王立波　程聯(lián)社　陸健　齊煥敏　黨超

摘 要：隨著我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，相關專業(yè)人才需求量日益增加，對于高職院校而言，新能源汽車專業(yè)的人才培養(yǎng)也應緊跟行業(yè)發(fā)展。在改變以往傳統(tǒng)教學模式基礎上，引入現(xiàn)代化虛擬仿真技術，采用理論、虛擬及實操一體化教學模式進行教學，實踐證明，該模式對提高教學效果十分明顯。

關鍵詞：虛擬仿真 新能源汽車專業(yè) 教學模式 人才培養(yǎng)

1 前言

新能源汽車作為我國未來重點發(fā)展領域，我國已將新能源汽車發(fā)展視為從汽車大國到汽車強國的必由之路。近年來，伴隨著新能源汽車的快速發(fā)展隨之而來的是行業(yè)人才需求也更加緊迫，而汽車行業(yè)的迅速發(fā)展使得具有傳統(tǒng)汽車背景的人才已經(jīng)滿足不了在汽車技術變革中對新型人才的需求。為了適應汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型、響應國家戰(zhàn)略、彌補人才缺口，全國各地的高職院校相繼開設了新能源汽車專業(yè)。但是，由于新能源汽車專業(yè)開設時間較短，在培養(yǎng)模式、課程建設及教學方式等方面還處于摸索階段[1]。

虛擬仿真實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術，在計算機上所進行的對傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的模擬和仿真，是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產(chǎn)物，具有讓人沉浸其中的沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點，可以形成具有交互功能的多維化信息環(huán)境[2]。在新能源汽車課程教學中運用虛擬仿真技術是目前教育發(fā)展的趨勢。

2 新能源汽車專業(yè)特點及培養(yǎng)目標

2.1 專業(yè)特點

新能源汽車專業(yè)屬于一門新興的學科，其發(fā)展緊跟著前沿技術和行業(yè)發(fā)展，如果缺少新技術的支撐與理解，那么課程與行業(yè)發(fā)展之間就會出現(xiàn)脫節(jié)的狀況，甚至還會導致教學內(nèi)容的滯后性。新能源汽車的構(gòu)造和技術特點與傳統(tǒng)的汽車具有很大的區(qū)別，新能源汽車包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車，因此該專業(yè)學生除了要學習燃料汽車的相關知識外，還要學習新能源動力總成控制系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)和控制單元、動力電池和電池組管理系統(tǒng)等知識，相比傳統(tǒng)汽車專業(yè)，新能源汽車專業(yè)課程內(nèi)容更多，知識更復雜。因此，新能源汽車專業(yè)人才既需要具備較豐富的理論知識，又需要具備較好的實際動手操作能力，兩者缺一不可。

2.2 培養(yǎng)目標

新能源汽車專業(yè)人才需要理論與實踐兼?zhèn)?，不僅要掌握傳統(tǒng)汽車維修技能，還要具有較高的電子技術，電池管理技術、動力驅(qū)動技術、電力控制技術、智能控制技術等。除此之外，還要了解先進的節(jié)能材料，同時還要掌握一定的信息技術，因此，新能源汽車專業(yè)人才具有這方面的知識，才能成為具有高素質(zhì)的技術技能人才。

3 新能源汽車專業(yè)教學現(xiàn)狀

新能源汽車電機、電池、電控的學習和實訓，是新能源汽車技術專業(yè)在教學過程中非常重要的教學內(nèi)容。在教學過程中，學生對抽象的理論知識和工作原理轉(zhuǎn)換到實際的操作存在著一定困難。

學生對于新能源汽車上的“電”知識認知不足，新能源汽車上的高壓電未能引起足夠重視，導致在學習過程中安全意識淡薄，甚至有的學生在面對新能源汽車高壓安全問題時過于緊張，在實踐環(huán)節(jié)表現(xiàn)不佳，無法滿足實訓要求。

對于新能源汽車實訓設備、實訓工具、實訓場地、教學經(jīng)費、教學課時等各方面的限制，難以保障每個學生有足夠的空間和時間進行訓練，并且涉及高?；驑O端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作對實踐教學帶來了新的挑戰(zhàn)[3]。

瞿磊[4]等人針對新能源汽車技術專業(yè)安全意識培養(yǎng)過程中存在專任教師“被動”上崗且自身安全意識薄弱、生源差異化大、實訓設備管理人員缺乏安全知識培訓等問題進行了研究。

易苗苗[5]等人針對新能源汽車應用型專業(yè)人才培養(yǎng)方案的轉(zhuǎn)型，在教材資源、教師培養(yǎng)，實訓基地建設，校企合作方面提出解決路徑。

曾曉彤[6]等人針對新能源汽車技術專業(yè)“三教”改革中的問題作出研究，一是教學方法陳舊，枯燥單一，理論多、實踐少，“閉門造車”。二是課堂把控不好，學情研究不透，不能有效激發(fā)學生的學習興趣，不能有效實施教學。三是教學手段不夠豐富，沒有大量地運用信息化手段。四是實踐性教學環(huán)節(jié)中情景、實景教學不足。

李俊杰[7]等人針對新能源汽車維修技術專業(yè)培養(yǎng)模式打破了傳統(tǒng)理念，突出了教學內(nèi)容和教學方法的應用性、綜合性、實踐性。一體化教學集理論傳授、現(xiàn)場觀摩、實踐操作、技能訓練為一體的新型教學模式。

4 虛擬仿真在教學中的應用

4.1 理論教學方面

4.1.1 混合動力汽車章節(jié)

混合動力汽車的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)汽車復雜，混合動力汽車可根據(jù)動力傳動系統(tǒng)和組合方式不同分為串聯(lián)式混合動力汽車、并聯(lián)式混合動力汽車、混聯(lián)式混合動力汽車。根據(jù)電動機相對燃油發(fā)動機的功率比大小可分為微混合型混合動力汽車、輕度混合型混合動力汽車、重度混合（強混合）型混合動力汽車。根據(jù)能否外接充電，可分為可外接充電型和不可外接充電型混合動力汽車。針對多種分類方式和復雜的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及在不同工況下，動力傳輸路徑和能量的分配轉(zhuǎn)換過程，學生易造成概念的混淆。

通過虛擬仿真對不同類型的混合動力汽車和在不同工況下，動力的傳輸路徑及能量的傳輸和轉(zhuǎn)換過程能夠清楚呈現(xiàn)，學生能夠深刻理解不同類型的結(jié)構(gòu)特點和工作原理，大大提高學生對知識的理解程度。

4.1.2 燃料電池汽車章節(jié)

燃料電池是將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，氧化劑和燃料反應形成典型燃料電池的水產(chǎn)物，在講述燃料電池結(jié)構(gòu)和工作原理時，僅通過文字圖片進行講解，學生表現(xiàn)出難以理解，抽象不易懂，通過虛擬仿真軟件，可對燃料供給系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等，以及質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理直觀的模擬，使學生對氫燃料電池的基本結(jié)構(gòu)（如陽極、陰極和隔膜等）建立感性認知，進一步增強學生對理論知識和工作原理的理解。

4.1.3 動力蓄電池章節(jié)

通過虛擬仿真對電池包內(nèi)部進行解剖，可以多角度交互式的去觀察和認知純電動汽車動力電池的外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，快捷的切換外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模式展現(xiàn)，方便與高效的學習動力電池的結(jié)構(gòu)，切實解決了在實際教學中觀察動力電池結(jié)構(gòu)的不便性。動力電池在充放電過程中，動態(tài)的模擬了電池內(nèi)部粒子的變化圖樣，將非常抽象化的工作原理轉(zhuǎn)化為直觀的，生動的，更具形象化的效果展示出來，讓學生充分理解工作原理和過程。

4.1.4 驅(qū)動電機章節(jié)

通過仿真軟件，學生能夠生動形象的了解更多的電機類型及電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，直流電機和交流電機的結(jié)構(gòu)特點，其中講述永磁同步電機與異步電機工作原理時，旋轉(zhuǎn)磁場如何產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子如何產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，僅使用教學課件、視頻等傳統(tǒng)教學資源，學生還是理解不透徹，采用虛擬仿真技術，學生能夠看清電流的轉(zhuǎn)換，電磁的產(chǎn)生，定子和轉(zhuǎn)子之間的力的相互作用。通過虛擬仿真技術學生不僅對知識理解深刻，也增加學生的學習的趣味性，提高了學生學習興趣。

4.2 實踐教學方面

相較于傳統(tǒng)燃油汽車實訓教學，新能源汽車實訓教學風險系數(shù)更高，一旦引發(fā)安全風險隱患，則會危及人員生命、財產(chǎn)安全。

在實訓設備和實訓場地的限制的情況下，教師在示范演示過程中，很難做到讓每一位學生都能看清操作步驟和注意事項，學生實際操作過程中頻繁出錯，教學效果差強人意。除此之外，學生在沒牢記教師在示范過程講到安全注意事項，學生對高壓組件的拆裝檢測存在一定的危險性。為此，通過虛擬仿真軟件模擬真實環(huán)境，每一位學生能夠在軟件中按照拆裝提示進行反復操作，加強對相關設備和工具的使用熟練度，有效的改善因設備和場地缺乏無法完成多人次的教學任務。學生在上實車操作前，提前掌握操作流程及注意事項，做好一切充分的準備，有效的規(guī)避操作的高壓安全問題。虛擬仿真技術在實踐教學中的應用，不僅提高了練習效率，也降低了安全風險，實現(xiàn)了事半功倍的教學效果。

5 結(jié)論

綜上，采用理論虛擬仿真實操一體化教學模式，將虛擬仿真技術引入傳統(tǒng)教學模式中，使學生在專業(yè)知識、專業(yè)素養(yǎng)、學習興趣等方面，對理論知識的理解更加透徹，實踐更加規(guī)范。

通過現(xiàn)代化的教學手段，新的教學模式，培養(yǎng)的職業(yè)院校學生才能夠在日新月異的新能源汽車行業(yè)具有可持續(xù)的競爭力。才能夠適應我國新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，滿足我國對新能源汽車技術人才的需求。

基金項目：楊凌職業(yè)技術學院2021年校內(nèi)教育教學改革研究項目“虛擬仿真技術在新能源汽車技術專業(yè)教學中的應用研究”（項目編號：JG21030）。

參考文獻：

[1]周大翠，高東璇，王競.淺談高職院校新能源汽車專業(yè)課程與教學改革[J].課程教育研究，2018（24）：19-20.

[2]王濟軍，魏雪峰．虛擬實驗的“熱”現(xiàn)狀與“冷”思考［J］．中國電化教育，2011（4）：126－129．

[3]林琎，趙春青，劉會香，張衛(wèi)光.虛擬仿真技術在高校實驗和實踐教學中的應用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（05）：6-8.DOI：10.13492/j.cnki.cmee.2019.05.003.

[4]瞿磊，貢勛，謝緯安，楊帆.新能源汽車技術專業(yè)安全意識培養(yǎng)的思考與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（05）：152-154.

[5]易苗苗，雷先華，顏志豪，朱勝初，胡劭明.高校新能源汽車應用型人才培養(yǎng)方案探討[J].時代汽車，2021（16）：57-58.

[6]曾曉彤，張顯輝.新能源汽車技術專業(yè)“三教”改革的探索[J].內(nèi)燃機與配件，2019（18）：267-268.

[7]李俊杰.新能源汽車維修技術專業(yè)培養(yǎng)模式研究[J].山東工業(yè)技術，2017（17）：60.