賈國海

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;新能源汽車;信息化教學(xué);MATLAB

一、問題的提出

為了跟上時代的發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)模式已不再適用于高等教育，在課堂教學(xué)中存在諸多問題和不足，急需對高等院校新能源專業(yè)的新能源動力及汽車技術(shù)課程進行基于虛擬仿真的信息化教學(xué)改革。信息化教學(xué)是一種適應(yīng)時代的新型教學(xué)方式，將各類優(yōu)質(zhì)資源進行整合優(yōu)化，從而將學(xué)生的主觀能動性充分發(fā)揮出來，進而達到理想的教學(xué)效果。新能源動力及汽車技術(shù)課程是新能源科學(xué)與工程專業(yè)的必修課程，該課程的目標(biāo)是讓學(xué)生熟悉新能源汽車的概念、特點、分類和組成;掌握各類新能源汽車的總體結(jié)構(gòu)，包括組成結(jié)構(gòu)、動力驅(qū)動系統(tǒng)原理、儲能系統(tǒng)原理和電控系統(tǒng)等內(nèi)容;了解新能源汽車領(lǐng)域的一些研究發(fā)展前沿知識，該課程為學(xué)生們畢業(yè)之后的就業(yè)工作打下堅實基礎(chǔ)。

依據(jù)教研室作出的專業(yè)培養(yǎng)方案，學(xué)習(xí)本課程之前，一般都會學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)課程，這些課程都是學(xué)習(xí)新能源動力及汽車技術(shù)課程的基礎(chǔ)，只有根基牢固才能提高學(xué)習(xí)效果，并且這些課程的學(xué)習(xí)也存在很多難點，造成學(xué)生產(chǎn)生抵觸學(xué)習(xí)新增知識的情緒，學(xué)習(xí)本課程尤為困難。在經(jīng)過學(xué)習(xí)后，考試和作業(yè)都是敷衍了事，個別學(xué)生連一些基礎(chǔ)知識，如原理、結(jié)構(gòu)都不了解。分析出現(xiàn)這些問題的原因如下：

（1）在理論基礎(chǔ)方面，學(xué)生知識基礎(chǔ)不是很好，存在層次差異和個體差異。

（2）在操作技能方面，學(xué)生的動手能力弱，且操作存在諸多隱患問題。

（3）在學(xué)習(xí)方法方面，存在死記硬背的情況，沒有討論交流的意識和提出質(zhì)疑的勇氣。

（4）學(xué)生求知的欲望弱，不喜歡動手實踐，具有消極的情感態(tài)度，仍有個別學(xué)生具有畏懼心理。

（5）學(xué)生們的學(xué)習(xí)水平參差不齊，存在理論基礎(chǔ)差、不預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)知識點等諸多問題。

針對上述諸多問題，本文基于虛擬仿真的新能源動力及汽車技術(shù)課程進行信息化教學(xué)設(shè)計，對課程教學(xué)改革的流程進行了構(gòu)造，并對課程的難點進行了教學(xué)反思。

二、教學(xué)設(shè)計

本文對新能源科學(xué)與工程專業(yè)的新能源動力及汽車技術(shù)課程進行基于虛擬仿真的信息化教學(xué)改革，運用仿真軟件和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，通過MATLAB軟件進行虛擬仿真，并結(jié)合以往的教學(xué)經(jīng)驗設(shè)計了一系列的教學(xué)流程。

（一）課程標(biāo)準設(shè)計

課程標(biāo)準是根據(jù)學(xué)校和專業(yè)教研室的培養(yǎng)方案制定的教學(xué)實施標(biāo)準，課程標(biāo)準文件對教學(xué)目標(biāo)具有指導(dǎo)作用，該文件對教學(xué)效果具有重要影響。以往的課程標(biāo)準較為陳舊，許多新知識、新技術(shù)沒有涉及，傳統(tǒng)課堂教學(xué)的落后導(dǎo)致無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使得教學(xué)效果較差。以虛擬仿真為基礎(chǔ)的《新能源動力及汽車技術(shù)》信息化教學(xué)會大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率，同時讓學(xué)生熟悉一門數(shù)值仿真軟件也對其后續(xù)學(xué)習(xí)深造有較大的幫助;在教學(xué)資源上，通過網(wǎng)上的教學(xué)平臺和資料進行預(yù)習(xí)，這樣可以讓學(xué)生在課堂上帶著目的尋找答案，以達到較好的教學(xué)效果;在考核評價上，主要分為平時成績和最終考試成績，將加強平時成績的審核并提高平時成績的比重，將出勤、作業(yè)完成情況等作為依據(jù)，最終的考試成績比重將降低。本課程課時安排為28課時，課時具體分配如圖1所示。

（1）情景設(shè)計。模擬實際工作場景，配套講授理論知識，最終完成工作任務(wù)。

（2）虛擬仿真案例教學(xué)。采用虛擬仿真案例教學(xué)法來提升學(xué)生對新能源汽車相關(guān)知識的了解并激發(fā)學(xué)生們的興趣，可以更加直觀明了地看到新能源汽車的構(gòu)造和工作原理，從而達到較好的教學(xué)效果。通過在MATLAB軟件中建立模型并通過編輯器進行運行，從而得到所需要的計算數(shù)據(jù)和相應(yīng)的圖像，達到新能源動力及汽車技術(shù)虛擬仿真教學(xué)的要求。

（二）教學(xué)方法設(shè)計

（1）課前學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計。教師應(yīng)做到在網(wǎng)上教學(xué)平臺及時更新教學(xué)內(nèi)容并及時提醒學(xué)生完成預(yù)習(xí)，學(xué)生要及時完成老師布置的預(yù)習(xí)任務(wù)和作業(yè)，并向老師大膽提出見解，為新項目的開展積累知識和經(jīng)驗。

（2）課堂活動教學(xué)設(shè)計。課堂活動的主要目的是發(fā)揮老師的輔助引導(dǎo)作用，讓學(xué)生自主完成各項任務(wù)。學(xué)生通過提前預(yù)習(xí)從而提出難以理解的問題，并集中反饋給老師進行解答解疑，同時通過交流討論或是相互協(xié)作來完成老師在課堂上布置的任務(wù)，具體課堂實施步驟如圖2所示。

①分析任務(wù)。通過讓學(xué)生觀看與新能源汽車相關(guān)的教學(xué)視頻，使學(xué)生了解新能源汽車發(fā)展概況和基本結(jié)構(gòu)組成。提出幾個問題用來啟發(fā)學(xué)生，讓同學(xué)們相互討論，再邀請幾個同學(xué)代表進行歸納總結(jié)，最終達到認識新能源汽車基本理念的目的。為了使學(xué)生更加直觀地了解新能源汽車的工作原理，在課堂適當(dāng)?shù)匮菔拘履茉雌囅嚓P(guān)的動畫，并通過虛擬仿真軟件建立新能源汽車中重要零部件的機械或電子方面的模型，使學(xué)生更加直觀了解其內(nèi)部構(gòu)造或工作原理，從而加強學(xué)生對新能源汽車的理解。

②新知識引入。通過將教學(xué)視頻和有關(guān)新能源汽車相關(guān)的新聞引入教學(xué)內(nèi)容，教師通過分析當(dāng)前火熱的新能源汽車車型，用仿真軟件或是車模將新能源汽車進行拆分講解。為了讓學(xué)生學(xué)習(xí)好新能源汽車的整體構(gòu)成和工作原理，還可以通過小游戲的方式，使大家在生動的情景表演中獲得新能源汽車的相關(guān)知識。此目的是讓學(xué)生加快學(xué)習(xí)有關(guān)新能源汽車的新知識，進而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)技能，為后面的重要知識點的學(xué)習(xí)做好知識儲備。

③虛擬實訓(xùn)。教師在課程教學(xué)中通過虛擬仿真軟件對學(xué)生進行設(shè)計指導(dǎo)，讓學(xué)生們熟悉各類新能源汽車的總體結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的零部件的控制系統(tǒng)，包括各組成結(jié)構(gòu)、動力驅(qū)動系統(tǒng)原理和電控系統(tǒng)原理等內(nèi)容。學(xué)生們在虛擬仿真軟件中能夠完成新能源汽車的整體設(shè)計，并且能夠按照自己的設(shè)計選裝零部件，還能夠進行硬件的布置。以此達到掌握新能源汽車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的。還能夠借助虛擬仿真軟件對新能源汽車的工況進行模擬，從而可以有效地解決課時縮減而導(dǎo)致教學(xué)效果不好的難題。虛擬仿真軟件操作起來更加便捷和高效，學(xué)生們可以輕松地對不同的新能源汽車的工況進行模擬測試，從而為新能源汽車全實物的實訓(xùn)減少消耗并減少教學(xué)成本。

④虛實一體。學(xué)生們經(jīng)過虛擬仿真軟件的訓(xùn)練后，對所學(xué)新能源汽車知識有了較為深刻的認識，有助于后續(xù)實踐和實訓(xùn)課程的開展。實踐和實訓(xùn)課程由學(xué)生們組成小隊完成新能源汽車總體結(jié)構(gòu)拆裝和組裝，包括底盤、總成結(jié)構(gòu)、電池系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等內(nèi)容。此目的是培養(yǎng)學(xué)生們動手實踐能力，在實踐中真正掌握新能源汽車的各個部件機構(gòu)和工作原理。

⑤評價總結(jié)。在平時的學(xué)習(xí)過程中，教師布置給學(xué)生一些小任務(wù)和練習(xí)，讓學(xué)生們對所學(xué)知識進行加強并鞏固。教師帶領(lǐng)學(xué)生們進行課程實踐考核并監(jiān)督學(xué)生完成考試，進一步完成考核評價系統(tǒng)，并且通過分析考試和考核的結(jié)果來完成最終的評價總結(jié)。

（三）考核評價設(shè)計

考核評價是對學(xué)生進行考試和作業(yè)等措施的檢驗，同時也是對教師教學(xué)能力的檢查，使教師從教學(xué)中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，對教師的教學(xué)會產(chǎn)生一定的激勵作用。通過建立平時評價和考試評價相結(jié)合的模式，調(diào)整考試成績和平時考核成績的比重來解決考試決定一切的弊端，從而使教學(xué)評價更加人性化。平時考核成績主要分為課前預(yù)習(xí)、課堂參與和課后任務(wù)三部分：課前學(xué)習(xí)主要是完成網(wǎng)絡(luò)平臺上的任務(wù)，以期達到預(yù)習(xí)的效果;課堂學(xué)習(xí)主要是學(xué)生的出勤和課堂回答問題的積極性;課后任務(wù)主要包括作業(yè)的檢查等。平時考核成績占總體成績的30%，其中每個部分各占10%;期末考試形式為閉卷考試，主要考查學(xué)生對所學(xué)新能源知識的理解與掌握情況。

三、案例分析

新能源汽車工況復(fù)雜，既要能夠保證高速運行，又需要頻繁啟動和制動等各種工況，因此，需要選用小型輕量的高效電機，而用永磁同步電機適用于新能源汽車的動力需求。為了讓學(xué)生更好地掌握永磁同步電機的特性，采用MATLAB軟件建立了三相永磁同步電機的滯環(huán)電流控制系統(tǒng)虛擬仿真模型，如圖3所示[6-8]。得到仿真結(jié)果如圖4所示，從圖中可以得到電機轉(zhuǎn)速N、電磁轉(zhuǎn)矩T。和三相電流i。。。隨時間的變化趨勢。

從以上仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)電機帶載T=3.5N·m啟動，轉(zhuǎn)速從零上升到參考轉(zhuǎn)速1500r/min時，開始時電機轉(zhuǎn)速有一些超調(diào)量，并且在整個啟動過程中，電磁轉(zhuǎn)矩T。的波動較大，但仍然具有較快的動態(tài)響應(yīng)速度。在t=0. 05s，負載轉(zhuǎn)矩變?yōu)門L=1.5N·m時，電機能快速恢復(fù)到設(shè)置的參考轉(zhuǎn)速，說明采用滯環(huán)電流控制能夠滿足電機運行的要求。

四、教學(xué)反思

本文通過基于虛擬仿真的信息化教學(xué)改革模式對新能源動力及汽車技術(shù)課程進行了全面優(yōu)化，在經(jīng)過最終評價后得出教學(xué)效果較好的結(jié)論，為之后的進一步教學(xué)改革提供了寶貴經(jīng)驗。在進行基礎(chǔ)知識講解時，通過虛擬仿真軟件來介紹新能源汽車的整體結(jié)構(gòu)和工作原理更加有利于學(xué)生的理解，從而達到較好的教學(xué)效果。在實踐操作時一些學(xué)生存在操作不當(dāng)?shù)劝踩[患，需要對其進行教育，并應(yīng)在下次教學(xué)前開展安全知識教育。

結(jié)語

本文基于虛擬仿真技術(shù)對新能源動力及汽車技術(shù)課程的課程標(biāo)準進行了設(shè)計和優(yōu)化，同時對教學(xué)方法也進行了優(yōu)化和提煉，在最終的考核評價中也對所占比重和考核內(nèi)容進行了優(yōu)化，由此達到了較好的教學(xué)效果。本文探索了基于虛擬仿真的信息化教學(xué)改革模式，為今后的信息化教學(xué)改革提供參考。

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