纯电动汽车“三电”类课程教学研究

纯电动汽车“三电”类课程教学研究摘要：随着新能源汽车技术和产业的发展壮大，对新能源汽车技术人才的培养显得尤为重要。本文分析了新能源汽车电机、电池、电控“三电”类课程的三大特征，从五年制高职学生学习特点、实训条件和教师教学三个角度总结了课程教学中存在的六点问题，依据教学理论和实践从教学模式、教学策略、教学方法三方面提出了适用于“三电”课程教学改进意见，为推进五年制高职新能源汽车技术专业“三电”类课程的教学提供参考。随着全球能源危机、环境污染等问题的日益突出，汽车工业的发展面临重大挑战。用清洁、无污染、来源广的电能代替传统燃油是解决能源可持续利用的有效途径，传统燃油车逐渐被以电能为主要动力源的新能源汽车替代。2016年，新能源汽车被列为“十三五”国家战略性新兴产业，新能源汽车技术和销售数量明显提升。经过六年发展，我国新能源汽车产业迅速壮大。据中国汽车工业协会信息发布，截至2022年全国新能源汽车保有量达到了1310万辆。新能源汽车保有量的猛增对新能源汽车技术人才的培养提出了新的要求，新能源汽车“电动化、智能化、网联化”新三化的技术特征使新能源汽车维修内容、维修方式和维修理念都发生了变化，专业人才的技能需求也发生了变化[1]。五年制高职培养体系下，如何培养适应新能源汽车新技术发展需求的人才，成为新能源汽车技术专业人才培养关注的重点。本文以新能源汽车技术专业的“三电”类专业核心课程为例，分析“三电”类专业核心课程的特征，总结“三电”类专业核心课程教学过程中现存的问题，从教学模式、教学策略、教学方法三个角度针对性地提出教学改进建议，为推进五年制高职新能源汽车技术专业“三电”类课程的教学提供参考。“三电”技术是指新能源汽车动力电池及管理系统BMS、驱动电机及控制技术MCU、整车控制器VCU或电,是新能源汽车中的关键技术，是评价新能源汽车极为重要的指标，决定了新能源汽术是五年制高职新能源汽车技术专业学生必须掌握的重点内容。《高等职业学校新能源汽车技术专业教学标准》中，与三电技术相关的知识和能力目标（如表1所示）。对应这些知识和能力目标的有四门专业核心课“动力电池管理及维护技术”“驱动电机及控制技术”“新能源汽车整车控制技术”和“新能源汽车电气技术”，教学标准中还提及了这四门课程相应的教学内容[3]（如表2所示）。表1“三电”技术知识和能力目标知识1.掌握动力电池管理系统和上电控制逻辑知识2.掌握永磁同步电机的工作原理3.掌握新能源汽车的充电类型和交直流充放电控制逻辑知识能力1.能够进行新能源汽车高压驱动系统的性能检测和组件更换2.能够进行新能源汽车电路分析3.能够进行新能源车CAN总线的检测和分析表2四门专业课程对应的教学内容“动力电池管理及维护技术”“驱动电机及控制技术”1电池组的连接方式和常用参数1简单电机模型工作原理2动力电池组及管理系统各组件安装位置和功能2永磁同步电机构造与工作原理3动力电池组漏电检测3交流异步电机构造与工作原理4电动机械式接触器的作用和电源管理系统状态监测4典型电机拆装与检测5动力电池组管理系统组件工作原理与外部低压连接接口的定义5电机驱动系统传感器结构和原理续表“动力电池管理及维护技术”“驱动电机及控制技术”6动力电池拆装与评估6汽车变频器结构和基本原理7电池模组和单体电池的检测与均衡7典型汽车变频器结构拆装8能够进行动力电池组电池模块充放电与容量均衡8电机及控制系统热管理9动力电池组热管理系统上电控制逻辑和检测“新能源汽车整车控制技术”“新能源汽车电气技术”1新能源汽车整车控制类型及控制系统1新能源汽车电路分析2整车驱动系统控制技术2新能源汽车CAN总线的检测和分析3电动真空泵控制技术312V电源分配系统及配电盒功能4电动空调控制技术4新能源汽车交直流充电系统检修542V电动转向控制技术与传统燃油车课程相比，新能源汽车的核心课程需要更为扎实的电工电子技术基础。动力电池的检测、均衡和控制逻辑，驱动电机的工作原理、检测，传感器的原理，变频器的原理，整车控制技术，电路分析，CAN总线的检测和分析，充电系统的检修，这些教学内容均涉及电工、电力、车变频器与“电工电子技术”中模拟电路的整流器、滤波器、IGBT、交流电等知识密切相关；“新能源汽车电气技术”中CAN总线的检测与分析则对应了“电工电子技术”的数字电路逻辑门电路、编码器、译码器等基础知识。而理复杂，对学生基础知识有较高要求，因此，新能源汽车随着新能源汽车的研发迅猛发展，“三电”技术发展也发生着深刻的变化。不同的汽车生产厂商在“三电”技术方面技术水平不同，有的车企拥有自主独立研发制造的三电部件，有的车企外采不同品牌的部件。多家企业的参与，使得新能源汽车“三电”技术更新迭代迅速。比如，问界M5的华为电机转速可高达18000转，远高于其他车企的12000~15000转；比亚迪的800伏高压充电技术可以实现程技术更新快。新能源汽车“三电”技术均涉及高压电，技能操作过程中存在安全隐患问题。从场地警示标签设置、高压断电要求、绝缘工具使用、操作人员高压安全防护用品佩戴、高压部件摆放、防火防水防电等方面都提出高标准的防护要求。如果没有做好安全防护工作，就会引起重大安全事（一）学生缺乏学习兴趣五年制高职学生中考分数段主要集中在本市中考总分的50%~60%之间。而“三电”类课程所需要的“物理”“汽车电工电子技术基础”基础课程学习也不理想。调查显示，74%的学生中考物理成绩不及格，成绩的不理想导致学生对物理学习失去兴趣。进入五年制高职学习阶段后，由于对物理学习失去兴趣，继而对汽车电工电子技术、“三电”类课程都失去兴趣。教学过程中，明显体会到学生对相关知识学习的抗拒。（二）学生概念混淆不清部分同学虽然对学习物理有强烈的兴趣，但学习能力较弱，接受能力差，相关概念混淆不清。例如，在“驱动电机及控制技术”课程中，学生极易混淆“磁感应强度”与的偏差，对部件的工作原理想不透，搞不懂。（三）学生学习主动性不够“三电”类专业课程的学习与学科类学习不同，它的特点是：知识点多、概念新、原理结构复杂。每周的课堂教学时间短，需要学生课后主动反复练习，拓展学习，才能实现知识的掌握迁移。调查显示，只有20%的学生课后会主动学习课程内容，深入探究“三电”前沿技术，课后主动学习人数占比图（四）学生知识技能需求不同《中华人民共和国职业教育法》[4]打通了职业教育学生上升的通道，设置了本科层次职业学校，在普通高等学校和专科层次职业学校设置本科职业教育专业，拓宽了五年制高职学生升学之路。选择继续升学的学生，需要侧重学习“三电”结构及工作原理知识，为后续升学奠定基础；而选择就业的学生，则需要侧重对“三电”拆装、检测技能的训练，为后续就业提供帮助。（五）实训室实操设备数量少新能源汽车构造复杂，导致课程教学中需要用到的绝缘工具、专用设备和工具种类繁多，比如：万用表、绝缘电阻表、钳形电流表等工具，气密性检测设备、充放电设备、模组均衡设备、整车故障诊断仪、CAN总线分析仪、蓄电池系统专用诊断设备、电容放电仪等设备[5]。这些工具设备采购成本高，有限的经费只能采购一套或几套设备，不能满足课堂教学中全体学生的同时学习使用。课上采用小组轮转练习则会大大缩短学生技能操作训练时间。面对学生学习基础、学习需求的不同，“三电”类课程教学的教师在教学过程中对教学深度把控难度增大。难度浅不能满足有继续升学需求的学生，难度深对学习基础薄弱的学生不适应，导致部分学生吃不饱，部分学生吃不透的问题。（一）实行线上线下混合式教学模式针对学生缺乏学习兴趣、概念混淆不清、学习积极主动性不够等问题，实行线上线下混合式教学模式。利用线上学习平台软件推送动画、图片、视频等丰富多彩、趣味性强的多媒体资源，激发学生学习兴趣，并进行课前自主预习、课后拓展学习。利用线下仿真软件、实训设备等，针对学生容易混淆出错的概念、原理、技能进行讲解、剖析、演示、练习、总结，解决学习难点，达到教学目标。例如，在“驱动电机及控制技术”课程中，驱动电机拆装工序多，难度大，是学生学习的难点。课前，教师线上利用学习平台软件推送相关实拍操作视频，发布提问，学生课前带着问题看视频，对操作步骤有初步认识。课中，教师线下利用驱动电机实物指导示范拆装过程，学生依据线上的预习以及线下教师的指导来完成驱动电机的拆装操作。同时，线下组织学习活动中，可以培养学生职业素养，实现知识传授与价值引领的统一。（二）实施分层次教学策略针对学生不同的毕业需求问题，利用线上线下资源，组织分层次教学。对于有升学需求的学生，采用线上资源制策略、电路分析等方面增加讲授内容和深度，为学生未来在本科院校就读奠定基础；对于有就业需求的学生，降低理论难度，增加技能训练。通过延长实训中心开放时间，增添实训中心辅导教师，提升学生技能操作练习时间，以此满足不同学生的需求。例如，在“动力电池管理及维护技术”课程中，有升学需求的学生，未来可能从事动力电池管理系统设计、选用等工作，对动力电池的参数、上电控制逻辑等理论知识更为关注，可以采用线上资源推送，学生先自主学习，教师再线下答疑的方式；而有就业需求的学生，未来可能从事动力电池维护保养等工作，则对动力电池的检测、充放电和均衡等技能更为关注，可以延长实训室开放时间，学生多实操练习。针对新能源汽车实训操作安全要求高、实训工具设备少、实训经费有限等问题，提出“虚实”融合式教学方法。学生先利用虚拟仿真软件反复练习，在对操作步骤、操作要点熟练掌握的基础上再到实车上进行操作练习，以减少安全防护事故的发生，降低实训操作的出错率，从而节省单次实训操作时间，增加学生练习总次数，弥补实训工具设备少的缺陷