軟件定義汽車背景下新能源汽車能量管理課程的教學(xué)改革

胡東海，何仁，丁華

（江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江）

軟件定義汽車顧名思義是指軟件在車輛中的角色逐步放大。傳統(tǒng)的汽車架構(gòu)是以CAN網(wǎng)關(guān)為中心的多個(gè)獨(dú)立控制器，由于算法的不協(xié)同，任何調(diào)整都會(huì)影響到其他控制器，而實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能卻需要多個(gè)控制器的調(diào)整，供應(yīng)商之間會(huì)相互制約使得功能無(wú)法快速迭代。而在當(dāng)今社會(huì)，隨著客戶對(duì)汽車功能的需求的日益增加，車企為了滿足客戶需求，開始采用集中式架構(gòu)，通過(guò)對(duì)汽車的硬件功能進(jìn)行提前預(yù)置，后續(xù)再由OTA進(jìn)行付費(fèi)升級(jí)來(lái)解決可能產(chǎn)生的問(wèn)題。這就是“軟件定義汽車”的現(xiàn)狀，某種意義上有點(diǎn)像手機(jī)的系統(tǒng)更新。在軟件的沖擊下，汽車工業(yè)正面臨大變革，高等院校相關(guān)專業(yè)的某些課程卻仍止步不前，這也最終導(dǎo)致了高校所培養(yǎng)的人才無(wú)法及時(shí)適應(yīng)社會(huì)產(chǎn)業(yè)的變革，畢業(yè)生的就業(yè)形勢(shì)、待遇薪酬變得岌岌可危。

而新能源汽車能量管理作為車輛工程專業(yè)在新時(shí)代下的新興課程之一，其內(nèi)容上區(qū)別于傳統(tǒng)的構(gòu)造類，機(jī)械類科目，是以整車系統(tǒng)的電氣原理圖為依據(jù)，以Simulink為平臺(tái)搭建控制系統(tǒng)，不管是形式還是內(nèi)容上都較為新穎。對(duì)于該門課程的改革對(duì)于之后整個(gè)專業(yè)課程體系的變革有著極大的借鑒作用。而該門課程的核心是控制系統(tǒng)，這也恰恰是軟件定義汽車的關(guān)鍵所在，因此對(duì)于此門課程的改革與軟件定義汽車的大背景有著極大的關(guān)聯(lián)。

圖1 “軟件定義汽車”所帶來(lái)的變化

一 “軟件定義汽車”下教改的重要性

在軟件定義汽車的大背景下進(jìn)行新型人才的培養(yǎng)勢(shì)必要進(jìn)行教學(xué)改革。教學(xué)改革指的是在促進(jìn)教育進(jìn)步，提高教學(xué)質(zhì)量而進(jìn)行的方法、內(nèi)容等方面的變革，其根本目的為使人才適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。而在汽車領(lǐng)域“軟件定義汽車”的興起不僅是汽車工業(yè)科學(xué)進(jìn)步的體現(xiàn)，更是“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的大勢(shì)所趨。因此，為了適應(yīng)這種潮流，高校車輛工程專業(yè)的建設(shè)不能停留在以機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的原有層面，而要在原有的教學(xué)體系上進(jìn)行變革使課程相較以往更接近于軟件層面，更能服務(wù)社會(huì)。

圖2 新能源汽車能量管理系統(tǒng)

新能源汽車能量管理作為本專業(yè)的新興課程，其主要講授的是在保證車輛動(dòng)力性、安全性及舒適性等方面的基礎(chǔ)上如何設(shè)置能量管理控制策略來(lái)提升效率、改善性能。盡管該課程問(wèn)世不久，但當(dāng)今時(shí)代的變化已經(jīng)使得國(guó)內(nèi)大部分高校都將該課程作為專業(yè)選修課乃至是必修課。然而由于本門課程所涉及的知識(shí)面較廣，學(xué)生學(xué)習(xí)這門課不僅需有控制工程、電機(jī)、汽車構(gòu)造等課程的基礎(chǔ)，還需要掌握一定的Simulink軟件應(yīng)用能力，加之傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)只講知識(shí)忽視實(shí)踐能力。這些種種的因素都降低了教學(xué)的效率，使得教學(xué)這一互動(dòng)的過(guò)程變得只教不學(xué)。學(xué)生無(wú)法真正學(xué)懂課程。

因此，在新能源汽車能量管理這門課上開展教學(xué)改革，不僅可以提升本門課程的培養(yǎng)質(zhì)量，更可以以此為契機(jī)進(jìn)一步由課程開展到整個(gè)專業(yè)的變革，從而將車輛工程專業(yè)真正從硬件帶入軟件層面。同時(shí)，學(xué)生也是教改的受益者，通過(guò)改革可以開發(fā)學(xué)生應(yīng)用能力以及學(xué)習(xí)能力，從而提升本專業(yè)的畢業(yè)生素質(zhì)以及專業(yè)的社會(huì)認(rèn)可度，真正解決學(xué)生的就業(yè)形勢(shì)困難的問(wèn)題。

二 “建構(gòu)主義”模式下新教學(xué)體系的搭建

在軟件定義汽車下相關(guān)課程的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)由汽車硬件方面向軟件方向轉(zhuǎn)變，而教學(xué)方式也應(yīng)該規(guī)避傳統(tǒng)模式的不足，在此我們倡導(dǎo)推行建構(gòu)主義教學(xué)理論。不同的人對(duì)同一事物會(huì)有不同理解，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)是引導(dǎo)學(xué)生從原有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，生長(zhǎng)（建構(gòu)）起新的經(jīng)驗(yàn)。即鼓勵(lì)學(xué)生在已掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上不斷建構(gòu)新的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，而教師則扮演引導(dǎo)者的角色。建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)氛圍包括情境、協(xié)作、交流和意義建構(gòu)四個(gè)部分。

其中，“情境”指學(xué)習(xí)環(huán)境中的情境必須有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的意義建構(gòu)。這就對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)提出了新的要求，也就是說(shuō)，在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，教學(xué)設(shè)計(jì)不僅要考慮教學(xué)目標(biāo)分析，還要考慮有利于學(xué)生建構(gòu)意義的情境的創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，并把情境創(chuàng)設(shè)看作是教學(xué)設(shè)計(jì)的最重要內(nèi)容之一。

“協(xié)作”對(duì)學(xué)習(xí)資料的搜集與分析、假設(shè)的提出與驗(yàn)證、學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)直至意義的最終建構(gòu)均有重要作用，而且協(xié)作發(fā)生在學(xué)習(xí)過(guò)程的始終。交流是協(xié)作過(guò)程中的不可缺少環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)小組成員之間必須通過(guò)會(huì)話交流來(lái)商討如何完成規(guī)定的學(xué)習(xí)任務(wù)的計(jì)劃。

最為關(guān)鍵的是“意義建構(gòu)”，這也是學(xué)習(xí)的目標(biāo)。由于事物的性質(zhì)、規(guī)律以及事物之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)“建構(gòu)”來(lái)學(xué)習(xí)就是要幫助學(xué)生對(duì)當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容所反映的事物的性質(zhì)、規(guī)律以及該事物與其它事物之間的內(nèi)在聯(lián)系達(dá)到較深刻的理解。這種理解也就是關(guān)于當(dāng)前所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

要成為“軟件定義汽車”方面的人才，實(shí)際運(yùn)用能力以及主觀學(xué)習(xí)的能力都是必不可少的。要想使學(xué)生獲得有成效的學(xué)習(xí)并通過(guò)學(xué)習(xí)這一過(guò)程來(lái)鍛煉能力就得規(guī)避傳統(tǒng)教育的缺點(diǎn)，以該理論為藍(lán)本發(fā)展新式教育。而教育改革的過(guò)程就是原有教學(xué)體系的推倒重建，新的教學(xué)體系將會(huì)圍繞以上四點(diǎn)內(nèi)容，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面全面開展。

（一） 教學(xué)內(nèi)容

新能源汽車能量管理這門課主要講述的是新能源汽車能量管理的控制策略，其所涉及到的包括整車電氣原理圖，不同汽車的模塊，以及通訊協(xié)議等內(nèi)容。由于不同學(xué)生的“原有經(jīng)驗(yàn)”即對(duì)軟件的掌握程度不同，在課程開始階段可以先講解Simulink的一些基本模塊，了解軟件的使用。而后，以車企的實(shí)際電氣原理圖著手，從分析電氣原理圖到展開模型的搭建，循序漸進(jìn)逐步進(jìn)行。為了打造情境式的教學(xué)，上課講授的課件可以采用一些企業(yè)真實(shí)的VCU模型，這樣更容易引起學(xué)生的重視，也能更容易帶入“情境”中從而完成對(duì)知識(shí)的建構(gòu)。

（二） 教學(xué)方式

教學(xué)改革下需要?jiǎng)?chuàng)建與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)相適應(yīng)的教學(xué)模式，從建構(gòu)主義出發(fā)開展“支架式”教學(xué)，把課堂交還給學(xué)生，即在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，根據(jù)學(xué)生的發(fā)展來(lái)建立支架，通過(guò)支架作用不停地將學(xué)生的能力從一個(gè)水平引導(dǎo)到另一個(gè)更高的水平。同時(shí)，上課的重點(diǎn)不再是黑板上的文字或一兩頁(yè)P(yáng)PT，而是學(xué)生之間的討論探索、小組活動(dòng)。利用情境、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的目的。

圖3 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

就新能源汽車能量管理這門課而言，教師首先要做的是大致了解班內(nèi)學(xué)生的平均水平，以便建立適宜教學(xué)的“支架”。之后，按部就班地從軟件的運(yùn)用、電氣原理圖的識(shí)別、控制模塊的講解再到通訊協(xié)議，一步步地提升學(xué)生的能力。課堂要區(qū)別以往，因?yàn)閺慕?gòu)主義的“情境”角度來(lái)看，上課不僅僅只是聽講，還得有“協(xié)作”的過(guò)程，在上課期間可以多組織一些小組的討論，讓學(xué)生之間互相學(xué)習(xí)，共享學(xué)習(xí)成果從而提高學(xué)習(xí)效率。比如，對(duì)同一模塊要實(shí)現(xiàn)控制功能可以有不同的搭建方式，學(xué)生之間就會(huì)產(chǎn)生思維的碰撞，從而使概念更深刻。

（三） 教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)過(guò)程結(jié)束所迎來(lái)的考核既是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，更是對(duì)課程教學(xué)改革好壞的評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)只是在期末安排一次筆頭上的測(cè)驗(yàn)，以成績(jī)作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生為了應(yīng)對(duì)考試，通常只需頻繁練習(xí)往年相關(guān)試題，而不需要完全掌握知識(shí)概念。在這類應(yīng)試教育的背景下，大部分學(xué)生通常存在“考完即忘”的情況，無(wú)法做到知識(shí)的融會(huì)貫通。

由于本門課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，學(xué)會(huì)讀懂電氣原理圖并編寫出相關(guān)控制模塊要比會(huì)做題更重要。因此，期末的考核可以完全擯棄以往筆試的形式，轉(zhuǎn)而采取課程設(shè)計(jì)的模式，通過(guò)課程設(shè)計(jì)成果的好壞來(lái)作為學(xué)生的最終成績(jī)。具體來(lái)講，可以安排學(xué)生之間進(jìn)行分組，以小組為單位共同嘗試搭建諸如上下電、啟動(dòng)等模塊。考試的形式要比普通的小組討論更能引起重視，同時(shí)，學(xué)生也會(huì)對(duì)課程的內(nèi)容留下更深刻的印象。

三 結(jié)語(yǔ)

本文先通過(guò)分析當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)的大勢(shì)所趨——軟件定義汽車新時(shí)代。再由軟件定義汽車聯(lián)系到車輛工程專業(yè)的變革上，指出了專業(yè)的發(fā)展需要有實(shí)時(shí)性，需要切合社會(huì)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。本文對(duì)于變革主要集中在新能源汽車能量管理這門課上，在新能源這個(gè)汽車工業(yè)的熱門方向上所誕生的新課程進(jìn)行教學(xué)改革更有利于以此為契機(jī)開展整個(gè)專業(yè)的體系變革，另外，該課程在內(nèi)容上更偏向軟件性質(zhì)，與“軟件定義汽車”的主題更為契合。對(duì)于這類應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，在具體的變革措施上，本文創(chuàng)造性地提出了建構(gòu)主義教學(xué)理論，將傳統(tǒng)教學(xué)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生自己掌握為主，教師講解為輔，從而使學(xué)生更有效地掌握相關(guān)軟件的應(yīng)用能力，從而提升教學(xué)理論。