車輛工程專業開展PBL教學研究

王麗梅 呂曉欣 劉良

摘??要：針對車輛工程專業《電化學與電池技術》課程教學中存在理論晦澀，難以理解的問題，通過對基于問題和項目的學習方法（Problem?Based?Learning，?PBL）的研究，提出了講授與文獻閱讀相結合、在實驗中學習、在解決項目問題中提高的新的教學模式;考核方式上，采用“前沿閱讀報告+實驗+調研報告+匯報”的方式。有效地提高了學生對該門課程的掌握度，提升了學生發現問題與解決問題的能力，為將來他們在新能源汽車領域的發展打下良好的基礎。

關鍵詞：車輛工程;動力電池;PBL;教學改革

一、?緒論

隨著環境污染和能源危機的不斷加劇，新能源汽車的優勢日益凸顯，從國內外政策導向和市場趨勢來看，新能源汽車的市場規模會越來越大[1-3]。動力電池作為新能源汽車的核心部件之一，其制造和應用集聚了材料、化學、控制和電氣等相關學科的知識。了解并掌握動力電池核心技術對車輛工程專業人才提出了新的挑戰。《電化學與電池技術》作為車輛工程專業一門重要的專業選修課，內容涵蓋動力電池電化學及電池管理系統兩大部分，其中動力電池電化學部分涉及化學及材料等領域，電池管理系統已延伸到電氣和控制科學等相關專業。由于該門課程所跨專業范圍廣，如何把握《電化學與電池技術》的教學主線，高效地傳遞基礎知識，提高學生解決問題的能力，是一個非常值得探討的問題。

傳統的教學模式忽略了學生的主體地位，阻礙學生的個性發展和創新思維的培養。隨著信息技術的發展，學習環境的變化，對新型教學模式的呼吁越來越強烈[4]。以問題為導向的PBL教學模式突出以學生為中心的個性化教學模式[5-8]，教學過程采取案例式的教學，案例都是來自于試驗或工程中遇到的問題，透過此種方式，有助于培養和發展學生主動性學習，為“電化學與電池技術”教學插上騰飛的翅膀。

二、課程教學中的問題

電化學與電池技術課程涉及電化學基礎、材料工程、機械工程以及控制理論等多學科知識的結合與交叉，是一門復雜的綜合性學科[9]。目前，該課程在教學中主要存在以下問題：

（1）在課程設置上，課程包含電化學基礎、動力電池工作原理、動力電池的主要性能參數與特性測試、先進的電池管理系統硬件、電池建模與仿真、電池剩余電量評估、電池均衡控制、電池壽命估計及梯次回收利用等主要內容。課程內容中既有電池內部原理的講解，也有電池外部結構的介紹;既有動力電池實驗測試，也包含對電池性能的仿真分析;除此之外，還包含當前國內外研究的前沿性概論。盡管教學內容全面豐富，但各個模塊欠缺有機結合，而且，課程內容理論性強，內容枯燥乏味，容易導致學生“人在心離”。

（2）在教學模式上，主要采用傳統的板書、多媒體等方式，以教師為主導。板書不夠直觀，對理論性強、專業而又枯燥的電化學基礎及動力電池基本原理等知識點，難以吸引學生的注意力。多媒體教學以音像、圖形、動畫等形式形象直觀地展示教學內容，可省去板書時間，同時增大教學信息量，彌補傳統板書形式單一的不足，極大地提高教學效率。但是，多媒體教學仍然屬于“填鴨式”教學手段，信息量大導致學生對課堂內容難以全部消化。同時，學生容易將更多的將注意力放在畫面、聲音、動畫上，從而忽略授課重點。

（3）課時較少。由于時間限制，電化學基礎、動力電池基本原理、鋰離子動力電池試驗及特性測試、先進電池管理部分等均需分配一定課時，導致教學內容課堂上不能深入地講解，學生一知半解，如果課下沒有主動學習，補充相應知識，往往課程結束后，學到的也只是一點基礎知識，遠遠達不到系統性掌握的要求。

三、PBL教學模式設計

《電化學與電池技術》課程內容設置如表1所示。

從表1可以看出，課程內容不僅覆蓋面廣、知識點多，而且與實際應用密切相關。因此，如何在有限的時間將基礎理論知識傳遞給學生，并對其應用有基本的理解，對老師的授課技巧具有很高的要求。

PBL教學主要包括基礎知識講解、試驗觀摩、試驗操作、文獻閱讀、研究問題確定及解決、項目匯報和結果討論幾個方面。在整個教學過程中，既要發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又要體現學生作為學習過程中的主動性、積極性與創造性，這二者優勢互補，獲得最佳的學習效果。為此，針對《電化學與電池技術》這門課程，在電化學部分采用講授與文獻閱讀相結合的方式，同時增加動力電池制作及特性測試實驗，在實驗中對電池本體和性能有著更深的理解;在電池管理部分采用項目驅動的教學手段。

（一）講授與文獻閱讀相結合——動力電池電化學部分

動力電池電化學部分知識點較多，既需要對電化學基礎的基本概念了解，同時需要掌握現有電池及部分新型電池的基本結構及工作原理。為此，采用了講授與文獻閱讀相結合的授課方式，課堂上著重講授難以理解的重點和核心內容，對于易于理解的知識盡量縮短講授時間，充分發揮學生的主觀能動性。

（二）電池制備及特性測試實驗

該部分內容主要在實驗室完成，首先帶領學生學習主要性能參數指標、性能測試標準、充放電特性測試、CV測試、阻抗測試等內容;接著，以電池測試設備為演示對象進行現場教學，幫助學生對所研究對象有直觀的認識與理解，以及掌握數據分析軟件的使用方法。課前，要求學生查閱相應的試驗測試標準和要求，帶著問題、有目的性的學習，以此提高學生的學習效率，優化學習效果。

（三）基于項目的學習流程——電池管理部分

基于項目的學習流程如圖1所示，項目從文獻閱讀與市場調研入手，針對表2中案例，制定每個案例的研究思路與解決方案，并撰寫調研報告。根據研究思路和方案進行深入研究，得出研究結果，匯報內容通過幻燈片、動畫、視頻或者實物模型的形式演示，報告時間控制在5-8分鐘，最后教師給出修改意見和整體評價。