摘 要：隨著科技的飛速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已成為現(xiàn)代教育領(lǐng)域的重要應(yīng)用工具。它以其高效率、高精度與低成本在各行業(yè)、各領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。在新能源汽車運用與維修專業(yè)教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)包含由知識理論層的教學(xué)到實際操作的綜合應(yīng)用，在課堂教學(xué)中使學(xué)生在汽車構(gòu)造、工作原理以及新能源動力系統(tǒng)性能特點方面幫助學(xué)生進(jìn)行故障判斷、維修保養(yǎng)等實際操作聯(lián)系。本文從虛擬仿真技術(shù)概述出發(fā)，通過對虛擬仿真軟件應(yīng)用的核心優(yōu)勢的分析，對其在新能源汽車運用與維修專業(yè)中的實際應(yīng)用進(jìn)行探討，以期為相關(guān)人員的教學(xué)流程與內(nèi)容提供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真軟件 新能源汽車 運用與維修 應(yīng)用探討

虛擬仿真技術(shù)作為一種虛擬系統(tǒng)，通過建立問題同態(tài)模型解決某一實際決策問題，并對模型進(jìn)行動態(tài)運行試驗，并按運行結(jié)果進(jìn)行評價與策略擇優(yōu)的決策技術(shù)。在新能源汽車運用與維修專業(yè)中，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可通過構(gòu)建新能源汽車電池組、驅(qū)動電機等核心部件的三維模型，對三維虛擬學(xué)習(xí)平臺實現(xiàn)教學(xué)模式方面的改革，從而開拓學(xué)生個性化學(xué)習(xí)路徑，加強多媒體整合和訓(xùn)練模式，在教學(xué)中進(jìn)行安全學(xué)習(xí)與成本效益的提升。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)是一種基于計算機技術(shù)與數(shù)字化手段，通過三維模型的建立對真實場景進(jìn)行模擬的技術(shù)，其核心在于在教學(xué)中創(chuàng)建高度還原的虛擬環(huán)境，并引導(dǎo)學(xué)生在安全、可控的條件下進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的實踐操作，有利于學(xué)生形成對新能源汽車結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，使學(xué)生在教學(xué)場景中深化對故障診斷的認(rèn)識。其中，虛擬仿真技術(shù)利用高精度三維模型實現(xiàn)部件拆解與動態(tài)交互實現(xiàn)對于真實場景的技術(shù)模擬，并通過粒子動畫展示鋰離子遷移進(jìn)行輔助，將呈現(xiàn)的微觀過程結(jié)合電池充放電過程的熱力學(xué)、電化學(xué)等進(jìn)行耦合，通過仿真技術(shù)生成電壓及溫度變化曲線數(shù)據(jù)，在應(yīng)用過程中達(dá)到對實體設(shè)備損耗及內(nèi)部電路、電池的動態(tài)監(jiān)測，從而使學(xué)生在實際工作環(huán)境的模擬中掌握最新的設(shè)備原理及技術(shù)實質(zhì)。

2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的核心優(yōu)勢

2.1 降低教學(xué)成本與安全風(fēng)險

虛擬仿真技術(shù)通過數(shù)字化技術(shù)手段擺脫了對傳統(tǒng)實體設(shè)備的依賴，有利于降低教學(xué)過程中因重復(fù)操作或誤操作導(dǎo)致的設(shè)備損耗，同時能夠避免因采購、維護(hù)實驗器材產(chǎn)生的高昂費用，使教育資源在分配與優(yōu)化配置階段更加集約高效。另外，在安全層面，該技術(shù)通過內(nèi)置的智能糾錯機制與風(fēng)險預(yù)判算法進(jìn)行實時識別，在流程中避免高壓電路誤觸、危險化學(xué)品泄漏等潛在風(fēng)險操作，確保學(xué)生在虛擬環(huán)境中能夠?qū)Ω呶Ａ鞒踢M(jìn)行無風(fēng)險訓(xùn)練，從而在保障人身安全的同時，避免設(shè)備損毀事故的發(fā)生，使整個操作流程處于高度可控的環(huán)境中，并通過模擬環(huán)境與動態(tài)反饋機制，為教學(xué)提供傳統(tǒng)訓(xùn)練模式中難以實現(xiàn)的安全冗余與成本優(yōu)化雙重作用。虛擬軟件提供了安全的環(huán)境，讓學(xué)生可以自由探索和學(xué)習(xí)，不必?fù)?dān)心實際操作可能出現(xiàn)的風(fēng)險[1]。

2.2 提升教學(xué)深度與實踐效率

虛擬仿真技術(shù)通過多維模型與物理場仿真引擎的建立，融合動態(tài)交互機制，將抽象理論轉(zhuǎn)化為可視化操作流程，并在過程中加強對專業(yè)內(nèi)容的優(yōu)化配置與改進(jìn)，使學(xué)生能夠在模擬真實工作環(huán)境的條件下進(jìn)行實踐操作[2]，并通過觀察電池充放電的微觀反應(yīng)、高壓電路動態(tài)特性等復(fù)雜原理，深化對專業(yè)理論知識的系統(tǒng)性、科學(xué)性認(rèn)知。其中，虛擬仿真技術(shù)內(nèi)涵的智能糾錯與實時反饋技術(shù)能夠幫助學(xué)生進(jìn)行操作偏差糾正，保證糾偏的時效性，并進(jìn)行規(guī)范化流程引導(dǎo)，是學(xué)生能夠在虛擬仿真技術(shù)下進(jìn)行操作精度的不斷優(yōu)化。同時，虛擬仿真技術(shù)對于學(xué)生故障診斷的動態(tài)解析引導(dǎo)與模塊化場景設(shè)計能夠引導(dǎo)學(xué)生形成針對真實情境下的汽車維修問題診斷的完整邏輯鏈，強化從理論提出到實踐證明的閉環(huán)邏輯思維，為學(xué)生形成個性化、多元化學(xué)習(xí)路徑與思考模式提供技術(shù)支撐。教學(xué)人員結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，圍繞學(xué)生操作軌跡與學(xué)習(xí)發(fā)展需求，對知識薄弱點進(jìn)行訓(xùn)練難度的動態(tài)調(diào)整，從而突破傳統(tǒng)教學(xué)模式對高危險、高成本的實踐操作活動的局限性，通過沉浸式體驗提升學(xué)生技能內(nèi)化效率，實現(xiàn)教育深度與廣度的并行躍升。

2.3 個性化學(xué)習(xí)與靈活訓(xùn)練

虛擬仿真技術(shù)作為一種利用數(shù)字化手段打造智慧教學(xué)新模式的重要手段，其在新能源汽車專業(yè)教學(xué)中的核心價值在于通過數(shù)字化重構(gòu)數(shù)學(xué)場景，并利用其系統(tǒng)性進(jìn)行傳統(tǒng)實訓(xùn)模式的高成本與高風(fēng)險優(yōu)化。在技術(shù)方面利用三維虛擬環(huán)境取代實體設(shè)備操作的不可控特點，以低成本容錯有效規(guī)避了新能源汽車在高壓電路、鋰電池系統(tǒng)等高危部件的物理損耗及安全隱患，將教學(xué)資源以集成形式嵌入教學(xué)流程，并教學(xué)流程性質(zhì)由硬件采購維護(hù)轉(zhuǎn)向可重復(fù)利用的虛擬模塊開發(fā)，從而降低設(shè)備迭代周期與場地運維的長期成本。同時，仿真平臺利用對高危工況與實踐環(huán)節(jié)的動態(tài)模擬能力，將學(xué)生的教學(xué)場景優(yōu)化為無物理風(fēng)險的數(shù)字化場景，并在掌握高危技術(shù)的同時實現(xiàn)對電池?zé)崾Э靥幹玫汝P(guān)鍵技能的學(xué)習(xí)。通過對預(yù)設(shè)故障模型與實時反饋機制強化操作規(guī)范，突破傳統(tǒng)實訓(xùn)中無法進(jìn)行高危操作的深度開展的信息限制。這種虛實結(jié)合的教學(xué)方式旨在保障教學(xué)中的安全性，并通過標(biāo)準(zhǔn)化流程與智能評估體系提升技能訓(xùn)練效率，為新能源汽車運用與維修專業(yè)人才提供了可持續(xù)發(fā)展的培養(yǎng)路徑，從而推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展[3]。

2.4 跨平臺支持與場景擴(kuò)展

虛擬仿真技術(shù)通過標(biāo)準(zhǔn)化接口與云端架構(gòu)設(shè)計對課堂內(nèi)容進(jìn)行多終端兼容的技術(shù)拓展，并依據(jù)PC端、移動設(shè)備及VR/AR硬件等多個平臺的互通融合與協(xié)調(diào)聯(lián)通，實現(xiàn)教學(xué)資源的泛在化協(xié)同操作，從而有效突破傳統(tǒng)實訓(xùn)對于特定硬件或物理環(huán)境的依賴，實現(xiàn)不限于場景、內(nèi)容、設(shè)施要求的教學(xué)設(shè)計。由于新能源汽車的技術(shù)特點與傳統(tǒng)燃油汽車有顯著區(qū)別[4]，這種技術(shù)能夠在深度還原高危工業(yè)場景操作規(guī)范的同時進(jìn)行訓(xùn)練領(lǐng)域的細(xì)化，推動覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的虛實融合教學(xué)體系的形成。其中，虛擬仿真技術(shù)對動態(tài)場景編輯引擎的引入，能夠幫助教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度會此案虛擬環(huán)境參數(shù)的實時調(diào)整，并在單一平臺上實現(xiàn)從基礎(chǔ)認(rèn)知到高階創(chuàng)新的遞進(jìn)式教學(xué)閉環(huán)，在支持跨區(qū)域教學(xué)資源共享的同時提升技術(shù)支持的延展性與適應(yīng)性，結(jié)合課程的模塊化教學(xué)以典型工作任務(wù)為學(xué)習(xí)載體[5]，通過標(biāo)準(zhǔn)化資源復(fù)用機制降低多場景開發(fā)成本，為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供可擴(kuò)展的技術(shù)框架支撐。此外，虛擬仿真技術(shù)還能夠通過模擬真實世界中的復(fù)雜交互，提供一個安全、可控的環(huán)境，讓學(xué)生在沒有實際風(fēng)險的情況下進(jìn)行實驗和探索。這種技術(shù)的靈活性和可擴(kuò)展性，使得它能夠適應(yīng)各種不同的教學(xué)需求和學(xué)習(xí)風(fēng)格，從而為學(xué)生提供更加個性化和高效的學(xué)習(xí)體驗。同時，它還能夠幫助教育機構(gòu)節(jié)省物理資源的投入，減少對物理空間和設(shè)備的依賴，進(jìn)一步推動教育的可持續(xù)發(fā)展。

2.5 行業(yè)實效驗證

虛擬仿真技術(shù)通過對信息資源的應(yīng)用共享，實現(xiàn)技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)落地的深度適配與全周期驗證閉環(huán)，其核心邏輯在于構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)下實體生產(chǎn)流程的動態(tài)映射關(guān)系。在工業(yè)制造領(lǐng)域，該技術(shù)通過標(biāo)準(zhǔn)化流程建模與多維度參數(shù)仿真，在教學(xué)流程中形成覆蓋設(shè)備調(diào)試、工藝優(yōu)化、安全管理三位一體的全鏈條驗證能力，使復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)在可行性周期中得到壓縮，并通過動態(tài)場景編輯與實時數(shù)據(jù)反饋得到教學(xué)方案科學(xué)性與實操訓(xùn)練適配性的有效驗證，在流程中形成教學(xué)成效與產(chǎn)業(yè)需求的精準(zhǔn)對接。同時，在諸如新能源汽車運用與維修等危及生產(chǎn)安全的高風(fēng)險行業(yè)中，利用虛擬仿真技術(shù)的語言機制，能夠在真實場景中進(jìn)行操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的部署、故障判斷的時效性驗證、試錯成本的有效規(guī)避及系統(tǒng)性的提升。基于此，虛擬仿真軟件通過虛實聯(lián)動的驗證模式，加速了技術(shù)方案向?qū)嶋H生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化效率，更通過多行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)的儲蓄積累與交叉驗證，推動了虛擬仿真技術(shù)自身的迭代升級，在整體上形成“技術(shù)賦能行業(yè)-行業(yè)反哺技術(shù)”的良性生態(tài)循環(huán)，成為開辟新領(lǐng)域制勝新賽道的重大機遇[6]。

3 虛擬仿真軟件在新能源汽車運用與維修專業(yè)中的應(yīng)用

3.1 鋰電池安全性評估

虛擬仿真軟件通過建立多物理場耦合模型，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)鋰電池在重物沖擊、過充過放及外部短路等極端條件下的內(nèi)部反應(yīng)機制，實時捕捉電解液泄漏、隔膜破裂等微觀失效過程的發(fā)展軌跡?。動態(tài)參數(shù)調(diào)整功能允許工程師在虛擬環(huán)境中模擬不同環(huán)境溫度與機械載荷的疊加效應(yīng)，提前預(yù)判電池組在復(fù)雜工況下的熱失控風(fēng)險閾值，為防護(hù)設(shè)計提供量化依據(jù)，有利于提升學(xué)生的綜合能力，也讓日常的教學(xué)更注重對學(xué)生的多方面培養(yǎng)[7]?。

基于電化學(xué)-熱耦合仿真算法，該技術(shù)可同步解析鋰離子遷移速率與溫度場分布的交互作用，精確量化局部析鋰現(xiàn)象對電池容量衰減的影響程度?。通過構(gòu)建三維熱失控傳播模型，能夠可視化熱蔓延路徑并評估隔熱材料布局的有效性，例如在模組層級預(yù)測熱失控時相鄰電芯的溫升曲線與氣體釋放規(guī)律，利用虛擬仿真軟件技術(shù)特點對教學(xué)資源協(xié)同進(jìn)行改革[8]。在虛擬仿真軟件的應(yīng)用中，鋰電池的安全性研究得到了前所未有的深入。通過多物理場耦合模型，研究者不僅可以觀察到電池在極端條件下的微觀反應(yīng)，還能夠?qū)暧^性能進(jìn)行有效預(yù)測。這種精準(zhǔn)的仿真能力使得工程師能夠?qū)﹄姵氐脑O(shè)計進(jìn)行前期優(yōu)化，降低潛在風(fēng)險。例如，在過充過放的情況下，電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)會引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，這些反應(yīng)在傳統(tǒng)實驗中往往難以捕捉。而通過虛擬仿真，研究人員可以實時監(jiān)測電解液的行為、隔膜的物理狀態(tài)變化等，從而更清晰地理解反應(yīng)機制。 此外，動態(tài)參數(shù)調(diào)整功能的引入，使得不同工況下的電池性能評估變得更加靈活與準(zhǔn)確。在不同環(huán)境溫度和機械載荷的影響下，電池的熱失控風(fēng)險閾值可能會有所不同。通過這種模擬，工程師可以提前識別出潛在的失效模式，進(jìn)而針對性地改進(jìn)電池的防護(hù)設(shè)計。這不僅為產(chǎn)品的安全性提升提供了科學(xué)依據(jù)，也為教育領(lǐng)域注入了新的活力，使學(xué)生能夠在實踐中理解復(fù)雜的電池性能和安全問題。 最后，三維熱失控傳播模型的構(gòu)建，不僅拓展了熱失控研究的視野，也為實際應(yīng)用提供了可視化的指導(dǎo)。通過對相鄰電芯的溫升曲線與氣體釋放規(guī)律的預(yù)測，工程師們可以在設(shè)計階段優(yōu)化隔熱材料的布局，確保電池在高風(fēng)險環(huán)境中的安全性。這種結(jié)合理論與實踐的教學(xué)方式，將極大提升學(xué)生對電池安全性的全面理解和實操能力，為未來的電池技術(shù)發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。

3.2 高危場景安全訓(xùn)練與技能強化

虛擬仿真軟件通過三維建模與動態(tài)交互技術(shù)，構(gòu)建了覆蓋新能源汽車高壓系統(tǒng)、動力電池管理等核心模塊的虛擬實訓(xùn)環(huán)境，使學(xué)生能夠在無觸電風(fēng)險的前提下完成帶電部件拆裝、故障診斷等高危操作訓(xùn)練?。該技術(shù)通過預(yù)設(shè)典型故障模型與實時操作反饋機制，強化學(xué)生對異常工況的識別能力和標(biāo)準(zhǔn)化維修流程的執(zhí)行力，例如通過模擬電池?zé)崾Э貓鼍暗膭討B(tài)參數(shù)變化，引導(dǎo)學(xué)生掌握安全隔離與應(yīng)急處置的核心技能?。虛實聯(lián)動的訓(xùn)練模式不僅規(guī)避了實體設(shè)備損耗帶來的成本壓力，更通過多維度數(shù)據(jù)記錄與分析功能，形成可追溯的技能提升路徑?。

3.3 復(fù)雜系統(tǒng)認(rèn)知與跨學(xué)科知識融合

基于模塊化設(shè)計的虛擬仿真平臺，將新能源汽車的電氣架構(gòu)、電控系統(tǒng)與機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化解耦與重組，幫助學(xué)生直觀理解多學(xué)科知識在整車系統(tǒng)中的協(xié)同作用?。通過分層級展示能量流動路徑與部件工作原理，該技術(shù)有效突破傳統(tǒng)教學(xué)中抽象理論認(rèn)知的局限性，例如通過虛擬拆解動力總成展現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換與傳動控制的動態(tài)關(guān)聯(lián)性?。智能評估系統(tǒng)還可根據(jù)學(xué)生操作軌跡自動生成知識薄弱點圖譜，合理應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)完善教育培訓(xùn)，推動理論教學(xué)與工程實踐的深度耦合，培養(yǎng)具備系統(tǒng)思維與創(chuàng)新能力的復(fù)合型技術(shù)人才，從而滿足行業(yè)人才需求[9]?。

4 結(jié)語

綜上所述，虛擬仿真軟件利用自身獨特的系統(tǒng)性與科學(xué)性，在新能源汽車檢測與維修專業(yè)教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。其中，虛擬仿真軟件通過降低實踐操作的危險性、提升教學(xué)深度等優(yōu)勢，幫助學(xué)生在故障判斷、維修保養(yǎng)、系統(tǒng)認(rèn)知與技能強化方面得到有效提升。因此，教師應(yīng)積極構(gòu)建開放式組件管理系統(tǒng)，利用三維教學(xué)資源推動優(yōu)質(zhì)虛擬實驗課程的標(biāo)準(zhǔn)化輸出。

基金項目：2023年度廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目，項目編號GXZZJG2023B167，項目名稱“就業(yè)與升學(xué)并重”背景下新能源汽車運用與維修專業(yè)教學(xué)改革探索與實踐。

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