电力电子在新能源汽车教学过程中的难度分析

1、引言
随着全球能源短缺、环境污染等问题的日益突出，具有节能、环保等优点的新能源汽车应运而生，加之近几年来，在政策上，国家大力支持新能源汽车相关核心技术的研发，向新能源汽车相关企业提供政策支持，为购买新能源汽车的消费者给予一定的购车补贴，新能源汽车得到了快速发展。为了满足企业对专业技术人才的需求，各本科高校在原有的车辆工程专业中陆续开设了新能源汽车技术专业方向，各高职高专院校在原有的汽车运用与维修技术专业的基础上新增了新能源汽车技术专业，以满足社会对新能源汽车专业技术人才的需求。
新能源汽车相对传统汽车而言，除了动力来源由原来的汽油（柴油）变为了现在的动力电池之外，新能源汽车的正常运行及各功能的实现更多的依赖电力电子技术，其中对能够承受高电压、大电流的电力电子器件的依赖程度更高，新能源汽车的四大核心技术：驱动电机、电机控制器、高压电池及整车轻量化，其中前三项的正常工作离不开电力电子技术的支撑，模块内部电压的转化、能量的流通均由电力电子器件来完成，比如动力电池向驱动电机提供能量时，其中必须经过由电力电子器件组成的逆变电路，将动力电池中的直流电转换为交流电；通过慢充形式（民用220V交流电）向电动汽车进行充电时，其中必须经过由电力电子器件组成的整流电路，将民用交流电转换为直流电；在电动汽车运行过程中，动力电池需向整车低压设备及蓄电池进行供电，其中也必须经过由电力电子器件组成的降压型直流/直流（DC/DC）转换装置来实现。因此，电力电子技术对于新能源汽车的正常运行起着至关重要的作用，作为新能源汽车技术专业的学生，电力电子技术也是一门必修的课程。
电力电子技术是基于电路、电子技术和高等数学为基础的一门专业必修课程，也是新能源汽车技术专业核心课程的基础课程，然而由于该门课程定性分析较难、定量计算较多，与强电相关，具有一定的危险性，加之对前序课程电路、电子技术及高等数学的要求较高，在实际高等职业院校层次教学工作中，该门课程的教学效果欠佳，学生对知识点的掌握程度不够深入，对后续专业核心课程的学习，造成了一定程度的困扰，本文基于以上问题，结合自身的教学实践，详细分析了电力电子技术在新能源汽车技术专业教学中所遇到的各种问题，并给出了相应的解决措施。
2、电力电子技术在新能源汽车技术专业中的教学情况分析
本部分主要涉及电力电子技术在实际教学过程中所遇到的各种问题，并加以分析，主要从生源情况、专业基础课程开设情况、高等数学等公共基础课程开设情况、教学方式及课程本身特殊性等方面展开问题分析，并给出相应的改善措施。
2.1生源情况
随着社会经济的快速发展，社会对工科毕业生的需求量越来越大，高等专科学校或高等职业院校原有的人才培养模式及规模已不能满足近年来社会对工科技能型人才的需求，在国家政策的支持下，高等职业院校逐步加大了招生计划，为了进一步满足经济社会的发展需要，多数高职工科专业招生报考条件由原来的只招理科生源已经演变为文科、理科均可，以川南地区某高职院校2019级新能源汽车专业为例，该校2019年新能源汽车专业共录取新生183人（含单独招生），其中文考考生95人，被录取的新生为文科考生的比例超过了一半，如图1所示。

经了解，上述考生中文科考生在高中阶段物理的学习时间为一学年的只有61人，高中阶段物理的学习时间为一学期的高达34人，如图2所示，对于电学部分，文科考生基本没有相应的基础知识积累，这就造成文科考生报考汽车专业，进入大学后，对于和物理相关的课程的学习造成很大的困难，这也直接导致了对物理要求特别高的电力电子技术课程的授课效果欠佳。

考虑教学效果及高中阶段学生类别情况，在制定人才培养方案时，适当调整文科生源的基础课程，在保证课程进度的同时，适当增加高中阶段物理电学部分课程内容，以更好地为电力电子技术课程的学习提供扎实的理论基础。
2.2专业基础课程开设情况
专业基础课程的开设情况直接影响后续专业核心课程的学习，电力电子技术的前序课程主要为电路、模拟电子技术及数字电子技术，由于这三门课程计算较多、难度较大，而高职院校学制较短，培养目标偏重应用，因此，大多院校将三门课程在内容和难度上做了调整，以少学时、项目化的形式将三门课程融合为电工电子基础这门课程进行开设，电工电子技术课程是高等职业院校中机械、电气、电子、汽车等工科专业人才培养方案中的必开专业基础课程之一，各高职院校也非常重视电工电子技术课程，对于电路的结构、定性分析、定量计算及应用均进行了详细的普及。
电工电子技术是一门机电相关专业的基础课程，对于新能源汽车专业，在实际的授课过程中，缺乏一定的针对性，比如，该门课程通常为非汽车专业的老师进行授课，讲授的课程内容具有普遍性，甚至授课内容与机电一体化专业、电气自动化专业、数控技术专业一致，缺少汽车专业方面的应用举例，缺乏电工电子技术与汽车电路的紧密结合。
在人培养方案制定时，将承担专业核心课程的骨干老师作为电工电子技术课程的负责人或主讲教师，将电工电子技术在汽车电路中的体现讲解清楚，以做到电工电子技术课程紧密切合汽车专业教学，提高专业基础课程的授课针对性及紧密性，切实达到专业基础课程为专业核心课程服务的良好效果。
2.3高等数学等公共基础课程开设情况
高等数学、线性代数等公共课程的开设情况直接影响专业课程的学习效果，尤其像含有大量计算的专业课程，如电力电子技术课程，因此，必须将高等数学纳入工科专业人才培养计划中，并充分保证高等数学的授课学时，协调好高等数学与专业课程的开课顺利，确保高等数学起到服务于专业课的效果。
目前，汽车专业的人才培养方案中都保留了数学课程，课程名字大致分为微积分、高等数学、工程数学三类，从专业课的学习方面来讲，微积分、高等数学对后续专业课程的学习更有益，对于解决专业课程中所涉及的微分方程或积分方程更有帮助。对于一些高校选择开设工程数学，工程数学主要为线性代数，主要讨论方程组的解法，对后期专业课程学习的帮助不是很大，在开设高等数学的高校中，其中大多数高校，在开课顺序上安排不够合理，比如，多数高等职业院校，高等数学与电工电子技术在第一学期同时开课，造成数学的进度赶不上专业课程学习的进度；也有部分高等职业院校，由于学校逐年扩招，造成高等数学教师缺乏，导致第一学期应该开设高等数学课程的专业无法开设，推至第二学期进行补开高等数学，严重影响了专业课程的学习，造成学生学习上的困惑，没有充分体现高等数学课程作为基础课程对专业课程学习的服务作用。
为充分体现高等数学对专业课程学习的服务作用，建议在制定人才培养方案时，将高等数学提前开设，电工电子技术课程滞后开课，比如，第一学期课程中，高等数学在新生军训结束后开课，电工电子技术滞后三到四周再开课，以便高等数学所讲的微分、积分直接应用到电工电子技术课程中，提高专业课程的学习效果。
2.4专业课的教学模式
在高等职业院校中，电力电子技术课程的授课形式和其他工科专业的专业课程的授课模式基本一致，大致采用“理论讲授+实验/实训”或者“理实一体化”两种教学模式，“理论讲授+实验/实训”的授课模式是教师先在理论教室先进行讲解授课内容，后续再安排学生到实验室或者实训车间做实验，理论内容讲授和实验、实践在时间上是单独进行的；“理实一体化”教学模式是教师在实验室或者实训车间通过多媒体展示、教学仪器或者教学设备的使用，同一时间进行理论内容讲解和实操演练的教学模式，学生在理论内容讲解中看到了实操演练，在实操演练的同时也加强了对理论知识的理解。
对比两种教学模式，由于“理论讲授+实验/实训”的授课模式在理论内容讲解与实验实践是不同步的，可能造成学生在实验时而忘记了理论内容，导致实验失败，同时在抽象又复杂的理论学习中，因缺乏直观、清楚的实验，而阻碍对理论知识的正确理解；相比而言，“理实一体化”教学模式对教学效果的提高更有效，避免在单独讲授理论知识时，由于内容涉及计算公式过多或较抽象难以理解而导致学生听不懂、甚至放弃课程学习，致使教学效果欠佳。
在今后制定人才培养方案和电力电子技术课程授课计划时，电力电子技术课程及其他专业课程的教学场所全部改为实验室或者实训车间，电力电子技术课程及其他专业课程的授课方式全部采用“理实一体化”的教学模式，改善学生的学习情况，加深学生对知识点的理解，同时加强学生的实操能力，做到理论和实践的有效结合，以提高教学效果。
2.5电力电子技术课程本身的特殊性
电力电子技术主要讲解能够承受高电压、大电流的大功率型器件，该大功率型器件主要应用于新能源汽车上的车载充电机、电机控制器、DC/DC变换器及高压配电装置等，正常工作时，其电压高达400-500V，远远高于人所能承受的安全电压（交流电25V、直流电60V），因此，电力电子技术这门课程在实验实训时，具有一定的安全隐患，主要表现为以下几个方面： （1）目前，对于大多数高等职业院校的实训场地，其安全防范还有一定的问题，高压实训工位的布置不够完善，安全警示牌、警戒线布置不规范，甚至没有布置，对于拆装新能源汽车上的电力电子装置，存在不铺设绝缘垫，安全帽及绝缘手套配置数量不够，甚至部分绝缘手套出现破损现象，对于开展实训、实验带来一定的安全风险。
（2）在进行新能源汽车整车电力电子装置实验、实训时，多数高等职业院校采用任课教师独立完成实验、实训，在课程安排上没有考虑电力电子技术课程的特殊性，建议在进行新能源汽车上电力电子装置实验时，安排一名辅助教师，以保证高压带电实操时不发生安全事故。
（3）高压带电操作时，一般要求作业人员需要持有高压带电操作电工证，对于高等职业院校的学生来说，对口生源的学生可能也只有部分在中职学习阶段获得了电工证，但基本是都没有考取高压电工操作证的，因此，在整车上直接进行电力电子装置实验、实训，具有一定的危险性，建议在电力电子技术课程开设前，增加高压电安全操作规范及相关注意事项安全培训，以杜绝安全事故的发生。
3、结论
电力电子技术课程作为新能源汽车专业的专业课程之一，起着承上启下的作用，对后续专业核心课程的学习提供必不可少的理论基础，本文结合自身教学实践，详细分析了电力电子技术在新能源汽车技术专业教学中所遇到的各种问题，并给出了相应的解决措施：
（1）考虑生源类别对教学效果的影响，在制定人才培养方案时，适当调整文科生源（含对口生源）的基础课程，增加高中阶段的数学和物理课程中的电学内容，以更好地为专业课的学习提供理论基础。
（2）培养前序专业基础课程的专业师资，以做到电工电子技术紧密切合汽车专业教学，提高专业课程的授课针对性和紧密性，切实达到专业基础课程为专业核心课程服务的良好效果。
（3）调整高等数学开设顺序，使高等数学的进度跟上或者超前专业课程的进度，以更好的服务专业课程的学习，提高专业课程的教学效果。
（4）专业课程的教学场所调整为实验室或者实训车间，专业课程的授课方式建议采用“理实一体化”的教学模式，做到理论和实践的有效结合，以提高教学效果。
（5）考虑电力电子技术课程本身的特殊性，建议在电力电子技术课程开设前，增加高压电操作规范相关安全培训；在整车上进行电力电子装置实验、实训时，安排一名辅助教师，以保证高压带电实操时不发生安全事故。