虚拟仿真技术在电动汽车课程教学中的应用

陈运星 吴华伟 王书贤 邓利军 张明国

1.湖北文理学院 纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室 湖北省襄阳市 441053

2.湖北文理学院 汽车与交通工程学院 湖北省襄阳市 441053

1 引言

汽车行业目前正在经历由传统燃油车时代向智能电动时代的转型，未来，新能源智能汽车将成为主流的产品形态。根据国家《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》的相关政策，电动化、智能化正在成为汽车产业的发展潮流和趋势。发展新能源汽车，是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。2021 年我国新能源汽车销量更是实现井喷式增长，销量达到352.1 万辆，同比增加1.6 倍，对于汽车销量的贡献率也从2020 年的5.4% 增长到2021 年的13.4%，增加了8 个百分点，连续7 年位居全球第一。预测2022 年我国新能源汽车销量将达到600 万辆，新能源汽车行业的蓬勃发展离不开大量的新能源汽车专业人才，而高校承担着为社会发展培养汽车专业人才的重任。为此，许多高校开设了新能源汽车相关专业课程，然而，传统的教学模式可能已无法完全适应新能源汽车方面的教学工作，导致人才培养与新能源汽车市场需求不匹配。为提高高校人才培养与新能源汽车行业人才需求的契合度，将虚拟仿真技术与理论知识有机融合的教学模式有助于极大提升教学质量，为新能源汽车行业人才培养的质量提供可靠保障。

国内一些学者关于虚拟仿真技术在汽车专业课程方面的应用进行了探究，盛湘飞等[1]分析了虚拟仿真技术在汽车底盘构造应用的优势；张忠洋等[2]研究虚拟仿真技术在新能源车辆专业实验教学中应用带来的好处及具体应用案例；陆展探讨了虚拟仿真软件在新能源汽车维修专业教学中应用，指出虚拟仿真技术对培养素质良好、专业性强的维修人才有着极大的帮助[3]。付学敏对虚拟仿真技术在汽车维修中的应用进行了探讨[4]。王付凯等[5]探索了虚拟仿真技术在职业院校新能源汽车教学中应用存在问题及作用。还有傅楚青等[6]探讨了虚拟仿真技术在新能源汽车实验教学中应用存在问题及应用措施。

国内许多职业院校尽管针对虚拟仿真技术在传统汽车课程教学中的应用进行了研究，取得了一定的理论成果，但针对虚拟仿真技术在本科高校新能源汽车专业课程方面的应用较少，仍缺乏对理论与虚拟仿真技术在电动汽车课程方面有机融合的研究。鉴于此，本文以“全面提高应用型本科高校新能源汽车专业人才培养质量”为目标，分析应用型本科高校电动汽车课程教学中存在的问题，并对虚拟仿真技术引入电动汽车课程教学进行了一定探索，提出了一些应用措施，以期为其他应用型本科高校的人才培养提供一些借鉴。本文主要内容框架如图1 所示。

图1 本文主要内容框架

2 应用型本科高校电动汽车课程教学中存在的问题

新能源汽车是近几年汽车行业的热点，新能源汽车行业的快速发展使得对新能源汽车人才的需求量更大，对人才的能力要求更高。为了更好地提高本科高校车辆工程专业人才培养质量与新能源汽车市场的契合度，传统的设有车辆工程专业的高校均新增了相关的电动汽车专业课程，以便为新能汽车行业培养更高质量人才。然而，目前很多应用型本科高校针对新开设的电动汽车相关专业课程还是采用传统教学方式，导致学生学习枯燥乏味、电动汽车专业知识掌握较差，严重影响了人才培养质量。此外，一些应用型本科高校在电动汽车课程理论学时和实验学时之间设置的比例不太合理，理论和实践没有达到有效的融合，影响了学生学习的效果。总而言之，应用性本科高校在电动汽车课程教学中还存在较多问题，本文主要归纳总结了以下三个问题：

2.1 教学模式单一、教学内容滞后

电动汽车课程是车辆工程专业为适应新能源汽车行业发展需求而新开设的相关专业课程。当今，新能源汽车在结构、原理等方面与传统内燃机汽车都存在较大区别，技术方面增加了更多电动化方面知识。目前，大多本科高校还是采用传统的教学理念和教学模式，即教师在课堂上采用PPT 课件的形式来讲解课本理论知识，模式上没有太多创新，学生还是被动地理解知识[5]。电动汽车课程除了基本结构组成，还增添了许多电类知识，内容具有较强的抽象性，如果还是采用传统的授课模式已很难让学生掌握好电动汽车专业课程知识，降低了人才培养质量。此外，当今新能源汽车技术更新迭代较快，而教材存在内容陈旧，无法及时更新，导致教学内容与电动汽车市场新技术之间存在一定滞后。教学模式的单一和教学内容的滞后均影响了高校新能源汽车人才培养质量与社会需求吻合度。

2.2 学生学习兴趣不高、理论知识掌握不扎实

当前，应用型本科高校在电动汽车课程设置方面存在重理论轻实验，甚至有些本科高校只有理论课没有实验课。再加上教学模式传统，这些均严重影响了学生的学习兴趣，导致学校效率低、理论知识掌握不牢固。此外，还影响了学生的动手实践能力，降低了教学效果。随着新能源智能汽车相关技术的快速发展，学生学习内容的广度和难度也不断增加，学生所学的知识与市场上出现的新技术存在脱节，这些均严重影响了学生的学习兴趣和主动性[4]。

2.3 教学实验设施陈旧且不足

当今，地方应用型本科高校，由于教学实验场地和教学经费的限制，再加上电动汽车相关实验设备价格昂贵，导致大多数应用型本科高校电动汽车实验教学设备缺乏，实验课时大幅缩减，培养的学生动手能力不强、理论掌握也不扎实。此外，有些理论课程上的内容也无法在实验设备上得到很好地展示，教学效果不够理想。另外，由于新能源汽车上存在许多高压部件，教学实验过程中也存在一些安全隐患，学生在实验过程中可能会因为操作过失带来触电危险，危害身体健康，同时也给任课教师教学带来额外负担。

3 虚拟仿真技术在电动汽车课程教学中的应用措施

为了解决应用型本科高校电动汽车课程教学中存在的这些问题，本文提出将虚拟仿真技术应用到电动汽车课程教学中，探索将理论与虚拟仿真技术有机融合。为使得虚拟仿真技术更好地应用于电动汽车课程教学中，本文提出了相应地应用措施，以期提升教师教学水平和热情，提高学生学习兴趣和能力，促进应用型本科高校人才培养质量的提高，为新能源汽车行业的人才培养提供可靠保证。主要应用措施如下：

3.1 打造理虚一体化教学方案

将虚拟仿真技术融入到本科高校电动汽车教学系统中，主要包括电动汽车构造与原理仿真教学系统、动力总成功能虚拟仿真教学系统、动力电池系统功能虚拟仿真教学系统及车辆充电系统虚拟仿真教学系统四个部分。而本项目拟采用的虚拟仿真系统主要包括内容如表1 所示。以新能源汽车行业需求为导向，实时关注新能源汽车最新技术并引入教学内容，并持续推进虚拟仿真教学系统内容的更新。整合、更新、优化电动汽车课程理虚教学方案、内容及考核方式，在电动汽车课程理论教学中根据实际教学需求来调整虚拟仿真实验教学学时和学生自由线上学习学时，加大纯理论和虚拟仿真技术相结合的力度，使学生能够从虚拟仿真系统中体会到学习的兴趣，提高学生学习能力和实践能力。

表1 本项目虚拟仿真系统主要组成

3.2 加大教师虚拟仿真技术应用能力方面的培训

教师教学过程中应用虚拟仿真软件的能力对虚拟实验教学质量的影响至关重要。教师可依托教育部产学合作协同育人项目平台，寻找电动汽车相关的企业开展产学协同育人项目的申请与实施。通过此项目平台教师可以深入到企业去学习虚拟仿真技术在电动汽车的应用，另外，也可以聘请企业工程师来校开展针对虚拟仿真技术应用能力方面的培训，提升教师虚拟软件技术应用能力，提高本科高校电动汽车人才培养质量。

3.3 建立开放式电动汽车模拟训练虚拟仿真实验教学平台

针对电动汽车虚拟仿真教学系统，为使学生更好地利用虚拟仿真教学平台，教师教学内容要增加虚拟仿真系统的使用技巧，让学生通过简单的操作就能很好地掌握相关理论知识。另外，高校应该在虚拟仿真平台中开放电动汽车课程相关教学资源，使得学生可以自由随时使用系统来学习，并在平台中建立相应的评估模块来对学生自由学习的效果进行考核[6]。同时教师可通过虚拟仿真平台查看学生学习情况，并可以对学生学习过程中存在的疑惑进行针对性的解答，充分发挥虚拟仿真系统的优势，提高教学效率和效果。

4 结语

本文以“全面提高应用型本科高校电动汽车专业人才培养质量”为目标，分析了应用型本科高校电动汽车课程教学中存在的主要问题。为此，将虚拟仿真技术引入电动汽车课程教学中的应用措施进行了详细探讨，提出了理虚有机结合的教学改革措施。教师的教学模式得到不断创新和优化，激发教师热情，优化课堂教学效果，提高教学质量；学生的学习兴趣、热情和实践动手能力得以提升，增强学生的求知欲和探索欲，综合素质和就业竞争力得到提高。本文的研究成果将起到一定的示范和推动作用，可为其他工科类专业的人才培养提供参考。