虚实结合的汽车底盘构造智慧教学方法研究

金智林

摘 要：汽车底盘构造是车辆工程专业的必修课程，是从事汽车设计、制造与研发人员必备的基础知识。本文根据汽车底盘构造知识点教学特征，分析传统教学方法中存在的一些问题;针对现存问题，探索虚实结合的汽车底盘构造智慧教学方法，包括利用网络优质视频资源实现翻转课堂自主学习、设计虚拟零部件拆装环境互动式学习、以及现场实物讲解答疑式学习、在教学实践中巧妙融入思政元素、根据汽车底盘构造特点改革考核办法等，解决了汽车底盘构造教学过程中理论与实践难以有效结合及校内教学资源与空间不足等问题，增强了学生学习兴趣，培养了学生家国情怀和责任担当意识。

关键词：智慧教学 汽车底盘构造 虚拟拆装 翻转课堂

1 概述

汽车作为现代交通工具已逐渐走进千家万户，据统计2020年我国汽车保有量达2.81亿辆，汽车驾驶人员达到4.18亿，且随着新能源汽车及智能网联汽车的兴起，汽车工业再一次成为了整个社会关注的热点。电动汽车、氢燃料汽车、混合动力汽车等已成为各大汽车企业的新增长点，而高级辅助驾驶ADAS、无人驾驶技术的发展更催生了汽车行业蜂拥而起的造车新势力。以汽车为载体，交叉融合智能网联、信息通信、芯片技术、大数据分析等已成为各国科技角逐的焦点。

信息化、网络化的新技术飞速发展可有效提高汽车行驶的安全性、舒适性和行驶效率，赋予了汽车工业新的发展机遇，但也给汽车底盘提出了更高要求。传统的纯机械式汽车底盘已经难以满足智能网联汽车发展的需要，汽车集成底盘线控技术需要更快地发展和不断改进。因此，培养更多从事汽车底盘的专业人才适应新时代汽车行业发展的要求，已是当务之急。

汽车底盘构造课程是车辆工程专业的必修课程，是车辆工程专业学生最先接触的专业课程，在汽车类专业人才培养计划中占有举足轻重的地位，是衔接基础课程与专业课程的纽带，更是从事汽车底盘专业人才培养的基础课程和必备课程[1，2]。课程介绍各种汽车底盘的总体构造、工作原理和使用性能等，旨在通过对各种有代表性的底盘典型结构的具体分析，讨论汽车底盘结构的规律性知识;比较系统地阐述汽车底盘的整体构造和零部件结构及其他们的工作原理等。具体包括：四大总成（传动系、行驶系、转向系和制动系）的组成、结构、布置、工作原理和使用性能等。使学生能够较为深入地掌握汽车底盘基本结构的一般规律，掌握汽车各总成和零部件的工作原理以及使用性能等方面的专业知识，为将来在汽车行业中能够顺利地承担汽车设计和制造任务打下坚实的基础，更好地服务于我国的现代汽车工业领域。随着汽车集成底盘线控技术的发展，传统的汽车底盘构造课程教学也需要不断更新和改进。虚拟拆装可有效解决汽车底盘构造教学实践不足、教学资源紧缺问题[3]。线上+线下的混合教学也被认为是汽车底盘构造教学的有效模式，可激发学生的学习兴趣并提高学生的学习效率[4]。因此，本文结合教学实践，提出了虚实结合的汽车底盘构造智慧教学方法。

2 汽车底盘构造教学特点与问题分析

2.1 汽车底盘构造课程教学特点

（1）种类繁多、结构复杂

汽车底盘构造课程主要特点是具体的底盘结构非常多，不同类型的汽车底盘构造不尽相同，而在短短的课堂时间内很难完成所有汽车底盘结构的介绍。而且对每一台汽车底盘而言，其结构也是十分复杂，由很多的系统总成及零部件组成。

（2）知识点多且互相独立

汽车底盘系统结构复杂，造成汽车底盘构造课程的知识点很多，大大小小知识点超过五十个。且每一个系统总成都有自己的知识体系，系统总成的知识点之间相对独立，相互影响不大，因此适合專题式教学模式。但每个知识点难易程度不一致，有的知识点内容很多，例如变速器的传动机构，可能一个专题时间不够用;而有些知识点内容很少，例如汽车车架部分，难以单独支撑一个教学专题。

（3）涉及知识面广，多学科交叉

汽车底盘结构涉及知识面很广，包括力学学科的理论力学、材料力学等课程知识，机械工程学科的机械设计、机械原理、工程材料学等课程知识，以及电子控制、液压传动等学科基础知识[5，6]。例如液力自动变速器需要具备液压传动、机械设计、电子控制等相关基础知识。因此汽车底盘构造是一门多学科交叉的课程，在学习汽车构造课程之前需要学习这些课程的基础知识。

（4）要求较强空间思维感，实践性强

汽车底盘中标准的零部件，也有一些专用的零部件。这些专用的零部件对学生的空间思维能力要求较高，如果学生缺乏对机械结构的感性认识，会影响他们的空间想象能力，进而影响对汽车底盘具体结构的理解。例如变速器中的惯性同步器，其中的锁环、接合套、齿圈、花键毂等配合工作时，学生需要通过二维图纸及三维结构之间不断切换，才能更好的掌握零部件的功用及原理。针对该课程的理论与实践结合非常紧密特点，很多高校建设有专门的实景教学教室，结合整车和具体零部件辅助课堂教学。

（5）车型更新换代快

随着混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车的不断更新换代，汽车传动系统的结构形式发生了很多变化，很多结构与传统汽车底盘结构大相径庭，因此需要在课堂上不断补充相关知识。例如混合动力汽车为实现节能减排目的，仅在传动系统上就创新了多种不同的连接结构。

2.2 现存问题分析

（1）知识点不断增加与课时不断压缩的矛盾

传统的汽车底盘构造介绍四大系统及系统的每一个部件，随着电动汽车、混合动力汽车、无人驾驶汽车的发展，新的底盘部件不断涌现，例如各种形式的自动变速器、线控制动系统等，因此教学知识点不断增加。而目前很多高校对本科生的培养学分和理论课时不断压缩，尤其是专业课程的课时。

（2）理论教学与实践教学脱节

汽车底盘的结构部件繁多且原理复杂，很多知识点需要学生动手实践才能进一步巩固[7-9]，但很多高校教学资源有限，很难满足所有零部件现场实物实践教学的要求。采用理论教学结束后集中拆装实践虽是一种理论与实践相结合的教学方法，但很多学生对理论知识理解不深，且实践教学大多分组拆装，很难照顾到每一位学生的实际情况，造成大部分学生实践环节走过场，难有收获。

（3）课程思政教学内容少

课程思政指以构建全员、全程、全课程育人格局的形式将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育的根本任务的一种综合教育理念，在专业课程中做好课程思政尤其重要[10]。传统汽车底盘构造教学大都仅在绪论章节介绍中国汽车工业发展中穿插老一辈科技工作者的艰苦奋斗、大国工匠等思政点，后续课程思政涉及很少。

（4）考核方式与课程特点不相符

传统的考核方式采用一考定胜负，有些同学虽然知识掌握不踏实，凭借考前死记硬背，也能取得很好成绩。考试卷的内容经常出现选择、填空、名词解释等基础性题型，给了学生死记硬背的压力和高分机遇，同时也降低了学生去学通学懂底盘零部件的构造和原理的学习动力。

3 虚实结合的汽车底盘构造线上线下混合智慧教学方法

针对以上存在的问题，基于雨课堂智慧教学工具，充分利用学堂在线等已有的优质教学资源，课程组进行了汽车底盘构造的虚实结合的线上线下智慧教学实践。根据汽车底盘构造知识学习的特点，结合智慧教学手段，打造汽车底盘构造课程高阶性、创新性和挑战度的目标。

3.1 翻转课堂模式，自主学习

基于雨课堂智慧教学工具开展线上线下混合式教学，教学课件图文并茂来帮助学生理解，并及时补充更新知识点。一方面利用已有的线上资源，包括学堂在线网上清华大学汽车底盘构造课题组录制的汽车构造视频及中国MOOC网站江苏大学录制的汽车构造视频，引导学生课前认真学习，了解知识点内容;另一方面线下课堂教学中认真设计课件，增加问题导向、过程考核、新知识扩展等方式满足不同层次学生对课程内容的需求，与线上资源形成互补。学生课前课后自主学习，教师在课堂讲解各知识点的重点及组织学生讨论难点内容，回答学生的提问，即能让学生学透明白各零部件结构及工作原理，又可节省一些学生自学能看懂的知识讲解时间。

3.2 虚拟环境拆装，寓学于乐

为解决实践教学资源不足和实践教学时间限制问题，开发虚拟实践教学平台。一方面通过课程设计及毕业设计让学生建立一些理论难点的部件三维透视图和爆炸图，例如图1所示循环球式动力转向装置。后续学生则可与课堂理论学习同步实现该虚拟拆装部件，充分理解循环球式动力转向系统的构造和工作原理。另一方面与企业合作开发汽车底盘部件的虚拟拆装平台，例如图2所示自动变速器虚拟拆装平台。

这种虚拟拆装环境设计3D立体化的画面，现实感真实，可直观看到每个部件之间的空间位置关系。虚拟环境拆装不限定学习场所和时间，学生可以反复拆装，真正学懂学透知识点。对于青年学生来说，这种学习过程感觉和玩游戏一样，激发了学生的学习兴趣，起到寓学于乐、寓玩于学的效果。

3.3 部件实物讲解，答疑解惑

汽车底盘构造中零部件繁多，结构复杂，课堂上对照零部件实物进行理论讲解，可以帮助提升学生的空间想象力。

对于一些结构很复杂但体积不大的零部件（例如同步器、图3所示循环球式转向器等），可以带上实物到教室，一边展示实物一边讲解工作原理。而对于体积和重量大的部件系统，则通过少量实验室现场讲解方式展示。

针对实物讲解知识点的重点和难点，回答学生围观零部件后提出的疑问，同时准备一些现场问题引导学生深入思考。

3.4 融入课程思政，润物无声

坚持教书与育人相统一，挖掘并积累思政元素，以“春风化雨、润物无声”的形式，隐性融入汽车底盘构造课堂教学环节，在传授汽车底盘构造知识的同时，引领学生思想、朔造价值观、及民族品牌汽车振兴的责任担当。汽车底盘构造一般在大三年级开设，学生已学习了各类思政、法律课程，但对其应用比较模糊，因此结合专业知识分析与法律知识的联系，可强化学生对法律知识的理解。例如讲解汽车制动系统失效造成事故，课堂讨论汽车生产厂家及驾驶员承担事故中各应承担什么样的法律责任，设计人员应当时刻牢记“生命至上、安全第一”的使命等。

3.5 改革考核方式，提升能力

智慧教学更需要智慧的考核办法，针对汽车底盘构造知识点多，实践性强的特点改革传统的考核办法。通过课堂出勤、课前材料预习及课后作业考核学生的学习态度，降低课堂出勤考核比例;对于一些小的知识点采用课堂提问及课堂小测验的方式考核学生课堂认真程度及学习效果，增加过程性考核的比例;虚拟拆装报告考核学生对汽车底盘构造知识理论的综合应用能力;期末考试只考开放型的问答题和论述题，且将成绩占比控制在50%以下。通过考核办法要求学生主动学习，通过该课程学习能全面提升学生的学习能力及对汽车底盘构造综合分析和解决问题的能力。

4 教学实践效果

经过连续几年的改革和教学实践，取得了几点教学实践效果。

4.1 培养学生的家国情怀和责任担当

对比不同时期国内外汽车底盘零部件的结构性能特点，用身边的人和企业在汽车底盘零部件创新设计的贡献举例，在课程知识点融入思政元素，增强了学生的家国情怀和责任担当意识，以及实现汽车强国、交通强国的使命。

4.2 增强学生专业学习的兴趣

教师在教学改革实践中寓教于乐，虚实结合的教学方法丰富了学习内容和学习形式，让学生寓玩于学，学生可在轻松的环境下了解和掌握汽车底盘零部件的复杂结构和工作原理，获得汽车底盘的基础知识及分析解决汽车底盘构造问题的能力，吸引了学生对专业课的学习兴趣，为后续专业课程打下了牢固基础。

4.3 帮助学生更好理論联系实践

课前视频材料预习，课堂理论讲述、讨论及实物讲解，课后虚拟拆装，加上实验室集中实物拆装的组合教学模式，将汽车底盘构造的理论知识与实践紧密结合在一起学习，克服了传统学习中理论与实践脱节的时间上、空间上因素，帮助学生及时消化汽车底盘构造的每个知识点。

4.4 解决校内教学空间和实物资源不足的问题

在原有实物资源的基础上，建设虚拟拆装平台，减少了实践教学对实物空间和人力的需求，学生的学习方式更加主动、灵活;利用国内高校优秀的教学视频资源开展智慧教学，充分实现了优质资源共享，节约了校内教学空间和实物资源。

5 结语

随着智能网联汽车不断发展，汽车底盘构造教学改革也不断更新，需培养汽车底盘设计、制造等专门人才适应智能网联汽车的创新。虚实结合的智慧教学方法可激发学生对汽车底盘构造内容的学习兴趣和学习动力，帮助学生在快乐中学懂学透汽车底盘构造的基础理论，提升学生分析和解决汽车底盘复杂系统问题的能力，适应新时代汽车强国、交通强国的发展需求。

基金项目：2019年度南京航空航天大学教师教学能力提升研究课题“汽车构造智慧课堂教学研究”（1901JF0201）。

参考文献：

[1]卞利云. 智慧校园环境下《汽车构造》课程教学模式改革与研究[J]. 内燃机与配件，2021，（1）：234-235.

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[3]朱孟伟. 虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用研究[J]. 电脑知识与技术，2020， 16（27）：105-106.

[4]王迎辉，卢振生，王九龙，等. 线上+线下混合式“汽车构造”课程教学研究[J]. 机电教育创新，2020， （6）：149-150.

[5]张恩元，孙凤雨. 《汽车构造》课程多位一体教学模式的探索与实践[J]. 时代汽车，2019， （17）： 47-48.

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