高水平大學面向汽車“新四化”人才培養的專業課程建設

摘 要：面向我國汽車行業“新四化”高水平人才匱乏困境，以吉林大學《新能源汽車設計與控制》專業課程為例，探討高水平大學新能源汽車專業課程教學現狀及問題，融合作者及教學團隊多年教學實踐和經驗，提出針對課程授課體系、教材選用和教學手段的創新性建設方案，以期為高水平大學在車輛工程學科建設方面做強、做優低碳學科體系，加強節能與新能源學科人才培養力度，更加精準地培養新能源領域急需人才和高端創新人才提供新思路。

關鍵詞：新能源汽車 新四化 精品教材 教學改革 課程建設

1 緒論

在百年一遇的產業變革中，以電動化、網聯化、智能化、共享化為標志的“汽車新四化”，為汽車行業帶來了翻天覆地的變化，而“新四化”高水平汽車人才匱乏是制約我國現下汽車產業自主創新及自主試驗能力提升[1]，實現汽車研發、生產全流程國外技術掣肘突破的重要因素。因此，在這一進程中，全國范圍內已開設汽車專業的高、職院校，尤其是高水平雙一流高校，作為汽車專業人才培養的搖籃，在保證我國汽車產業“新四化”進程健康、穩定推進過程中，對專業課程實施面向汽車“新四化”人才培養地、卓有成效地建設成為首要前提。汽車專業人才培養模式主動變革與知識體系自我升級重構，實現全面深化教育教學改革勢在必行。

吉林大學作為國家“雙一流”“211工程”“985工程”重點建設高校，其車輛工程專業是國內汽車領域最早的國家級重點學科，依托汽車底盤集成與仿生國家重點實驗室而具備國家特色的專業背景，因此當充分利用自己學術背景、學科優勢，站在服務汽車“新四化”進程高度，進一步凝練學科方向，優化學科布局，形成低碳優勢學科[2]。其中，促進節能與環保的“電動化”是汽車工業可持續發展戰略研究的重要組成部分，培養具備節能與新能源汽車設計與控制技術的專業型高端技術人才日益成為國內汽車工程專業的重要發展目標。為此，筆者結合團隊多年教學及研究積累，早在2008年便組織開設《混合動力汽車設計與控制》（2023年調整為《新能源汽車設計與控制》）課程，其作為吉林大學車輛工程專業碩士研究生必修課程，多年來已為我國汽車行業輸入源源不斷的行業急需人才及高端技術人才。然而，隨著我國汽車產業“新四化”進程步伐日益加快，現有課程體系難以滿足汽車行業自主創新對于新工科應用型人才的激增需求[3]，已有新能源汽車有關課程應當主動變革現有人才培養模式，重構現有課程知識體系，充分保障向當下汽車行業輸入人才的質量。基于以上背景，筆者積極參與推進吉林大學車輛工程專業教學體系改革，探索在高校“新工科”“汽車電動化”“智能化”“軟件定義汽車”時代背景下，構建“汽車電動化教研平臺”體系，致力服務吉林大學汽車工程學院實現節能與新能源汽車行業急需人才和高端創新人才的精準培養，為“汽車電動化”發展做出更大社會貢獻。

本文以吉林大學《新能源汽車設計與控制》課程為例對汽車專業課程知識體系及人才培養模式的變革方式和實踐效果進行討論，可為高水平大學面向汽車“新四化”人才培養的專業課程建設提供新的思路。

2 課程教學現狀

2.1 課程簡述

節能與新能源技術是汽車行業的研究熱點，《新能源汽車設計與控制》課程以新能源汽車系統構型、節能機理、系統關鍵部件控制、整車參數匹配與設計、控制策略和實驗方法等基礎理論及關鍵技術教學為基礎，拓展以實際新能源汽車項目工程解決方案以及新能源汽車發展前沿技術，由淺入深地、系統地為研究生講解新能源汽車設計與控制關鍵技術，旨在使車輛工程專業研究生能夠掌握新能源汽車動力系統關鍵技術發展方向、設計與控制理論知識、實驗測試流程，以適應汽車產業“電動化”和節能、環保的發展需求。

2.2 教學現狀及存在問題

面向汽車“新四化”人才培養目標，筆者及教學團隊長期對《新能源汽車設計與控制》專業課程知識體系及人才培養模式進行探索變革，已對課程體系、實踐教學、教學手段及考核方式等實施系列化改革與建設。針對新能源汽車專業課程學科交叉性強、實踐平臺欠缺、教學手段單一、考核方式片面等實際教學問題，筆者結合多年教學實踐和經驗已提出系列化改革方案[4]，并在研究生課程講授與人才培養過程中進行了實踐。

基于已有新能源汽車課程教學改革與探索實際經驗，近兩年筆者在面向“新四化”人才培養目標對《新能源汽車設計與控制》課程進行進一步建設和探索的過程中，發現現有新能源汽車有關課程體系與人才培養方式仍舊存在如下問題：

2.2.1 教材選用困難，既有書籍陳舊

涉及新能源汽車的外文專業教材在行業技術路線和技術發展水平上與我國當前行業現狀多有不符，同時行業技術水平發展迅速而外文專業教材內容更新難度大，且價格昂貴；國內各高校大多采取自編講義教學為主、專業書籍參考為輔的授課方式，相關技術和產品在各國政策和市場需求的推動下發展迅速，課程內容推陳出新，專業書籍無法及時更新專業知識內容；此外，多學科交叉特性導致單一的現有專業書籍無法精準涵蓋課程要求的教學內容，特別地伴隨汽車產品功能不斷增多，汽車功能也逐漸朝著集成化、域控制、中央控制方向發展，這就不得不要求新能源汽車專業教材編者具有更廣的學科知識和專業涉獵，以上均為高校新能源汽車設計與控制相關課程專業教材的選用帶來不小難度。教學團隊以多年教學實踐為基礎，結合在新能源汽車設計和控制領域長期研究成果，于2017年首次出版專業書籍《新能源汽車關鍵技術》[5]，并作為吉林大學車輛工程專業碩士研究生《新能源汽車設計與控制》課程教材使用，在一定程度上解決了教材選用困難問題。然而，隨著新能源汽車相關技術的迅速發展，原教材部分內容相較于當前行業技術水平仍然存在滯后，個別專有定義因國家政策及行業風向變化而有所調整，同時伴隨筆者及教學團隊近年來科學研究和實際工程經驗積累，新能源汽車關鍵技術的廣度和深度應有較大拓展。

2.2.2 學生缺乏學習興趣，課程教學質量有待提升

新能源汽車方向相關課程是一類專業性強且涉及學科種類繁多的課程，知識體系結構較傳統車輛工程課程更為復雜，因此其專業知識講授過程難免枯燥乏味，加之現今專業必修課程仍多為大班式教學，多數課時沿用傳統的面授式教學方式，課堂普遍存在學生注意力不夠集中、缺乏專注度，專業知識接收不過腦，重點、難點理解效率低下等問題，此外，現有研究生專業課程教育教學方式還存在學生課堂、課后難以與授課教師獲取或保持有效溝通和交流，專業課程知識缺少當堂答疑、課后補缺等現象，因此優化新能源汽車相關課程教學手段及方法，提升學生課堂興趣，是提升課程教學、教育質量的關鍵。

2.2.3 課程實踐平臺欠缺，實踐環節內容較單一

相較于傳統車輛工程專業學生培養體系，新能源汽車方向相關課程理論涉及更多學科專業知識，傳統車輛工程專業出身的研究生對于新的學科理論知識接受較為緩慢，過去以課堂講授為主、以課堂演示及課后討論為輔的混合教學模式在滿足新工科應用型人才培養需求上顯得力不從心，而當前課程提供的新能源汽車設計與控制實踐環節內容仍較單一，且受實踐設備數量限制，無法滿足課程所有同學均能獨立且完整地進行課程操作和實踐，因此向新能源汽車專業課程研究生提供更加豐富、更加完備的課程實踐平臺具有重要意義。

3 課程建設內容

3.1 頂層優化設計課程授課體系

面對《新能源汽車設計與控制》課程多學科交叉特性及復雜知識結構，筆者及教學團隊持續優化學科授課體系。首先，有機結合思想政治教育于專業知識講授，引導學生正確樹立科學精神；其次，在實際教學中采用“擬定+反饋”的方式實現課程知識、能力構成以及授課講述、自修內容比例的動態調整；最后，通過頂層設計對教學團隊人才梯隊進行建設，實現多學科背景、多工程屬性教師聯合授課教學方式。

3.1.1 專業知識、思想道德有機結合

為堅持用新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人，貫徹黨的教育方針落實立德樹人根本任務[6]，認真踐行“思想引領、知識傳授、綜合素質塑造”的育人理念，《新能源汽車設計與控制》專業課程授課教師首當其沖地應努力加強自身道德修養和業務能力，并將著力培養社會主義的合格建設者和可靠接班人作為課程教育與教學的前提，積極響應黨中央關于教師參與思政工作的號召，堅持立德樹人，寓思想政治教育及核心價值觀于專業知識傳授之中，通過知識和技能的傳授，啟發學生自覺認同，在課堂講授中以言傳身教的形式培養研究生為中國民族汽車工業努力奮斗的家國情懷，引導高素質人才將報國之志化為奮斗之行。

3.1.2 課程知識體系動態調整

研究生教學注重培養學生的創新能力及解決問題的能力，《新能源汽車設計與控制》課程內容以能力構成為主、知識構成為輔，知識構成以新能源汽車基礎技術及前沿知識為主，主要通過課堂傳授的形式進行教學，能力構成則側重培養學生運用新能源汽車相關技術知識解決工程實際問題的能力，主要通過課程仿真測試演示和實踐教學等環節進行培養，其中知識構成與能力構成的比例根據課程實際教學效果反饋最終擬定為4：6。此外，為加強學生學習的主觀能動性，應適當降低授課教師講述內容的比例，增加學生自修內容比例，自修內容通過文獻查閱、互動討論、專題匯報等方式鞏固和強化學習效果，培養學生自我學習能力和創新意識。本課程講述部分以精講新能源汽車設計與控制、實際新能源汽車項目工程解決方案及發展前沿技術為主，自修部分則由授課教師擬定開放性專題，由學生獨立完成專題匯報，其中講述內容與自修內容比例根據課程實際教學效果反饋最終擬定為5：5。

3.1.3 團隊人才梯隊頂層設計

面對《新能源汽車設計與控制》課程多學科交叉特性，教學團隊通過頂層設計積極加強人才梯隊建設，合理設計年齡梯度，并持續開展“鼎新學者”及“唐敖慶教授”計劃，在實現多學科背景、多工程屬性教師聯合授課教學方式的同時，吸納更多優秀教學人才，為教學團隊注入源源不斷青春活力。例如，教學團隊通過對專業課程建設持續調研，特新增年輕骨干教師王鵬宇教授，以加強課程對于新能源汽車拓展關鍵技術內容教學，同時負責對應課程內容的開發與授課，以充分保障《新能源汽車設計與控制》課程專業性及授課質量。不僅如此，專業課程負責教師及骨干教師長期開展校企合作，均具有豐富的科研實踐經歷、經驗，為打造集理論教學、工程應用于一體的專業課程教學新模式奠定了堅實基礎，形成鮮明特色。與此同時，《新能源汽車設計與控制》課程教學團隊與清華大學院士團隊聯合培養博士后，多名優秀教師先后申請“唐敖慶教授”“鼎新學者”等人才計劃；教學團隊與美國、澳大利亞等從事節能與新能源汽車研究的國際知名教授團隊長期保持學術交流與合作，與海外學者形成了穩定的教學、科研合作關系，可助力團隊培養出具有國際視野的復合型、交叉型青年教師人才。除此之外，專業課程實行課程負責人制度，在日常教學中強化教學環節的質量管理與控制，形成了一套完善的教學管理體制。

3.2 一體化建設精品教材與特色課程

針對吉林大學車輛工程碩士研究生《新能源汽車設計與控制》課程教材選用困難，既有專業書籍知識陳舊等問題，教學團隊結合多年教學實踐基礎，率先實現教材自編，同時為保障課程選用教材的強針對性，團隊以國際形勢與國家政策及前沿科學為導向，修訂教學大綱，并對《新能源汽車設計與控制》課程教材《新能源汽車關鍵技術》實施再版修訂工程，同步打造高水平精品教材與低碳優勢課程一體化建設，實現特色課程與精品教材良性互促協同建設能力。

2023年筆者作為教學團隊負責人出版專業書籍《新能源汽車關鍵技術（第二版）》[7]，同年該專著作為車輛工程碩士研究生《新能源汽車設計與控制》課程教材使用，配套實時更新的自編講義，并制作與之相匹配的PPT課件和電子教案，便于學生能夠在深入理解新能源汽車基礎概念與原理的同時，可以快速、準確、系統地掌握新能源汽車領域的主流趨勢和最新技術。第二版教材在內容敘述上由淺入深，既介紹新能源汽車領域的基本理論和基礎知識，又針對該領域內的關鍵技術作較為深入的探討，同時拓展新能源汽車領域的主流趨勢及最前沿科學技術，包括系列國家政策、企業規劃、市場規模及行業和產品動態等，內容更加豐富、全面，記敘更加詳實、實用。為進一步打造《新能源汽車設計與控制》精品教材，在對教材的改編過程充分結合了課程特色：第二版教材延續上一版注重基礎、詳細講解特點，進一步明確了新能源汽車的屬性和定義，力求在繼承上一版強基礎性和科普性的同時，能夠讓讀者系統且辯證地認識新能源汽車技術及其發展水平；新增新能源汽車熱管理技術關鍵章節，對新能源汽車熱管理系統設計與建模方法、熱管理系統控制策略等方面進行了介紹，其中重點介紹了計及熱特性的整車能量管理控制方法；新增燃料電池汽車參數匹配與能量管理技術關鍵章節，詳細介紹了全功率燃料電池汽車的參數匹配、能耗分析及優化、能量管理策略三方面關鍵技術；此外，第二版教材進一步將新能源汽車設計與控制一線科研工程實際融入理論知識介紹，大量采用筆者及教學團隊日常教學和科研成果中的實例，并針對典型案例進行深入分析和詳細闡述，對新能源汽車關鍵技術的實際工程應用進行了充分解讀，研究生即使通過課后自學也能快速掌握新能源汽車有關關鍵技術，也滿足部分研究生對課堂講授內容在課后進行查漏補缺的實際需求，具有更加廣泛的適應性和受眾群體。充分融合低碳優勢課程特色的高水平精品教材適時再版，在一定程度上加快了吉林大學汽車工程學院乃至整個汽車行業兼具新能源汽車理論、實踐與創新能力的專業型高端技術人才的培養進程。

3.3 打造“線下課堂+線上視頻+開發實現”教學共同體

根據吉林大學車輛工程碩士研究生《新能源汽車設計與控制》課程教學內容特點，現采用教學方法包括：（1）傳統面授式教學；（2）案例式教學；（3）理論與實踐相結合教學[8]。然而，隨著我國教育步入“后疫情時代”，疫情期間寶貴的網絡教學經歷，成為高校在校園教學中探索更豐富教學模式的有益基礎。線上、線下混合模式是解決高校專業課程教學內容多而學時少、教師講得多學生參與少等問題的有力舉措，也是高等教育課程教學現代化發展的大趨勢[9]。作為一門行業蓬勃發展及大規模產業化的學科專業課程，理應提倡寓教于“研”，踐行理論與實踐相結合的教學模式，構建“教學-實踐”教學平臺，實施教學應用示范。為此，筆者提出打造新能源汽車專業課程“線下課堂+線上視頻+開發實現”教學共同體，落實立德樹人根本任務，達成面向“新四化”人才培養的教育目標。

3.3.1 “線下課堂+線上視頻”共同體

打造新能源汽車專業課程“線下課堂+線上視頻”共同體將兩者有機融合，首先教學團隊提前錄制覆蓋課程大綱規定的課程內容教學視頻，并上傳電子教案，隨后，研究生可充分利用“線上”的前導性學習，為課堂教學鋪設共鳴的認知與理論基礎，形成前導式“共同體”；在“線下”教學中推進參與式學習，注重專業知識應用場景創設、緊扣學生認知沖突，引導學生深入探究科學問題，進而可吸引學生全程、全方位參與專業課程教學，形成參與式“共同體”；此外，還應大力倡導反思性學習，線下課堂每章授課內容教學結束，一方面學生可根據個人情況選擇線上視頻查漏補缺，另一方面授課教師也可引入課堂反饋機制，通過課堂評價及意見收集方式獲取學生對于課堂的直觀反饋，進而打破師生天然交流壁壘，提升學生與老師交流頻次和時長，在學生與授課教師獨立、交互反思機制下實現“線下-線上-線下”有機融合，形成反思式“共同體”。

3.3.2 “融合教學+開發實現”共同體

為積極響應黨中央關于“深化實踐育人是全面深化高等教育綜合改革的重要任務”的方針，筆者提出打造新能源汽車專業課程“融合教學+開發實現”共同體，面向專業課程教學及研究生教育全過程，筆者致力倡導“融研于教”“融學于踐”，一方面諄諄教誨引導研究生樹立解決科研及工程問題的信心，同時鼓勵研究生參與各類創新、創業項目及學科競賽，另一方面言傳身教有意識地培養研究生實事求是的科學態度和嚴謹踏實科研能力，并在教學過程中積極組織學生開展研討互動，關注創新素質、思維能力，付諸研討、動手實踐。專業課程“融合教學+開發實現”共同體主要依托教學團隊已有的獨立完善的新能源汽車聯合仿真控制實驗平臺，以及創新組建的校級新能源汽車電控創新創業實踐示范基地，以新能源汽車“V”流程開發技術實踐為牽引，實現研究生實踐項目類型個性化定制，包括基于DSPACE Midsize Simulator模擬器及快速控制原型設備華海U2、S1等，應用與實踐新能源汽車數字仿真教學平臺及硬件在環（Hardware In the Loop， HIL）教學平臺，完成對于新能源汽車VCU控制策略半實物仿真的實現，及依托現有直/交流電機臺架對直/交流電機進行控制，及依托車用動力電池對電池性能進行測試和試驗等。此外，基于與鄭州宇通集團有限公司、中國第一汽車集團有限公司、中國汽車技術研究中心（天津）、華為技術有限公司、東風汽車集團有限公司等行業十余家骨干企業長期、良好的合作關系，同時結合吉林省汽車產業先發優勢，課程教學團隊積極倡導并推行“產-學-研”合作理念及方案，引導研究生秉持“問題來源于實踐，在實踐中解決問題”的科學研究宗旨，促成課程研究生與行業骨干企業面對面交流，并為研究生搭建實際新能源汽車及零部件研發、生產過程實地參觀教學和實際參與實踐合作平臺，以“理論聯系實際”方式鞏固專業課程教學知識，激發學生從實踐中主動思考其底層數學邏輯及其蘊含科學問題。

4 實踐推廣

本文以吉林大學《新能源汽車設計與控制》專業課程教學存在的問題為基礎，面向汽車“新四化”人才培養目標，對高水平大學專業課程授課體系、教材選用、教學手段等進行了改革建設。經近年教學團隊持續改革實踐，總結建設成效如下。

4.1 課程教學目標明確，教學效果優異

教學團隊結合課程特點與教學風格，對于教學共同體進行創新性打造，有效提高了學生課堂積極性和專注度，增加了學生主動與授課教師交流的頻次及人數；《新能源汽車設計與控制》課程作為研究生自選專業必修課程，選報課程人數連年增長，學生課堂缺勤率連續降低；學生對于實踐課程興趣尤為濃厚，學生整體動手及實踐能力顯著提升；該門課程的學生平均成績較以往學年有顯著提升，課程達標度均為優良，且2022—2023年度該門課程受學生網上評教反饋非常滿意度超過98%，領先學院眾多專業課程評價結果；筆者自對《新能源汽車設計與控制》專業課程進行改革和建設開始，持續取得顯著教學成效，受學院和學校多次表彰為“三育人”工作先進個人及教學工作先進個人，并榮獲吉林大學“課堂教學質量優秀獎”。

4.2 精品教材屢獲殊榮，社會效益及影響力顯著

《新能源汽車關鍵技術》教材的使用實現了課程從講義教學全面轉換為教材教學，學生自主學習及主動學習的積極性得到提高，課程知識體系也更加系統、完備，有利于學生更好地理解新能源汽車復雜的系統構型、設計與控制方法、仿真和測試技術。多年來，該教材已在全國范圍內廣泛使用，第一版教材自2017年1月出版，便作為吉林大學車輛工程本科生專業選修課程《電動汽車概論》教材，及車輛工程碩士研究生專業必修課程《新能源汽車設計與控制》教材，截至2023年6月，該教材已為《電動汽車概論》課程359位學生共服務180學時，為《新能源汽車設計與控制》課程357位學生共服務390學時；該教材已連續印刷7次，累計發行12800冊，累計銷售超過10000冊，被哈爾濱工業大學、北京化工大學、新疆大學等國家重點大學，武漢工程大學、重慶理工大學等全國20余所高職院校作為專業課程教材采購共1029冊，被全國圖書館采購總數達1526冊，已服務汽車行業成百上千新能源領域急需人才的培養過程，助力具備鮮明學科特色的低碳優勢汽車專業課程建設，為培養兼具新能源汽車理論、實踐與創新能力的專業型高端技術人才提供了系統的理論支撐，在汽車行業中取得了較為顯著的社會效益及社會影響力。該教材于2018年榮獲“中國石油和化學工業優秀出版物獎·圖書獎一等獎”，同時筆者作為該教材主編于2023年榮獲“化學工業出版社70周年優秀作者”稱號。

5 結語

本文以吉林大學《新能源汽車設計與控制》研究生專業必修課程為例，探討了面向汽車“新四化”人才培養目標，高水平大學現有新能源汽車有關專業課程教學、教育現狀及所存在問題，融合吉林大學新能源汽車專業課程低碳優勢學科特色，及教學團隊多年教學實踐和經驗，提出針對課程授課體系、教材選用和教學手段的創新性建設方案，以期為高水平大學在車輛工程學科建設方面做強、做優低碳學科體系，加強節能與新能源學科人才培養力度，更加精準地培養新能源領域急需人才和高端創新人才提供新思路。

基金項目：國家自然科學基金面上項目“多系統耦合混合動力商用車節能與動態品質均衡控制”（52272394）；吉林大學2022年研究生精品課程建設項目“新能源汽車設計與控制”（2022年立項）。

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