智能仿真技術(shù)在高職新能源汽車故障診斷教學(xué)中的應(yīng)用探究

摘 要：智能仿真技術(shù)在高等職業(yè)教育領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。高職院?？梢越柚悄芊抡婕夹g(shù)打破物理空間和時間的限制、模擬復(fù)雜多變的故障場景等方面的優(yōu)勢，將其引入新能源汽車故障診斷教學(xué)中，以提高教學(xué)質(zhì)量。具體應(yīng)用路徑：模擬真實故障場景，落實故障診斷實踐教學(xué)；發(fā)揮智能工具優(yōu)勢，輔助課程設(shè)計和教學(xué)資源建設(shè)；設(shè)計個性化的故障診斷任務(wù)挑戰(zhàn)，實施個性化教學(xué)。

關(guān)鍵詞：智能仿真技術(shù)；虛擬仿真教學(xué)；新能源汽車；故障診斷

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）06-0147-04

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展重視程度的不斷提高，新能源汽車作為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新方向，正以前所未有的速度改變著傳統(tǒng)汽車行業(yè)格局。然而，新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展對新能源汽車故障診斷與維修技能提出了新要求，使培養(yǎng)具備高素質(zhì)、高技能的新能源汽車檢測與維修專業(yè)人才成為更加迫切的社會需求。在高等職業(yè)教育領(lǐng)域，如何有效提升學(xué)生的實踐能力，使其能夠快速適應(yīng)行業(yè)變化，成為行業(yè)專業(yè)人才，是當(dāng)前需要重點關(guān)注的課題。智能仿真技術(shù)以其獨特的沉浸性、交互性和安全性，為新能源汽車故障診斷教學(xué)提供了新的思路和方法。利用智能仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬的故障診斷環(huán)境，讓學(xué)生在無風(fēng)險、可重復(fù)的場景中進(jìn)行實踐操作，不僅能有效緩解教學(xué)資源緊張的問題，而且改變了傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方式，極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，切實提升學(xué)生解決實際問題的能力。本文探究智能仿真技術(shù)在高職新能源汽車檢測與維修專業(yè)故障診斷教學(xué)中的具體應(yīng)用方法，以期為新能源汽車技術(shù)人才培養(yǎng)提供參考。

一、智能仿真技術(shù)在高職新能源汽車故障診斷教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

智能仿真技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展起來的一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機技術(shù)。其以信息化為基礎(chǔ)，通過對物體進(jìn)行建模，融合圖像處理技術(shù)、傳感技術(shù)、交互技術(shù)等，利用計算機生成一種具有實時動態(tài)的三維立體逼真圖像，能夠給用戶帶來視覺、聽覺、觸覺等感知，將人的行為轉(zhuǎn)變?yōu)橄嚓P(guān)數(shù)據(jù)，對用戶的輸入做出實時響應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于機械制造、教育等領(lǐng)域［1］。智能仿真技術(shù)應(yīng)用的核心在于利用智能算法和模型對真實世界進(jìn)行精確復(fù)制或預(yù)測，使用戶能夠在無風(fēng)險的虛擬環(huán)境中進(jìn)行探索、學(xué)習(xí)、測試和驗證。智能仿真技術(shù)以其高度的沉浸性、實時性和交互性，為用戶提供了前所未有的體驗，使得許多在傳統(tǒng)條件下難以實現(xiàn)的或成本高昂的教學(xué)、訓(xùn)練和研究活動得以有效開展。

高職院校是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的重要陣地，其教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。但是，目前大多高職院校的新能源汽車技術(shù)教育，因受制于實訓(xùn)條件，存在人才培養(yǎng)目標(biāo)多變，專業(yè)重復(fù)開設(shè)，教學(xué)方式老套，與汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化特征不匹配等問題［2］。智能仿真技術(shù)的引入，為高職院校的新能源汽車技術(shù)教育帶來了革命性的變革機遇，具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢。

首先，智能仿真技術(shù)能夠打破物理空間和時間的限制，構(gòu)建虛擬實驗室，營造沉浸式實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生可以在無風(fēng)險、可重復(fù)的條件下進(jìn)行實踐操作，從而提升其動手能力和解決問題的能力，這樣的優(yōu)勢對需要投入大量設(shè)備和耗材的新能源汽車故障診斷實踐教學(xué)尤為明顯。其次，智能仿真技術(shù)能夠模擬復(fù)雜多變的故障場景，還能夠生動形象地展示新能源汽車復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及新能源汽車技術(shù)的抽象原理、控制策略等，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資料和實操機會。通過在虛擬的環(huán)境中不斷試錯和反思，學(xué)生可以更直觀地理解故障產(chǎn)生的機理，從而緩解畏難情緒，樂于探索新能源汽車的故障診斷和維修方案，進(jìn)而提升專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。再次，利用智能仿真技術(shù)進(jìn)行新能源汽車故障診斷教學(xué)，能夠有效規(guī)避實踐的安全風(fēng)險。新能源汽車技術(shù)課程與傳統(tǒng)燃油汽車技術(shù)課程相比，其顯著區(qū)別在于新能源汽車技術(shù)存在高電壓的安全問題，容易造成一定程度的教學(xué)安全風(fēng)險。目前，高職院校為降低新能源汽車故障診斷的操作風(fēng)險，更多選擇一對一輔導(dǎo)方式，這樣的教學(xué)安全性提高但效率較低。而智能仿真技術(shù)能夠讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中實訓(xùn)，避免了因操作失誤而導(dǎo)致的安全問題。同時，在虛擬環(huán)境中遇到的安全問題也可以作為警醒，啟發(fā)學(xué)生增強安全意識，提高風(fēng)險應(yīng)對能力。最后，智能仿真技術(shù)能夠增強教學(xué)的趣味性和互動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。

可見，在智能仿真技術(shù)的加持下，運用虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術(shù)手段，可以使學(xué)生與虛擬環(huán)境進(jìn)行實時交互，獲得更加直觀和深刻的學(xué)習(xí)體驗。

二、智能仿真技術(shù)在高職新能源汽車故障診斷教學(xué)中的具體應(yīng)用

（一）模擬真實故障場景，落實故障診斷實踐教學(xué)

在高職新能源汽車故障診斷教學(xué)中引入智能仿真技術(shù)，旨在利用智能技術(shù)的智能性優(yōu)勢、真實性和可定制性，構(gòu)建高度仿真的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中深入探索新能源汽車的復(fù)雜系統(tǒng)，以及學(xué)習(xí)在面對各種可能出現(xiàn)的故障情況時如何做出正確判斷，這對學(xué)生的專業(yè)技能提升和實戰(zhàn)經(jīng)驗積累起到了至關(guān)重要的作用。例如，進(jìn)行新能源汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷教學(xué)時，教師利用智能仿真軟件展示一輛新能源汽車的電池管理系統(tǒng)模型，并設(shè)置電池電量顯示不準(zhǔn)確這一常見故障場景，指導(dǎo)學(xué)生通過軟件界面觀察車輛的各項參數(shù)，包括電池電壓、電流、溫度等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電量顯示與實際情況不符時，要求學(xué)生運用所學(xué)知識進(jìn)行故障診斷，并在軟件中模擬使用專業(yè)的診斷工具，讀取故障碼。通過分析故障碼，學(xué)生初步判斷可能是電池傳感器出現(xiàn)問題。接著，讓學(xué)生檢查電池傳感器的連接情況和工作狀態(tài)，練習(xí)拆卸和檢查傳感器，觀察傳感器信號輸出是否正常。確定是傳感器故障后，讓學(xué)生在虛擬系統(tǒng)中進(jìn)行維修操作，更換故障傳感器，并再次檢查電池管理系統(tǒng)的運行情況，確認(rèn)電量顯示恢復(fù)正常。

由上述課例可知，智能仿真軟件構(gòu)建的故障場景具有多樣性和真實性，提升了學(xué)生實踐操作的體驗感。首先，模擬場景不僅能夠覆蓋新能源汽車各個關(guān)鍵系統(tǒng)的常見故障，如電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等，還能模擬任何實際維修中可能遇到的復(fù)雜情況和罕見問題。學(xué)生通過佩戴VR（虛擬現(xiàn)實）頭盔進(jìn)入高度仿真的新能源汽車內(nèi)部環(huán)境，如同置身于真實的維修車間，直觀地感受故障現(xiàn)象及維修操作，從而更好地理解故障產(chǎn)生的機理和后果。其次，學(xué)生在虛擬環(huán)境中使用的診斷工具和設(shè)備具有真實性。這些虛擬工具不僅外觀和使用方法與真實工具一致，而且能夠模擬真實的數(shù)據(jù)反饋和響應(yīng)。例如，當(dāng)學(xué)生使用虛擬的解碼器讀取故障碼時，屏幕上會顯示與真實車輛相同的故障碼信息；使用萬用表測量電路時，能夠獲得與實際情況相符的電壓、電流等參數(shù)。這種高度的仿真性使得學(xué)生在虛擬環(huán)境中的操作更加接近真實，從而提高應(yīng)對復(fù)雜情況的實踐能力。再次，學(xué)生在虛擬場景中也需要依照真實的故障診斷流程進(jìn)行操作，包括初步判斷故障現(xiàn)象、讀取故障碼、分析數(shù)據(jù)、排查電路、定位故障點以及制訂維修方案等一系列步驟，每一步都需要學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和技能進(jìn)行思考和判斷。通過在虛擬場景中反復(fù)練習(xí)和模擬操作，學(xué)生不僅能夠熟練掌握故障診斷的流程和方法，而且可以積累豐富的經(jīng)驗和教訓(xùn)，提高解決問題的能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維。最后，虛擬故障模擬與診斷實踐高度的可定制性優(yōu)勢表現(xiàn)在，教師根據(jù)學(xué)生的實際情況和教學(xué)需求靈活設(shè)置不同難度和類型的故障場景，以滿足不同教學(xué)階段的要求及不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。同時，智能仿真技術(shù)軟件還可以根據(jù)學(xué)生的操作過程和結(jié)果進(jìn)行實時反饋和評估。如在上述課例中，教師可以在整個模擬實踐過程中實時監(jiān)督，幫助學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)問題和糾正錯誤，并在完成操作后匯總展示實踐成果，組織學(xué)生進(jìn)行回顧總結(jié)。這種個性化的教學(xué)方式既提高了教學(xué)效率，也促進(jìn)了師生之間的交流和互動。

（二）發(fā)揮智能工具優(yōu)勢，輔助課程設(shè)計和教學(xué)資源建設(shè)

應(yīng)用于教學(xué)的智能仿真軟件融合了先進(jìn)的計算技術(shù)和智能算法，是一款智慧教學(xué)輔助工具，能夠為新能源汽車故障診斷課程設(shè)計和教學(xué)資源建設(shè)提供強大的支持，為學(xué)生提供豐富多樣、個性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)環(huán)境。

首先，在輔助課程設(shè)計方面，教師利用智能仿真軟件的數(shù)據(jù)分析功能，精準(zhǔn)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識盲點，從而有針對性地設(shè)計課程內(nèi)容。此外，教師利用智能仿真軟件模擬不同類型新能源汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，或演示典型的故障案例，突出教學(xué)重點及難點，使課程設(shè)計更加貼近實際，且靈活多樣。例如，進(jìn)行電池管理系統(tǒng)故障檢測維修教學(xué)，通過智能仿真軟件模擬展示電池容量衰減的診斷、電池均衡問題，并以此作為教學(xué)重點。又如，在實施驅(qū)動電機系統(tǒng)教學(xué)時，可以在設(shè)計中突出電機控制器故障診斷、電機過熱診斷等教學(xué)難點。

其次，在輔助教學(xué)資源建設(shè)方面，教師通過智能仿真系統(tǒng)的推薦功能，收集、整理各種新能源汽車故障診斷案例，充實教學(xué)案例資源庫。教學(xué)案例資源庫的建設(shè)，便于教師根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生需求，選擇合適的素材、內(nèi)容輔助教學(xué)。智能仿真系統(tǒng)支持教學(xué)資源開發(fā)，如支持在線測驗、互動問答、三維模型等資源開發(fā)，這些學(xué)習(xí)資源通常是通過動畫演示、交互式課件等多媒體教學(xué)資源來演示其工作原理和故障現(xiàn)象，使教學(xué)過程直觀、生動，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，利用仿真軟件制作展示電機驅(qū)動系統(tǒng)工作原理的動畫短片，通過動態(tài)展示電流、磁場、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化，幫助學(xué)生更好地理解抽象概念；或者制作一個電池管理系統(tǒng)（BMS）的三維模型，通過動畫直觀展示電池組充放電過程中的電流、電壓變化，以及展示BMS如何監(jiān)測和控制這些參數(shù)。這種教學(xué)方式有助于學(xué)生更好地理解抽象的概念和復(fù)雜的系統(tǒng)。此外，智能教學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和成績數(shù)據(jù)，推薦更多個性化的學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生更好地掌握知識點和提高學(xué)習(xí)效果。

（三）設(shè)計個性化的故障診斷任務(wù)挑戰(zhàn)，實施個性化教學(xué)

為充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能并促進(jìn)其技能水平均衡發(fā)展，教師應(yīng)當(dāng)利用智能仿真技術(shù)精心設(shè)計多層次的個性化故障診斷挑戰(zhàn)任務(wù)，確保每名學(xué)生都能在適合自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏中獲得成長。具體而言，對初涉新能源汽車故障診斷領(lǐng)域的學(xué)生，教師可以設(shè)計基礎(chǔ)性的任務(wù)挑戰(zhàn)。以“高壓直流快充系統(tǒng)通信故障排查”這一內(nèi)容的實踐教學(xué)為例，對專業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)生，教師應(yīng)當(dāng)設(shè)置一系列相對簡單的故障診斷問題，如模擬單一通信線路的中斷等故障。這些故障現(xiàn)象明顯，排查路徑清晰，操作難度較低，適合這一水平的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以利用模擬軟件中的故障診斷工具，如數(shù)據(jù)監(jiān)視器、通信協(xié)議分析儀等，觀察并記錄故障現(xiàn)象，通過對比分析正常與故障狀態(tài)下的數(shù)據(jù)差異，逐步掌握診斷識別問題的技巧和方法。這一層次的任務(wù)旨在幫助學(xué)生建立自信心，掌握基本的故障診斷思路和工具使用方法。

對專業(yè)基礎(chǔ)扎實、學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生，教師應(yīng)當(dāng)設(shè)計更為復(fù)雜、綜合性的挑戰(zhàn)任務(wù)。如將故障現(xiàn)象設(shè)置為多個潛在因素交織導(dǎo)致的通信中斷，包括但不限于通信模塊故障、線路接觸不良、電磁干擾以及軟件漏洞等。此任務(wù)不僅涉及高壓電路的復(fù)雜性和安全性問題，還融入了通信協(xié)議的解析和故障定位等高階技能。教師通過智能仿真技術(shù)模擬快充過程中出現(xiàn)的通信中斷故障，要求學(xué)生不僅能夠準(zhǔn)確識別故障現(xiàn)象，而且可以深入分析通信協(xié)議數(shù)據(jù)、排查通信線路和接口問題，甚至能夠編寫簡單的診斷腳本來輔助故障定位。學(xué)生首先需要全面分析系統(tǒng)架構(gòu)，厘清各模塊之間的通信關(guān)系，然后利用仿真軟件中的高級功能，如信號注入、協(xié)議解析等，深入探究故障根源。這一過程中，學(xué)生必須靈活運用所學(xué)知識（如電路分析、通信協(xié)議原理、故障診斷邏輯等），同時要具備良好的問題解決能力和創(chuàng)新思維。此外，教師還可以根據(jù)教學(xué)目的的不同，設(shè)置一定的障礙，如時間限制、資源限制、信息缺失等，以檢驗學(xué)生的應(yīng)變能力和故障診斷能力。

個性化教學(xué)是根據(jù)學(xué)生的特點和需求進(jìn)行設(shè)計與實施，能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中感受到樂趣與成就感，同時能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力和創(chuàng)新思維，滿足不同專業(yè)基礎(chǔ)、不同技術(shù)水平學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

三、智能仿真技術(shù)在新能源汽車故障診斷教學(xué)應(yīng)用中的注意事項

（一）充分發(fā)揮“虛實一體”教學(xué)功能

高職新能源汽車檢測與維修專業(yè)的教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)深度融合虛擬與現(xiàn)實兩個維度，以最大化地提升學(xué)生的實踐能力。智能仿真技術(shù)作為虛擬教學(xué)的重要載體，不應(yīng)僅將其視為一個模擬工具，而是把它看作貫穿整個教學(xué)過程的重要組成部分。如在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，利用智能仿真技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗室，引導(dǎo)學(xué)生在虛擬環(huán)境中積累故障排查和維修實踐的經(jīng)驗，然后遷移到真實的實驗室或?qū)嵱?xùn)基地工作場景中，實現(xiàn)學(xué)以致用，提高學(xué)生解決實際問題的能力。此外，智能仿真技術(shù)還可以支持遠(yuǎn)程教學(xué)和自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在家中或其他任何地方，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入虛擬實驗室或智能教學(xué)平臺進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。這種靈活的學(xué)習(xí)方式將極大地延長學(xué)生的學(xué)習(xí)時間和拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，使他們能夠根據(jù)自己的節(jié)奏和需求進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（二）不斷更新教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步挖掘智能仿真技術(shù)優(yōu)勢

隨著新能源汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，高職汽車檢測與維修專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和方法也在不斷更新，智能仿真技術(shù)作為重要的教學(xué)技術(shù)，教師要進(jìn)一步挖掘其優(yōu)勢。首先，應(yīng)當(dāng)定期更新智能仿真軟件的內(nèi)置故障案例和維修教程，使教學(xué)與最新技術(shù)成果和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步。同時，內(nèi)容的更新應(yīng)當(dāng)廣泛涵蓋新能源汽車的各個方面，如電池管理系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，確保學(xué)生獲得全面的實訓(xùn)資源。其次，應(yīng)當(dāng)不斷開發(fā)新功能，提升用戶體驗。例如，通過引入VR和AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)，為學(xué)生提供沉浸式和交互式的學(xué)習(xí)體驗。學(xué)生佩戴VR頭盔進(jìn)入虛擬車間，對虛擬車輛進(jìn)行故障診斷操作；或者通過AR技術(shù)將虛擬信息疊加到真實物體上，采用手勢、語音、體感等對虛擬元素進(jìn)行互動，在沉浸式、高保真的混合現(xiàn)實世界中觀摩新能源汽車的結(jié)構(gòu)［3］，實現(xiàn)虛實結(jié)合的學(xué)習(xí)效果。最后，應(yīng)當(dāng)將智能教學(xué)系統(tǒng)與在線教育平臺、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)等進(jìn)行深度整合，打造新的教學(xué)生態(tài)，幫助學(xué)生便捷地進(jìn)行故障診斷學(xué)習(xí)，以及獲取在線測試、自我評估和實時反饋等一系列學(xué)習(xí)資源，最后通過真實項目的實踐鞏固所學(xué)知識和技能。

智能仿真技術(shù)在高職新能源汽車故障診斷教學(xué)中的應(yīng)用，不僅極大地提升了教學(xué)的直觀性、互動性和實效性，而且有效緩解了實訓(xùn)資源緊張的問題，為學(xué)生提供了更為豐富的實踐機會和更為安全的操作環(huán)境。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與普及，智能仿真技術(shù)將成為新能源汽車專業(yè)人才培養(yǎng)重要的技術(shù)支撐，使所培養(yǎng)的人才成為符合行業(yè)需求的具備扎實理論基礎(chǔ)與高超實踐技能的優(yōu)秀人才。

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注：本文系2023年崇左市技能大師工作室汽車維修技能大師工作室建設(shè)項目成果。

（責(zé)編 黃健清）