［摘 要］ 基于新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)本領(lǐng)域人才的培養(yǎng)提出了新要求，以“新能源汽車概論”課程改革為切入點(diǎn)，提出了應(yīng)用實(shí)踐與理論教學(xué)相融合的理念并進(jìn)行探索。通過(guò)增設(shè)相關(guān)實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、提供相關(guān)從業(yè)者講座、增設(shè)無(wú)人駕駛相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和組織新能源汽車相關(guān)行業(yè)參觀四個(gè)方面的課程內(nèi)容，有效培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。通過(guò)加強(qiáng)課程內(nèi)容與工業(yè)實(shí)際的鏈接，不僅豐富了課程趣味性，還拓展了學(xué)生前沿知識(shí)邊界。通過(guò)實(shí)踐與教學(xué)的融合，全面提升學(xué)生的視野，打破概論性課程廣泛而不夠深入的缺點(diǎn)，為未來(lái)其他課程在應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)方面的改革提供了參考。

［關(guān)鍵詞］ 應(yīng)用實(shí)踐；新能源汽車；理論教學(xué)；融合探索

［基金項(xiàng)目］ 2022年度深圳大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目“應(yīng)用導(dǎo)向和實(shí)踐教學(xué)融合在‘新能源汽車概論’中的探索”（JG2022073）；2023年度深圳大學(xué)2035追求卓越研究計(jì)劃“新型液流電池技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用”（00000211）

［作者簡(jiǎn)介］ 陳宏寧（1988—），男，貴州遵義人，博士，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院副教授，主要從事電化學(xué)儲(chǔ)能和新能源汽車研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）37-0089-04 ［收稿日期］ 2024-03-15

引言

為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源與環(huán)境危機(jī)，節(jié)能環(huán)保的新能源汽車技術(shù)成為目前備受矚目的焦點(diǎn)［1］。我國(guó)在2020年提出碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)后，新能源汽車行業(yè)更是得到了廣泛的關(guān)注。深圳作為我國(guó)改革開放的前沿陣地，一直走在新能源汽車開發(fā)與推廣的前列，為促進(jìn)節(jié)能減排、緩解石油壓力和推動(dòng)技術(shù)革新提供了重要的發(fā)展平臺(tái)，孕育了比亞迪等世界知名的大型新能源車企。然而，相比于其他新能源專業(yè)課程，新能源汽車相關(guān)課程的開設(shè)與教學(xué)都處在一個(gè)初級(jí)探索階段［2-5］。

目前，國(guó)內(nèi)部分大學(xué)開設(shè)了“新能源汽車概論”課程，旨在為新能源科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生全方位展示新能源汽車相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈和發(fā)展方向等方面的知識(shí)。該課程包含了動(dòng)力電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、充電技術(shù)、新材料等相關(guān)硬件專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，以及能量管理與回收、性能仿真與模擬等相關(guān)軟件專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)。該課程涉及的學(xué)科面廣（機(jī)械、電氣、能源、化學(xué)、材料等）、知識(shí)難度深（電池反應(yīng)機(jī)理、電機(jī)工作原理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等）、基礎(chǔ)課程要求高（電化學(xué)、電機(jī)學(xué)、控制學(xué)等），是從理論轉(zhuǎn)向應(yīng)用、教學(xué)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`的重要鏈接。因此，該課程的教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)新能源汽車發(fā)展需求、促進(jìn)新技術(shù)革新和改變產(chǎn)業(yè)格局的復(fù)合型人才有著重要意義。

一、“新能源汽車概論”課程開設(shè)現(xiàn)狀

（一）課程內(nèi)容

本課程作為概論性課程，包含了新能源汽車相關(guān)技術(shù)的各個(gè)方面，需要在36課時(shí)里向?qū)W生全面講授包括動(dòng)力電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能量管理與回收系統(tǒng)、充電技術(shù)、性能與仿真技術(shù)、新材料與新技術(shù)應(yīng)用等內(nèi)容。本課程涉及學(xué)科廣且知識(shí)難度大。學(xué)生在基礎(chǔ)和前期課程較為薄弱的情況下很難深入理解課程知識(shí)。概論性課程如何做到廣度和深度的兼顧，是課程教學(xué)內(nèi)容方面的一大難題。以電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，學(xué)生不僅需要具有基礎(chǔ)電氣學(xué)知識(shí)，而且要在短時(shí)間內(nèi)理解不同電動(dòng)機(jī)的工作原理，因此，對(duì)學(xué)生是一大考驗(yàn)。對(duì)于授課教師而言，同樣有著較高要求，需要同時(shí)掌握多門跨學(xué)科課程，特別是將不同學(xué)科知識(shí)串聯(lián)成一體，融入新能源汽車的各個(gè)方面，教師的授課能力將很大程度上決定該課程的講授效果。最后，由于新能源汽車的發(fā)展正處于一個(gè)日新月異的階段，相關(guān)的技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)都有著較快的更新，這也需要授課教師不斷關(guān)注前沿科技，及時(shí)更新課程內(nèi)容，保證學(xué)生能接收到可靠及時(shí)的信息。

（二）教學(xué)方法

與新能源汽車相關(guān)的課程大多以教師講授理論的同時(shí)，配合簡(jiǎn)單多媒體演示，學(xué)生以被動(dòng)接受為主。這種“填鴨式”的教學(xué)方式能在較短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生接觸到大量與新能源汽車相關(guān)的知識(shí)，同時(shí)保證教師按時(shí)完成教學(xué)任務(wù)。然而，在技術(shù)快速更新迭代的今天，傳統(tǒng)的授課方法顯然已無(wú)法為新能源汽車領(lǐng)域提供持續(xù)的智力支持。首先，理論講授過(guò)程較為枯燥晦澀，涉及的學(xué)科面廣，若沒(méi)有足夠時(shí)間給學(xué)生消化和練習(xí)知識(shí)，將無(wú)法達(dá)到課程的既定效果；其次，新能源汽車是一個(gè)很注重工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域，若缺少與工業(yè)界的鏈接，則好比閉門造車，從而無(wú)法將所學(xué)知識(shí)與行業(yè)要求相對(duì)應(yīng)；此外，作為前沿科學(xué)領(lǐng)域，新能源汽車的未來(lái)離不開人工智能、無(wú)人駕駛等技術(shù)的發(fā)展，幫助學(xué)生找到傳統(tǒng)應(yīng)用與前沿科技的結(jié)合點(diǎn)，探索更多未來(lái)領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)，將有助于提高本課程的普適性；最后，由于新能源汽車成本較高等因素，傳統(tǒng)課程教學(xué)很難融入學(xué)生動(dòng)手實(shí)操環(huán)節(jié)，從而極大地降低了學(xué)生的實(shí)踐能力，使學(xué)生無(wú)法對(duì)汽車工業(yè)形成一個(gè)應(yīng)用性的認(rèn)識(shí)。因此，打破傳統(tǒng)教學(xué)方法的束縛，對(duì)于提高“新能源汽車概論”課程的影響力，有著至關(guān)重要的作用。

綜上所述，針對(duì)“新能源汽車概論”目前在課程內(nèi)容和教學(xué)方法方面存在的問(wèn)題，本文提出從根本上改革教學(xué)方法，探索應(yīng)用導(dǎo)向和實(shí)踐教學(xué)融合在該課程中的可行性，從而解決學(xué)習(xí)脫離應(yīng)用、學(xué)生難以深入理解新技術(shù)等問(wèn)題，為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生在未來(lái)從事新能源汽車相關(guān)行業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。

二、課程改革內(nèi)容

本文對(duì)“新能源汽車概論”課程進(jìn)行了應(yīng)用導(dǎo)向和實(shí)踐教學(xué)融合的探索，打破了該課程的講授內(nèi)容與工業(yè)界間的隔閡，為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生提供了一個(gè)從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用的全面了解該領(lǐng)域的機(jī)會(huì)，為補(bǔ)充傳統(tǒng)授課無(wú)法做到理論聯(lián)系實(shí)際的局面提供了一定的幫助。具體改革內(nèi)容有以下四個(gè)方面。

（一）增設(shè)相關(guān)實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生動(dòng)手能力

在教學(xué)內(nèi)容中，增設(shè)與新能源汽車相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而提高學(xué)生動(dòng)手能力。在動(dòng)力電池環(huán)節(jié)引入不同類型電池組裝試驗(yàn)，如鋰離子電池、鋰硫電池和液流電池等，并根據(jù)模型車的續(xù)航需求，設(shè)計(jì)電池容量，進(jìn)行性能測(cè)試與分析。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使學(xué)生對(duì)不同種類的動(dòng)力電池有更深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)電池的組成和工作原理有更直觀地感受，對(duì)新能源汽車中動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)原則有一個(gè)基本的了解，從而提升學(xué)生動(dòng)手能力。該內(nèi)容的加入，把課堂講授的動(dòng)力電池相關(guān)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，提升了課程對(duì)學(xué)生的吸引力。按課程時(shí)間適當(dāng)增加電池管理系統(tǒng)（BMS）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)給定不同控制參數(shù)（電壓、電流、溫度、功率等），讓學(xué)生全方位考慮新能源汽車使用需求，從而打造一個(gè)概念性的BMS系統(tǒng)，充分鍛煉學(xué)生考慮問(wèn)題的能力，使學(xué)生形成對(duì)BMS系統(tǒng)的整體認(rèn)知?？傊ㄟ^(guò)引入新能源汽車相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，能增加課程趣味，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

（二）提供相關(guān)從業(yè)者講座，鏈接課程知識(shí)與工業(yè)應(yīng)用

在傳統(tǒng)課程教學(xué)中，學(xué)生無(wú)法直觀感受到所學(xué)知識(shí)與工業(yè)界應(yīng)用的聯(lián)系，從而很難真正消化知識(shí)，了解業(yè)界關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。同時(shí)，高校授課教師大多也缺乏業(yè)界實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在此方面無(wú)法給學(xué)生帶來(lái)更多幫助。因此，本課程改革中，邀請(qǐng)新能源汽車相關(guān)行業(yè)從業(yè)者，從具體的工業(yè)界角度出發(fā)，結(jié)合課程內(nèi)容，為學(xué)生全方位、具體化地展示當(dāng)下新能源汽車行業(yè)日新月異的發(fā)展面貌，本行業(yè)正在發(fā)生的事情和亟須解決的問(wèn)題，如動(dòng)力電池續(xù)航和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。邀請(qǐng)從業(yè)者從自身實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，為學(xué)生傳授學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。此外，系列講座的引進(jìn)還將為學(xué)生未來(lái)從事新能源汽車相關(guān)工作提供一個(gè)了解窗口，從而激勵(lì)學(xué)生深入思考新能源汽車發(fā)展的行業(yè)問(wèn)題。由于新能源汽車行業(yè)在目前處于一個(gè)快速發(fā)展的階段，每次課程開設(shè)都存在某些知識(shí)點(diǎn)滯后、行業(yè)情況更新不及時(shí)等問(wèn)題，引入講座環(huán)節(jié)也可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)課程講授信息滯后的情況。

（三）增設(shè)無(wú)人駕駛相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，拓展學(xué)生前沿知識(shí)面

新能源汽車作為目前前沿的技術(shù)領(lǐng)域之一，探索未來(lái)的發(fā)展方向也是本課程的重要內(nèi)容。目前，該課程與其他前沿科技領(lǐng)域的交叉和互動(dòng)鮮有涉及。因此，本課程改革將新能源汽車與人工智能前沿?zé)o人駕駛技術(shù)相結(jié)合，向?qū)W生展示目前汽車行業(yè)中，各種交叉技術(shù)之間的融合。在新能源汽車中的能量管理系統(tǒng)技術(shù)、制動(dòng)回收系統(tǒng)技術(shù)有很多涉及人工智能與自動(dòng)控制方面的原理，而新能源汽車與無(wú)人駕駛相結(jié)合，可以提高學(xué)生對(duì)新能源汽車中人工智能原理的理解。同時(shí)，可以啟發(fā)學(xué)生對(duì)于無(wú)人駕駛與新能源技術(shù)相結(jié)合的思考。通過(guò)與深圳市某公司合作，我們搭建了一套利用智能編程、深度學(xué)習(xí)和實(shí)際操作相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)無(wú)人駕駛技術(shù)的機(jī)會(huì)。該部分內(nèi)容的引入，對(duì)于拓展學(xué)生對(duì)前沿科技的融合認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生對(duì)前沿領(lǐng)域的交叉應(yīng)用，有著一定的啟迪意義。

（四）組織學(xué)生去新能源汽車相關(guān)行業(yè)參觀，豐富課程趣味性

針對(duì)目前學(xué)生對(duì)于新能源汽車工業(yè)界的生疏感，讓學(xué)生真正意義上進(jìn)入相關(guān)行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，開展相關(guān)企業(yè)的參觀學(xué)習(xí)是十分有必要的。在傳統(tǒng)課程講授中，學(xué)生無(wú)法走出課堂，這就經(jīng)常出現(xiàn)了理論無(wú)法聯(lián)系實(shí)際的脫節(jié)現(xiàn)象。在本課程改革中，我們通過(guò)組織新能源汽車相關(guān)行業(yè)的參觀學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生真正走出課堂，親身感受諸如動(dòng)力電池生產(chǎn)線、能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程等相關(guān)內(nèi)容，從而能更進(jìn)一步地幫助學(xué)生加深對(duì)新能源汽車行業(yè)的理解，更好地幫助學(xué)生思考未來(lái)與新能源汽車相關(guān)的工作選擇。同時(shí)，本環(huán)節(jié)也極大地豐富了課程的趣味性，有助于激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主觀能動(dòng)性。

三、課程實(shí)施中的具體方案

本文以課程中的《新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)》章節(jié)為例，具體說(shuō)明以上提到的改革措施在提高“新能源汽車概論”課程中的應(yīng)用實(shí)踐與理論教學(xué)融合的體現(xiàn)。針對(duì)該部分內(nèi)容，我們通過(guò)提供模型車運(yùn)行參數(shù)（電壓、容量等），要求學(xué)生掌握動(dòng)力電池講授的內(nèi)容，以液流電池為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)并演示模型車在自制液流電池下的運(yùn)行狀況。模型車原裝電池使用14500號(hào)鋰離子電池，電池容量500 mAh，電池電壓3.7 V。學(xué)生以此為依據(jù)計(jì)算需要使用的液流電池電堆大小、電解液體積、活性物質(zhì)質(zhì)量等參數(shù)，并通過(guò)電堆組裝得到滿足該模型車使用的電池系統(tǒng)，如圖1所示。液流電池作為一種常用的靜態(tài)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，因其解耦能量和功率的特點(diǎn)，使得其在新能源汽車應(yīng)用中能夠通過(guò)簡(jiǎn)單更換電解液的方法實(shí)現(xiàn)快速重新續(xù)航，是一種極具前景的電池技術(shù)［6］。然而，相比于鋰離子電池（～300 W·h/L，3 V），其受限于能量密度低（～25-60 W·h/L）和單體電池電壓低（～1.2 V）的缺點(diǎn)，在新能源汽車應(yīng)用方面仍不成熟［7］。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅能更好地了解液流電池的工作原理，并且能更直觀地理解其優(yōu)勢(shì)與瓶頸。

在此之外，我們還開展了一次與動(dòng)力電池相關(guān)的客座講座，針對(duì)課程講授過(guò)程中所提到的目前鋰離子電池存在能量密度有限、電極活性材料成本較高和安全性能有待提高等問(wèn)題，邀請(qǐng)相關(guān)從業(yè)人員講述了題為“有機(jī)活性材料在電池中的應(yīng)用”的講座，為學(xué)生展示了目前業(yè)界在突破動(dòng)力電池瓶頸過(guò)程中所研究的方向，并在其中提出從非水系電池向水系電池發(fā)展，從固液電池向全固態(tài)電池發(fā)展的思路，為提高學(xué)生對(duì)動(dòng)力電池的興趣起到了很好的促進(jìn)作用。通過(guò)講座內(nèi)容，學(xué)生可以理解有機(jī)活性材料在電池應(yīng)用中的諸多優(yōu)點(diǎn)，如原材料價(jià)格低、來(lái)源廣，反應(yīng)電位范圍寬、易調(diào)節(jié)，溶解度和可塑性強(qiáng)等，通過(guò)將其與鋰離子電池相對(duì)比，更能加深學(xué)生對(duì)目前動(dòng)力電池技術(shù)的理解［8］。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)探討從根本上改革“新能源汽車概論”課程的教授方法，探索應(yīng)用實(shí)踐和理論教學(xué)融合在該課程中的可行性。本文從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、從業(yè)者講座、前沿科技結(jié)合和相關(guān)行業(yè)參觀四個(gè)方面，論述了該課程教改的發(fā)展方向。為解決學(xué)生動(dòng)手能力弱、學(xué)習(xí)脫離應(yīng)用、難以理解新技術(shù)革新等問(wèn)題提供了解決思路，為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生未來(lái)從事新能源汽車相關(guān)行業(yè)打下了基礎(chǔ)。若能堅(jiān)持踐行本文提到的教改思路，將加快推進(jìn)新能源汽車的普及，鼓勵(lì)更多人才投身新能源汽車行業(yè)，對(duì)于未來(lái)該領(lǐng)域發(fā)展和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

［1］王斯一，呂連宏，羅宏.“十四五”及未來(lái)我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)指向及戰(zhàn)略路徑研究［J］.環(huán)境保護(hù)，2020，48（20）：51-55.

［2］林成，韓雷，高群，等.基于建構(gòu)主義的課程教學(xué)模式探索［J］.教育教學(xué)論壇，2023（12）：73-76.

［3］李友才，郟國(guó)中，楊宗田，等.《新能源汽車技術(shù)》課程教學(xué)模式和方法的研究與探索［J］.教育教學(xué)論壇，2013（43）：216-217.

［4］林玲，胡順安.應(yīng)用型本科高校新能源汽車技術(shù)課程教學(xué)探究［J］.教育教學(xué)論壇，2019（44）：225-226.

［5］于月，吳巧鳳，張富，等.新能源科學(xué)與工程專業(yè)教育教學(xué)改革的思考［J］.教育教學(xué)論壇，2020（41）：155-156.

［6］南明君，喬琳，劉玉琴，等.無(wú)機(jī)水系液流電池研究［J］.化學(xué)進(jìn)展，2022，34（6）：1402-1413.

［7］岳孟，鄭瓊，閻景旺，等.液流電池流場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2021，40（9）：4853-4868.

［8］張黎，許娟.基于電解質(zhì)材料改進(jìn)的水系有機(jī)液流電池實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2022，39（12）：45-49.

Exploration on the Integration of Application Practice with the Theoretical Teaching in “Introduction to New Energy Vehicles”

CHEN Hong-ning

（College of Chemistry and Environmental Engineering， Shenzhen University， Shenzhen，

Guangdong 518071， China）

Abstract： Based on the new requirements of the vigorous development of new energy vehicles for talent training in this field， this article takes the “Introduction to New Energy Vehicles” curriculum reform as the starting point， proposes and explores the concept of integrating application practice with theoretical teaching. Through four aspects of adding relevant practical application experimental design， providing relevant practitioner lectures， adding autonomous driving related experimental design and organizing new energy vehicle related industry visits， the reform aims to fundamentally improve students’ hands-on ability， strengthen the link between course content and industrial practice， and expand the forefront of knowledge， which greatly enriches the interest of the course. The teaching reform method proposed in this article comprehensively enhances students’ vision through the integration of practice and teaching， breaks the shortcomings of introductory courses that are broad but not deep enough， and provides a reference for the future reform of other courses in practice teaching.

Key words： application practice; new energy vehicles; theoretical teaching; exploration of integration