汪 波， 花 為， 王 政

(東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 南京 210096)

“電動(dòng)汽車新技術(shù)”是東南大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)新設(shè)立的一門專業(yè)選修課程。該門課程主要對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀以及其中的關(guān)鍵電氣部件及其新技術(shù)知識(shí)進(jìn)行了介紹。本課程是在學(xué)生學(xué)完“電機(jī)學(xué)”“電力電子變換”“自動(dòng)控制原理”“工程電磁場”等專業(yè)主干課程后進(jìn)行學(xué)習(xí)的。主要學(xué)習(xí)目的是以電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，學(xué)習(xí)電動(dòng)汽車中的關(guān)鍵電氣系統(tǒng)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、充放電管理系統(tǒng)等，使學(xué)生對(duì)本專業(yè)的主要專業(yè)課程知識(shí)的應(yīng)用有更深入地理解。該門課程是電氣工程專業(yè)里為數(shù)不多的需要運(yùn)用多門專業(yè)課程知識(shí)的綜合課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)、更加清晰地認(rèn)識(shí)電氣工程專業(yè)、激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣具有重要作用[1-2]。同時(shí)電動(dòng)汽車作為市場上炙手可熱的新興科技產(chǎn)業(yè)，將來會(huì)有大批學(xué)生投身電動(dòng)汽車及其上下游產(chǎn)業(yè)。因此教師需要針對(duì)該門課程的教學(xué)規(guī)律，仔細(xì)研究教學(xué)方法，滿足學(xué)校和市場的人才要求，培養(yǎng)合格的電氣工程專業(yè)人才[3]。

不同于電氣工程專業(yè)其他傳統(tǒng)課程，“電動(dòng)汽車新技術(shù)”課程具有知識(shí)更新快、市場聯(lián)系緊和英語詞匯多的特點(diǎn)[4]。因此本文主要介紹了筆者在教授學(xué)習(xí)該門課程中的一些研究方法。

1 興趣引導(dǎo)

“電動(dòng)汽車新技術(shù)”課程最大的特點(diǎn)是包含大量市場前沿的高新科學(xué)技術(shù)，市場上的電動(dòng)汽車產(chǎn)品非常具有科技感[5]。學(xué)生對(duì)于這些內(nèi)容天然有著強(qiáng)烈的好奇，合理地運(yùn)用這些素材能夠引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于電動(dòng)汽車的興趣，并調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)其中蘊(yùn)含的電氣工程專業(yè)知識(shí)。因此筆者在備課過程中準(zhǔn)備了大量高質(zhì)量圖片、視頻等素材用于授課，以下從總體結(jié)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例介紹本課程的一種學(xué)習(xí)方式。

在總體結(jié)構(gòu)方面，筆者以圖1和圖2為例介紹了電動(dòng)汽車的車身結(jié)構(gòu)。電動(dòng)汽車最大的特點(diǎn)是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。因此系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件是電池管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和汽車控制單元。以市場中知名度最高的特斯拉為例，既有前置前橋驅(qū)動(dòng)的單電機(jī)版本，也有前后輪驅(qū)動(dòng)的雙電機(jī)版本。從學(xué)生的興趣點(diǎn)出發(fā)，巧妙地穿插介紹其中的電氣工程專業(yè)知識(shí)，以講故事的方式使學(xué)生感受本專業(yè)知識(shí)的魅力。

圖1 電動(dòng)汽車車身結(jié)構(gòu)透視圖

圖2 特斯拉電動(dòng)汽車電機(jī)布置透視圖

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，筆者比較了目前市場上主流電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)方案，包含寶馬i3、日產(chǎn)聆風(fēng)、通用雪佛蘭、特斯拉等，如圖3所示。結(jié)合各品牌電機(jī)方案，介紹了該類電機(jī)的理論知識(shí)，包括拓?fù)涮攸c(diǎn)和輸出性能的關(guān)系。其中寶馬和日產(chǎn)采用的是內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)，該類電機(jī)可以同時(shí)利用永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩，非常適用于高速弱磁運(yùn)行，具有永磁用量少、轉(zhuǎn)矩密度高、恒功率區(qū)域?qū)?、全工況效率高等優(yōu)點(diǎn)。雪佛蘭volt采用最新的hairpin繞組技術(shù)，使用整形后的扁銅線作為繞組，大幅度提高電機(jī)槽滿率，從而降低繞組銅耗，提高電機(jī)運(yùn)行效率。特斯拉電機(jī)采用具有專利技術(shù)的整體銅轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一方面可以提高電機(jī)的過載能力，使電機(jī)具有更好的短時(shí)加速性能，另一方面利用銅轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有效降低轉(zhuǎn)子損耗，提高電機(jī)效率。通過以上電機(jī)拓?fù)浼捌湫阅芴攸c(diǎn)的介紹使學(xué)生對(duì)這幾類電機(jī)有了非常直觀的認(rèn)識(shí)和理解，極大地提高了學(xué)生對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣[6]。

(a) 寶馬i3

2 課程思政

課程思政是指將各類專業(yè)課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把“立德樹人”作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念。課程思政主要形式是將思想政治教育元素，包括思想政治教育的理論知識(shí)、價(jià)值理念以及精神追求等融入到各門專業(yè)課程中去，潛移默化地對(duì)學(xué)生的思想意識(shí)、行為舉止產(chǎn)生影響。在“電動(dòng)汽車新技術(shù)”這門課中，筆者有機(jī)地將課程思政在部分授課內(nèi)容中進(jìn)行了設(shè)計(jì)[7]。

首先在回顧汽車工業(yè)發(fā)展歷史中發(fā)現(xiàn)，目前汽車產(chǎn)業(yè)在德日美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)非常成熟，遠(yuǎn)比我們國家先進(jìn)，特別以燃油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的汽車產(chǎn)業(yè)依賴長期技術(shù)的沉淀和積累。我國汽車產(chǎn)業(yè)起步太晚，已經(jīng)失去了發(fā)展的黃金時(shí)機(jī)。但汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)于發(fā)展經(jīng)濟(jì)極為關(guān)鍵，據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車及其上下游配套產(chǎn)業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)GDP中占比接近10%，并貢獻(xiàn)了約15%的稅收。目前高端汽車產(chǎn)業(yè)全部被日本、美國和歐洲壟斷，這些國家每年依靠汽車產(chǎn)業(yè)在中國賺取大量的外匯。因此發(fā)展電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)于我國發(fā)展高科技高質(zhì)量工業(yè)至關(guān)重要。而且目前汽車產(chǎn)業(yè)正面臨著從傳統(tǒng)燃油動(dòng)力到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的換代，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，我國汽車廠商和國外競爭者差距相對(duì)較小，正是大力發(fā)展電動(dòng)汽車，搶占未來電動(dòng)汽車市場的黃金時(shí)機(jī)。其次，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要越來越多的石油能源，而我國大部分石油是通過進(jìn)口來保障供應(yīng)的。眾所周知，進(jìn)口石油使我國面臨著巨大的能源安全問題，一方面國際產(chǎn)油國會(huì)限制供應(yīng)或抬高價(jià)格，另一方面遙遠(yuǎn)的海上石油運(yùn)輸航線面臨著沿途各種安全問題，一旦爆發(fā)沖突，將直接影響我國的能源戰(zhàn)略安全。因此我國需要盡量減少石油進(jìn)口、降低對(duì)石油能源的依賴。我國汽車大約消耗了三分之一的石油，而我國是煤炭大國，核電技術(shù)也非常發(fā)達(dá)，因此發(fā)展電動(dòng)汽車和新能源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力的油改電能夠極大地緩解我國對(duì)于進(jìn)口石油的依賴，保障國家能源戰(zhàn)略安全。

筆者從這兩個(gè)角度讓學(xué)生意識(shí)到發(fā)展電動(dòng)汽車是國家中長期的戰(zhàn)略部署，即使短期遇到一些困難仍應(yīng)大力支持電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以此增強(qiáng)了學(xué)生投身電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)，為國家發(fā)展做貢獻(xiàn)的熱情[8]。

3 雙語教學(xué)

汽車產(chǎn)業(yè)由于國外發(fā)展較早且更為成熟，因此我國汽車產(chǎn)業(yè)在很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面直接沿用了國際標(biāo)準(zhǔn)。這些國際標(biāo)準(zhǔn)中涉及到大量的英文單詞和術(shù)語，這也是汽車產(chǎn)業(yè)人員日常交流討論中必須掌握的專業(yè)詞匯。同時(shí)，目前我國大型車企都有與國外車企成立的合資汽車公司，英語也是行業(yè)內(nèi)的基本交流語言。為了使學(xué)生也對(duì)相關(guān)術(shù)語交流更加熟悉，同時(shí)考慮到一開始接觸全英文教學(xué)存在一定的困難，本課程在教授過程中采用了雙語教學(xué)的方式，使學(xué)生具備一定的英語交流能力。

首先筆者準(zhǔn)備了全英文的課件，知識(shí)點(diǎn)采用英語進(jìn)行描述，關(guān)鍵單詞通過加粗高亮的方式提醒學(xué)生注意學(xué)習(xí)，并準(zhǔn)備一些示意圖輔助使學(xué)生更容易理解。在教授過程中，筆者先用英文介紹一遍知識(shí)點(diǎn)，然后再用中文進(jìn)行復(fù)述一遍，并補(bǔ)充其他一些相關(guān)的知識(shí)和背景，讓學(xué)生全方位的學(xué)習(xí)理解該知識(shí)點(diǎn)，并熟悉相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的英語表達(dá)方式。同時(shí)，在每節(jié)課學(xué)習(xí)結(jié)束的時(shí)候準(zhǔn)備一個(gè)關(guān)鍵詞匯術(shù)語的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生溫習(xí)一下剛學(xué)習(xí)過的詞匯，加強(qiáng)記憶。

從目前學(xué)生的反饋來看，雙語教學(xué)取得了良好的效果。學(xué)生掌握了大量汽車專業(yè)詞匯，對(duì)汽車中很多術(shù)語也更加熟悉。雙語教學(xué)還增強(qiáng)了學(xué)生在未來論文寫作中的英語寫作能力。

4 自主學(xué)習(xí)

“電動(dòng)汽車新技術(shù)”作為一門新開課程，與市場聯(lián)系緊密。目前市面上有眾多汽車品牌正大力發(fā)展電動(dòng)汽車產(chǎn)品，各種新的車型新的技術(shù)層出不窮。電動(dòng)汽車也頻頻登上各種新聞?lì)^條或公眾號(hào)等媒體。僅僅依靠課堂上的講授，學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，也無法滿足學(xué)生對(duì)于快速發(fā)展的電動(dòng)汽車的好奇心和興趣。因此需要鼓勵(lì)學(xué)生通過多種途徑開展自主學(xué)習(xí)[9-10]。

首先筆者向?qū)W生推薦了一些學(xué)習(xí)資源網(wǎng)站，如知網(wǎng)、IEEE論文庫，以及一些視頻網(wǎng)站可以觀看一些更直觀的展示，并鼓勵(lì)學(xué)生去學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料，以對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)有更深的理解。其次指導(dǎo)學(xué)生從車身架構(gòu)、動(dòng)力總成、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)和充電方式等幾個(gè)維度去了解一個(gè)品牌的電動(dòng)汽車[11]。最后組織學(xué)生就自己關(guān)注學(xué)習(xí)的電動(dòng)汽車品牌準(zhǔn)備報(bào)告內(nèi)容在課堂上和大家分享，這樣大家可以相互借鑒，了解不同學(xué)生的視角，并從這個(gè)角度思考整個(gè)市場的多維度。

通過自主學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)自己感興趣的電動(dòng)汽車有了更全面的認(rèn)識(shí)，并和課堂講授的內(nèi)容聯(lián)系起來，對(duì)知識(shí)點(diǎn)也有了更深的理解。同學(xué)之間不同思維的分享也讓同學(xué)們更清晰的認(rèn)識(shí)到汽車市場是一個(gè)非常細(xì)分的現(xiàn)狀，汽車廠商需要聚焦自己客戶人群的實(shí)際需求，研發(fā)相應(yīng)的汽車產(chǎn)品，搶占市場份額[12]。

5 結(jié)語

“電動(dòng)汽車新技術(shù)”作為一門綜合性的專業(yè)課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用電氣工程專業(yè)的主干課程具有重要作用。筆者通過精心準(zhǔn)備，積極引導(dǎo)學(xué)生興趣，并在授課過程中穿插課程思政內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生的家國情懷。課程教學(xué)中采用雙語教學(xué)，教授汽車行業(yè)常用術(shù)語，并鼓勵(lì)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)。在教授學(xué)生書本知識(shí)的同時(shí)，注意培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，強(qiáng)化加深理論與實(shí)際相結(jié)合的意識(shí)，為未來的研究學(xué)習(xí)和進(jìn)入工作領(lǐng)域打下良好的基礎(chǔ)。