案例化教學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]新能源汽車具有節能環保的優勢，作為國家未來汽車發展的重中之重，新能源汽車非常適合作為車輛工程專業的新工科進行建設。新工科案例化教學對我國新舊動能轉化具有重要意義。文章以驅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的教學改革，即將課程中的內容提煉出實踐項目，在實踐中講解理論。文章詳細講解了新工科案例化教學的具體措施和內容，最終總結出適合本專業的案例化教學模式。此次改革達到了新工科背景下應用型人才培養的要求，取得了很好的教學效果。

[關鍵詞]新工科;新能源汽車;案例化教學;實踐

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

新工科是為主動應對新一輪科技革命與產業變革、支撐服務創新驅動發展等一系列國家戰略而實施的重大教育工程。其旨在建立和培養符合產業需求、技術發展和學生志趣的新的工程人才培養體系，增強工程教育國際競爭力。

新能源汽車符合人類可持續發展需求和國家戰略，十分適合作為車輛工程專業的新工科進行建設[1]。發展節能、環保、零排放的新能源汽車，能夠很好地解決環境污染、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。新能源汽車產業的發展迫切需要我們開設新能源汽車新工科實驗班。

電動汽車區別于傳統車最核心的技術是“三電”，包括電池、電機和電控，又簡稱為“三橫”[2]。其中電池屬于化學工業、電控屬于電子技術、電機屬于電氣工程領域，因此電動汽車相關課程的教學需要整合多學科的資源。以驅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，是一門新興但必須加大力氣建設的課程。

美國經濟學家、教育學家凱西·戴維森的研究成果表明，現在的學生65%將會從事目前并不存在的職業。這也是目前傳統的知識傳授式教育存在的問題，應逐漸轉變為新式的能力傳授式教育。

案例化教學以典型案例為基礎，在有限的學時之內使學習者將顯性的知識內化為解決問題的能力，實現由知識到能力的傳授。

案例化教學最早在工商管理等管理學專業興起。國外的案例教學開展早且普及范圍廣， 已經經歷了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。

我國教學案例庫主要集中在經濟類、法學類學科。但是隨著我國汽車技術的發展，案例教學也逐漸應用于汽車維修、汽車營銷等領域，目前邢臺職業學院、無錫職業技術學院等職業院校開展了基于案例教學法的汽車故障診斷維修應用，取得了較好的效果[3]。

為了在有限學時內完成多學科交叉的新能源汽車領域教學，本文以驅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的教學改革。本文將首先結合新能源汽車典型案例介紹開展案例化教學的意義，其次介紹具體教學案例的組織和實施，最后進行總結。

一、新能源汽車新工科開展案例化教學的意義

我國已為新能源汽車產業制訂了詳細的發展規劃，工信部《新能源汽車產業發展規劃（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%，具備市場競爭優勢。

我國經濟發展進入新舊動能轉換的關鍵時期，汽車行業主要面臨的難題有二：一是自主研發能力較為薄弱，發動機和變速器等動力總成關鍵技術掣肘于外企[4];二是伴隨傳統汽車行業的轉型升級，對新能源汽車的技術和人才需求越來越大，傳統車輛專業畢業生的素質和能力滿足不了產業對工程技術人才的需求。新能源汽車行業的發展，不僅需要核心技術的研發，同時也需要培養符合新能源汽車行業發展的高素質人才[5]。

新能源汽車產業需要突破的關鍵零部件技術主要為“三橫”：動力電池與管理系統（電池）、驅動電機與電力電子（電機）、網聯化與智能化技術（電控）。其中的電機方面主要探索下一代車用電機驅動系統解決方案，為整車集成創新提供支撐。本文以電機課程為例進行案例化教學的介紹，主要意義在于：

1.國家和汽車行業的發展急需開展電動汽車電機技術的教學工作，而電機與電器作為二級學科，很難用傳統的32學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的案例教學法來進行課程的教學。

2.山東理工大學（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，公布的發明專利居全國高校首位，獲得過國家技術發明二等獎等獎項，獲評國家級教學團隊、國家級一流專業建設點等，在此基礎上開展案例教學有利于進一步發揮和加強汽車電機的研究優勢。

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

4.構建的案例化教學模式和教學內容，具有良好的覆蓋性和系統性，并形成大量的設計素材積累，從而使教師和學生們可以更為方便地使用案例進行設計研究。

二、新能源汽車新工科案例化教學具體措施

（一）新能源汽車新工科課程體系設計

我校結合新能源汽車的最新發展需求，開設新能源汽車新工科實驗班。實驗班瞄準新能源汽車驅動電力化、駕駛智能化、車輛網聯化的趨勢，強化校企協同育人和科創活動，培養具有國際視野、跨學科交叉融合能力和創新實踐能力的新能源汽車卓越工程技術人才[6]。

實驗班實行學分制教學，課程分為必修課和選修課。為對接國內汽車行業發展需求，在選修課程中，依據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、智能汽車與聯網車技術、電動汽車電源技術、驅動電機原理及控制等，采用理論與實踐相結合的授課方式，加深學生對新能源汽車行業發展的認識，夯實新能源汽車相關領域的專業知識。課程體系如表1所示。

在上述課程體系中，驅動電機原理及控制技術課程的先修課程有電工技術、電子技術、汽車構造、汽車電器與電子技術等，后續課程有新能源汽車設計與仿真、新能源汽車技術、汽車試驗學等。可以看出，和電氣工程及自動化專業不同的是，新工科實驗班沒有電力電子技術、磁性材料和磁路作為課程基礎，也沒有電力拖動基礎、電機設計等后續課程。

（二）驅動電機原理及控制技術案例化教學內容

本教學案例庫的建設，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，依據實際設計要求和特性選取并分類后建立案例庫，可使學生由點到面、由淺入深、由易到難有選擇地講解和學習。

整個教學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.增程式電動汽車發電機;

4.弱混合動力起動發電機;

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.電動汽車感應電機;

9.電動汽車雙凸極電機;

10.電動汽車開關磁阻電機;

11.電動汽車整體驅動方式;

12.汽車電機典型功率變換器。

（三）驅動電機原理及控制技術課程目標

1.學生應對電動汽車驅動電機系統的整體、磁路、功率變換器、直流電機、交流電機、永磁同步電機、磁阻電機基本結構有深入的了解，并掌握電動汽車驅動電機各部分的組成及工作原理等基本知識，能夠將之用于解決新能源汽車電機領域的復雜問題。

2.學生能夠掌握各系統結構及工作原理，并采用科學方法對復雜車輛工程問題進行理論分析、數值模擬或實驗研究，對電動汽車驅動電機系統提出改進意見;了解各系統在使用過程中的特點，并能夠在電動汽車驅動電機系統設計中考慮安全、舒適、節能、環保、法律、文化等諸多因素。

3.學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，提高設計能力;掌握電機基本的裝配要領、裝配技法、電機部件測試等實驗研究能力，對電動汽車驅動系統等關鍵部件具備參數設計、校核與優化的能力。

4.學生能夠熟悉汽車電機行業技術標準、法律法規和產業政策，了解電動汽車驅動電機系統主要公司行業的地位、發展趨勢及制約因素。

（四）新能源汽車新工科案例化教學設計

案例化教學應用中，教學的項目設計是其中一個重要環節，直接影響到教學能否取得成功。在本課程案例化教學過程中，任課教師根據本課程的教學目標，結合所教授學生的學習基礎，把課程設計成12個需要學生學習的典型案例。

案例設計原則是一切案例設計服務于學生知識、能力發展。

案例設計理念是從本科生的特點和本門課程人才培養目標出發，將教學從單純注重知識的傳授轉向重視對學生認知和能力的培養，將課程教學從傳統的老師教轉向學生學，并且學以致用[7]。

以永磁同步電機為例，具體教學設計主要部分如見表所示。

三、案例化教學的實施條件分析

（一）一流的師資和優良的教學條件

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

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

（二）企業的積極配合

人才培養應適應行業需求，因此案例化教學需要企業的積極配合。本專業在進行教學案例庫建設時，主動與企業進行對接，與企業深度融合，在驅動電機原理及控制技術案例教學中，選取了12種具有代表性的電機，這些電機都是當下企業應用較多的電機。另外，本專業的案例化教學將企業的工程經驗成果與學生教學相融合，且積極尋求企業指導，因此能夠有效地服務于學生知識以及能力的發展。

本專業還積極加強校企合作，為學生創造更多的實習機會。在案例化教學中，讓學生盡可能地到電機廠參觀實習，共同開發更高效的實習實訓課程。同時，學校配具備了多種電機，學生可通過對樣機教具的學習，舉一反三，更加牢固地掌握專業知識。

（三）教學科研平臺的建設

案例化教學離不開高水平教學科研平臺的建設，一流的科研平臺能為案例化教學起到很好的推動作用[4]。本專業建設有一流的實驗平臺，且融合相關的行業規范以及創新能力，建設全新的課程體系，構建的案例化教學課程體系除了開設專業基礎課，還增加了集中實踐課的學時，加強了學生實踐動手能力的訓練。同時，為了與國內汽車行業需求相對接，部分研究方向增設了新能源汽車實踐課，逐步實現了共用平臺及共建課程。

新能源汽車案例化教學需整合多學科的資源。電動汽車核心技術包含電控、電機和電池，學校多位教師兼具車輛和電機的專業教學能力，同時本專業的實踐平臺具有多學科交叉優勢，將車輛、電機以及交通工程等學科進行了很好的整合，形成了聯合多學科的實踐平臺。此外，本專業擁有大量專業設備，總價值3300余萬元，因此本專業具有較高的案例化教學科研平臺。

四、結語

新能源汽車的發展對我國未來汽車行業有著重要的影響，將其作為車輛工程專業的新工科進行建設是一個正確的決定。新能源汽車案例化教學的開設，適應時代所需，順應了行業的發展，達到了案例化教學設計服務于學生知識、能力發展的目的。案例化教學采取全新的課程體系設計，它將實現角色的轉變，使學生更主動地學習。同時，通過實踐平臺的建設，增強了學生的動手能力，加強了學生自身能力的培養。另外，通過校企合作，以行業發展為導向，案例化教學將為國家培養更多符合社會需求的創新型人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 盧宗霞. 新能源汽車人才培養模式研究[D]. 西安： 長安大學，2015.

[2] 翁才恩，劉建軍，王孝鵬，等.“新能源汽車”課程實踐案例化教學探索[J].韶關學院學報，2020（3）：84-88.

[3] 姚鑫.汽修訂單培養項目化教學的案例庫開發研究[J].西部素質教育，2017（8）：115-116.

[4] 鄭玉坤.依托校內實訓基地提升《汽車車身電器》課程案例化教學效果的實踐[J].職業技術，2012（10）：9-11.

[5] 郭榮春.新舊動能轉換背景下車輛工程專業人才培養模式探討[J].科技視界，2019（12）：142-143.

[6] 陳湘令.《電機與電氣控制技術》典型案例教學分析[J].無線互聯科技，2012（9）：225.

[7] 姜曉坤，朱泓，李志義.新工科人才培養新模式[J].高教發展與評估，2018（2）： 17- 24，103.

[責任編輯：劉鳳華]