“新能源汽車”課程實踐案例化教學探索

翁才恩，劉建軍，王孝鵬，盧隆輝

（三明學院 機電工程學院，福建 三明 365004）

黨的十八大以來，習近平總書記多次指出，未來幾十年，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革將同我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展形成歷史性交匯，工程在社會中的作用發(fā)生了深刻變化，工程科技進步和創(chuàng)新成為推動人類社會發(fā)展的重要引擎［1］.在這樣的背景下，2016 年提出了“新工科”這一概念，新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征［2-3］.

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車［4］.自2010 以來我國大力發(fā)展新能源汽車，并出臺了許多政策來扶持新能源汽車的發(fā)展，尤其是在“十三五”規(guī)劃中將新能源汽車的建設(shè)與發(fā)展，作為未來汽車的發(fā)展重點，并要求其它企業(yè)給出今后汽車發(fā)展規(guī)劃，并逐年減少燃油車的生產(chǎn)，其中吉利汽車規(guī)劃到2020 年，新能源汽車銷量占吉利整車銷量90%以上，其中插電式混動與油電混動汽車銷量占比達到65%，純電動汽車銷量占比35%.

為了抓住新能源汽車發(fā)展的機遇，筆者立足車輛工程新能源汽車方向的核心課程“新能源汽車”，提出新能源汽車的案例化教學項目，目的是培養(yǎng)出滿足未來新能源汽車產(chǎn)業(yè)需要的，具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、動態(tài)適應(yīng)能力、高素質(zhì)的各類交叉復(fù)合型卓越工程科技人才.筆者立足于新工科的培養(yǎng)方法，著眼于未來對新能源汽車人才的大量需求，通過案例化的實踐教學，實現(xiàn)對車輛工程專業(yè)新能源汽車方向人才的培養(yǎng)，并且契合高校探索具有自身特色的應(yīng)用型本科院校［5］.

1 “新能源汽車”課程現(xiàn)狀及分析

目前國內(nèi)高?！靶履茉雌嚒闭n程教學多種模式并存.大多還是以講授為主，側(cè)重理論、概念和原理，部分高校進行了教學方式改革，增加了課程實踐內(nèi)容［6-7］，但缺乏這門課程的整體實踐性教學.從教學效果分析，單純理論授課難以滿足現(xiàn)代教學需求，學生的積極性得不到充分調(diào)動.實踐環(huán)節(jié)的加入，極大地提高了學生上課的主動性，具有明顯的優(yōu)勢.通過教學改革將“新能源汽車”課程從以往的理論為主，轉(zhuǎn)變?yōu)閺膶嵺`為主，理論為輔的教學方式，真正成為一門實踐性課程.

“新能源汽車”課程是車輛工程專業(yè)新能源汽車方向的核心課程，一般開設(shè)在大學三年級上學期末（即第五學期），累計為10 天的集中實踐教學模式，學分為2 學分，其中穿插講解理論知識，即以實踐為主理論為輔的方式，教學模式見圖1.以“新能源汽車”課程為核心，從課程的動力電池內(nèi)容建立實踐項目動力電池更換與檢測，從其他電器系統(tǒng)等內(nèi)容建立系統(tǒng)故障診斷項目，從控制器和電機的內(nèi)容建立轉(zhuǎn)換電路搭建項目，從整車動力系統(tǒng)匹配（包含純電動汽車、混合動力汽車、增程式電動汽車等）內(nèi)容建立動力系統(tǒng)建模與仿真項目.通過項目實踐，使學生掌握新能源汽車整體結(jié)構(gòu)，建立新能源汽車整車抽象思維.最終通過項目考核，獲得課程成績.

圖1 新能源汽車課程教學圖譜

2 “新能源汽車”課程的實踐項目

目前，高校本科較少有新能源汽車方向的人才培養(yǎng)，基本都放在了研究生階段，但研究生階段的培養(yǎng)方式，大都著重于新能源汽車的動力系統(tǒng)建模與仿真，控制策略方面的研究，更側(cè)重于理論意義，可這些研究人員缺乏新能源汽車方面的實踐經(jīng)驗.筆者通過在本科階段，加入新能源汽車的實踐項目，培養(yǎng)具有實踐經(jīng)驗的新能源汽車方向的人才.

2.1 動力電池的更換與檢測

要求學生以小組作業(yè)的方式，依據(jù)廠家技術(shù)標準和任務(wù)書中的要求，嚴格執(zhí)行高壓作業(yè)安全規(guī)定，規(guī)范使用工具儀器，在一定時間內(nèi)，完成整車（如吉利帝豪EV300）動力電池總成的更換任務(wù)，并形成書面報告，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作、職業(yè)意識、安全意識、職業(yè)規(guī)范和實踐能力.

2.2 系統(tǒng)故障診斷

要求學生以小組作業(yè)的方式，嚴格執(zhí)行高壓作業(yè)安全規(guī)定，合理使用工具儀器，依據(jù)廠家技術(shù)標準和任務(wù)書中的要求，在一定時間內(nèi)，完成整車（如吉利帝豪EV300）系統(tǒng)故障診斷與排除任務(wù)，并形成書面報告，其中故障內(nèi)容有：（1）“ready”燈不亮；（2）慢充無法充電.這些故障都在低壓端，檢測的也是低壓，可確保學生實踐操作的安全，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作、整車系統(tǒng)、故障排除和解決實際汽車問題的能力.

2.3 轉(zhuǎn)換電路搭建

要求學生以小組作業(yè)的方式，依據(jù)廠家技術(shù)標準和任務(wù)書中的要求，規(guī)范使用檢測儀器，在一定時間內(nèi)，在汽車電工電子實驗平臺（見圖2）上完成電源轉(zhuǎn)換電路的搭建與分析任務(wù)，并形成實驗報告，培養(yǎng)學生儀器儀表的使用、汽車轉(zhuǎn)換電路搭建、汽車電工電子運用和縝密的思維能力.

2.4 動力系統(tǒng)建模與仿真

要求學生以小組作業(yè)的方式，依據(jù)廠家技術(shù)標準和任務(wù)書中的要求，利用Cruise 軟件搭建整車（如吉利帝豪EV300）動力系統(tǒng)模型，完成整車動力性和經(jīng)濟性仿真工作，并形成書面報告，培養(yǎng)學生整車匹配、建模、軟件運用和綠色生態(tài)的能力.

3 系統(tǒng)故障診斷實踐案例化教學改革

上述指出了本科院校創(chuàng)建新工科，在新能源汽車方向的應(yīng)用型人才培養(yǎng)中，可行的幾種課程實踐項目，筆者對其中的系統(tǒng)故障診斷項目的課程實踐過程進行案例化探索，流程圖見圖3.

圖2 汽車電工電子實驗平臺

圖3 案例化教學流程圖

3.1 了解故障診斷內(nèi)容，明確實踐目的

在進行實際操作前，先對學生進行實踐內(nèi)容的講解，明確操作的安全規(guī)范、實踐項目的目的和內(nèi)容.通過PPT 等多媒體授課的方式，向?qū)W生講解以下內(nèi)容：（1）斷開或接通高壓維修開關(guān)時，必須關(guān)閉啟動鑰匙，必須斷開低壓蓄電池負極；（2）斷開或接通高壓維修開關(guān)時，必須警示他人，必須佩帶絕緣手套、護目鏡等；（3）安裝或取出高壓維修開關(guān)蓋時，必須警示他人，必須佩帶絕緣手套、護目鏡等；（4）測量高壓回路驗電；（5）斷開高壓維修開關(guān)后，系統(tǒng)可能會生成相應(yīng)故障代碼，此項不在考核范圍，屬正常；（6）故障診斷過程中，禁止使用萬用表、示波器測量高壓電壓或高壓電流；（7）故障診斷過程中，使用萬用表、示波器測量低壓系統(tǒng)時，必須斷開高壓維修開關(guān)；（8）故障診斷過程中，為確保工作安全，全程穿著工作服、絕緣鞋、安全頭盔等防護用品；（9）故障診斷過程中，為便于選手操作，絕緣手套、3M 手套、線手套及護目鏡自由選擇使用；（10）考核范圍：電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、車輛充電系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)；（11）故障范圍：1、“ready”燈不亮（故障點1～2 個）；2、慢充無法充電（故障點1～2 個）；（12）排故順序：首先排除故障1（“ready”燈不亮），再次排除故障2（慢充無法充電）；（13）讀取故障代碼及數(shù)據(jù)流時，依據(jù)“記錄表”提示進入相應(yīng)系統(tǒng)，如“電池管理系統(tǒng)”；（14）故障設(shè)置無需恢復(fù)，填寫“記錄表”并向裁判報告故障已排除，請求恢復(fù)即可.

3.2 實車電路布局講解，直觀獲取知識

在了解了實踐內(nèi)容的基礎(chǔ)上，帶學生到現(xiàn)場，了解整車（如吉利帝豪EV300），并帶上整車電路布局和電路圖，因為不同的新能源汽車電路布局和電路圖都不盡相同.圖4 為整車設(shè)備，圖5 為吉利帝豪EV300前機艙.可以看到新能源汽車電子部件有：（1）VCU（電子控制單元）；（2）保險盒；（3）電機控制器；（4）車載充電機；（5）繼電器.

圖4 吉利帝豪EV300

圖5 吉利帝豪EV300 前機艙

利用維修手冊，查看該車的電路走線情況，電子元件的位置，各元件的電壓電阻等，利用這些參數(shù)逐步進行故障診斷，流程見圖6.先查看汽車儀表盤，了解是“ready”燈不亮還是充電燈亮，并用專用故障診斷儀器，查看具體故障位置，列出故障疑點，利用萬用表、手持式示波器和跳線盒等工具逐個進行排除，以確定故障位置，并形成書面報告.

圖6 系統(tǒng)故障診斷流程圖

3.3 分組練習操作，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作

在掌握整車電路結(jié)構(gòu)和布局的基礎(chǔ)上，以兩名學生為一組進行實際操作，兩名學生要進行合理的分工：一名學生進行書面工作和出謀劃策，另一名學生進行動手實操檢測工作.其中前一名學生要完成的工作有：根據(jù)故障點查找維修手冊，輔助實操的學生進行檢測，記錄數(shù)據(jù)和書寫報告；后一名學生完成的工作有：利用故障診斷儀、萬用表、示波器和跳線盒完成故障診斷的工作，并具有一定的邏輯順序，而不是無意識的胡亂檢測.兩人一組的角色可以互換，通過完成得到各自的檢測結(jié)果，互相對比檢測結(jié)果，并進行討論，共同聚焦尋找問題，提升能力.通過合理有效的分工，觀察每組學生的團隊協(xié)作情況，并以此作為平時分數(shù)的參考，因為具有合理安排分工和團隊精神的學生，在未來的發(fā)展可以成為一個團隊和部門的領(lǐng)導(dǎo)者.

3.4 實踐交流反思，提高學生的高階思維能力

在每個團隊進行了一次實操后，開展交流工作，交流方式可以多種多樣，例如：利用PPT 進行心得體會講解，尤其是怎么加快檢測速度，快速分析故障點，各組的分工形式，并且故障點都是實際會出現(xiàn)的故障問題；指導(dǎo)老師也可以給出一個故障點，學生們進行交流，提高學生模擬解決問題的能力，利用這種方式能夠使學生在已經(jīng)實踐一遍的基礎(chǔ)上，繼續(xù)通過思維模擬診斷過程，進一步加深記憶過程，使學生能夠表達自己的想法，創(chuàng)新思維能力.

3.5 正規(guī)的考核評價方式，培養(yǎng)學生的職業(yè)能力

考核方式是以兩名學生為一組，考核時間為30 min，人為設(shè)置兩個故障：1 為“ready”燈不亮，2 為慢充無法充電.這兩個故障的具體故障點通過抽題的方式?jīng)Q定，學生進入考場前進行抽題，然后監(jiān)考人員進行故障點設(shè)置，此時學生回避，設(shè)置好故障點后，學生就可以進入考場開始故障診斷.考核分數(shù)組成：職業(yè)素養(yǎng)和規(guī)范35 分和系統(tǒng)故障診斷65 分，總分100 分.其中職業(yè)素養(yǎng)和規(guī)范主要考察的內(nèi)容包括工作準備、人物安全、設(shè)備使用、團隊協(xié)作、作業(yè)要求、現(xiàn)場恢復(fù)、高壓作業(yè)流程等.系統(tǒng)故障診斷評分表內(nèi)容主要包括記錄車輛信息、確認故障現(xiàn)象、查詢故障信息并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)、分析可能原因并繪制電路簡圖、進行可疑點的故障診斷并分析、最后確定故障點等.

4 結(jié)語

通過案例化實踐教學過程，得出案例化教學模式：以課程內(nèi)容→建立相關(guān)實踐項目→設(shè)置考核內(nèi)容及評分標準→教師演練實操及講解理論→學生分組實操→實踐考核及評分.深入調(diào)查，通過學生的反饋總結(jié)出實踐探索的優(yōu)點：（1）能夠使學生真正掌握新能源汽車整車結(jié)構(gòu)，而不是停留在理論教學，圖片觀賞的層面，強化學生對新能源汽車的了解；（2）學生具有解決實際問題的能力，通過實際問題，加強學生對新能源汽車電路結(jié)構(gòu)，整車布局，各功能模塊功能的了解，培養(yǎng)學生自主解決問題的能力，為今后從事新能源汽車方面的開發(fā)奠定基礎(chǔ)；（3）各部分的考核工作都有職業(yè)素養(yǎng)和規(guī)范，培養(yǎng)學生職業(yè)能力，做事都要具有一定的規(guī)范；（4）實操過程都是兩名學生相互配合完成工作，保證了工作的安全，也培養(yǎng)了學生團隊協(xié)作能力；（5）整車實踐過程，是學生在進入企業(yè)前就完成了，使學生能更快地適應(yīng)新能源汽車開發(fā)工作，減少了企業(yè)培養(yǎng)費用，達到建設(shè)新工科和應(yīng)用型院校對人才培養(yǎng)的要求.