王 佐 柳美玲 郭家偉 韓飛坡

（馬鞍山學(xué)院 大阪醫(yī)工學(xué)院，馬鞍山 243100）

1 汽車類課程教學(xué)現(xiàn)狀

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和勞動力成本的提高，中國作為世界工廠的地位發(fā)生變化。只有靠技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，我國才能從制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆妵?009年之后，我國汽車生產(chǎn)量和銷售量均超越日本和歐美等國家，躍居世界首位。我國的汽車整車和零部件企業(yè)只有靠技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，形成世界一流的技術(shù)研發(fā)體系和技術(shù)原創(chuàng)能力，才能在激烈的競爭中立于不敗之地。隨著汽車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)成為我國的經(jīng)濟支柱，了解并掌握汽車相關(guān)構(gòu)造知識成為當(dāng)代大學(xué)生必須擁有的技能[1-2]。目前，很多公辦及民辦高等院校的非汽車專業(yè)開始相繼開設(shè)“汽車概論”課程?！捌嚫耪摗弊鳛橐婚T非汽車專業(yè)類必修選修課，主要講授汽車動力性、經(jīng)濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性和通過性等汽車性能的概念、建模、評價和計算方法。該課程的學(xué)習(xí)不僅有利于拓展學(xué)生視野，鍛煉學(xué)生綜合素質(zhì)能力，還有利于提高學(xué)生的擇業(yè)競爭力。此外，汽車類選修課程涉及的相關(guān)機械原理與設(shè)計、力學(xué)、控制理論及傳感器等學(xué)科知識，也為今后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。

2 傳統(tǒng)“汽車概論”教學(xué)模式

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和高等教育大眾化進程的不斷推進，民辦本科教育順應(yīng)時代發(fā)展潮流迅速發(fā)展壯大。截至2019年6月，全國共有高等本科學(xué)校共計2 688所，其中普通民辦高等學(xué)校有773所，占比超3成。民辦本科教育最初僅作為公立高等教育的有益補充，如今已經(jīng)成為我國高等教育的重要組成部分，極大地滿足了青少年上大學(xué)的愿望，深刻改變了我國高等教育集中在大城市的結(jié)構(gòu)布局，在我國高等教育邁向普及化的進程中發(fā)揮了重要作用。近年來，隨著民辦本科院校的不斷加大投入，它的整體辦學(xué)條件迎來了一輪大建設(shè)、大發(fā)展、大提高，但仍面臨經(jīng)費總量不足、渠道來源單一、設(shè)施設(shè)備不足等現(xiàn)實問題，集中反映在教學(xué)模式上[3-6]。

以“汽車概論”在民辦本科院校教學(xué)為例，民辦本科高校教學(xué)經(jīng)費有限，很難提供汽車模型來驗證課程講授中所涉及的相關(guān)汽車構(gòu)造及運動原理，因此學(xué)生只能通過課堂講授及教材來理解汽車原理、構(gòu)造及性能等知識點，很難形成直觀的感受。此外，“汽車概論”課程中還存在大量物理模型、運動學(xué)求解以及機構(gòu)原理解析等抽象理論，造成部分學(xué)生感覺內(nèi)容空泛，學(xué)習(xí)空洞、知識點抽象，久而久之學(xué)習(xí)效率低下，甚至產(chǎn)生抵觸情緒。

鑒于上民本本科院校在“汽車概論”課程教學(xué)中存在的問題，授課教師應(yīng)積極思考如何將新技術(shù)恰到好處地應(yīng)用在汽車概論課堂教學(xué)中，從而提高教學(xué)質(zhì)量。為此，參考一些學(xué)者的相關(guān)研究[7-9]，結(jié)合自身教學(xué)實踐探索出的不同的教學(xué)方法，在“汽車概論”課程教學(xué)中引入機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，ADAMS）仿真軟件，對該課程中所涉及的機構(gòu)進行建模仿真，并進行動力學(xué)分析、動畫模擬等。采用這種直觀化的教學(xué)方法來提高學(xué)生興趣，將晦澀難懂的理論知識以可視化的方式呈現(xiàn)給非汽車專業(yè)類學(xué)生。

3 “汽車概論”教學(xué)模式改進

3.1 ADAMS仿真軟件簡介

ADAMS即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析，是美國MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。ADAMS是一款集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機仿真軟件[5]，使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)集合模型。它的求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。運用ADAMS軟件可以建立復(fù)雜的機械系統(tǒng)模型，真實仿真其運動過程，通過提供的虛擬試驗和測試，迅速分析和比較多種參數(shù)方案，幫助設(shè)計者找尋設(shè)計問題，提出改進措施，優(yōu)化工作性能。ADAMS仿真軟件在機械制造、汽車交通、航空航天、鐵道、兵器以及石油化工等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其中ADAMS/Car車輛模塊可以創(chuàng)建汽車懸吊系統(tǒng)、整車裝配，直觀地向用戶展示了汽車模塊的仿真與設(shè)計[10-14]。

在“汽車概論”課程講授中運用ADAMS軟件對所設(shè)計汽車原理及構(gòu)造等相關(guān)知識進行建模仿真，可以使抽象的內(nèi)容圖像化和清晰化、運動過程分析簡潔化、力學(xué)性能影響直觀化，極大地增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣性，有利于鞏固知識點掌握的牢靠性，活躍課堂教學(xué)氛圍，提升教學(xué)成果，使教學(xué)過程更具開放性和互動性，真正做到理論知識與工程實踐的結(jié)合。

3.2 ADAMS仿真軟件在課程教學(xué)中的應(yīng)用實例

以“汽車概論”課程教學(xué)中的汽車懸吊系統(tǒng)為例，分析對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與ADAMS仿真軟件在課堂中的應(yīng)用教學(xué)模式。

3.1.2 傳統(tǒng)的教學(xué)模式

傳統(tǒng)“汽車概論”課程中懸吊系統(tǒng)教學(xué)首先講授懸架的作用，其次向?qū)W生傳授懸架系統(tǒng)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)，最后通過圖片及視頻向?qū)W生展示懸吊系統(tǒng)工作過程。這種傳統(tǒng)的抽象教學(xué)模式很難讓學(xué)生深刻理解懸吊系統(tǒng)的基本組成和不同路面工況下懸吊系統(tǒng)如何緩沖吸收振動，造成學(xué)生理解困難、缺乏興趣，很難深入探究汽車懸吊系統(tǒng)在其他學(xué)科中的應(yīng)用，不能做到學(xué)以致用。

3.2.2 改進的教學(xué)模式

在講解完汽車懸吊系統(tǒng)基本概念后，引入ADAMS仿真軟件。首先，利用ADAMS仿真軟件創(chuàng)建如圖1所示的懸吊系統(tǒng)物理模型。創(chuàng)建過程中向?qū)W生直觀展示懸吊系統(tǒng)的基本組成構(gòu)件和如何裝配。

圖1 懸吊系統(tǒng)物理模型

其次，通過建立的物理模型講解懸吊系統(tǒng)是如何完成工作的。為了使學(xué)生更加充分地理解懸吊系統(tǒng)工作原理及其在汽車行駛過程所起的作用，在建立汽車懸吊系統(tǒng)物理模型中輸入車輛參數(shù)并設(shè)置仿真參數(shù)進行仿真計算，通過回放功能向?qū)W生展示懸吊系統(tǒng)運動動畫，同時在后處理模塊創(chuàng)建平行輪軌跡曲線，如圖2所示。

圖2 平行輪軌跡曲線

最后，創(chuàng)建工況，分析不同工況下汽車懸吊系統(tǒng)如何進行緩沖吸振。第一步進行推力參數(shù)設(shè)置，第二步設(shè)置仿真參數(shù)，第三步選擇回放，單擊動畫控制并開始仿真。仿真結(jié)束后進入后處理模塊，輸出轉(zhuǎn)向輪扭矩與轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)向輪扭矩與轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線

還可以根據(jù)學(xué)生知識掌握情況，向?qū)W生傳授修改懸吊系統(tǒng)物理模型參數(shù)，分析對其緩沖吸振功能的影響和彈性體對懸吊系統(tǒng)及整車裝配的影響。

3.2.3 教學(xué)效果評價

為了對比分析傳統(tǒng)教學(xué)與改進后的教學(xué)效果，設(shè)計了問卷調(diào)查[15]，根據(jù)“汽車概論”課程實際授課情況，從案例設(shè)計和教學(xué)實施效果兩個方面的18個問題出發(fā)，將每個方面進行細化，通過五級量表評價形式來評判兩種教學(xué)模式效果。調(diào)查問卷表如表1所示。

表1 教學(xué)效果評價調(diào)查問卷

本次調(diào)查選取近4年學(xué)習(xí)過馬鞍山學(xué)院“汽車概論”課程的本科生，但以本學(xué)期課程學(xué)習(xí)的學(xué)生為主要調(diào)查目標(biāo)，共回收有效問卷180份。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在“汽車概論”教學(xué)中，學(xué)生更傾向于動畫及仿真案例呈現(xiàn)方式，占比達88%。該種案例模式生動具體、直觀易學(xué)，能增強學(xué)生對知識點的記憶，對于提高學(xué)生參與度、邏輯 思維能力、溝通表達能力、團隊協(xié)作能力及學(xué)習(xí)自主能力有顯著幫助。

4 結(jié)語

“汽車概論”作為非汽車專業(yè)類學(xué)生的一門專業(yè)必選課，教學(xué)內(nèi)容偏于抽象及理論分析，對機械系統(tǒng)模型、力學(xué)性能解析以及運動學(xué)分析理解要求較高，對部分學(xué)生而言晦澀難懂。因此，如何提升課堂教學(xué)效果是授課教師亟待解決的問題。在“汽車?yán)碚摗闭n堂教學(xué)中引用ADAMS運動學(xué)仿真軟件，可以使抽象的內(nèi)容圖像化和清晰化、運動過程分析簡潔化、力學(xué)性能影響直觀化，極大地增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于鞏固知識點掌握的牢靠性，活躍課堂教學(xué)氛圍，提升教學(xué)成果，使教學(xué)過程更具開放性和互動性，真正做到理論知識與工程實踐的結(jié)合。