应用实践在“新能源汽车概论”教学中的融合探索

［摘 要］ 基于新能源汽车产业快速发展的现状，对本领域人才的培养提出了新要求，以“新能源汽车概论”课程改革为切入点，提出了应用实践与理论教学相融合的理念并进行探索。通过增设相关实际应用实验设计、提供相关从业者讲座、增设无人驾驶相关实验设计和组织新能源汽车相关行业参观四个方面的课程内容，有效培养学生的动手能力。通过加强课程内容与工业实际的链接，不仅丰富了课程趣味性，还拓展了学生前沿知识边界。通过实践与教学的融合，全面提升学生的视野，打破概论性课程广泛而不够深入的缺点，为未来其他课程在应用实践教学方面的改革提供了参考。

［关键词］ 应用实践；新能源汽车；理论教学；融合探索

［基金项目］ 2022年度深圳大学本科教学改革研究项目“应用导向和实践教学融合在‘新能源汽车概论’中的探索”（JG2022073）；2023年度深圳大学2035追求卓越研究计划“新型液流电池技术在新能源汽车中的应用”（00000211）

［作者简介］ 陈宏宁（1988—），男，贵州遵义人，博士，深圳大学化学与环境工程学院副教授，主要从事电化学储能和新能源汽车研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）37-0089-04 ［收稿日期］ 2024-03-15

引言

为应对日益严峻的能源与环境危机，节能环保的新能源汽车技术成为目前备受瞩目的焦点［1］。我国在2020年提出碳达峰与碳中和目标后，新能源汽车行业更是得到了广泛的关注。深圳作为我国改革开放的前沿阵地，一直走在新能源汽车开发与推广的前列，为促进节能减排、缓解石油压力和推动技术革新提供了重要的发展平台，孕育了比亚迪等世界知名的大型新能源车企。然而，相比于其他新能源专业课程，新能源汽车相关课程的开设与教学都处在一个初级探索阶段［2-5］。

目前，国内部分大学开设了“新能源汽车概论”课程，旨在为新能源科学与工程专业学生全方位展示新能源汽车相关技术、产业链和发展方向等方面的知识。该课程包含了动力电池、电机驱动系统、充电技术、新材料等相关硬件专业领域知识，以及能量管理与回收、性能仿真与模拟等相关软件专业领域知识。该课程涉及的学科面广（机械、电气、能源、化学、材料等）、知识难度深（电池反应机理、电机工作原理、控制系统设计等）、基础课程要求高（电化学、电机学、控制学等），是从理论转向应用、教学转向实践的重要链接。因此，该课程的教学对于培养适应新能源汽车发展需求、促进新技术革新和改变产业格局的复合型人才有着重要意义。

一、“新能源汽车概论”课程开设现状

（一）课程内容

本课程作为概论性课程，包含了新能源汽车相关技术的各个方面，需要在36课时里向学生全面讲授包括动力电池、电机驱动系统、能量管理与回收系统、充电技术、性能与仿真技术、新材料与新技术应用等内容。本课程涉及学科广且知识难度大。学生在基础和前期课程较为薄弱的情况下很难深入理解课程知识。概论性课程如何做到广度和深度的兼顾，是课程教学内容方面的一大难题。以电机驱动系统为例，学生不仅需要具有基础电气学知识，而且要在短时间内理解不同电动机的工作原理，因此，对学生是一大考验。对于授课教师而言，同样有着较高要求，需要同时掌握多门跨学科课程，特别是将不同学科知识串联成一体，融入新能源汽车的各个方面，教师的授课能力将很大程度上决定该课程的讲授效果。最后，由于新能源汽车的发展正处于一个日新月异的阶段，相关的技术在短时间内都有着较快的更新，这也需要授课教师不断关注前沿科技，及时更新课程内容，保证学生能接收到可靠及时的信息。

（二）教学方法

与新能源汽车相关的课程大多以教师讲授理论的同时，配合简单多媒体演示，学生以被动接受为主。这种“填鸭式”的教学方式能在较短时间内让学生接触到大量与新能源汽车相关的知识，同时保证教师按时完成教学任务。然而，在技术快速更新迭代的今天，传统的授课方法显然已无法为新能源汽车领域提供持续的智力支持。首先，理论讲授过程较为枯燥晦涩，涉及的学科面广，若没有足够时间给学生消化和练习知识，将无法达到课程的既定效果；其次，新能源汽车是一个很注重工业实际应用的领域，若缺少与工业界的链接，则好比闭门造车，从而无法将所学知识与行业要求相对应；此外，作为前沿科学领域，新能源汽车的未来离不开人工智能、无人驾驶等技术的发展，帮助学生找到传统应用与前沿科技的结合点，探索更多未来领域的技术热点，将有助于提高本课程的普适性；最后，由于新能源汽车成本较高等因素，传统课程教学很难融入学生动手实操环节，从而极大地降低了学生的实践能力，使学生无法对汽车工业形成一个应用性的认识。因此，打破传统教学方法的束缚，对于提高“新能源汽车概论”课程的影响力，有着至关重要的作用。

综上所述，针对“新能源汽车概论”目前在课程内容和教学方法方面存在的问题，本文提出从根本上改革教学方法，探索应用导向和实践教学融合在该课程中的可行性，从而解决学习脱离应用、学生难以深入理解新技术等问题，为新能源科学与工程专业的学生在未来从事新能源汽车相关行业工作奠定基础。

二、课程改革内容

本文对“新能源汽车概论”课程进行了应用导向和实践教学融合的探索，打破了该课程的讲授内容与工业界间的隔阂，为新能源科学与工程专业的学生提供了一个从基础研究到实际应用的全面了解该领域的机会，为补充传统授课无法做到理论联系实际的局面提供了一定的帮助。具体改革内容有以下四个方面。

（一）增设相关实际应用实验设计，提高学生动手能力

在教学内容中，增设与新能源汽车相关的实验设计环节，从而提高学生动手能力。在动力电池环节引入不同类型电池组装试验，如锂离子电池、锂硫电池和液流电池等，并根据模型车的续航需求，设计电池容量，进行性能测试与分析。通过该实验设计环节，使学生对不同种类的动力电池有更深入的认识，对电池的组成和工作原理有更直观地感受，对新能源汽车中动力电池的设计原则有一个基本的了解，从而提升学生动手能力。该内容的加入，把课堂讲授的动力电池相关知识与实践相结合，提升了课程对学生的吸引力。按课程时间适当增加电池管理系统（BMS）实验设计，通过给定不同控制参数（电压、电流、温度、功率等），让学生全方位考虑新能源汽车使用需求，从而打造一个概念性的BMS系统，充分锻炼学生考虑问题的能力，使学生形成对BMS系统的整体认知。总之，通过引入新能源汽车相关技术的实验设计，能增加课程趣味，从而充分调动学生的主观能动性，培养学生的动手能力。

（二）提供相关从业者讲座，链接课程知识与工业应用

在传统课程教学中，学生无法直观感受到所学知识与工业界应用的联系，从而很难真正消化知识，了解业界关键技术问题。同时，高校授课教师大多也缺乏业界实际经验，在此方面无法给学生带来更多帮助。因此，本课程改革中，邀请新能源汽车相关行业从业者，从具体的工业界角度出发，结合课程内容，为学生全方位、具体化地展示当下新能源汽车行业日新月异的发展面貌，本行业正在发生的事情和亟须解决的问题，如动力电池续航和电机驱动系统设计等问题。邀请从业者从自身实际工作经验出发，为学生传授学习经验。此外，系列讲座的引进还将为学生未来从事新能源汽车相关工作提供一个了解窗口，从而激励学生深入思考新能源汽车发展的行业问题。由于新能源汽车行业在目前处于一个快速发展的阶段，每次课程开设都存在某些知识点滞后、行业情况更新不及时等问题，引入讲座环节也可以弥补传统课程讲授信息滞后的情况。

（三）增设无人驾驶相关实验设计，拓展学生前沿知识面

新能源汽车作为目前前沿的技术领域之一，探索未来的发展方向也是本课程的重要内容。目前，该课程与其他前沿科技领域的交叉和互动鲜有涉及。因此，本课程改革将新能源汽车与人工智能前沿无人驾驶技术相结合，向学生展示目前汽车行业中，各种交叉技术之间的融合。在新能源汽车中的能量管理系统技术、制动回收系统技术有很多涉及人工智能与自动控制方面的原理，而新能源汽车与无人驾驶相结合，可以提高学生对新能源汽车中人工智能原理的理解。同时，可以启发学生对于无人驾驶与新能源技术相结合的思考。通过与深圳市某公司合作，我们搭建了一套利用智能编程、深度学习和实际操作相结合的实验平台，为学生提供深入学习无人驾驶技术的机会。该部分内容的引入，对于拓展学生对前沿科技的融合认识，提高学生对前沿领域的交叉应用，有着一定的启迪意义。

（四）组织学生去新能源汽车相关行业参观，丰富课程趣味性

针对目前学生对于新能源汽车工业界的生疏感，让学生真正意义上进入相关行业实际生产过程，开展相关企业的参观学习是十分有必要的。在传统课程讲授中，学生无法走出课堂，这就经常出现了理论无法联系实际的脱节现象。在本课程改革中，我们通过组织新能源汽车相关行业的参观学习环节，让学生真正走出课堂，亲身感受诸如动力电池生产线、能量管理系统设计流程等相关内容，从而能更进一步地帮助学生加深对新能源汽车行业的理解，更好地帮助学生思考未来与新能源汽车相关的工作选择。同时，本环节也极大地丰富了课程的趣味性，有助于激发学生在学习过程中的主观能动性。

三、课程实施中的具体方案

本文以课程中的《新能源汽车动力电池技术》章节为例，具体说明以上提到的改革措施在提高“新能源汽车概论”课程中的应用实践与理论教学融合的体现。针对该部分内容，我们通过提供模型车运行参数（电压、容量等），要求学生掌握动力电池讲授的内容，以液流电池为切入点，设计并演示模型车在自制液流电池下的运行状况。模型车原装电池使用14500号锂离子电池，电池容量500 mAh，电池电压3.7 V。学生以此为依据计算需要使用的液流电池电堆大小、电解液体积、活性物质质量等参数，并通过电堆组装得到满足该模型车使用的电池系统，如图1所示。液流电池作为一种常用的静态电化学储能技术，因其解耦能量和功率的特点，使得其在新能源汽车应用中能够通过简单更换电解液的方法实现快速重新续航，是一种极具前景的电池技术［6］。然而，相比于锂离子电池（～300 W·h/L，3 V），其受限于能量密度低（～25-60 W·h/L）和单体电池电压低（～1.2 V）的缺点，在新能源汽车应用方面仍不成熟［7］。通过本次实验设计，学生不仅能更好地了解液流电池的工作原理，并且能更直观地理解其优势与瓶颈。

在此之外，我们还开展了一次与动力电池相关的客座讲座，针对课程讲授过程中所提到的目前锂离子电池存在能量密度有限、电极活性材料成本较高和安全性能有待提高等问题，邀请相关从业人员讲述了题为“有机活性材料在电池中的应用”的讲座，为学生展示了目前业界在突破动力电池瓶颈过程中所研究的方向，并在其中提出从非水系电池向水系电池发展，从固液电池向全固态电池发展的思路，为提高学生对动力电池的兴趣起到了很好的促进作用。通过讲座内容，学生可以理解有机活性材料在电池应用中的诸多优点，如原材料价格低、来源广，反应电位范围宽、易调节，溶解度和可塑性强等，通过将其与锂离子电池相对比，更能加深学生对目前动力电池技术的理解［8］。

结语

本文通过探讨从根本上改革“新能源汽车概论”课程的教授方法，探索应用实践和理论教学融合在该课程中的可行性。本文从实验设计、从业者讲座、前沿科技结合和相关行业参观四个方面，论述了该课程教改的发展方向。为解决学生动手能力弱、学习脱离应用、难以理解新技术革新等问题提供了解决思路，为新能源科学与工程专业的学生未来从事新能源汽车相关行业打下了基础。若能坚持践行本文提到的教改思路，将加快推进新能源汽车的普及，鼓励更多人才投身新能源汽车行业，对于未来该领域发展和实现“双碳”目标具有重要的意义。

参考文献

［1］王斯一，吕连宏，罗宏.“十四五”及未来我国应对气候变化目标指向及战略路径研究［J］.环境保护，2020，48（20）：51-55.

［2］林成，韩雷，高群，等.基于建构主义的课程教学模式探索［J］.教育教学论坛，2023（12）：73-76.

［3］李友才，郏国中，杨宗田，等.《新能源汽车技术》课程教学模式和方法的研究与探索［J］.教育教学论坛，2013（43）：216-217.

［4］林玲，胡顺安.应用型本科高校新能源汽车技术课程教学探究［J］.教育教学论坛，2019（44）：225-226.

［5］于月，吴巧凤，张富，等.新能源科学与工程专业教育教学改革的思考［J］.教育教学论坛，2020（41）：155-156.