電動汽車原理及構(gòu)造課程教學(xué)改革與探索

李新慈，彭閃閃

（安徽信息工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

隨著全球資源、能源和環(huán)境問題的日益突出， 新能源汽車以其高能效、環(huán)保等特點(diǎn)逐漸取代傳統(tǒng)能源汽車，帶來整個行業(yè)的變革，以傳統(tǒng)汽車技術(shù)為背景的知識結(jié)構(gòu)已不能夠滿足新能源汽車產(chǎn)業(yè)背景下對人才的需求，高校汽車類人才培養(yǎng)內(nèi)容將發(fā)生極大轉(zhuǎn)變[1]。

新能源汽車是我國新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，電動汽車是新能源汽車的主要類型。電動汽車集成了傳統(tǒng)汽車工程、電氣工程、化學(xué)工程以及控制工程多學(xué)科的特點(diǎn)，組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電動汽車原理及構(gòu)造課程涵蓋了新能源汽車方向的主要知識體系，涉及電動汽車的儲能元件、車用電動機(jī)、動力性及匹配等方面的知識，既有一定的理論深度，又有很強(qiáng)的實(shí)用性[2]。目前，已有高校增設(shè)此門課程，并作為車輛工程專業(yè)新能源汽車方向的課程之一。本文基于電動汽車的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，針對課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方法等方面展開電動汽車原理及構(gòu)造課程的教學(xué)改革與探索。

1 現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，許多高校已經(jīng)明確認(rèn)識到電動汽車原理及構(gòu)造課程教學(xué)改革的重要性，并實(shí)施一系列教學(xué)改革措施，但電動汽車原理及構(gòu)造課程的教學(xué)還存在一些普遍性問題。

1.1 教學(xué)方式落后

電動汽車原理及構(gòu)造課程內(nèi)容多，專業(yè)性強(qiáng)，電動汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型繁多，學(xué)生缺少實(shí)物體驗(yàn)和形象感性認(rèn)識，理解起來比較困難。授課教師在課程設(shè)計(jì)過程中不能夠?qū)φn程重難點(diǎn)內(nèi)容有較為清晰的把握，教學(xué)過程缺乏層次感和創(chuàng)新性[3]。另外授課方法以 PPT、板書為主，教學(xué)手段較為單一枯燥，無法吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，一部分學(xué)生不愿意參與到課堂的學(xué)習(xí)，最后靠死記硬背來應(yīng)付考試。因此，如何激發(fā)學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)興趣是關(guān)鍵，需要尋找新的教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)其綜合素質(zhì)和能力。

1.2 課程內(nèi)容設(shè)置不合理

1）重理論輕實(shí)踐。從教材內(nèi)容上看，大部分章節(jié)講授電動汽車的基本工作原理，內(nèi)容偏重于理論知識。從教學(xué)上看，當(dāng)前電動汽車教學(xué)的主要問題是專業(yè)課教師在教學(xué)中過分強(qiáng)調(diào)理論知識的教學(xué)，而忽視了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生空有理論知識，實(shí)踐能力匱乏。因此，有必要對現(xiàn)有教學(xué)方法進(jìn)行改革，加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練。

2）教學(xué)內(nèi)容陳舊。電動汽車目前正處于快速發(fā)展過程中，相關(guān)知識和技術(shù)不斷更新迭代，而教材內(nèi)容的更改相對滯后，難以及時反映行業(yè)最新技術(shù)和發(fā)展?fàn)顩r，知識較為落后，造成學(xué)生知識的局限。此外，課堂教學(xué)時間有限，僅依靠課堂有限的知識和內(nèi)容不能讓學(xué)生更系統(tǒng)、全面掌握電動汽車相關(guān)知識，而電動汽車相關(guān)教材較少，網(wǎng)上關(guān)于電動汽車的學(xué)習(xí)資料也十分雜亂，對于大部分學(xué)生來說，尤其是對電動汽車具有濃厚興趣的學(xué)生，對課外知識補(bǔ)充的需求難以得到滿足。

2 課程目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解和掌握了電動汽車的發(fā)展，純電動汽車的儲能元件及其管理系統(tǒng)等。課程目標(biāo)對學(xué)生能力要求如表1所示。

表1 電動汽車原理及構(gòu)造課程目標(biāo)要求

3 教學(xué)內(nèi)容

我校在2021年將電動汽車原理及構(gòu)造課程列為車輛工程專業(yè)本科生的專業(yè)方向課。以學(xué)院2019級車輛工程專業(yè)為例，共兩個教學(xué)班，車輛1901、1902班共80人，車輛1903、1904班共74人。使用的教材為北京理工出版社武志斐主編的《純電動汽車原理與結(jié)構(gòu)》。此書涵蓋電動汽車基本結(jié)構(gòu)與原理、動力性與動力匹配、電池回收等內(nèi)容，并兼顧“智能化”和“輕量化”前沿技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，非常適用于車輛工程專業(yè)本科生作為學(xué)習(xí)教材[4]。

課程安排于大學(xué)三年級第二學(xué)期，共32學(xué)時，其中理論學(xué)時30學(xué)時，具體內(nèi)容及學(xué)時安排如表2所示。

表2 理論部分教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配

實(shí)驗(yàn)學(xué)時 2學(xué)時，依托于所在學(xué)院的新能源汽車實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)一：新能源汽車電機(jī)性能綜合測試，使學(xué)生掌握電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，能夠?qū)︱?qū)動電機(jī)主要性能進(jìn)行測試分析、能量管理檢測。實(shí)驗(yàn)二：純電動汽車動力匹配虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，通過虛擬軟件，讓學(xué)生參與電動汽車參數(shù)的調(diào)整測試，觀察性能指標(biāo)的變化，學(xué)習(xí)純電動汽車動力系統(tǒng)的選擇與匹配基本原理，從而加深學(xué)生對理論原理的理解。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時以小組為單位進(jìn)行交流匯報(bào)，加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和思考能力。

4 教學(xué)改革措施

4.1 理論教學(xué)改革

新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，本課程所涉及的動力電池、智能駕駛等技術(shù)日新月異。因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)與時俱進(jìn)。教師在備課過程中需要提前查閱國內(nèi)外開發(fā)進(jìn)展和最新研究成果，以及國家關(guān)于電動汽車的發(fā)展布局和相關(guān)政策扶持，并在課上與學(xué)生分享和討論。結(jié)合電動汽車前沿技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀適時調(diào)整授課內(nèi)容，從而加深學(xué)生對理論知識的理解，同時使課程內(nèi)容變得更豐富。

電動汽車原理及構(gòu)造課程具有顯著的跨學(xué)科特點(diǎn)，理論知識多而深、廣而雜，如果采用傳統(tǒng)教學(xué)講授模式，學(xué)生不僅感覺枯燥乏味，而且對理論知識難以透徹理解，因此，在備課過程中針對課程中的重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行梳理，采取學(xué)生易于理解的方式進(jìn)行組織，制作生動有趣的課件，采用配圖、動畫、視頻等，更直觀形象地向?qū)W生展示電動汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，運(yùn)行原理，從而提高教學(xué)質(zhì)量與效果。

4.2 實(shí)踐教學(xué)改革

除了授課計(jì)劃中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之外，以各類職業(yè)技能競賽為載體，以賽促教，提升教學(xué)質(zhì)量。鼓勵學(xué)生參加學(xué)科競賽，如全國大學(xué)生智能汽車競賽，將自己的專業(yè)知識運(yùn)用于學(xué)科競賽的實(shí)踐中去，學(xué)以致用，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力。在夏季小學(xué)期挑戰(zhàn)項(xiàng)目中讓學(xué)生分組獨(dú)立完成四輪電動卡丁車零部件的焊接、組裝、調(diào)試，提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，并加深了學(xué)生對理論知識的理解與運(yùn)用。同時依托學(xué)校所在地區(qū)優(yōu)勢，與奇瑞、比亞迪等新能源車企開展校企合作，每年輸送一批學(xué)生進(jìn)入校外企業(yè)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生參與到電動汽車實(shí)際生產(chǎn)過程，從而達(dá)到理論與實(shí)踐相互融合的效果，培養(yǎng)出滿足新能源汽車崗位的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才[5]。

4.3 教學(xué)方式改革

1）啟發(fā)式教學(xué)。充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)過程中的主體參與作用，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的能力。在講解動力電池時，先從理論上說明動力電池的工作原理，并讓學(xué)生思考為什么電動汽車上鋰電池應(yīng)用較多，通過特斯拉汽車自燃事件讓學(xué)生思考電動汽車經(jīng)常出現(xiàn)的自燃爆炸情況與什么有關(guān)。讓學(xué)生自己動手查閱資料獲取想學(xué)到的知識，從而加深學(xué)生對于動力電池特性的理解。講解電池能量管理系統(tǒng)時，拋出問題引導(dǎo)學(xué)生思考混動汽車卡羅拉雙擎為什么省油，起步時加速性能比燃油車優(yōu)越？讓學(xué)生分組討論，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維。

2）案例教學(xué)。電動汽車近年來發(fā)展迅速，國內(nèi)外電動汽車的車型越來越多樣化。

在教學(xué)過程中可穿插一些具有代表性的電動汽車實(shí)例，結(jié)合不同國家，不同車系的典型車型進(jìn)行具體分析、討論和講解。例如：比亞迪E6、北汽 EV200、日產(chǎn)聆風(fēng)等經(jīng)典純電動汽車實(shí)例，可一邊播放圖片和視頻，一邊講解這些實(shí)例的各部分結(jié)構(gòu)組成、主要技術(shù)、續(xù)駛里程、“三電”的連接關(guān)系，并對比燃油車分析電動汽車節(jié)能環(huán)保的原因等。這種案例引導(dǎo)式教學(xué)方法，使課程內(nèi)容更加生動易懂，學(xué)生更容易理解課程內(nèi)容，同時拓寬了學(xué)生的知識面。

3）互動式教學(xué)。課內(nèi)討論和課外答疑相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)教學(xué)的互動性。比如，電動汽車發(fā)展過程中，社會上有支持也有反對的聲音?？梢宰寣W(xué)生課下收集相關(guān)資料，課上組織討論會，讓學(xué)生根據(jù)收集的資料以及學(xué)過的知識談?wù)勛约簩τ陔妱悠嚢l(fā)展的看法。在此過程中，學(xué)生能夠被充分表達(dá)觀點(diǎn)，能夠了解電動汽車發(fā)展的最新資訊，對電動汽車的認(rèn)識更加深刻。

4.4 考核方法改革

以考促學(xué)，以考促教。為了更全面、更科學(xué)地對學(xué)生作出評價和指導(dǎo)，同時為了檢驗(yàn)教學(xué)效果，查驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容達(dá)成度，為后續(xù)教學(xué)改革做鋪墊，采用過程性評價方式，合理分配考核比例?？己谁h(huán)節(jié)包括平時成績和期末考試成績，為了讓學(xué)生在平時能夠更好地學(xué)習(xí)，加重平時成績比重。總評成績以百分計(jì)，滿分 100分，按平時成績占50%的比例，由考勤（10%）、作業(yè)（60%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（20%）、課堂表現(xiàn)（10%）組成，期末考試成績占50%的比例分配。

作業(yè)包括平時作業(yè)（50%）和小論文（50%）。平時作業(yè)圍繞各章教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，布置一定數(shù)量的課后作業(yè)，針對學(xué)生作業(yè)中的問題有針對地答疑，主要考核學(xué)生對每章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度。同時要求撰寫一篇與電動汽車技術(shù)相關(guān)的小論文，內(nèi)容可以為電動汽車相關(guān)的政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，電動汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，電動汽車發(fā)展趨勢及前景等，要求正文字?jǐn)?shù)不少于 3 000字，主要考查學(xué)生對目前電動汽車技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢等的認(rèn)識和了解。實(shí)驗(yàn)成績主要考核學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究及操作方面的表現(xiàn)，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況。課堂表現(xiàn)主要對學(xué)生上課態(tài)度，回答問題的積極性做出評價。為了有效避免期末突擊死記硬背的情況，進(jìn)一步提升考核質(zhì)量，期末考試試題中適當(dāng)增加實(shí)際應(yīng)用和開放性的題目，從而能夠全方位評價學(xué)生對于這門課程的掌握情況。

根據(jù)上述方案，生成學(xué)生本門課程學(xué)習(xí)的最終評價公式：

5 教學(xué)改革效果評價

文中的一系列改革方法和措施已在我校車輛工程專業(yè)2019級本科生的電動汽車原理及構(gòu)造課程教學(xué)中實(shí)行。車輛專業(yè)共有兩個教學(xué)班，期末考試卷面成績分布分別如圖1、圖2所示?？梢钥吹酱蟛糠謱W(xué)生卷面成績集中在80分左右，卷面成績一定程度上反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，表明大部分學(xué)生基本理解和掌握了電動汽車原理及構(gòu)造課程相關(guān)的理論知識。

圖1 車輛1901、1902班學(xué)生期末成績分布

圖2 車輛1903、1904班學(xué)生期末成績分布

根據(jù)式（1），計(jì)算學(xué)生的最終考核成績，車輛1901、1902班共80人，90分以上3人，80～89分49人。車輛1903、1904班共74人，90分以上6人，80～89分51人。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀、基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理有了更深刻的認(rèn)識。

6 結(jié)論

本文針對電動汽車原理及構(gòu)造課程在教學(xué)過程中存在的普遍性問題，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方法等方面展開探索，對傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化，為后續(xù)課程建設(shè)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論支撐。隨著電動汽車行業(yè)的發(fā)展，目前的電動汽車課程教學(xué)改革是必然趨勢。深化電動汽車課程改革，不僅能夠推動教學(xué)質(zhì)量和效果的提高，也為企業(yè)和國家培養(yǎng)綜合素質(zhì)能力高、創(chuàng)新創(chuàng)造能力強(qiáng)的新能源汽車人才。今后將進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)多學(xué)科交叉和融合，不斷對課程教學(xué)進(jìn)行改革和創(chuàng)新。