［收稿时间］2023-04-09
［基金项目］教育部产学合作协同育人项目（202102095077）；安徽省虚拟仿真实验教学项目（2021xnfzxm010）。［作者简介］牛礼民（1976—），男，安徽人，博士后，副教授，研究方向为新能源汽车技术、车辆动态性能模拟。
［摘
要］为适应新形势下新工科建设对车辆专业人才培养的新需求，提高学生解决复杂工程问题的能力，文章
从课程内容、案例教学、课程评价机制等方面出发，对车辆系统建模与仿真课程的教学模式提出改进策略，即完善车辆动力学、传动、制动、转向等子系统实验课程内容，针对车辆系统复杂工程问题求解开发相应的案例库模型，结合线上线下混合教学模式，融入课程思政元素，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系，以促进信息技术与教育教学的全面深度融合，探索提高学生工程实践能力和创新能力的车辆系统建模与仿真教学新模式。
［关键词］车辆系统；建模与仿真；教学模式；课程案例汽车构造
［中图分类号］G642［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2023）18-0045-04
September ，2023
University Education
车辆系统建模与仿真是车辆工程专业重要的选修课程，也是车辆工程专业认证标准中毕业要求达成的关键支撑课程，主要讲述车辆各系统仿真模型的构建与模拟，直接关系到后续车辆专业毕业设计实践教育效果和合格汽车工程师的培养。然而，随着汽车行业技术发展的日新月异，现代汽车在结构和工作原理方面发生了很大变化，原有课程教学内容无法满足车辆工程教育新工科建设要求，且车辆工程专业认证也把学生解决复杂工程问题作为重要的毕业要求，因此，传统人才培养方式难以适应新形势下多元化人才培养需求，也不利于车辆工程专业人才创新能力的培养[1]。本文依托现代信息技术，利用MATLAB/Simulink 软件工具，以车辆平顺性仿真教学为案例，融入课程思政元素，探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，使学生学会对车辆平顺性能进行仿真模拟与分析，进一步提高学生解决复杂工程问题的能力，以适应新工科建设和专业认证对车辆工程专业人才培养的要求。
一、目前课程教学中的若干问题（一）课程内容方面
车辆系统建模与仿真技术可以缩短汽车新产品开发周期，降低生产成本，已然成为车辆工程专业高年级本科生必须掌握的专业技能。新技术、新材料的出现使得现代汽车结构与性能发生了很大
变化，比如，汽车底盘悬架系统已经从过去的被动悬架发展到目前的半主动悬架，还在继续向主动悬架
技术方向发展，这就对车辆平顺性建模与仿真教学内容提出了新的要求。汽车转向系统技术已由过去的液压助力转向发展为当下的电动助力转向，再向线控转向技术挺进，相应的车辆操纵稳定性建模与仿真教学内容也应随之更新。新能源汽车技术的出现、电动汽车的等效燃油消耗评价指标的制定等，都对传统车辆燃油经济性建模与仿真教学内容提出了新的挑战，而数字化转型背景对制造业人才协同培育提出了更高的要求[2]。新形势下，车辆系统建模与仿真课程教学内容的数字化设计是当前迫切需要探究的问题。
（二）教学过程方面
在前期的理论教学课堂上，教师首先提出学习内容，以汽车理论课程知识为基础分析车辆性能评价指标和建模过程，结合案例教授学生学习车辆系统建模过程；后期的实验教学是让学生在机房电脑上学习编程操作，重现案例实施过程，目的是让他们加深对汽车组成系统、部件结构、工作原理的认识和理解，培养学生的实践动手能力。目前部分高校的汽车构造实验大都只是一些演示性实验或简单的拆装实验，与车辆系统建模与仿真课程教学内容结合得不紧密，加上学时有限，使得实验课程学习过程如走马观花，学生难以将公式、模型与具体
新形势下车辆系统建模与仿真课程的教学改革研究
牛礼民
贾丰源
张国涛
李明丽
安徽工业大学机械工程学院，安徽
马鞍山
243002
工程问题联系起来[3-4]，教学过程的形成性评价方面有所欠缺，不能很好地达到课程的教学要求。
（三）教学效果方面
从该课程的教学效果来看，由于课程教学方法单一，多以灌输式单向教学为主，车辆模型构建表达式极为抽象，无法调动学生课堂学习的积极性，案例教学仅为学生对教师授课内容的简单再现，缺乏解决复杂工程问题的思路和创新。传统的课程评价方法采用平时作业成绩与期末考试成绩结合的方式，缺少对知识实际运用的考核，无法做到对课程教与学的客观实际评价，教学效果评价难以适应新形势下多元化人才培养的需求，迫切需要在课程教学模式上进行新的探索。
二、课程教学模式的有益探索
针对上述问题，课程教学团队对车辆系统建模与仿真课程教学模式进行了有益探索。
（一）课程教学目标导向
根据新工科建设和专业认证要求，安徽工业大学围绕自身办学特，进一步完善其车辆工程专业的课程教学总目标。该课程以培养学生成为具有人文社会科学素养、社会责任感、职业道德和团队意识的应用型专业技术骨干为目标，使学生掌握现代汽车工程领域的基本理论、专业知识和基础技能，熟练运用现代分析工具和管理技术，能胜任本专业实践领域的工程设计、技术开发、经营管理以及工程科学研究等工作，熟练运用所掌握的知识去解决复杂工程实际问题，服务于车辆工程相关行业且具有一定的国际视野和创新精神；使学生在探究复杂车辆工程问题的同时，通过基础课程和专业课程的学习掌握汽车发动机构造及底盘各组成系统的基本结构和工作原理，了解车辆工程专业技术人才应具备的工程能力和专业素养，进而完善自身以获得社会和用人单位的认可。
（二）教学内容时新设计
车辆系统建模与仿真课程在专业培养方案中与其他课程间的逻辑关系如图1所示。
该课程属于专业选修课，只有以先期课程车辆专业导论、汽车构造、汽车理论、汽车设计为基础，学生才有可能学好本门课。同时，该课程又为后续的毕业实习和毕业设计等实践教学环节提供专业知识技能基础。作为联系专业基础课与实践教学的中间环节，其重要性不言而喻。在汽车技术飞跃和新工科建设的新形势下，该课程教学内容的设计需与时俱进。
在教学过程中我们发现，问题导向的内容教学
设计有助于调动学生思考和学习的热情。在汽车平顺性建模与仿真教学过程中，教师提出“驾车通过校园路面相同的减速带，为什么不同车辆乘坐的舒适性不一样”“为什么乘坐自行车后座比乘坐电动车后座感觉更颠簸”这些与学生生活密切相关的问题，很容易激发学生思考悬架系统对舒适性的作用、车辆平顺性的影响因素等问题。之后，教师进一步引导学生主动探寻平顺性的评价指标等问题，通过牛顿第二定律建立1/4汽车行驶动力学模型、1/2汽车行驶动力学模型，由易到难直至建立整车行驶动力学模型，模拟仿真车辆通过减速带时的平顺性能。可见，设计良好的教学问题可有效激发学生的学习兴趣，增强课堂互动和教学效果。
（三）虚拟仿真技术案例应用
新形势下，车辆新技术、新材料、新工艺层出不穷，虚拟仿真技术利用计算机设备对车辆系统进行性能模拟，具有开发周期短、教学成本低、试验安全性高、灵活性好的优点，是紧跟新工科建设要求的重要教学手段。车辆系统建模与虚拟仿真案例库的开发，使不具备的实验条件转变成可能，极大地拓展了车辆实验课程体系的内容[5]。学生在虚拟环境中模拟实验，演示性实验变成了学生自己动手的实践，这样能有效解决教学过程中学生动手难的问题[6]。另外，还可以教学内容渐进性为主线、以模块化思想为指导，设计车辆系统建模的虚拟仿真实验案例，包括汽车连续换挡加速性能仿真案例、汽车爬坡能力仿真计算案例、汽车制动性能仿真案例、转向梯形仿真计算与优化案例、汽车行驶速度控制仿真案例等。
图2为汽车平顺性仿真案例设计中的悬架示意图，在此二自由度的悬架模型构建过程中，将轮胎等模型抽象成弹簧、阻尼模型，与实物模型一一对应，可使悬架主要零部件的作用一目了然。仿真
图1
车辆系统建模与仿真课程与其他课程间的逻辑关系
过程中，车身垂直加速度信息采用动画屏显，在不同路面激励下的动态跳动使学生仿佛身临其境，感受到来自路面的颠簸冲击，这对车辆平顺性的表征、模拟均起到案例教学应有的作用。
（四）创新实践能力培养体系探索
课程教学改革要始终坚持立德树人根本任务，因此，教师要融入课程思政元素，对学生创新实践能力的培养体系进行有益探索。汽车行业正在经历由人工智能、物联网带来的变革，需要与时俱进、不断挖掘教学内容中的思政元素，到融合更加紧密自然的知识点，实现课程与思政元素更有效的衔接。车辆系统建模与仿真课程可以把中国汽车发展历史、汽车文化等融入课程思政教育，将课程思政建设与中国汽车人的使命相结合，这既为课程思政建设提供了坚实的素材来源，也为汽车类的课程思政建设增加了新
载体、新途径。课程教学改革研究将思政板块与知识板块相结合，深挖教学知识点中的思政元素，提取思政映射点，为课程思政到落脚处，以期解决专业教育与思政教育“两张皮”的问题。弘扬中国汽车人精神，激励学生参加各项科技创新实践活动，以课外科技创新团队的组织形式引导学生投身科技创新实践活动，从工程认知、工程训练到工程创新的细节上，引领学生树立“大工程”观、建立宏思维。通过创新实践能力的综合培养，使学生巩固所学知识，把在创新实践中所学到的理论知识灵活地应用于车辆系统建模与仿真学习中，提高他们解决复杂车辆工程问题的能力，使其养成终身学习的习惯，达到新形势下工程教育对车辆专业学生的培养要求。
三、教学效果评价机制的持续改进
传统课程考核方式普遍采用平时成绩+卷面成绩的模式，而对学生解决复杂车辆工程问题能力的考核未能得到有效体现。课程建设中，课程教学团队将毕业要求达成度细化为多项能力指标点，以课程考核材料作为评价依据，细化量化过程考核指标、合理分配标准的评价权重系数，建立了一套课
程考核评价体系，构建了教学目标、毕业要求指标点、课程支撑内容与权重系数的关系矩阵，对包括
实践教学环节在内的所有课程毕业要求达成情况
进行评价；根据每门课程达成度评价结果，最终计算出毕业要求达成度评价结果。考评体系构建具
体如下：
第一，任课教师在所授课程首节课即告知学生本案例教学内容（如布置课前小任务——运用Simulink 学习车辆平顺性仿真），明确课程教学目标、课程教学方法、课程形成性评价方案等，以保证
案例教学结束时收集资料的完整性和合理性。
第二，在课程教学过程中，任课教师依据课程形成性评价方案，采取多种形式收集学生平时学习情况作为过程性考核与评价的原始资料，如考勤签到、课后作业、课堂研讨、期中考核等。
第三，在课堂测试过程中，学生既可以采用比例积分微分策略，又可以采用模糊控制策略，运用MATLAB/Simulink 软件对车辆悬架模型进行模拟控制。虚拟仿真技术带给学生直观、身临其境的感受，通过分析仿真结果验证控制策略的有效性，学生学会了车辆平顺性的分析方法。案例课堂结束时，任课教师以课堂测试的方式考核学生对仿真案例的掌握情况，通过反馈信息对教学过程进行持续改进。
第四，课程结束后，授课教师按教学大纲要求，以期末考试或课程大作业等形式对学生进行全面考核。授课教师对课程目标达成资料进行整理：对于定量资料，依据课程达成度计算方法，计算课程目标达成值，完成达成情况分析与评价报告；对于非定量资料，依据设计的评价方法分析评价课程目标达成情况。
第五，结合车辆工程专业认证要求，将车辆系统建模与仿真课程目标达成分析与评价报告作为教学资料归档，其内容包括课程目标达成度计算、评价结果、持续改进措施等。此外，还需提交课程小结，内容包含课程的试卷分析、本学期课程教学总结与下学期工作设想（教学方法改革、教学效果、学风情况、课程考核、存在问题、改进措施、改革设想等）等。
目前，本课程教学效果评价机制已在实际教学过程中得到应用。授课教师采取考勤、作业、课堂测试、研讨、期中考核等多种形式对学生学习情况进行形成性评价，按专业认证毕业达成度要求分析课程目标达成情况，在课程教学总结中增加存在问
图2汽车平顺性仿真案例悬架示意图
（下转第59页）Z
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充分重视美育教学的实效性，避免美育课程的表面化和形式化。加强学科渗透，通过建立符合地方理工类高校特点的美育目标、寻求理工类学科的美育课程融入机制、完善理工类高校的美育课程结构体系、加强浸染式美育环境营造等手段，全面提升理工类高校美育课程水平。采用“3+3”的美育课程模式融合科学与艺术，兼备广度与深度，使学生得到人文社科、艺术审美以及专业知识等全方位的教育，从而成为拥有审美能力和审美情操的完整的人。
［参
考
文
献］
［1］中华人民共和国教育部.教育部关于切实加强新
时代高等学校美育工作的意见［EB/OL ］.（2019-
04-02）［2023-03-02］.http ：//v/src⁃site/A17/moe_794/moe_624/201904/t20190411_377
523.html.
［2］许韶平，王海芳.当代大学生审美教育新探［M ］.北
京：光明日报出版社，2013.
［3］叶雨婷.大学美育教育如何“破圈”［N ］.中国青年
报，2021-11-22（7）.
［4］周洪双，李晓东.在理工科大学“遇到”美［N ］.光明
日报，2021-06-23（9）.
［5］王珊.理工类高校开展美育教育的方法与策略研
究［J ］中国高等教育，2020（20）：62-64.
［6］冯哲，任云高.新时期高校理工类专业美育的实施
路径研究［J ］大学，2020（52）：65-66.
［7］李乖宁.论理工科高校美育的“虚”“实”融合［J ］.
创新与创业教育，2021，12（3）：80-85.
［责任编辑责任编辑：：黄紧德］
题、改进措施、改革设想等内容，为新一轮授课教学提供参考。该课程考评体系的应用进一步完善了对专业课程目标达成度的评价。
四、结语
新形势下，通过对车辆系统建模与仿真课程教学内容的问题导向设计，辅以案例教学手段，持续改进课程教学效果评价机制，可对传统车辆工程实验教学起到延伸和拓展的作用，改变课堂教学过程中过分讲授导致学生学习主动性不高、认知参与度不足等问题。课程教学改革过程中，为使学生更好地掌握车辆系统建模与仿真知识，课程教学团队将课程思政元素融入教学中，鼓励学生围绕工程训练项目，结合生活实际积极参加科技创新活动。近年来，该课程教师指导学生获批数十项国家级、省级大学生创新创业训练计划项目，指导学生公开发表多篇科技创新论文，获得实用新型专利多项授权以及中国TRIZ 杯大学生创新方法大赛奖项等，这些成果的取得很大程度上有赖于专业课程培养体系的落实。该课程教学改革研究为新形势下工科学生创新能力的培育提供了新思路。
［参
考
文
献］
［1］张国涛，王孝义，牛礼民.汽车液压与液力传动课
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［5］王家政.构建虚实结合大学物理实验教学课程体
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教学改革与实践：以《车辆系统动力学》课程为例［J ］.教育现代化，2020，7（23）：15-18.
［责任编辑责任编辑：：刘凤华］
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