案例化教學(xué)在新能源汽車新工科課程中的實踐分析

史立偉　剛憲約　李波

[摘 要]新能源汽車具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，作為國家未來汽車發(fā)展的重中之重，新能源汽車非常適合作為車輛工程專業(yè)的新工科進行建設(shè)。新工科案例化教學(xué)對我國新舊動能轉(zhuǎn)化具有重要意義。文章以驅(qū)動電機原理及其控制課程為載體，提出并開展基于案例化教學(xué)的教學(xué)改革，即將課程中的內(nèi)容提煉出實踐項目，在實踐中講解理論。文章詳細講解了新工科案例化教學(xué)的具體措施和內(nèi)容，最終總結(jié)出適合本專業(yè)的案例化教學(xué)模式。此次改革達到了新工科背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，取得了很好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]新工科;新能源汽車;案例化教學(xué);實踐

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0090-03

新工科是為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革、支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等一系列國家戰(zhàn)略而實施的重大教育工程。其旨在建立和培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)發(fā)展和學(xué)生志趣的新的工程人才培養(yǎng)體系，增強工程教育國際競爭力。

新能源汽車符合人類可持續(xù)發(fā)展需求和國家戰(zhàn)略，十分適合作為車輛工程專業(yè)的新工科進行建設(shè)[1]。發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、零排放的新能源汽車，能夠很好地解決環(huán)境污染、全球變暖、石油短缺這三個重大難題，滿足人們的出行需求和物流需要。新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫切需要我們開設(shè)新能源汽車新工科實驗班。

電動汽車區(qū)別于傳統(tǒng)車最核心的技術(shù)是“三電”，包括電池、電機和電控，又簡稱為“三橫”[2]。其中電池屬于化學(xué)工業(yè)、電控屬于電子技術(shù)、電機屬于電氣工程領(lǐng)域，因此電動汽車相關(guān)課程的教學(xué)需要整合多學(xué)科的資源。以驅(qū)動電機原理及其控制課程為例，該課程涉及汽車電機及其控制技術(shù)，是一門新興但必須加大力氣建設(shè)的課程。

美國經(jīng)濟學(xué)家、教育學(xué)家凱西·戴維森的研究成果表明，現(xiàn)在的學(xué)生65%將會從事目前并不存在的職業(yè)。這也是目前傳統(tǒng)的知識傳授式教育存在的問題，應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾率降哪芰魇谑浇逃?/p>

案例化教學(xué)以典型案例為基礎(chǔ)，在有限的學(xué)時之內(nèi)使學(xué)習(xí)者將顯性的知識內(nèi)化為解決問題的能力，實現(xiàn)由知識到能力的傳授。

案例化教學(xué)最早在工商管理等管理學(xué)專業(yè)興起。國外的案例教學(xué)開展早且普及范圍廣， 已經(jīng)經(jīng)歷了100 多年的歷史，形成了一個以哈佛案例庫為核心，以毅偉案例庫、歐洲案例交流中心等為補充的案例庫體系。

我國教學(xué)案例庫主要集中在經(jīng)濟類、法學(xué)類學(xué)科。但是隨著我國汽車技術(shù)的發(fā)展，案例教學(xué)也逐漸應(yīng)用于汽車維修、汽車營銷等領(lǐng)域，目前邢臺職業(yè)學(xué)院、無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院等職業(yè)院校開展了基于案例教學(xué)法的汽車故障診斷維修應(yīng)用，取得了較好的效果[3]。

為了在有限學(xué)時內(nèi)完成多學(xué)科交叉的新能源汽車領(lǐng)域教學(xué)，本文以驅(qū)動電機原理及其控制課程為載體，提出并開展基于案例化教學(xué)的教學(xué)改革。本文將首先結(jié)合新能源汽車典型案例介紹開展案例化教學(xué)的意義，其次介紹具體教學(xué)案例的組織和實施，最后進行總結(jié)。

一、新能源汽車新工科開展案例化教學(xué)的意義

我國已為新能源汽車產(chǎn)業(yè)制訂了詳細的發(fā)展規(guī)劃，工信部《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》提出，計劃到2030年，新能源汽車銷量占當年汽車總銷量的40%，具備市場競爭優(yōu)勢。

我國經(jīng)濟發(fā)展進入新舊動能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期，汽車行業(yè)主要面臨的難題有二：一是自主研發(fā)能力較為薄弱，發(fā)動機和變速器等動力總成關(guān)鍵技術(shù)掣肘于外企[4];二是伴隨傳統(tǒng)汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，對新能源汽車的技術(shù)和人才需求越來越大，傳統(tǒng)車輛專業(yè)畢業(yè)生的素質(zhì)和能力滿足不了產(chǎn)業(yè)對工程技術(shù)人才的需求。新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，不僅需要核心技術(shù)的研發(fā)，同時也需要培養(yǎng)符合新能源汽車行業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才[5]。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)需要突破的關(guān)鍵零部件技術(shù)主要為“三橫”：動力電池與管理系統(tǒng)（電池）、驅(qū)動電機與電力電子（電機）、網(wǎng)聯(lián)化與智能化技術(shù)（電控）。其中的電機方面主要探索下一代車用電機驅(qū)動系統(tǒng)解決方案，為整車集成創(chuàng)新提供支撐。本文以電機課程為例進行案例化教學(xué)的介紹，主要意義在于：

1.國家和汽車行業(yè)的發(fā)展急需開展電動汽車電機技術(shù)的教學(xué)工作，而電機與電器作為二級學(xué)科，很難用傳統(tǒng)的32學(xué)時完成知識和能力的傳授，因此必須開展以典型案例為基礎(chǔ)的案例教學(xué)法來進行課程的教學(xué)。

2.山東理工大學(xué)（以下簡稱我校）我校汽車電機研究具備較為雄厚的研究基礎(chǔ)，公布的發(fā)明專利居全國高校首位，獲得過國家技術(shù)發(fā)明二等獎等獎項，獲評國家級教學(xué)團隊、國家級一流專業(yè)建設(shè)點等，在此基礎(chǔ)上開展案例教學(xué)有利于進一步發(fā)揮和加強汽車電機的研究優(yōu)勢。

3.課題組多位教師具備電機和車輛兩個專業(yè)的學(xué)緣背景，具備較強的科研教學(xué)能力其豐富的教學(xué)研究成果可用于案例制作，其完成的教學(xué)成果可為車輛、電氣兩個學(xué)科服務(wù)。

4.構(gòu)建的案例化教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容，具有良好的覆蓋性和系統(tǒng)性，并形成大量的設(shè)計素材積累，從而使教師和學(xué)生們可以更為方便地使用案例進行設(shè)計研究。

二、新能源汽車新工科案例化教學(xué)具體措施

（一）新能源汽車新工科課程體系設(shè)計

我校結(jié)合新能源汽車的最新發(fā)展需求，開設(shè)新能源汽車新工科實驗班。實驗班瞄準新能源汽車驅(qū)動電力化、駕駛智能化、車輛網(wǎng)聯(lián)化的趨勢，強化校企協(xié)同育人和科創(chuàng)活動，培養(yǎng)具有國際視野、跨學(xué)科交叉融合能力和創(chuàng)新實踐能力的新能源汽車卓越工程技術(shù)人才[6]。

實驗班實行學(xué)分制教學(xué)，課程分為必修課和選修課。為對接國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展需求，在選修課程中，依據(jù)不同的研究方向新增部分新能源汽車理論和實踐課程，如電動汽車控制技術(shù)、智能汽車與聯(lián)網(wǎng)車技術(shù)、電動汽車電源技術(shù)、驅(qū)動電機原理及控制等，采用理論與實踐相結(jié)合的授課方式，加深學(xué)生對新能源汽車行業(yè)發(fā)展的認識，夯實新能源汽車相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識。課程體系如表1所示。

在上述課程體系中，驅(qū)動電機原理及控制技術(shù)課程的先修課程有電工技術(shù)、電子技術(shù)、汽車構(gòu)造、汽車電器與電子技術(shù)等，后續(xù)課程有新能源汽車設(shè)計與仿真、新能源汽車技術(shù)、汽車試驗學(xué)等?？梢钥闯?，和電氣工程及自動化專業(yè)不同的是，新工科實驗班沒有電力電子技術(shù)、磁性材料和磁路作為課程基礎(chǔ)，也沒有電力拖動基礎(chǔ)、電機設(shè)計等后續(xù)課程。

（二）驅(qū)動電機原理及控制技術(shù)案例化教學(xué)內(nèi)容

本教學(xué)案例庫的建設(shè)，主要圍繞各種電動汽車電機進行，選擇12個左右代表性汽車電機，依據(jù)實際設(shè)計要求和特性選取并分類后建立案例庫，可使學(xué)生由點到面、由淺入深、由易到難有選擇地講解和學(xué)習(xí)。

整個教學(xué)案例庫主要由以下幾個模塊組成：

1.電動汽車DC-DC 直直變換器;

2.永磁電機典型磁路;

3.增程式電動汽車發(fā)電機;

4.弱混合動力起動發(fā)電機;

5.電動汽車永磁直流電機;

6.電動汽車永磁無刷電機;

7.電動汽車永磁同步電機;

8.電動汽車感應(yīng)電機;

9.電動汽車雙凸極電機;

10.電動汽車開關(guān)磁阻電機;

11.電動汽車整體驅(qū)動方式;

12.汽車電機典型功率變換器。

（三）驅(qū)動電機原理及控制技術(shù)課程目標

1.學(xué)生應(yīng)對電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)的整體、磁路、功率變換器、直流電機、交流電機、永磁同步電機、磁阻電機基本結(jié)構(gòu)有深入的了解，并掌握電動汽車驅(qū)動電機各部分的組成及工作原理等基本知識，能夠?qū)⒅糜诮鉀Q新能源汽車電機領(lǐng)域的復(fù)雜問題。

2.學(xué)生能夠掌握各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理，并采用科學(xué)方法對復(fù)雜車輛工程問題進行理論分析、數(shù)值模擬或?qū)嶒炑芯浚瑢﹄妱悠囼?qū)動電機系統(tǒng)提出改進意見;了解各系統(tǒng)在使用過程中的特點，并能夠在電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)設(shè)計中考慮安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、法律、文化等諸多因素。

3.學(xué)生能夠理解并掌握分析電機磁路、功率變換器拓撲、電機特性指標，提高設(shè)計能力;掌握電機基本的裝配要領(lǐng)、裝配技法、電機部件測試等實驗研究能力，對電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)等關(guān)鍵部件具備參數(shù)設(shè)計、校核與優(yōu)化的能力。

4.學(xué)生能夠熟悉汽車電機行業(yè)技術(shù)標準、法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策，了解電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)主要公司行業(yè)的地位、發(fā)展趨勢及制約因素。

（四）新能源汽車新工科案例化教學(xué)設(shè)計

案例化教學(xué)應(yīng)用中，教學(xué)的項目設(shè)計是其中一個重要環(huán)節(jié)，直接影響到教學(xué)能否取得成功。在本課程案例化教學(xué)過程中，任課教師根據(jù)本課程的教學(xué)目標，結(jié)合所教授學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，把課程設(shè)計成12個需要學(xué)生學(xué)習(xí)的典型案例。

案例設(shè)計原則是一切案例設(shè)計服務(wù)于學(xué)生知識、能力發(fā)展。

案例設(shè)計理念是從本科生的特點和本門課程人才培養(yǎng)目標出發(fā)，將教學(xué)從單純注重知識的傳授轉(zhuǎn)向重視對學(xué)生認知和能力的培養(yǎng)，將課程教學(xué)從傳統(tǒng)的老師教轉(zhuǎn)向?qū)W生學(xué)，并且學(xué)以致用[7]。

以永磁同步電機為例，具體教學(xué)設(shè)計主要部分如見表所示。

三、案例化教學(xué)的實施條件分析

（一）一流的師資和優(yōu)良的教學(xué)條件

首先，案例化教學(xué)離不開一流的師資，通過對教師采取崗前培訓(xùn)、企業(yè)實踐等方式，使師資更加滿足案例化教學(xué)的要求，以此達到培養(yǎng)復(fù)合型人才的目的。以驅(qū)動電機原理及控制技術(shù)為例，案例化教學(xué)不再只是簡單地要求教師向?qū)W生傳授電機方面的理論知識，更重要的是善于對學(xué)生進行引導(dǎo)，使學(xué)生更加主動地學(xué)習(xí)知識，同時注重對學(xué)生認知及能力的培養(yǎng)。本專業(yè)師資雄厚，擁有泰山學(xué)者等國家一流人才，科研實力強大，完全符合案例化教學(xué)的要求。

其次，案例化教學(xué)離不開優(yōu)良的教學(xué)條件，教學(xué)實施條件好壞不僅可以影響教師的科研能力，而且是學(xué)生動手能力的一個關(guān)鍵影響因素。本專業(yè)擁有優(yōu)良的教學(xué)條件，實驗室具備多種電機和測試儀器，能夠為學(xué)生提供很好的實踐機會;同時本專業(yè)多次選派教師到企業(yè)進行學(xué)習(xí)，加強實踐能力。因此，本專業(yè)已充分滿足新能源汽車案例化教學(xué)的實施條件。

（二）企業(yè)的積極配合

人才培養(yǎng)應(yīng)適應(yīng)行業(yè)需求，因此案例化教學(xué)需要企業(yè)的積極配合。本專業(yè)在進行教學(xué)案例庫建設(shè)時，主動與企業(yè)進行對接，與企業(yè)深度融合，在驅(qū)動電機原理及控制技術(shù)案例教學(xué)中，選取了12種具有代表性的電機，這些電機都是當下企業(yè)應(yīng)用較多的電機。另外，本專業(yè)的案例化教學(xué)將企業(yè)的工程經(jīng)驗成果與學(xué)生教學(xué)相融合，且積極尋求企業(yè)指導(dǎo)，因此能夠有效地服務(wù)于學(xué)生知識以及能力的發(fā)展。

本專業(yè)還積極加強校企合作，為學(xué)生創(chuàng)造更多的實習(xí)機會。在案例化教學(xué)中，讓學(xué)生盡可能地到電機廠參觀實習(xí)，共同開發(fā)更高效的實習(xí)實訓(xùn)課程。同時，學(xué)校配具備了多種電機，學(xué)生可通過對樣機教具的學(xué)習(xí)，舉一反三，更加牢固地掌握專業(yè)知識。

（三）教學(xué)科研平臺的建設(shè)

案例化教學(xué)離不開高水平教學(xué)科研平臺的建設(shè)，一流的科研平臺能為案例化教學(xué)起到很好的推動作用[4]。本專業(yè)建設(shè)有一流的實驗平臺，且融合相關(guān)的行業(yè)規(guī)范以及創(chuàng)新能力，建設(shè)全新的課程體系，構(gòu)建的案例化教學(xué)課程體系除了開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課，還增加了集中實踐課的學(xué)時，加強了學(xué)生實踐動手能力的訓(xùn)練。同時，為了與國內(nèi)汽車行業(yè)需求相對接，部分研究方向增設(shè)了新能源汽車實踐課，逐步實現(xiàn)了共用平臺及共建課程。

新能源汽車案例化教學(xué)需整合多學(xué)科的資源。電動汽車核心技術(shù)包含電控、電機和電池，學(xué)校多位教師兼具車輛和電機的專業(yè)教學(xué)能力，同時本專業(yè)的實踐平臺具有多學(xué)科交叉優(yōu)勢，將車輛、電機以及交通工程等學(xué)科進行了很好的整合，形成了聯(lián)合多學(xué)科的實踐平臺。此外，本專業(yè)擁有大量專業(yè)設(shè)備，總價值3300余萬元，因此本專業(yè)具有較高的案例化教學(xué)科研平臺。

四、結(jié)語

新能源汽車的發(fā)展對我國未來汽車行業(yè)有著重要的影響，將其作為車輛工程專業(yè)的新工科進行建設(shè)是一個正確的決定。新能源汽車案例化教學(xué)的開設(shè)，適應(yīng)時代所需，順應(yīng)了行業(yè)的發(fā)展，達到了案例化教學(xué)設(shè)計服務(wù)于學(xué)生知識、能力發(fā)展的目的。案例化教學(xué)采取全新的課程體系設(shè)計，它將實現(xiàn)角色的轉(zhuǎn)變，使學(xué)生更主動地學(xué)習(xí)。同時，通過實踐平臺的建設(shè)，增強了學(xué)生的動手能力，加強了學(xué)生自身能力的培養(yǎng)。另外，通過校企合作，以行業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，案例化教學(xué)將為國家培養(yǎng)更多符合社會需求的創(chuàng)新型人才。

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]