虛擬仿真技術在電動汽車課程教學中的應用

陳運星 吳華偉 王書賢 鄧利軍 張明國

1.湖北文理學院 純電動汽車動力系統設計與測試湖北省重點實驗室 湖北省襄陽市 441053

2.湖北文理學院 汽車與交通工程學院 湖北省襄陽市 441053

1 引言

汽車行業目前正在經歷由傳統燃油車時代向智能電動時代的轉型，未來，新能源智能汽車將成為主流的產品形態。根據國家《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035）》的相關政策，電動化、智能化正在成為汽車產業的發展潮流和趨勢。發展新能源汽車，是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，是應對氣候變化、推動綠色發展的戰略舉措。2021 年我國新能源汽車銷量更是實現井噴式增長，銷量達到352.1 萬輛，同比增加1.6 倍，對于汽車銷量的貢獻率也從2020 年的5.4% 增長到2021 年的13.4%，增加了8 個百分點，連續7 年位居全球第一。預測2022 年我國新能源汽車銷量將達到600 萬輛，新能源汽車行業的蓬勃發展離不開大量的新能源汽車專業人才，而高校承擔著為社會發展培養汽車專業人才的重任。為此，許多高校開設了新能源汽車相關專業課程，然而，傳統的教學模式可能已無法完全適應新能源汽車方面的教學工作，導致人才培養與新能源汽車市場需求不匹配。為提高高校人才培養與新能源汽車行業人才需求的契合度，將虛擬仿真技術與理論知識有機融合的教學模式有助于極大提升教學質量，為新能源汽車行業人才培養的質量提供可靠保障。

國內一些學者關于虛擬仿真技術在汽車專業課程方面的應用進行了探究，盛湘飛等[1]分析了虛擬仿真技術在汽車底盤構造應用的優勢；張忠洋等[2]研究虛擬仿真技術在新能源車輛專業實驗教學中應用帶來的好處及具體應用案例；陸展探討了虛擬仿真軟件在新能源汽車維修專業教學中應用，指出虛擬仿真技術對培養素質良好、專業性強的維修人才有著極大的幫助[3]。付學敏對虛擬仿真技術在汽車維修中的應用進行了探討[4]。王付凱等[5]探索了虛擬仿真技術在職業院校新能源汽車教學中應用存在問題及作用。還有傅楚青等[6]探討了虛擬仿真技術在新能源汽車實驗教學中應用存在問題及應用措施。

國內許多職業院校盡管針對虛擬仿真技術在傳統汽車課程教學中的應用進行了研究，取得了一定的理論成果，但針對虛擬仿真技術在本科高校新能源汽車專業課程方面的應用較少，仍缺乏對理論與虛擬仿真技術在電動汽車課程方面有機融合的研究。鑒于此，本文以“全面提高應用型本科高校新能源汽車專業人才培養質量”為目標，分析應用型本科高校電動汽車課程教學中存在的問題，并對虛擬仿真技術引入電動汽車課程教學進行了一定探索，提出了一些應用措施，以期為其他應用型本科高校的人才培養提供一些借鑒。本文主要內容框架如圖1 所示。

圖1 本文主要內容框架

2 應用型本科高校電動汽車課程教學中存在的問題

新能源汽車是近幾年汽車行業的熱點，新能源汽車行業的快速發展使得對新能源汽車人才的需求量更大，對人才的能力要求更高。為了更好地提高本科高校車輛工程專業人才培養質量與新能源汽車市場的契合度，傳統的設有車輛工程專業的高校均新增了相關的電動汽車專業課程，以便為新能汽車行業培養更高質量人才。然而，目前很多應用型本科高校針對新開設的電動汽車相關專業課程還是采用傳統教學方式，導致學生學習枯燥乏味、電動汽車專業知識掌握較差，嚴重影響了人才培養質量。此外，一些應用型本科高校在電動汽車課程理論學時和實驗學時之間設置的比例不太合理，理論和實踐沒有達到有效的融合，影響了學生學習的效果。總而言之，應用性本科高校在電動汽車課程教學中還存在較多問題，本文主要歸納總結了以下三個問題：

2.1 教學模式單一、教學內容滯后

電動汽車課程是車輛工程專業為適應新能源汽車行業發展需求而新開設的相關專業課程。當今，新能源汽車在結構、原理等方面與傳統內燃機汽車都存在較大區別，技術方面增加了更多電動化方面知識。目前，大多本科高校還是采用傳統的教學理念和教學模式，即教師在課堂上采用PPT 課件的形式來講解課本理論知識，模式上沒有太多創新，學生還是被動地理解知識[5]。電動汽車課程除了基本結構組成，還增添了許多電類知識，內容具有較強的抽象性，如果還是采用傳統的授課模式已很難讓學生掌握好電動汽車專業課程知識，降低了人才培養質量。此外，當今新能源汽車技術更新迭代較快，而教材存在內容陳舊，無法及時更新，導致教學內容與電動汽車市場新技術之間存在一定滯后。教學模式的單一和教學內容的滯后均影響了高校新能源汽車人才培養質量與社會需求吻合度。

2.2 學生學習興趣不高、理論知識掌握不扎實

當前，應用型本科高校在電動汽車課程設置方面存在重理論輕實驗，甚至有些本科高校只有理論課沒有實驗課。再加上教學模式傳統，這些均嚴重影響了學生的學習興趣，導致學校效率低、理論知識掌握不牢固。此外，還影響了學生的動手實踐能力，降低了教學效果。隨著新能源智能汽車相關技術的快速發展，學生學習內容的廣度和難度也不斷增加，學生所學的知識與市場上出現的新技術存在脫節，這些均嚴重影響了學生的學習興趣和主動性[4]。

2.3 教學實驗設施陳舊且不足

當今，地方應用型本科高校，由于教學實驗場地和教學經費的限制，再加上電動汽車相關實驗設備價格昂貴，導致大多數應用型本科高校電動汽車實驗教學設備缺乏，實驗課時大幅縮減，培養的學生動手能力不強、理論掌握也不扎實。此外，有些理論課程上的內容也無法在實驗設備上得到很好地展示，教學效果不夠理想。另外，由于新能源汽車上存在許多高壓部件，教學實驗過程中也存在一些安全隱患，學生在實驗過程中可能會因為操作過失帶來觸電危險，危害身體健康，同時也給任課教師教學帶來額外負擔。

3 虛擬仿真技術在電動汽車課程教學中的應用措施

為了解決應用型本科高校電動汽車課程教學中存在的這些問題，本文提出將虛擬仿真技術應用到電動汽車課程教學中，探索將理論與虛擬仿真技術有機融合。為使得虛擬仿真技術更好地應用于電動汽車課程教學中，本文提出了相應地應用措施，以期提升教師教學水平和熱情，提高學生學習興趣和能力，促進應用型本科高校人才培養質量的提高，為新能源汽車行業的人才培養提供可靠保證。主要應用措施如下：

3.1 打造理虛一體化教學方案

將虛擬仿真技術融入到本科高校電動汽車教學系統中，主要包括電動汽車構造與原理仿真教學系統、動力總成功能虛擬仿真教學系統、動力電池系統功能虛擬仿真教學系統及車輛充電系統虛擬仿真教學系統四個部分。而本項目擬采用的虛擬仿真系統主要包括內容如表1 所示。以新能源汽車行業需求為導向，實時關注新能源汽車最新技術并引入教學內容，并持續推進虛擬仿真教學系統內容的更新。整合、更新、優化電動汽車課程理虛教學方案、內容及考核方式，在電動汽車課程理論教學中根據實際教學需求來調整虛擬仿真實驗教學學時和學生自由線上學習學時，加大純理論和虛擬仿真技術相結合的力度，使學生能夠從虛擬仿真系統中體會到學習的興趣，提高學生學習能力和實踐能力。

表1 本項目虛擬仿真系統主要組成

3.2 加大教師虛擬仿真技術應用能力方面的培訓

教師教學過程中應用虛擬仿真軟件的能力對虛擬實驗教學質量的影響至關重要。教師可依托教育部產學合作協同育人項目平臺，尋找電動汽車相關的企業開展產學協同育人項目的申請與實施。通過此項目平臺教師可以深入到企業去學習虛擬仿真技術在電動汽車的應用，另外，也可以聘請企業工程師來校開展針對虛擬仿真技術應用能力方面的培訓，提升教師虛擬軟件技術應用能力，提高本科高校電動汽車人才培養質量。

3.3 建立開放式電動汽車模擬訓練虛擬仿真實驗教學平臺

針對電動汽車虛擬仿真教學系統，為使學生更好地利用虛擬仿真教學平臺，教師教學內容要增加虛擬仿真系統的使用技巧，讓學生通過簡單的操作就能很好地掌握相關理論知識。另外，高校應該在虛擬仿真平臺中開放電動汽車課程相關教學資源，使得學生可以自由隨時使用系統來學習，并在平臺中建立相應的評估模塊來對學生自由學習的效果進行考核[6]。同時教師可通過虛擬仿真平臺查看學生學習情況，并可以對學生學習過程中存在的疑惑進行針對性的解答，充分發揮虛擬仿真系統的優勢，提高教學效率和效果。

4 結語

本文以“全面提高應用型本科高校電動汽車專業人才培養質量”為目標，分析了應用型本科高校電動汽車課程教學中存在的主要問題。為此，將虛擬仿真技術引入電動汽車課程教學中的應用措施進行了詳細探討，提出了理虛有機結合的教學改革措施。教師的教學模式得到不斷創新和優化，激發教師熱情，優化課堂教學效果，提高教學質量；學生的學習興趣、熱情和實踐動手能力得以提升，增強學生的求知欲和探索欲，綜合素質和就業競爭力得到提高。本文的研究成果將起到一定的示范和推動作用，可為其他工科類專業的人才培養提供參考。