基于虛擬仿真的新能源汽車雙創(chuàng)人才培養(yǎng)模式研究

李洪亮 王鈺明 劉志華

1. 南通大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院 江蘇省南通市 226019 2.山東派蒙機(jī)電技術(shù)有限公司 山東省濟(jì)南市 250100

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，日益嚴(yán)重的能源供應(yīng)和環(huán)境污染問題對我國的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了巨大障礙。新能源汽車近年來呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭，是國家實(shí)施能源戰(zhàn)略調(diào)整和汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手。其中，不僅需要加大對新能源汽車核心技術(shù)研發(fā)的投資，還需要考慮到新能源汽車行業(yè)自主創(chuàng)新需求的創(chuàng)新技能培訓(xùn)和發(fā)展。隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，對該技術(shù)的研究重點(diǎn)集中在新能源汽車學(xué)科上。利用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)的具有通用性和傳播性的新能源汽車最新的數(shù)字資源是本文的主要研究重點(diǎn)，具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

1 新能源汽車人才培養(yǎng)模式存在問題

近年來，新能源汽車專業(yè)已成為大多數(shù)高校的熱門選擇，但大多數(shù)新能源汽車專業(yè)都是新開設(shè)的專業(yè)，基本上處于運(yùn)行初級階段的方案、課程和標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步系統(tǒng)改進(jìn)。然而，以美國工科院校為代表的西方學(xué)校從教育理念、培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、校內(nèi)外合作等方面高度重視對學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。20世紀(jì)40年代到80年代之間，美國高校曾經(jīng)出現(xiàn)過高等工程教育偏離工程實(shí)踐的問題。80年代末，麻省理工學(xué)院最早提出了回歸工程—即從科學(xué)向工程的回歸。在回歸工程理念的引導(dǎo)下，全美工程教育界及其各大高校紛紛樹立工程實(shí)踐教育理念，對工程教育的內(nèi)容進(jìn)行重新整合，更加重視工程人才實(shí)踐能力的培養(yǎng)。20世紀(jì)90年代以來，美國高等工程教育界從不同角度提出了培養(yǎng)新一代高素質(zhì)人才的目標(biāo)—培養(yǎng)面向21世紀(jì)的新一代工程師。各大工程類院校在課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面都作了較大調(diào)整和改革，以適應(yīng)造就新一代工程實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)人才的需要。

產(chǎn)教融合、協(xié)同育人是推進(jìn)教育綜合改革、加強(qiáng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、提升國家戰(zhàn)略和服務(wù)“一帶路”建設(shè)需求能力的一項(xiàng)重要舉措。近年來，我國一些高等工科院校紛紛開展產(chǎn)教融合教育模式的創(chuàng)新與機(jī)制建設(shè)，但校企雙方面臨如下主要問題：首先，校企協(xié)同育人，僅僅注重了對學(xué)校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，而忽略了對企業(yè)的科技創(chuàng)新提升和人才培育的反哺功能。其次，校企協(xié)同育人，真正參與高校工程教育過程的高級研發(fā)人員、高級工程師不足，導(dǎo)致工程教育人才培養(yǎng)體系和方案建設(shè)，教學(xué)體系不夠健全。最后，校企協(xié)同育人，高校層面的教師教學(xué)評價(jià)制度有待改革，教師層面缺乏有效激勵(lì)。

所謂教學(xué)計(jì)劃是由各類必修課、限選課和任選課所組成的適應(yīng)本科生各種學(xué)習(xí)需要的龐大課程體系。其中，實(shí)踐教學(xué)課程占據(jù)了非常大的比重。例如，四年制本科生的教學(xué)計(jì)劃中規(guī)定要修滿124個(gè)學(xué)分，其中60個(gè)學(xué)分是通識(shí)教育課程，64個(gè)學(xué)分是專業(yè)必修課程，且實(shí)踐學(xué)分的比重占了一半以上。為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，組織多樣化實(shí)踐課程學(xué)習(xí)，并提高實(shí)踐評價(jià)結(jié)果在學(xué)位要求中的權(quán)重。學(xué)生即便以全A的成績完成了必修課程，但如果沒有實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)也拿不到學(xué)位，從而在多維度方面提高學(xué)生對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重視程度，基于此，通過自主掌握現(xiàn)代工程技術(shù)及工具后解決工程實(shí)際問題，培養(yǎng)提高工程實(shí)踐能力。

鑒于新能源汽車技術(shù)設(shè)備價(jià)格昂貴，且無法運(yùn)輸、建造和拆除，傳統(tǒng)的培訓(xùn)條件和現(xiàn)場教學(xué)方法不再適用于新形式下的人才培養(yǎng)。同時(shí)又因設(shè)備數(shù)量限制，內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法展示等客觀因素，通過拆裝和靜態(tài)觀看不能達(dá)到較好的教學(xué)效果。如今，許多院校的新能源汽車專業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式：教師通過使學(xué)生被動(dòng)記憶傳達(dá)任務(wù)，即使是在計(jì)算機(jī)演示時(shí)，也只是將書本知識(shí)轉(zhuǎn)移到屏幕中。新能源汽車知識(shí)大多為本就抽象的電器類，這樣傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難讓學(xué)生掌握汽車專業(yè)知識(shí)，不僅降低了課堂教學(xué)質(zhì)量，也影響了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用。

2 虛擬仿真在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

為了解決傳統(tǒng)培訓(xùn)模式中實(shí)踐與理論教學(xué)、教學(xué)與評價(jià)方法之間的矛盾，鼓勵(lì)創(chuàng)新，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的強(qiáng)度和范圍，逐步提高高校提供實(shí)踐教學(xué)的有效性和質(zhì)量，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)和管理是一項(xiàng)重要的舉措。利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)仿真表明新能源汽車運(yùn)行模塊的組成部分和運(yùn)行狀態(tài)是必要的。

2.1 將虛擬仿真與新能源汽車教學(xué)相結(jié)合，可有效解決新能源汽車專業(yè)實(shí)驗(yàn)“成本高、周期長”等難題，遵從“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛”的原則，具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不具備的優(yōu)勢。為此，必須以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、合作能力和創(chuàng)新能力為切入點(diǎn)，力求實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的靈活化、信息化、智能化和現(xiàn)代化發(fā)展。

2.2 新能源汽車與虛擬仿真的持續(xù)融合是推動(dòng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)高質(zhì)量發(fā)展的重要力量，通過運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，大力推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)與持續(xù)服務(wù)，能使新能源汽車專業(yè)教學(xué)靈活、生動(dòng)、高效，可視化內(nèi)容豐富，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的深度與廣度，為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才支撐。

2.3 將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車專業(yè)的培養(yǎng)，可以節(jié)省教學(xué)成本，方便設(shè)備擴(kuò)展；靈活教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高實(shí)踐培訓(xùn)的安全性。通過創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)法優(yōu)化課程設(shè)計(jì)，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練環(huán)境，促進(jìn)學(xué)習(xí)、重塑知識(shí)建構(gòu)能力等途徑的實(shí)現(xiàn)，從而積極探索傳統(tǒng)教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)深度融合的新教學(xué)模式。

3 雙創(chuàng)人才培養(yǎng)模式的實(shí)施途徑

基于虛擬仿真的新能源汽車“雙創(chuàng)型”人才培養(yǎng)需要有一支具有較高教育水平的教師，加強(qiáng)“雙師型”導(dǎo)師隊(duì)伍建設(shè)的培養(yǎng)是確保人才培養(yǎng)教育模式朝著正確方向發(fā)展的根本因素?？梢詫?shí)施科學(xué)理論教學(xué)與動(dòng)手實(shí)踐操作相結(jié)合的方式，建立一支虛擬仿真與新能源汽車相結(jié)合的“雙教學(xué)”人才教師隊(duì)伍。對教師隊(duì)伍進(jìn)行創(chuàng)新培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，定期進(jìn)行虛擬仿真與新能源汽車專業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)的交流學(xué)習(xí)。任課教師或者學(xué)業(yè)導(dǎo)師是“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)的直接參與者，通過及時(shí)總結(jié)本校及兄弟院校教師的新能源汽車類專業(yè)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，深度強(qiáng)化“雙創(chuàng)”人才教育理念，教師入駐企業(yè)鍛煉并參與企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，企業(yè)技術(shù)骨干參與專業(yè)課教學(xué)、指導(dǎo)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，組建校企雙方聯(lián)合教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)。

新能源汽車虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可建設(shè)包含新能源動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、新能源汽車故障與排除實(shí)驗(yàn)室、新能源汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)室、汽車營銷及評估仿真實(shí)驗(yàn)室4個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，如圖1所示?？衫锰摂M仿真教學(xué)資源的信息化、網(wǎng)絡(luò)化，鼓勵(lì)建立虛擬實(shí)驗(yàn)教育共享資源平臺(tái)，激發(fā)了新能源汽車專業(yè)教學(xué)實(shí)踐的改革創(chuàng)新，全面提高學(xué)生的崗位核心能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。同時(shí)，對多年來高校實(shí)施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的有效性進(jìn)行了總結(jié)分析。通過文獻(xiàn)綜述，運(yùn)用系統(tǒng)論、人才培養(yǎng)模式方法論、教學(xué)改革、教學(xué)方法論、實(shí)踐教學(xué)、第二課堂和過程評價(jià)等方法，對“雙創(chuàng)型”人才培養(yǎng)模式進(jìn)行全方位梳理研究。

圖1 新能源汽車虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心總體方案

作為新型教育生產(chǎn)力，虛擬仿真是推動(dòng)智教一體化教學(xué)的有利手段，其需要借助先進(jìn)的虛擬教學(xué)平臺(tái)和完善的實(shí)踐教學(xué)體系。聚焦復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)問題，通過迭代創(chuàng)設(shè)跨組織、跨學(xué)院、跨學(xué)科的多維協(xié)同育人實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，以解決真實(shí)項(xiàng)目技術(shù)難題為目標(biāo)，力求在虛擬教學(xué)體系的情境化學(xué)習(xí)體驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜產(chǎn)業(yè)問題能力。同時(shí)，優(yōu)化創(chuàng)新資源配置，使得該平臺(tái)真正意義上最大限度的利用教學(xué)資源，實(shí)質(zhì)性的推進(jìn)高校人才培養(yǎng)的改革創(chuàng)新。高校與社會(huì)崗位為學(xué)生搭建實(shí)崗平臺(tái)，培養(yǎng)具有較高的新能源汽車技術(shù)操作經(jīng)驗(yàn)與堅(jiān)實(shí)的虛擬仿真理論基礎(chǔ)的“雙創(chuàng)型”人才。

工程教育是培養(yǎng)工程科技人員的主要途徑，對工程技術(shù)人員的知識(shí)、能力、素質(zhì)等形成起著主要作用，特別是對創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力培養(yǎng)有決定性的影響?，F(xiàn)代的工程教育過程體現(xiàn)為突出基礎(chǔ)、重視交叉、拓展人文和強(qiáng)化實(shí)踐的特點(diǎn)，因此準(zhǔn)確把握“基礎(chǔ)-交叉-人文-實(shí)踐”四位一體的人才培養(yǎng)要求，正確處理好實(shí)踐教育教學(xué)與其他三者之間的相互聯(lián)系與作用關(guān)系值得深入研究，為實(shí)踐教學(xué)模式改革與創(chuàng)新提供理論依據(jù)和實(shí)踐支持。工程教育專業(yè)認(rèn)證是“雙創(chuàng)型”實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的重要保障，在對工程教育專業(yè)認(rèn)證要求深入分析的基礎(chǔ)上，研究構(gòu)建適合汽車類專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系。依托實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，構(gòu)建“實(shí)驗(yàn)＋實(shí)訓(xùn)＋創(chuàng)新＋工程”四個(gè)層次有機(jī)組合的教學(xué)體系，逐步提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。同時(shí)，幫助學(xué)生明晰個(gè)人職業(yè)發(fā)展定位，在實(shí)踐教學(xué)階段創(chuàng)設(shè)“服務(wù)+管理+研發(fā)”三個(gè)維度的培育平臺(tái)，滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需求。

工程教育專業(yè)認(rèn)證主要遵循的基本理念包括成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)等，其對引導(dǎo)和促進(jìn)專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革、保障和提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。堅(jiān)持成果導(dǎo)向教育，一方面強(qiáng)化問題導(dǎo)向、能力為本，聚焦能力培養(yǎng)，將解決復(fù)雜產(chǎn)業(yè)問題能力目標(biāo)按學(xué)習(xí)和實(shí)踐時(shí)運(yùn)用思維的高階性或低階性進(jìn)一步細(xì)分，凸顯綜合思維、系統(tǒng)思維、數(shù)字思維和創(chuàng)新思維的評價(jià)；另一方面不僅注重過程性的能力增值評價(jià)，也非常注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)、方案開發(fā)、發(fā)明專利、創(chuàng)立公司、發(fā)表論文等綜合性評價(jià)，以此助推學(xué)生自主搭建符合全周期綜合化培養(yǎng)要求的“能力＋素質(zhì)＋知識(shí)”的整體框架。

4 結(jié)語

本文在建設(shè)和持續(xù)服務(wù)新能源汽車專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了新能源專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式存在的問題；以培養(yǎng)“雙創(chuàng)人才”為目標(biāo)，借鑒高校虛擬仿真平臺(tái)的成功經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建貼近實(shí)際科研課題的虛擬仿真平臺(tái)，豐富理論教學(xué)資源拓展實(shí)踐教學(xué)模式，同時(shí)提供有效的在線教學(xué)和遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)方式；根據(jù)國家信息化教育戰(zhàn)略的新要求，探索新能源汽車專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，改革與創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等人才培養(yǎng)方案。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用，有力推動(dòng)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建和延續(xù)，可以更為靈活、生動(dòng)及高效的將難以直觀地描述的汽車內(nèi)飾的教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的深度與廣度，為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。