汽车前沿技术与教学资源创新性融合研究

汽车前沿技术与教学资源创新性融合研究

吕吉亮,段佳冬,李乐

中国汽车技术研究中心有限公司

[摘要]：新时代汽车产业高端技能人才的培养离不开优质的教学资源，教学资源的与时俱进是实现汽车人才对前沿技术知识掌握的有效途径。本文通过对智能网联汽车等前沿技术与教学资源的创新性融合研究，综述了职业教育汽车专业教学资源建设的政策驱动和国内汽车专业教学资源库建设现状，并以汽车专业建设为研究目的，进行了汽车技术素材资源转化研究和先进教学手段研究，对职业教育汽车专业建设、前沿汽车技术教学资源开发以及人才培养具有重要的指导意义。

关键词：汽车前沿技术,教学资源融合,教学资源库,智能网联汽车

1 引言

随着中国由汽车“大国”向汽车“强国”的战略转变，应运而生的新能源汽车和智能网联汽车掀起了汽车行业的技术革新热潮，与此同时，相应的人才短缺也掀起了汽车职业教育领域的改革热潮。通过汽车前沿技术成果的应用，实现汽车“新技术-教学资源”的创新性融合，对推动汽车人才教育、新兴汽车专业改革和汽车技术教学资源库的建设具有深远的意义。本文通过大量的文献资料研究，综述了当前汽车教学资源库的建设情况，并以汽车前沿技术资源为基础对汽车技术与教学资源的创新性融合进行研究，最后展望了未来汽车资源建设的发展趋向。

2 政策驱动职业教育汽车专业教学资源建设

教学资源的建设主要是以教学资源库的形式进行展现。国外教学资源库的设计理论研究和实践相对较早，尤其在英美一些西方国家，教学资源建设已形成了一套严格的资源开发标准和实施管理模式。如美国在1996年建立的美国教学资源门户网（www.thegateway.org），已成为美国最全面的教学资源元数据记录库和搜索平台。英国在1998年就建成全国的教学门户网站—全国学习网络（NGFL），同时建成了全国课程网站（www.nc.uk.net）, 已经成为欧洲最大的教育门户网站[1]。2012年以后，美国陆续推进大型开放式网络课程的建设，即MOOC（massive open online courses），同时兴起了Coursera、Udacity、edX三大课程提供商，更加丰富了网络教学资源的建设内容。

自美国教育技术协会（AECT）1994年对教育技术的定义译介到我国[2]，教学资源库的建设就开启了新的篇章。为推动我国现代职业教育的改革发展，自2006年起，我国发布了一系列的政策文件，包括2006年教育部颁布的《关于实施国家示范性高等职业院校建设计划，加快高等职业教育改革与发展的意见》、2014年《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》、2014年教育部等六部门印发的《现代职业教育体系建设规划（2014-2020年）》、2015年教育部发布的《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018 年）》和2017年工信部、发改委、科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划》等均提出了加快教学资源建设的内容，也为汽车教学资源的建设带来了新的活力。《中国制造2025》中也提出“建设一批促进制造业协同创新的公共服务平台，规范服务标准，开展技术研发、检验检测、技术评价、技术交易、质量认证、人才培训等专业化服务，促进科技成果转化和推广应用。建设重点领域制造业工程数据中心，为企业提供创新知识和工程数据的开放共享服务”。因此，建设职业教育汽车教学资源共享服务平台是实现汽车科技成果的教学转化、汽车人才的培训和提供创新性教学知识，乃至提高我国汽车制造业创新能力的重要手段。

3 我国职业教育汽车专业教学资源库建设现状

截止到2018 年，我国国家级专业资源库建设已达到一定规模，已立项建设88个专业教学资源库、 1个民族文化传承与创新资源库（含 10 个子库）和 1个学习平台（数字校园学习平台）[3]， 其中13个汽车类专业中仅有3个立项建设的国家级教学资源库，国家级备选库 4个，省级 2个，如表1所示为截止到 2018 年我国汽车类专业教学资源库建设情况。相比于整个专业资源库的建设体量，汽车类专业资源的建设还相对较弱。

表1  截止到 2018 年我国汽车类专业教学资源库建设情况

国家政策的鼓励和支持，使我国职业教育专业教学资源库的建设得到了快速的发展。但目前专业资源库的建设还存在着诸多问题，就汽车类资源库建设情况来看：

（1）素材质量不高。素材堆积的现象严重，主要为传统的教学课件、课堂录制的视频、文本素材和图片，缺乏资源的有效整合和再创作。

（2）创新性不强。素材多为传统的教学课程内容，与汽车技术的快速发展脱轨，无法满足企业对高素质人才的需求。多数资源库的素材还停留在建设初期，资源更新缓慢，汽车新技术资源少，这与汽车产业转型升级的市场环境不相符。

（3）资源局限性大。现有的汽车类专业教学资源库主要零散的分布在汽车产业发达地区的院校中，且多数资源库只是对本校师生或共建单位公开使用，导致使用者对某一资源库了解而对其它资源库未曾耳闻，极大的限制了资源库的推广和应用，不利于综合性汽车技能人才的培养。

4 汽车技术教学化创新性融合研究

近两年新能源汽车的普及和智能网联汽车技术的快速发展，市场对高技能人才需求迫切，如汽车智能技术人才缺口每年达10万人左右[4]。但人才培养与企业需求脱节，需要将新的汽车技术融入到教学中，从而实现与时俱进的高质量人才培养。本文以汽车专业为研究目的，进行汽车技术素材资源专化研究和先进教学手段研究，为解决当前汽车教学资源素材质量不高和创新性不强的问题提供理论指导。

4.1汽车技术素材资源转化研究

素材资源是实现汽车技术教学化的重要载体，包括教材、视频、课件、图片和微课等多种呈现形式。结合前沿的汽车技术，进行新能源汽车、智能网联汽车和传统燃油汽车新技术的素材资源转化研究具有重要意义。

（1）新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电混合动力汽车和燃料电池汽车，我国汽车市场目前以前两种汽车类型为主，其关键技术主要涉及“三电”系统，如图1所示。因此，结合新能源汽车技术和新能源汽车运用与维修两个专业方向，围绕电池、电机和电控三部分展开素材资源转化研究。

图1 新能源汽车“三电”系统

动力电池技术教学化：由于锂电池技术比较成熟，现有的新能源汽车动力电池基本都以锂电池为材料[5]，但未来燃料电池也是一种重要的发展方向。因此，应开发以锂电池和燃料电池为主要内容的素材资源，包括新能源汽车锂电池和燃料电池的基本原理、BMS（(Battery Management System）技术、电池的更换技术[6]和电池回收利用[7]等前沿技术内容。

驱动电机技术教学化：目前驱动电机的技术也相对较成熟，在新能源汽车行业中交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机受关注度较高，且永磁同步电机使用较多[8]。因此，驱动电机的教学资源融合应包括常用驱动电机的基本原理、驱动电机控制系统和驱动电机及控制器检修等汽车技术内容。

电控系统技术教学化：电控系统是保证新能源汽车可靠性和安全性的重要组成部分，主要包含电池管理系统、电机控制系统和动力总成系统。因此，电控系统的教学资源融合应包括控制基本原理、BMS、整车控制器和电机控制器的结构原理及检测。

（2）智能网联汽车的先进技术主要以围绕智能化和网联化相关技术展开，由环境感知、智能决策和控制执行三部分构成，如图2所示。由于教育部对职业院校划定的专业目录中还没有智能网联汽车对应的专业，部分学校为进行相应的智能网联汽车教学建设，将其划归为汽车智能技术等专业领域。

图2 智能网联汽车关键技术布局图

   智能网联汽车技术涉及驾驶场景数据的采集、虚拟驾驶场景的搭建、控制决策算法、自动驾驶和车辆通讯等领域，因此智能网联汽车会应用到包括先进传感器技术、无线通信技术、汽车网络技术、环境感知技术、导航定位技术和先进驾驶辅助技术、信息安全、标准法规、测试评价技术等知识[9, 10]。对于技能应用型智能网联汽车人才的培养，应侧重于环境感知、控制执行和智能网联车辆改装方面的教学资源转化。

（3）传统燃油汽车的教学资源相对较为丰富，但是随着技术的发展和人们消费观念的升级，消费者对车内空气质量、内饰环境、人机交互和驾驶舒适度等方面提出了更高的要求，也因此产生了相应的新技术，这就需要对新技术进行教学资源融合。

如车内空气质量VOC测试和评价 [11]、C-NCAP所实现的车辆碰撞安全性能评价、整车测试中的NVH测试等所涵盖的汽车测试与评价内容是汽车研发生产过程中的重要环节，因此可以在传统汽车检测与维修等专业基础上，增设汽车测试和评价的教学内容，并进行相应教学资源融合开发，从而满足汽车企业对测试和评价技能人才的需求；近两年兴起的智能座舱已逐渐成为汽车的标配设计，其主要以中控系统为核心，该新兴技术包括图像识别及语音操控技术、辅助驾驶技术、多屏互联技术等内容，也应围绕相应技术展开智能座舱的维修与检测教学资源融合；汽车大数据技术的应用也使汽车行业发生着变革，如基于汽车保险大数据的汽车外观损伤智能定损技术[12]、大数据车联网[13]等，对汽车大数据技术进行教学资源融合也是当前教育资源改革所需内容之一。

4.2 先进教学手段研究

理实结合的教学手段是开展汽车职业教育的重要方式，因此，汽车技术的教学化创新性融合离不开对先进教学手段的研究。本文结合职业教育特点，从虚实融合教学和AI智能教育两方面进行研究。

（1）虚实融合教学手段研究

《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》也中指出“在现场实习安排困难或危险性高的专业领域，开发替代性虚拟仿真实训系统”。虚拟现实技术具有高还原度、高沉浸感等特点[14, 15]，可以解决传统实操教学中无法实现的内容，尤其是新能源汽车和智能网联汽车所涉及的实操教学问题。新能源汽车会存在着高电压高电流等危险，教学过程中实操危险性高，通过VR虚拟现实可以在虚拟环境下安全的学习新能源汽车的高电流高电压零部件及原理，也避免了零部件重复使用带来的损耗；智能网联汽车会应用到激光雷达、毫米波雷达和控制器等昂贵零部件，在VR虚拟环境中可以较低成本的完成实操和零部件工作原理的教学。此外通过WEB VR、AR增强现实手段再现汽车零部件的结构或功能原理，可以让学者随时随地在WEB端和移动端进行高效学习。VR、WEB VR、AR教学效果如图3所示。

图3  VR/AR虚实融合教学手段

（2）AI智能教育手段研究

人工智能技术（Artificial Intelligence, AI）已引领教育信息化朝着智能化方向发展，并以多种方式和多种渠道的智慧学习逐渐应用在教育教学中，是革新人类学习的强劲动力[16, 17]。

《教育信息化2.0行动计划》也明确提出“加强智慧学习的理论研究与顶层设计，推进技术开发与实践应用，提高人才培养质量”。因此，汽车行业人才的教育也必须紧跟时代发展，应用AI智能技术手段来不断提高汽车人才培养的质量。在汽车的实操学习过程中会涉及复杂的汽车结构和功能原理知识，一对多的课堂授课模式已无法满足学生的学习需求，通过应用AI智能机器人，可以及时的为每一位同学进行智能指导，从而提高课堂效率；也可以通过将虚拟现实教育和AI智能教育进行结合，在汽车复杂系统和原理的虚拟环境实操学习中，通过AI智能技术可以实时的记录和分析学生的学习薄弱点，进而制定专门化的实操训练内容，提高教学质量。

5 总结与展望

新时代汽车产业的发展离不开具有新汽车技术知识的高端人才支撑，而高端人才的培养又离不开高质量的教学资源，这就需要汽车前沿技术不断的与教学资源进行融合，从而实现汽车人才对前沿技术知识的及时获取和有效掌握。本文通过对汽车前沿技术与教学资源创新性融合进行研究，对汽车专业建设、前沿汽车技术教学资源开发以及人才培养具有重要的指导意义。新技术的产生必将推动汽车专业教学资源在电动化、智能化、网联化、虚实融合和智能教育等方面产出大量成果，从而推动汽车前沿技术与人才教育的深度融合与积极发展。

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