基于虛擬項目的動力電池技術(shù)教學(xué)改革的探索

王麗梅+劉良+李國春

摘要：從《動力電池技術(shù)》課程實際出發(fā)，提出了基于虛擬項目與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法；并根據(jù)授課內(nèi)容提出了前沿閱讀報告、閉卷考試與平時課堂表現(xiàn)相結(jié)合的考核方式。通過課程教學(xué)方法與考核方式的改革，增強學(xué)生對動力電池及其管理系統(tǒng)方面的了解，培養(yǎng)學(xué)生對新能源電動汽車的科研興趣。

關(guān)鍵詞：動力電池；多學(xué)科交叉；虛擬項目；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）09-0122-02

隨著環(huán)境污染和能源危機的加劇，電動汽車技術(shù)被認(rèn)為是未來汽車領(lǐng)域最具發(fā)展前景的技術(shù)之一[1]。了解并掌握電動汽車核心技術(shù)是汽車產(chǎn)業(yè)對車輛工程專業(yè)人才提出的新挑戰(zhàn)，因此高校車輛工程專業(yè)開設(shè)“新能源汽車”類課程成為當(dāng)勿之急。江蘇大學(xué)車輛工程專業(yè)在課程設(shè)計和改革中特別添加了新能源教學(xué)模塊，《動力電池技術(shù)》就是其中一門很重要的專業(yè)選修課。動力電池系統(tǒng)主要包括動力電池及電池管理系統(tǒng)，動力電池涉及化學(xué)及材料等領(lǐng)域，電池管理系統(tǒng)已延伸到電氣和控制科學(xué)等相關(guān)專業(yè)。因此，如何把握多學(xué)科交叉課程《動力電池技術(shù)》教學(xué)主線，高效地介紹基礎(chǔ)知識并摒棄冗余部分取得最佳教學(xué)效果是一個非常值得探討的問題。

本文系統(tǒng)地分析了《動力電池技術(shù)》課程結(jié)構(gòu)特點，針對性的提出了基于虛擬項目的教學(xué)方法與考核方式的改革，增強學(xué)生對動力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的理解和研究興趣。

一、《動力電池技術(shù)》課程結(jié)構(gòu)

《動力電池技術(shù)》課程開設(shè)在大學(xué)四年級上學(xué)期，為專業(yè)選修課程，共2學(xué)分，30學(xué)時。根據(jù)車輛工程的專業(yè)平臺課程與專業(yè)基礎(chǔ)課程的要求，并結(jié)合江蘇大學(xué)車輛工程優(yōu)勢學(xué)科的特色和教研方向，《動力電池技術(shù)》課程的理論教學(xué)結(jié)構(gòu)主要包括兩大部分，九個小模塊，如圖1所示。

第一部分，講述新能源汽車的發(fā)展背景，分析動力電池與新能源汽車間的關(guān)系，強調(diào)電池管理系統(tǒng)的必要性。

第二部分，介紹化學(xué)電池的基本性能，分析電池反應(yīng)的動力學(xué)過程及電池工作原理。

第三部分，介紹鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等結(jié)構(gòu)及工作原理；著重強調(diào)鋰離子電池電極材料、基本結(jié)構(gòu)、制造工藝、工作原理等。

第四部分，介紹單體電池成組技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上講述動力電池的性能指標(biāo)及電化學(xué)性能測試方法。

第五部分，著重進行電池管理系統(tǒng)的介紹，分析電池管理系統(tǒng)基本構(gòu)成及其功能，并講述當(dāng)前主流的電壓監(jiān)測方案。

第六部分，對鋰電池的外特性進行分析，對常規(guī)電池模型進行介紹。

第七部分，介紹電池剩余電量的概念，著重強調(diào)幾種經(jīng)典的評估方法，探討剩余電量估計的難點。

第八部分，強調(diào)電池均衡控制管理的意義，并對常規(guī)的電池均衡控制管理方案進行對比分析。

第九部分，闡述電池壽命定義及其評價指標(biāo)，分析電池壽命影響因素，介紹電池壽命估計及電池梯次利用與回收研究現(xiàn)狀。

從以上《動力電池技術(shù)》理論教學(xué)結(jié)構(gòu)可以看出，課程具有“多”、“新”和“實”的特點[2]?！岸唷笔侵刚n程涵蓋內(nèi)容多，涉及化學(xué)、材料、電氣、控制等多個學(xué)科?！靶隆笔侵冈撜n程是一門新的綜合課程，需要采用新的教學(xué)方法來滿足教學(xué)的需求；同時，《動力電池技術(shù)》的教學(xué)內(nèi)容也在不斷更新?！皩崱笔侵刚n程與工程實踐密切相關(guān)，授課時理論和實踐必須做到高度統(tǒng)一。鑒于以上特點，如何將大量的知識在有限的時間內(nèi)傳授給車輛專業(yè)的學(xué)生難度可想而知。為達到課程教學(xué)目的和要求，必須對課程教學(xué)方法與考核方式進行改革。

二、《動力電池技術(shù)》課程教學(xué)方法的探索

傳統(tǒng)教學(xué)一般以教師為中心，在短時間內(nèi)教師講授大量知識點，學(xué)生被動強制記憶大量生疏的概念和定義[3]。這種教學(xué)方式的缺點在于難以最大限度的調(diào)動學(xué)生的積極性，且課堂的互動性不強。

“虛擬項目”教學(xué)是將學(xué)生進行分組，形成以項目為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)小組，而教師的角色則轉(zhuǎn)變成項目咨詢師及成果驗收專家。虛擬項目教學(xué)模式在于以項目和工程技術(shù)問題引導(dǎo)學(xué)生，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

《動力電池技術(shù)》課程是一門集理論與實踐于一體的專業(yè)課，因此在教學(xué)過程中采用了“虛擬項目”與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的授課方法。第一大部分“動力電池”主要由材料學(xué)的老師來授課，利用多媒體教學(xué)，形象直觀的通過動畫及示意圖等來展示動力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。在課堂上綜合運用講解、提問、討論等多種授課方法。另外利用混合動力車輛技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心平臺的條件，引入?yún)⒂^實驗課程，讓學(xué)生親自動手組裝電池，直觀認(rèn)識電池元件結(jié)構(gòu)。

第二大部分“電池管理系統(tǒng)”中則采用“虛擬項目”教學(xué)模式。將整個部分分成五個案例，具體內(nèi)容見表1。學(xué)生分別完成“電池建模與仿真”、“電池剩余電量評估”、“電池均衡控制”、“電池壽命估計”、“電池梯次回收利用”五個項目，經(jīng)過小組內(nèi)部討論學(xué)習(xí)后，由學(xué)生代表在課堂上進行PPT講演，再由全部學(xué)生提問討論，最后老師對學(xué)生的演講內(nèi)容進行點評，完成整個教學(xué)過程。

三、《動力電池技術(shù)》課程考核方式的改革

考核是檢查教學(xué)效果和實現(xiàn)課程目標(biāo)的重要手段之一，《動力電池技術(shù)》課程具有多學(xué)科交叉的特點，傳統(tǒng)的“出勤成績+期末考查”的考核形式已不能勝任，因此課程采用“前沿閱讀報告+閉卷考試+平時課堂表現(xiàn)”模式對學(xué)生進行考核。

第一大部分“動力電池”中，由于電池正負(fù)極材料的快速發(fā)展，新材料不斷出現(xiàn)，因此考核采用文獻查閱并撰寫報告的方式，此部分為前沿閱讀報告占40%；第二大部分“電池管理系統(tǒng)”在課程講授時已采用了“虛擬項目”教學(xué)模式，另外這部分內(nèi)容與車輛工程專業(yè)結(jié)合緊密，因此采用閉卷考試的形式，考察了學(xué)生對知識點的記憶及分析的能力，此部分成績占50%；最后平時成績包括課堂表現(xiàn)，占10%，按照這樣的比例權(quán)重進行成績的最后評定。

四、結(jié)論

《動力電池技術(shù)》是一門多學(xué)科交叉的專業(yè)課程，首先根據(jù)動力電池的發(fā)展方向，遴選授課內(nèi)容，解決授課內(nèi)容“多”的問題；其次探究“新”的教學(xué)及考核方法適應(yīng)“新”的課程及內(nèi)容，提出了基于虛擬項目與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法滿足了課程“實”的需要。在考核方式上提出了“前沿閱讀報告+閉卷考試+平時課堂表現(xiàn)”的考核方式，全面考察多學(xué)科交叉課程中學(xué)生對知識點的掌握程度。這套對教學(xué)方法與考核方式的改革的探索，增強學(xué)生對新能源汽車的研究興趣，為將來他們在新能源汽車領(lǐng)域的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]王麗梅.磷酸鐵鋰電池組安全保護技術(shù)研究[D].濟南：山東大學(xué)，2015.

[2]馬海嘯.“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容和方式探索[J].中國電力教育，2013，（10）：106-107.

[6]韓楊.復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下“新能源發(fā)電技術(shù)”教學(xué)探索[J].中國電力教育，2013，（5）：46-47.

Exploration on the Teaching Reform of "Power Battery Technology" Course Based on Virtual Project

WANG Li-mei，LIU Liang，LI Guo-chun

（Automotive Engineering Research Institute，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China）

Abstract：A combination of the virtual project and the traditional teaching mode is proposed based on the curriculum structure of the "Power Battery Technology" course. The appropriate assessment method that combines the frontier reading report，exams and classroom performance are explored. The reform of teaching methods and examine approval is proposed to deepen understanding of power batteries and battery management system，which would promote the students' interest in new energy vehicles.

Key words：power battery；multidiscipline cross；virtual project；teaching reform