伸，笔者结合昆 明理工大学的实际情况拓展了 “理论内容”和“应用实例”两个大方面的内容, 在此给出仅作探讨交流。其中，拓展的“理论内容”主要包括‘悬架与操 纵动力学’> &isquo;汽车动力学控制’和‘汽车动力学建模与仿 真’三个方面。汽车悬架与其操纵稳定性关系密切又复杂，涉及到悬架结 构及kc特性参数、车轮定位参数等汽车操稳性的影响，属于汽车底盘调校的范 畴，是汽车底盘开发的关

19、键技术,但多数汽车动力学教材都不包含这方面的内容, 有的院校在本科或者研究生培养阶段开设专业课“汽车底盘设计”对其进行讲授, 而昆明理工大学没有开设“汽车底盘设计”课程，所以把这方面内容拓展到“汽 车系统动力学”课程。汽车动力学控制已成为汽车动力学的重要组成部分，在近 几年的汽车动力学教材中出现较多，并且一般占据篇幅较大，但是由于涉及到汽 车动力学、动态系统控制理论、汽车动力学控制系统结构及设计等内容，所以各 教材尽管都有涉及但内容差别较大，教学内容还需要结合实际进行凝练；因此, 该校主要讲授三个方面，即汽车动力学控制原理、汽车动力学控制系统、汽车动 力学参数估计。计算机建模与仿真是汽车动力学

20、问题研究和汽车产品研发的重要 手段，行业内的专业软件如adams、carsim/trucksim等都达到了较高的精度水 平，应用广泛。研究生因理论基础不扎实并且对软件的建模思想理解不透彻，经 常会出现建模时考虑问题不周到、仿真错误不会调试、仿真结果不会分析等问题。 通过课程教学对汽车动力学建模与仿真进行讲授，学生除了可以了解行业标准软 件的建模思想，还可以了解模型背后深层次的汽车动力学原理。应用实例基于matlab> adams> carsim/trucksim软件平台设计了近十 个建模仿真及控制系统设计的应用案例，包括“基于matlab的整车动力学建模 与仿真”、“基于matla

21、b/simulink的abs/tcs控制系统设计与仿真”、“基于 matlab/simulink的主动悬架系统设计与仿真”、“基于carsim-simulink联合仿真 的汽车稳定性控制系统设计”、“基于adams的整车动力学建模与仿真分析”、“基于adams的汽车悬架建模与kc特性分析”等。汽车动力学应用实例作为 拓展的教学内容，是本课程建设的特色之一，按照“昆明理工大学研究生百门核 心课程建设计划”项目的建设要求，应用实例的源程序文件都已上传至网络教学 平台，供学生下载练习。在内容组织上，应用实例放在相应章节理论教学内容的 后面，在教学中可以选择部分实例作为课堂教学内容，辅助理解掌握汽车动

22、力学 有关理论。应用实例还可以为教学方法提供更多选择以提高教学效果，可以尝试 在应用实例中讲解汽车动力学理论的教学方法。通过应用实例进行研究锻炼，有 利于研究生科研思维和创新能力的培养。4教学环节改革实践教学环节改革实践主要包括教学方法和考核方式的改革，结合上文给出 的课程内容改革方案探讨相应的教学方法和考核方式，教学环节是课程内容有效 实施的重要保障。4.1教学方法改革根据教学内容，尝试采用纯理论教学、直接项目实例 教学和项目实例训练相结合的教学方法，并且启发式教学贯穿于整个教学过程。 在具体实施时，首先要保证汽车动力学基础理论内容，‘轮胎力学’、 &

23、amp;lsquo;汽车纵向动力学’> &isquo;汽车操纵动力学基础’和8dsquo; 汽车垂向振动’这几块内容基础性理论性强，是汽车动力学重要的理论基 础，要求学生必须掌握，所以采取纯理论教学的方式在课堂上板书讲授。对一些 与实际应用联系较强的汽车动力学问题如‘悬架与操纵动力学’、& isquo;汽车动力学控制’和‘汽车动力学建模与仿真’这几块 内容实例库中都有具体的应用实例，所以采取直接项目实例教学，即直接

24、从具体 的项目实例开始讲授，在讲授中涉及到什么汽车动力学理论再对其进行详细讲解, 有了纯理论教学时汽车动力学理论基础的保证，这里不再追求汽车动力学理论的 完整性而强调其结合应用的深刻理解，此外还可以根据需要进行教学内容的拓展, 以开阔学生的视野，扩大知识面。例如通过悬架kc特性仿真分析实例取代纯理 论板书讲授可以更好的解释车轮定位参数、悬架结构类型及参数等对汽车操稳性 的影响。除了课堂上讲授的实例，实例库中的其它应用实例作为训练项目，釆取 项目实例训练的教学方法在机房上机完成，在这块教学内容中学生是主体，老师 主要进行监督和答疑解惑，充分发挥研究生独立性和主动性。此外，考虑到教学内容、学吋以及

25、地方院校学生的特点，我们本着减少 纯理论授课时间而增加应用实例讲授及训练的时间，对地方院校的研究生来说培 养其工程应用能力更具现实意义。因为对一些理论性很强的内容即使花费较长吋 间去讲解学生在课堂上彻底理解也比较困难，并口单纯讲理论学生的学习兴趣不 高，也难以集中精力。这种方法并不是不重视理论基础，而是增加应用实例的教 学的间，教学效果更好。课堂上没有完全理解的理论内容由学生课下靠自学去掌 握。启发式教学贯穿整个教学过程，尤其是在纯理论教学部分要充分发挥启 发式教学的优势，帮助学生集中精力以跟上讲课节奏，也有利于学生理解晦涩抽 象的理论。4.2考核方式改革汽车动力学建模与仿真是“汽车系统动力学

26、”课程的 重要的教学内容，建模与仿真分析操作能力能够反映出学生的理论应用能力、创 新能力和解决实际问题的能力，在课程内容中引入应用实例为考核方式提供了更 多的选择。笔者认为，对工程专业的研究生来说闭卷考查其知识点的掌握情况意 义不是很大，考核的重点应放在知识的理解应用、创新能力和工程实践能力。因 此，结合课程内容和教学方法，我们从课堂冋答参与、上机建模仿真实训和课程 论文三个方面进行考核，分别占20%、30%和50%。其中前两个方面是平吋学习 表现，尤其是上机建模仿真实训还是能够反映出学生的实际操作能力和创新能力, 可以对其学习情况作岀较为客观的评价；最后的课程论文主要考察学生的知识面、 对汽车动力学内容体系的整体把握和运用思路，通过课程学