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第1篇

關鍵詞：車輛工程；控制系統；仿真技術；教學改革

中圖分類號：G642.4文獻標志碼：A文章編號：1002-2589（2015）23-0142-02

由于電子控制技術在車輛工程中的應用發展十分迅速[1]，車載控制系統已成為車輛工程學科里一個重要的研究方向。現代汽車的電控系統數量一般為幾十個，而高檔汽車已高達上百個，電控系統控制器的開發對控制系統理論在具體工程中的應用提出了很高的要求。在車輛工程專業教學中，“控制系統與仿真技術”課程作為本科生的培養內容極為必要[2]。通過本課程的學習，使學生掌握控制系統設計的基本思路和方法，培養學生成為具有分析問題和解決問題能力的創新性人才。本文以安徽工程大學車輛工程專業“控制系統與仿真技術”課程改革為例，介紹教學改革實踐中的一些體會和有益經驗，與同行分享。

一、課程分析

1.課程現狀分析

“控制系統與仿真技術”作為車輛工程學科一門專業選修課，是學生走向科研院所或汽車企業應該掌握的一門課程，安排在第三學年的第二學期，總學時為32學時。本課程僅安排4個學時的實驗，其中控制系統的MATLAB建模和SIMULINK仿真分別為2個學時。“控制系統與仿真技術”原屬于自動化專業的一門專業基礎課，教學以理論講解為主，側重于數理公式的推導。這種教學無法培養學生的動手能力，不利于學生理解控制系統的理論本質，對于MATLAB軟件的一些函數和命令，學生只能依靠死記硬背，降低了學習的積極性，影響教學效果。

“理論力學”和“控制工程基礎”等作為前續課程，學生在學習“控制系統與仿真技術”時已掌握了一定的理論知識，但這些知識點對學生來說是相互孤立的，缺乏對知識體系結構的系統性認識，對具體的理論應用不知所措。“控制系統與仿真技術”教學中對理論過多的講解也會造成教授內容的重復，降低了講課效率，不能充分發揮學生學習的主動性。教學方法采用單一的任務驅動教學法，在任務訓練的后期，任務小組內部容易出現少數學生具有依賴思想，導致抄襲現象經常發生。具體任務主要為傳統控制理論的數字仿真分析，對汽車各種電控系統的工程背景基本沒有涉及，這不利于學生了解本領域的科技進展，任務訓練難以實現應用MATLAB解決實際工程問題。

2.課程定位目標

安徽工程大學車輛工程專業為安徽省首批“卓越工程師教育培養計劃”建設專業，“卓越工程師教育培養計劃”旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才[3]。在“卓越工程師教育培養計劃”引導下，車輛工程專業的培養目標定為：培養德智體全面發展、基礎扎實、誠信實干、綜合素質高、實踐能力強、具有創新精神，從事車輛及其零部件設計、制造、實驗研究以及車輛經營管理等領域的高級應用型專門人才。上述培養目標迫使我們必須改革傳統的教學方法，積極探索富有活力、促進學生全面發展的新型課堂教學方法，激發學生的內在潛能，培養學生的創新能力和工程能力。

在廣泛調研的基礎上，制定了車輛工程專業的培養方案，對專業課程進行了調整，新開設了“控制系統與仿真技術”課程。由于車輛工程專業學科交叉明顯，機械、電子、液壓、控制等課程均有涉及，“控制系統與仿真設計”課程在整個培養體系中的定位如圖1所示。由圖1可知，在培養體系中，汽車的各種電子控制系統，如電控燃油噴射系統、穩定性控制系統、電控轉向系統、車身控制系統、電控懸架系統、巡航控制系統、電控自動變速器和防抱死制動系統等為具體的工程應用。汽車系統動力學、汽車設計、汽車構造、汽車理論、汽車電子、傳感器技術和控制工程基礎等為基礎理論課程。“控制系統與仿真技術”課程作為基礎理論到工程應用的橋梁，在整個培養體系中具有重要意義。

二、課程教學改革措施

1.課程內容優化

根據“控制系統與仿真技術”課程的培養目標，對教學內容進行整合優化，將教學內容劃分為理論教學與實踐教學兩部分。理論教學部分主要完成基本知識點的講解，以汽車中涉及的動力學系統為分析對象，以汽車電子控制系統的設計方法為設計案例，突出課程特色。實踐教學是課程學習的重要內容，在內容設置上力求做到理論聯系實際，重視工程概念在實際問題中的應用，提高學生的工程意識和工程實踐能力。

“控制系統與仿真技術”教材目前主要側重于MATLAB介紹和控制理論的數字仿真等內容，系統地以車輛為研究對象講解如何設計控制系統的教學案例非常少，適合于車輛工程專業學生及工程技術人員閱讀的教材不多。在本次教學改革實踐中，增加了汽車中相關控制系統的設計與應用，以車輛工程專業教師的科研成果為基礎，編排了適合車輛工程專業學生閱讀的教材，其中以汽車電控轉向系統、電機調速控制以及自適應巡航控制系統為主要教學案例，在后續教學中繼續增加相應的內容。在教材內容修訂上，應盡量避免與其他相關課程知識點的重合。

設計工程項目時需遵循三個原則：融合相關教學內容涉及的知識點，并充分覆蓋教學內容；緊跟汽車技術的發展方向，應具有較強的時效性；實施過程中所遇到的問題難度適中，易于激發學生學習的積極性。工程項目分解成實際案例需要與實踐教學內容相結合，案例在功能上具有一定的完備性，且各案例之間保持一定的漸進性，逐步引導學生，避免產生抵觸情緒。實際案例的篩選應以較為成熟的控制系統或具有代表性的控制方法為案例。實際案例討論與分析完畢后，根據學生反饋的學習效果，指導學生將實際案例歸納綜合成相應的具體任務，將具體任務進一步分解，讓每個小組成員都承擔一定的具體任務。2.教學方法設計

案例教學法是一種以案例為基礎的教學方法，融合相關知識點于實際案例中。案例中設置的問題為一種兩難問題，沒有某一特定的解決方案[4]。教師在教學中作為設計者和激勵者的角色，積極引導學生解決問題，培養學生主動分析和解決問題的能力。項目教學法是以項目為主線、學生為主體、教學為主導的教學方法。學生在教師的指導下負責信息的收集、方案的設計、項目的實施。項目需要小組成員的通力合作完成，這有利于增強學生的團隊精神，提高學生的自主創新能力。而任務驅動教學法是以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學方法。學生結合自己的具體任務模塊，構建知識體系，有利于激發學生的學習興趣。

由上述三種教學方法的分析可知，三種方法在發揮學生主觀能動性和培養學生創新能力等方面各有所側重點[5]。在當前實踐教學中，上述三種教學方法取得了良好的教學效果，但基本上以一種教學方法為主，過分依賴教學方法中所設計的單一項目、案例或任務，影響了教學效果。為此，建立了一種基于項目案例任務驅動的“控制系統與仿真技術”課程實踐教學方法，其教學過程如圖2所示。由圖2可知，該教學方法結合“控制系統與仿真技術”課程，融合三種教學方法為一體，以工程項目為主導、實際案例為引導，用具體任務驅動學生構建車輛工程學科的知識體系結構。

三、課程教學改革實踐

1.課程教學實施

“控制系統與仿真技術”課程具有明顯的實踐性和綜合性的特點，特別注重應用能力的培養，因此課程安排理論教學20學時，實踐教學12學時。整個課程安排在第8周至第15周，授課在每周的星期二和星期四進行，每次連續兩個課時。實踐教學安排3個工程項目，分別安排在第10周、12周和14周。理論教學安排在第8周、9周、11周、13周和15周，授課期間加入實際案例討論，周四課后安排具體任務。

教師在工程項目的設計上，突出工程背景，結合自己的相關科研成果，加強實踐環節的創新性和綜合性。本課程的工程項目應用MATLAB軟件開展訓練，MATLAB是仿真軟件中易學、功能強大的一款，成為“控制系統與仿真技術”課程項目訓練的首選工具。為加深學生對控制系統、仿真技術的概念，本課程通過讓學生參觀相關的汽車電控系統，如電控轉向系統平臺、自適應巡航控制系統模擬器等。在教學手段上，合理使用多媒體課件講課，為了加強學生對理論知識的理解，還可以穿插些圖片、幻燈片等。在教學過程中，注重課外創新活動與課堂實踐教學的結合，鼓勵學生積極參加一些控制系統設計類的項目和競賽[6]，如大學生創新創業計劃項目和飛思卡爾智能汽車競賽等。

2.課程教學效果

采用文獻[7]中的教學效果綜合評價模型對教改的教學效果進行實證研究。評價指標為個人興趣K1、職業發展K2、能力培養K3、教學效率K4、學習方法K5、行業經驗K6和適應能力K7。個人興趣為教學方法對激發學生學習興趣、求知欲，調動學生積極性的評價。職業發展為教學方法對增進學生團隊合作與溝通，對學生職業發展的導向性及學生是否提出新觀點的評價。能力培養為教學方法對培養學生分析問題、解決問題，以及創造能力的評價。教學效率為學生掌握相關專業知識和考核指標的科學性與合理性的評價。學習方法為學生在課堂上對“控制系統與仿真技術”課程學習方法的掌握程度的評價。行業經驗為教學方法對學生獲得實務與行業經驗的評價。適應能力為教學方法培養學生滿足社會人才需求適合程度的評價。教學效果綜合評價模型中評價指標的權重表如表1所示。

傳統教學和實施教改后的教學效果評價指標如圖3所示。由圖3可知，7個評價指標在實施教改后均有不同程度的提高，其中行業經驗提高最快，增幅為21.7%。綜合評價值由2.4662提高為2.8994，這說明教改的實施提高了學生學習的自覺性，提高了發現問題、分析問題、解決問題的能力，激發了創新意識，調動了學生獲取知識的積極性和主動性，從而為學生撰寫畢業論文以及畢業后走上工作崗位運用仿真技術打下了堅實的基礎。