車輛工程專業(yè)開展PBL教學(xué)研究

王麗梅 呂曉欣 劉良

摘??要：針對(duì)車輛工程專業(yè)《電化學(xué)與電池技術(shù)》課程教學(xué)中存在理論晦澀，難以理解的問題，通過對(duì)基于問題和項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方法（Problem?Based?Learning，?PBL）的研究，提出了講授與文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合、在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)、在解決項(xiàng)目問題中提高的新的教學(xué)模式;考核方式上，采用“前沿閱讀報(bào)告+實(shí)驗(yàn)+調(diào)研報(bào)告+匯報(bào)”的方式。有效地提高了學(xué)生對(duì)該門課程的掌握度，提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，為將來他們?cè)谛履茉雌囶I(lǐng)域的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：車輛工程;動(dòng)力電池;PBL;教學(xué)改革

一、?緒論

隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)的不斷加劇，新能源汽車的優(yōu)勢(shì)日益凸顯，從國(guó)內(nèi)外政策導(dǎo)向和市場(chǎng)趨勢(shì)來看，新能源汽車的市場(chǎng)規(guī)模會(huì)越來越大[1-3]。動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心部件之一，其制造和應(yīng)用集聚了材料、化學(xué)、控制和電氣等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)。了解并掌握動(dòng)力電池核心技術(shù)對(duì)車輛工程專業(yè)人才提出了新的挑戰(zhàn)。《電化學(xué)與電池技術(shù)》作為車輛工程專業(yè)一門重要的專業(yè)選修課，內(nèi)容涵蓋動(dòng)力電池電化學(xué)及電池管理系統(tǒng)兩大部分，其中動(dòng)力電池電化學(xué)部分涉及化學(xué)及材料等領(lǐng)域，電池管理系統(tǒng)已延伸到電氣和控制科學(xué)等相關(guān)專業(yè)。由于該門課程所跨專業(yè)范圍廣，如何把握《電化學(xué)與電池技術(shù)》的教學(xué)主線，高效地傳遞基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生解決問題的能力，是一個(gè)非常值得探討的問題。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式忽略了學(xué)生的主體地位，阻礙學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，對(duì)新型教學(xué)模式的呼吁越來越強(qiáng)烈[4]。以問題為導(dǎo)向的PBL教學(xué)模式突出以學(xué)生為中心的個(gè)性化教學(xué)模式[5-8]，教學(xué)過程采取案例式的教學(xué)，案例都是來自于試驗(yàn)或工程中遇到的問題，透過此種方式，有助于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生主動(dòng)性學(xué)習(xí)，為“電化學(xué)與電池技術(shù)”教學(xué)插上騰飛的翅膀。

二、課程教學(xué)中的問題

電化學(xué)與電池技術(shù)課程涉及電化學(xué)基礎(chǔ)、材料工程、機(jī)械工程以及控制理論等多學(xué)科知識(shí)的結(jié)合與交叉，是一門復(fù)雜的綜合性學(xué)科[9]。目前，該課程在教學(xué)中主要存在以下問題：

（1）在課程設(shè)置上，課程包含電化學(xué)基礎(chǔ)、動(dòng)力電池工作原理、動(dòng)力電池的主要性能參數(shù)與特性測(cè)試、先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)硬件、電池建模與仿真、電池剩余電量評(píng)估、電池均衡控制、電池壽命估計(jì)及梯次回收利用等主要內(nèi)容。課程內(nèi)容中既有電池內(nèi)部原理的講解，也有電池外部結(jié)構(gòu)的介紹;既有動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)測(cè)試，也包含對(duì)電池性能的仿真分析;除此之外，還包含當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的前沿性概論。盡管教學(xué)內(nèi)容全面豐富，但各個(gè)模塊欠缺有機(jī)結(jié)合，而且，課程內(nèi)容理論性強(qiáng)，內(nèi)容枯燥乏味，容易導(dǎo)致學(xué)生“人在心離”。

（2）在教學(xué)模式上，主要采用傳統(tǒng)的板書、多媒體等方式，以教師為主導(dǎo)。板書不夠直觀，對(duì)理論性強(qiáng)、專業(yè)而又枯燥的電化學(xué)基礎(chǔ)及動(dòng)力電池基本原理等知識(shí)點(diǎn)，難以吸引學(xué)生的注意力。多媒體教學(xué)以音像、圖形、動(dòng)畫等形式形象直觀地展示教學(xué)內(nèi)容，可省去板書時(shí)間，同時(shí)增大教學(xué)信息量，彌補(bǔ)傳統(tǒng)板書形式單一的不足，極大地提高教學(xué)效率。但是，多媒體教學(xué)仍然屬于“填鴨式”教學(xué)手段，信息量大導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容難以全部消化。同時(shí)，學(xué)生容易將更多的將注意力放在畫面、聲音、動(dòng)畫上，從而忽略授課重點(diǎn)。

（3）課時(shí)較少。由于時(shí)間限制，電化學(xué)基礎(chǔ)、動(dòng)力電池基本原理、鋰離子動(dòng)力電池試驗(yàn)及特性測(cè)試、先進(jìn)電池管理部分等均需分配一定課時(shí)，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容課堂上不能深入地講解，學(xué)生一知半解，如果課下沒有主動(dòng)學(xué)習(xí)，補(bǔ)充相應(yīng)知識(shí)，往往課程結(jié)束后，學(xué)到的也只是一點(diǎn)基礎(chǔ)知識(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到系統(tǒng)性掌握的要求。

三、PBL教學(xué)模式設(shè)計(jì)

《電化學(xué)與電池技術(shù)》課程內(nèi)容設(shè)置如表1所示。

從表1可以看出，課程內(nèi)容不僅覆蓋面廣、知識(shí)點(diǎn)多，而且與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)。因此，如何在有限的時(shí)間將基礎(chǔ)理論知識(shí)傳遞給學(xué)生，并對(duì)其應(yīng)用有基本的理解，對(duì)老師的授課技巧具有很高的要求。

PBL教學(xué)主要包括基礎(chǔ)知識(shí)講解、試驗(yàn)觀摩、試驗(yàn)操作、文獻(xiàn)閱讀、研究問題確定及解決、項(xiàng)目匯報(bào)和結(jié)果討論幾個(gè)方面。在整個(gè)教學(xué)過程中，既要發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又要體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，這二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。為此，針對(duì)《電化學(xué)與電池技術(shù)》這門課程，在電化學(xué)部分采用講授與文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合的方式，同時(shí)增加動(dòng)力電池制作及特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)電池本體和性能有著更深的理解;在電池管理部分采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)手段。

（一）講授與文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合——?jiǎng)恿﹄姵仉娀瘜W(xué)部分

動(dòng)力電池電化學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)較多，既需要對(duì)電化學(xué)基礎(chǔ)的基本概念了解，同時(shí)需要掌握現(xiàn)有電池及部分新型電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。為此，采用了講授與文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合的授課方式，課堂上著重講授難以理解的重點(diǎn)和核心內(nèi)容，對(duì)于易于理解的知識(shí)盡量縮短講授時(shí)間，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

（二）電池制備及特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

該部分內(nèi)容主要在實(shí)驗(yàn)室完成，首先帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)主要性能參數(shù)指標(biāo)、性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、充放電特性測(cè)試、CV測(cè)試、阻抗測(cè)試等內(nèi)容;接著，以電池測(cè)試設(shè)備為演示對(duì)象進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，幫助學(xué)生對(duì)所研究對(duì)象有直觀的認(rèn)識(shí)與理解，以及掌握數(shù)據(jù)分析軟件的使用方法。課前，要求學(xué)生查閱相應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和要求，帶著問題、有目的性的學(xué)習(xí)，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。

（三）基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)流程——電池管理部分

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)流程如圖1所示，項(xiàng)目從文獻(xiàn)閱讀與市場(chǎng)調(diào)研入手，針對(duì)表2中案例，制定每個(gè)案例的研究思路與解決方案，并撰寫調(diào)研報(bào)告。根據(jù)研究思路和方案進(jìn)行深入研究，得出研究結(jié)果，匯報(bào)內(nèi)容通過幻燈片、動(dòng)畫、視頻或者實(shí)物模型的形式演示，報(bào)告時(shí)間控制在5-8分鐘，最后教師給出修改意見和整體評(píng)價(jià)。