電力電子技術(shù)在新能源汽車專業(yè)教學(xué)過程中的難度分析及改善措施

梅永振 宮濤 劉良 吳沉 卿龍 羅美琴 梅容芳 劉福華

宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院 四川省宜賓市 644099

1 引言

隨著全球能源短缺、環(huán)境污染等問題的日益突出，具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生，加之近幾年來，在政策上，國家大力支持新能源汽車相關(guān)核心技術(shù)的研發(fā)，向新能源汽車相關(guān)企業(yè)提供政策支持，為購買新能源汽車的消費(fèi)者給予一定的購車補(bǔ)貼，新能源汽車得到了快速發(fā)展。為了滿足企業(yè)對(duì)專業(yè) 技術(shù)人才的需求，各本科高校在原有的車輛工程專業(yè)中陸續(xù)開設(shè)了新能源汽車技術(shù)專業(yè)方向，各高職高專院校在原有的汽車運(yùn)用與維修技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)上新增了新能源汽車技術(shù)專業(yè)，以滿足社會(huì)對(duì)新能源汽車專業(yè)技術(shù)人才的需求。

新能源汽車相對(duì)傳統(tǒng)汽車而言，除了動(dòng)力來源由原來的汽油（柴油）變?yōu)榱爽F(xiàn)在的動(dòng)力電池之外，新能源汽車的正常運(yùn)行及各功能的實(shí)現(xiàn)更多的依賴電力電子技術(shù)，其中對(duì)能夠承受高電壓、大電流的電力電子器件的依賴程度更高，新能源汽車的四大核心技術(shù)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、高壓電池及整車輕量化，其中前三項(xiàng)的正常工作離不開電力電子技術(shù)的支撐，模塊內(nèi)部電壓的轉(zhuǎn)化、能量的流通均由電力電子器件來完成，比如動(dòng)力電池向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量時(shí)，其中必須經(jīng)過由電力電子器件組成的逆變電路，將動(dòng)力電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電；通過慢充形式（民用220V交流電）向電動(dòng)汽車進(jìn)行充電時(shí)，其中必須經(jīng)過由電力電子器件組成的整流電路，將民用交流電轉(zhuǎn)換為直流電；在電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中，動(dòng)力電池需向整車低壓設(shè)備及蓄電池進(jìn)行供電，其中也必須經(jīng)過由電力電子器件組成的降壓型直流/ 直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換裝置來實(shí)現(xiàn)。因此，電力電子技術(shù)對(duì)于新能源汽車的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，作為新能源汽車技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，電力電子技術(shù)也是一門必修的課程。

電力電子技術(shù)是基于電路、電子技術(shù)和高等數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的一門專業(yè)必修課程，也是新能源汽車技術(shù)專業(yè)核心課程的基礎(chǔ)課程，然而由于該門課程定性分析較難、定量計(jì)算較多，與強(qiáng)電相關(guān)，具有一定的危險(xiǎn)性，加之對(duì)前序課程電路、電子技術(shù)及高等數(shù)學(xué)的要求較高，在實(shí)際高等職業(yè)院校層次教學(xué)工作中，該門課程的教學(xué)效果欠佳，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度不夠深入，對(duì)后續(xù)專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)，造成了一定程度的困擾，本文基于以上問題，結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，詳細(xì)分析了電力電子技術(shù)在新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)中所遇到的各種問題，并給出了相應(yīng)的解決措施。

2 電力電子技術(shù)在新能源汽車技術(shù)專業(yè)中的教學(xué)情況分析

本部分主要涉及電力電子技術(shù)在實(shí)際教學(xué)過程中所遇到的各種問題，并加以分析，主要從生源情況、專業(yè)基礎(chǔ)課程開設(shè)情況、高等數(shù)學(xué)等公共基礎(chǔ)課程開設(shè)情況、教學(xué)方式及課程本身特殊性等方面展開問題分析，并給出相應(yīng)的改善措施。

2.1 生源情況

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)工科畢業(yè)生的需求量越來越大，高等?？茖W(xué)?；蚋叩嚷殬I(yè)院校原有的人才培養(yǎng)模式及規(guī)模已不能滿足近年來社會(huì)對(duì)工科技能型人才的需求，在國家政策的支持下，高等職業(yè)院校逐步加大了招生計(jì)劃，為了進(jìn)一步滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需要，多數(shù)高職工科專業(yè)招生報(bào)考條件由原來的只招理科生源已經(jīng)演變?yōu)槲目?、理科均可，以川南地區(qū)某高職院校2019 級(jí)新能源汽車專業(yè)為例，該校2019 年新能源汽車專業(yè)共錄取新生183 人（含單獨(dú)招生），其中文考考生95 人，被錄取的新生為文科考生的比例超過了一半，如圖1 所示。

圖1 文、理科生源情況

經(jīng)了解，上述考生中文科考生在高中階段物理的學(xué)習(xí)時(shí)間為一學(xué)年的只有61 人，高中階段物理的學(xué)習(xí)時(shí)間為一學(xué)期的高達(dá)34 人，如圖2 所示，對(duì)于電學(xué)部分，文科考生基本沒有相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)積累，這就造成文科考生報(bào)考汽車專業(yè)，進(jìn)入大學(xué)后，對(duì)于和物理相關(guān)的課程的學(xué)習(xí)造成很大的困難，這也直接導(dǎo)致了對(duì)物理要求特別高的電力電子技術(shù)課程的授課效果欠佳。

圖2 高中階段物理的學(xué)習(xí)時(shí)長

考慮教學(xué)效果及高中階段學(xué)生類別情況，在制定人才培養(yǎng)方案時(shí)，適當(dāng)調(diào)整文科生源的基礎(chǔ)課程，在保證課程進(jìn)度的同時(shí)，適當(dāng)增加高中階段物理電學(xué)部分課程內(nèi)容，以更好地為電力電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)提供扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.2 專業(yè)基礎(chǔ)課程開設(shè)情況

專業(yè)基礎(chǔ)課程的開設(shè)情況直接影響后續(xù)專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)，電力電子技術(shù)的前序課程主要為電路、模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)，由于這三門課程計(jì)算較多、難度較大，而高職院校學(xué)制較短，培養(yǎng)目標(biāo)偏重應(yīng)用，因此，大多院校將三門課程在內(nèi)容和難度上做了調(diào)整，以少學(xué)時(shí)、項(xiàng)目化的形式將三門課程融合為電工電子基礎(chǔ)這門課程進(jìn)行開設(shè)，電工電子技術(shù)課程是高等職業(yè)院校中機(jī)械、電氣、電子、汽車等工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的必開專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，各高職院校也非常重視電工電子技術(shù)課程，對(duì)于電路的結(jié)構(gòu)、定性分析、定量計(jì)算及應(yīng)用均進(jìn)行了詳細(xì)的普及。

電工電子技術(shù)是一門機(jī)電相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對(duì)于新能源汽車專業(yè)，在實(shí)際的授課過程中，缺乏一定的針對(duì)性，比如，該門課程通常為非汽車專業(yè)的老師進(jìn)行授課，講授的課程內(nèi)容具有普遍性，甚至授課內(nèi)容與機(jī)電一體化專業(yè)、電氣自動(dòng)化專業(yè)、數(shù)控技術(shù)專業(yè)一致，缺少汽車專業(yè)方面的應(yīng)用舉例，缺乏電工電子技術(shù)與汽車電路的緊密結(jié)合。

在人培養(yǎng)方案制定時(shí)，將承擔(dān)專業(yè)核心課程的骨干老師作為電工電子技術(shù)課程的負(fù)責(zé)人或主講教師，將電工電子技術(shù)在汽車電路中的體現(xiàn)講解清楚，以做到電工電子技術(shù)課程緊密切合汽車專業(yè)教學(xué)，提高專業(yè)基礎(chǔ)課程的授課針對(duì)性及緊密性，切實(shí)達(dá)到專業(yè)基礎(chǔ)課程為專業(yè)核心課程服務(wù)的良好效果。

2.3 高等數(shù)學(xué)等公共基礎(chǔ)課程開設(shè)情況

高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等公共課程的開設(shè)情況直接影響專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果，尤其像含有大量計(jì)算的專業(yè)課程，如電力電子技術(shù)課程，因此，必須將高等數(shù)學(xué)納入工科專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中，并充分保證高等數(shù)學(xué)的授課學(xué)時(shí)，協(xié)調(diào)好高等數(shù)學(xué)與專業(yè)課程的開課順利，確保高等數(shù)學(xué)起到服務(wù)于專業(yè)課的效果。

目前，汽車專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中都保留了數(shù)學(xué)課程，課程名字大致分為微積分、高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)三類，從專業(yè)課的學(xué)習(xí)方面來講，微積分、高等數(shù)學(xué)對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)更有益，對(duì)于解決專業(yè)課程中所涉及的微分方程或積分方程更有幫助。對(duì)于一些高校選擇開設(shè)工程數(shù)學(xué)，工程數(shù)學(xué)主要為線性代數(shù)，主要討論方程組的解法，對(duì)后期專業(yè)課程學(xué)習(xí)的幫助不是很大，在開設(shè)高等數(shù)學(xué)的高校中，其中大多數(shù)高校，在開課順序上安排不夠合理，比如，多數(shù)高等職業(yè)院校，高等數(shù)學(xué)與電工電子技術(shù)在第一學(xué)期同時(shí)開課，造成數(shù)學(xué)的進(jìn)度趕不上專業(yè)課程學(xué)習(xí)的進(jìn)度；也有部分高等職業(yè)院校，由于學(xué)校逐年擴(kuò)招，造成高等數(shù)學(xué)教師缺乏，導(dǎo)致第一學(xué)期應(yīng)該開設(shè)高等數(shù)學(xué)課程的專業(yè)無法開設(shè)，推至第二學(xué)期進(jìn)行補(bǔ)開高等數(shù)學(xué)，嚴(yán)重影響了專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，造成學(xué)生學(xué)習(xí)上的困惑，沒有充分體現(xiàn)高等數(shù)學(xué)課程作為基礎(chǔ)課程對(duì)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的服務(wù)作用。

為充分體現(xiàn)高等數(shù)學(xué)對(duì)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的服務(wù)作用，建議在制定人才培養(yǎng)方案時(shí)，將高等數(shù)學(xué)提前開設(shè)，電工電子技術(shù)課程滯后開課，比如，第一學(xué)期課程中，高等數(shù)學(xué)在新生軍訓(xùn)結(jié)束后開課，電工電子技術(shù)滯后三到四周再開課，以便高等數(shù)學(xué)所講的微分、積分直接應(yīng)用到電工電子技術(shù)課程中，提高專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果。

2.4 專業(yè)課的教學(xué)模式

在高等職業(yè)院校中，電力電子技術(shù)課程的授課形式和其他工科專業(yè)的專業(yè)課程的授課模式基本一致，大致采用“理論講授+實(shí)驗(yàn)/ 實(shí)訓(xùn)”或者“理實(shí)一體化”兩種教學(xué)模式，“理論講授+實(shí)驗(yàn)/ 實(shí)訓(xùn)”的授課模式是教師先在理論教室先進(jìn)行講解授課內(nèi)容，后續(xù)再安排學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)訓(xùn)車間做實(shí)驗(yàn)，理論內(nèi)容講授和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐在時(shí)間上是單獨(dú)進(jìn)行的；“理實(shí)一體化”教學(xué)模式是教師在實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)訓(xùn)車間通過多媒體展示、教學(xué)儀器或者教學(xué)設(shè)備的使用，同一時(shí)間進(jìn)行理論內(nèi)容講解和實(shí)操演練的教學(xué)模式，學(xué)生在理論內(nèi)容講解中看到了實(shí)操演練，在實(shí)操演練的同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)理論知識(shí)的理解。

對(duì)比兩種教學(xué)模式，由于“理論講授+實(shí)驗(yàn)/ 實(shí)訓(xùn)”的授課模式在理論內(nèi)容講解與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是不同步的，可能造成學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)而忘記了理論內(nèi)容，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，同時(shí)在抽象又復(fù)雜的理論學(xué)習(xí)中，因缺乏直觀、清楚的實(shí)驗(yàn)，而阻礙對(duì)理論知識(shí)的正確理解；相比而言，“理實(shí)一體化”教學(xué)模式對(duì)教學(xué)效果的提高更有效，避免在單獨(dú)講授理論知識(shí)時(shí)，由于內(nèi)容涉及計(jì)算公式過多或較抽象難以理解而導(dǎo)致學(xué)生聽不懂、甚至放棄課程學(xué)習(xí)，致使教學(xué)效果欠佳。

在今后制定人才培養(yǎng)方案和電力電子技術(shù)課程授課計(jì)劃時(shí)，電力電子技術(shù)課程及其他專業(yè)課程的教學(xué)場所全部改為實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)訓(xùn)車間，電力電子技術(shù)課程及其他專業(yè)課程的授課方式全部采用“理實(shí)一體化”的教學(xué)模式，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)操能力，做到理論和實(shí)踐的有效結(jié)合，以提高教學(xué)效果。

2.5 電力電子技術(shù)課程本身的特殊性

電力電子技術(shù)主要講解能夠承受高電壓、大電流的大功率型器件，該大功率型器件主要應(yīng)用于新能源汽車上的車載充電機(jī)、電機(jī)控制器、DC/DC 變換器及高壓配電裝置等，正常工作時(shí)，其電壓高達(dá)400-500V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人所能承受的安全電壓（交流電25V、直流電60V），因此，電力電子技術(shù)這門課程在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)時(shí)，具有一定的安全隱患，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）目前，對(duì)于大多數(shù)高等職業(yè)院校的實(shí)訓(xùn)場地，其安全防范還有一定的問題，高壓實(shí)訓(xùn)工位的布置不夠完善，安全警示牌、警戒線布置不規(guī)范，甚至沒有布置，對(duì)于拆裝新能源汽車上的電力電子裝置，存在不鋪設(shè)絕緣墊，安全帽及絕緣手套配置數(shù)量不夠，甚至部分絕緣手套出現(xiàn)破損現(xiàn)象，對(duì)于開展實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)帶來一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）在進(jìn)行新能源汽車整車電力電子裝置實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)時(shí)，多數(shù)高等職業(yè)院校采用任課教師獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)，在課程安排上沒有考慮電力電子技術(shù)課程的特殊性，建議在進(jìn)行新能源汽車上電力電子裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，安排一名輔助教師，以保證高壓帶電實(shí)操時(shí)不發(fā)生安全事故。

（3）高壓帶電操作時(shí)，一般要求作業(yè)人員需要持有高壓帶電操作電工證，對(duì)于高等職業(yè)院校的學(xué)生來說，對(duì)口生源的學(xué)生可能也只有部分在中職學(xué)習(xí)階段獲得了電工證，但基本是都沒有考取高壓電工操作證的，因此，在整車上直接進(jìn)行電力電子裝置實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)，具有一定的危險(xiǎn)性，建議在電力電子技術(shù)課程開設(shè)前，增加高壓電安全操作規(guī)范及相關(guān)注意事項(xiàng)安全培訓(xùn)，以杜絕安全事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

電力電子技術(shù)課程作為新能源汽車專業(yè)的專業(yè)課程之一，起著承上啟下的作用，對(duì)后續(xù)專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)提供必不可少的理論基礎(chǔ)，本文結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，詳細(xì)分析了電力電子技術(shù)在新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)中所遇到的各種問題，并給出了相應(yīng)的解決措施：

（1）考慮生源類別對(duì)教學(xué)效果的影響，在制定人才培養(yǎng)方案時(shí)，適當(dāng)調(diào)整文科生源（含對(duì)口生源）的基礎(chǔ)課程，增加高中階段的數(shù)學(xué)和物理課程中的電學(xué)內(nèi)容，以更好地為專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供理論基礎(chǔ)。

（2）培養(yǎng)前序?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程的專業(yè)師資，以做到電工電子技術(shù)緊密切合汽車專業(yè)教學(xué)，提高專業(yè)課程的授課針對(duì)性和緊密性，切實(shí)達(dá)到專業(yè)基礎(chǔ)課程為專業(yè)核心課程服務(wù)的良好效果。

（3）調(diào)整高等數(shù)學(xué)開設(shè)順序，使高等數(shù)學(xué)的進(jìn)度跟上或者超前專業(yè)課程的進(jìn)度，以更好的服務(wù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，提高專業(yè)課程的教學(xué)效果。

（4）專業(yè)課程的教學(xué)場所調(diào)整為實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)訓(xùn)車間，專業(yè)課程的授課方式建議采用“理實(shí)一體化”的教學(xué)模式，做到理論和實(shí)踐的有效結(jié)合，以提高教學(xué)效果。

（5）考慮電力電子技術(shù)課程本身的特殊性，建議在電力電子技術(shù)課程開設(shè)前，增加高壓電操作規(guī)范相關(guān)安全培訓(xùn)；在整車上進(jìn)行電力電子裝置實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)時(shí)，安排一名輔助教師，以保證高壓帶電實(shí)操時(shí)不發(fā)生安全事故。