“新能源汽车”课程实践案例化教学探索

翁才恩，刘建军，王孝鹏，卢隆辉

（三明学院 机电工程学院，福建 三明 365004）

党的十八大以来，习近平总书记多次指出，未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将同我国加快转变经济发展形成历史性交汇，工程在社会中的作用发生了深刻变化，工程科技进步和创新成为推动人类社会发展的重要引擎［1］.在这样的背景下，2016 年提出了“新工科”这一概念，新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征［2-3］.

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车［4］.自2010 以来我国大力发展新能源汽车，并出台了许多政策来扶持新能源汽车的发展，尤其是在“十三五”规划中将新能源汽车的建设与发展，作为未来汽车的发展重点，并要求其它企业给出今后汽车发展规划，并逐年减少燃油车的生产，其中吉利汽车规划到2020 年，新能源汽车销量占吉利整车销量90%以上，其中插电式混动与油电混动汽车销量占比达到65%，纯电动汽车销量占比35%.

为了抓住新能源汽车发展的机遇，笔者立足车辆工程新能源汽车方向的核心课程“新能源汽车”，提出新能源汽车的案例化教学项目，目的是培养出满足未来新能源汽车产业需要的，具有创新创业能力、动态适应能力、高素质的各类交叉复合型卓越工程科技人才.笔者立足于新工科的培养方法，着眼于未来对新能源汽车人才的大量需求，通过案例化的实践教学，实现对车辆工程专业新能源汽车方向人才的培养，并且契合高校探索具有自身特色的应用型本科院校［5］.

1 “新能源汽车”课程现状及分析

目前国内高校“新能源汽车”课程教学多种模式并存.大多还是以讲授为主，侧重理论、概念和原理，部分高校进行了教学方式改革，增加了课程实践内容［6-7］，但缺乏这门课程的整体实践性教学.从教学效果分析，单纯理论授课难以满足现代教学需求，学生的积极性得不到充分调动.实践环节的加入，极大地提高了学生上课的主动性，具有明显的优势.通过教学改革将“新能源汽车”课程从以往的理论为主，转变为从实践为主，理论为辅的教学方式，真正成为一门实践性课程.

“新能源汽车”课程是车辆工程专业新能源汽车方向的核心课程，一般开设在大学三年级上学期末（即第五学期），累计为10 天的集中实践教学模式，学分为2 学分，其中穿插讲解理论知识，即以实践为主理论为辅的方式，教学模式见图1.以“新能源汽车”课程为核心，从课程的动力电池内容建立实践项目动力电池更换与检测，从其他电器系统等内容建立系统故障诊断项目，从控制器和电机的内容建立转换电路搭建项目，从整车动力系统匹配（包含纯电动汽车、混合动力汽车、增程式电动汽车等）内容建立动力系统建模与仿真项目.通过项目实践，使学生掌握新能源汽车整体结构，建立新能源汽车整车抽象思维.最终通过项目考核，获得课程成绩.

图1 新能源汽车课程教学图谱

2 “新能源汽车”课程的实践项目

目前，高校本科较少有新能源汽车方向的人才培养，基本都放在了研究生阶段，但研究生阶段的培养方式，大都着重于新能源汽车的动力系统建模与仿真，控制策略方面的研究，更侧重于理论意义，可这些研究人员缺乏新能源汽车方面的实践经验.笔者通过在本科阶段，加入新能源汽车的实践项目，培养具有实践经验的新能源汽车方向的人才.

2.1 动力电池的更换与检测

要求学生以小组作业的方式，依据厂家技术标准和任务书中的要求，严格执行高压作业安全规定，规范使用工具仪器，在一定时间内，完成整车（如吉利帝豪EV300）动力电池总成的更换任务，并形成书面报告，培养学生的团队协作、职业意识、安全意识、职业规范和实践能力.

2.2 系统故障诊断

要求学生以小组作业的方式，严格执行高压作业安全规定，合理使用工具仪器，依据厂家技术标准和任务书中的要求，在一定时间内，完成整车（如吉利帝豪EV300）系统故障诊断与排除任务，并形成书面报告，其中故障内容有：（1）“ready”灯不亮；（2）慢充无法充电.这些故障都在低压端，检测的也是低压，可确保学生实践操作的安全，培养学生团队协作、整车系统、故障排除和解决实际汽车问题的能力.

2.3 转换电路搭建

要求学生以小组作业的方式，依据厂家技术标准和任务书中的要求，规范使用检测仪器，在一定时间内，在汽车电工电子实验平台（见图2）上完成电源转换电路的搭建与分析任务，并形成实验报告，培养学生仪器仪表的使用、汽车转换电路搭建、汽车电工电子运用和缜密的思维能力.

2.4 动力系统建模与仿真

要求学生以小组作业的方式，依据厂家技术标准和任务书中的要求，利用Cruise 软件搭建整车（如吉利帝豪EV300）动力系统模型，完成整车动力性和经济性仿真工作，并形成书面报告，培养学生整车匹配、建模、软件运用和绿色生态的能力.

3 系统故障诊断实践案例化教学改革

上述指出了本科院校创建新工科，在新能源汽车方向的应用型人才培养中，可行的几种课程实践项目，笔者对其中的系统故障诊断项目的课程实践过程进行案例化探索，流程图见图3.

图2 汽车电工电子实验平台

图3 案例化教学流程图

3.1 了解故障诊断内容，明确实践目的

在进行实际操作前，先对学生进行实践内容的讲解，明确操作的安全规范、实践项目的目的和内容.通过PPT 等多媒体授课的方式，向学生讲解以下内容：（1）断开或接通高压维修开关时，必须关闭启动钥匙，必须断开低压蓄电池负极；（2）断开或接通高压维修开关时，必须警示他人，必须佩带绝缘手套、护目镜等；（3）安装或取出高压维修开关盖时，必须警示他人，必须佩带绝缘手套、护目镜等；（4）测量高压回路验电；（5）断开高压维修开关后，系统可能会生成相应故障代码，此项不在考核范围，属正常；（6）故障诊断过程中，禁止使用万用表、示波器测量高压电压或高压电流；（7）故障诊断过程中，使用万用表、示波器测量低压系统时，必须断开高压维修开关；（8）故障诊断过程中，为确保工作安全，全程穿着工作服、绝缘鞋、安全头盔等防护用品；（9）故障诊断过程中，为便于选手操作，绝缘手套、3M 手套、线手套及护目镜自由选择使用；（10）考核范围：电池管理系统、电机控制系统、车辆充电系统、整车控制系统；（11）故障范围：1、“ready”灯不亮（故障点1～2 个）；2、慢充无法充电（故障点1～2 个）；（12）排故顺序：首先排除故障1（“ready”灯不亮），再次排除故障2（慢充无法充电）；（13）读取故障代码及数据流时，依据“记录表”提示进入相应系统，如“电池管理系统”；（14）故障设置无需恢复，填写“记录表”并向裁判报告故障已排除，请求恢复即可.

3.2 实车电路布局讲解，直观获取知识

在了解了实践内容的基础上，带学生到现场，了解整车（如吉利帝豪EV300），并带上整车电路布局和电路图，因为不同的新能源汽车电路布局和电路图都不尽相同.图4 为整车设备，图5 为吉利帝豪EV300前机舱.可以看到新能源汽车电子部件有：（1）VCU（电子控制单元）；（2）保险盒；（3）电机控制器；（4）车载充电机；（5）继电器.

图4 吉利帝豪EV300

图5 吉利帝豪EV300 前机舱

利用维修手册，查看该车的电路走线情况，电子元件的位置，各元件的电压电阻等，利用这些参数逐步进行故障诊断，流程见图6.先查看汽车仪表盘，了解是“ready”灯不亮还是充电灯亮，并用专用故障诊断仪器，查看具体故障位置，列出故障疑点，利用万用表、手持式示波器和跳线盒等工具逐个进行排除，以确定故障位置，并形成书面报告.

图6 系统故障诊断流程图

3.3 分组练习操作，培养学生团队协作

在掌握整车电路结构和布局的基础上，以两名学生为一组进行实际操作，两名学生要进行合理的分工：一名学生进行书面工作和出谋划策，另一名学生进行动手实操检测工作.其中前一名学生要完成的工作有：根据故障点查找维修手册，辅助实操的学生进行检测，记录数据和书写报告；后一名学生完成的工作有：利用故障诊断仪、万用表、示波器和跳线盒完成故障诊断的工作，并具有一定的逻辑顺序，而不是无意识的胡乱检测.两人一组的角色可以互换，通过完成得到各自的检测结果，互相对比检测结果，并进行讨论，共同聚焦寻找问题，提升能力.通过合理有效的分工，观察每组学生的团队协作情况，并以此作为平时分数的参考，因为具有合理安排分工和团队精神的学生，在未来的发展可以成为一个团队和部门的领导者.

3.4 实践交流反思，提高学生的高阶思维能力

在每个团队进行了一次实操后，开展交流工作，交流方式可以多种多样，例如：利用PPT 进行心得体会讲解，尤其是怎么加快检测速度，快速分析故障点，各组的分工形式，并且故障点都是实际会出现的故障问题；指导老师也可以给出一个故障点，学生们进行交流，提高学生模拟解决问题的能力，利用这种方式能够使学生在已经实践一遍的基础上，继续通过思维模拟诊断过程，进一步加深记忆过程，使学生能够表达自己的想法，创新思维能力.

3.5 正规的考核评价方式，培养学生的职业能力

考核方式是以两名学生为一组，考核时间为30 min，人为设置两个故障：1 为“ready”灯不亮，2 为慢充无法充电.这两个故障的具体故障点通过抽题的方式决定，学生进入考场前进行抽题，然后监考人员进行故障点设置，此时学生回避，设置好故障点后，学生就可以进入考场开始故障诊断.考核分数组成：职业素养和规范35 分和系统故障诊断65 分，总分100 分.其中职业素养和规范主要考察的内容包括工作准备、人物安全、设备使用、团队协作、作业要求、现场恢复、高压作业流程等.系统故障诊断评分表内容主要包括记录车辆信息、确认故障现象、查询故障信息并记录相关数据、分析可能原因并绘制电路简图、进行可疑点的故障诊断并分析、最后确定故障点等.

4 结语

通过案例化实践教学过程，得出案例化教学模式：以课程内容→建立相关实践项目→设置考核内容及评分标准→教师演练实操及讲解理论→学生分组实操→实践考核及评分.深入调查，通过学生的反馈总结出实践探索的优点：（1）能够使学生真正掌握新能源汽车整车结构，而不是停留在理论教学，图片观赏的层面，强化学生对新能源汽车的了解；（2）学生具有解决实际问题的能力，通过实际问题，加强学生对新能源汽车电路结构，整车布局，各功能模块功能的了解，培养学生自主解决问题的能力，为今后从事新能源汽车方面的开发奠定基础；（3）各部分的考核工作都有职业素养和规范，培养学生职业能力，做事都要具有一定的规范；（4）实操过程都是两名学生相互配合完成工作，保证了工作的安全，也培养了学生团队协作能力；（5）整车实践过程，是学生在进入企业前就完成了，使学生能更快地适应新能源汽车开发工作，减少了企业培养费用，达到建设新工科和应用型院校对人才培养的要求.