智能仿真技術在高職新能源汽車故障診斷教學中的應用探究

摘 要：智能仿真技術在高等職業(yè)教育領域中發(fā)揮著重要作用。高職院校可以借助智能仿真技術打破物理空間和時間的限制、模擬復雜多變的故障場景等方面的優(yōu)勢，將其引入新能源汽車故障診斷教學中，以提高教學質量。具體應用路徑：模擬真實故障場景，落實故障診斷實踐教學；發(fā)揮智能工具優(yōu)勢，輔助課程設計和教學資源建設；設計個性化的故障診斷任務挑戰(zhàn)，實施個性化教學。

關鍵詞：智能仿真技術；虛擬仿真教學；新能源汽車；故障診斷

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）06-0147-04

隨著全球對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展重視程度的不斷提高，新能源汽車作為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新方向，正以前所未有的速度改變著傳統(tǒng)汽車行業(yè)格局。然而，新能源汽車技術的快速發(fā)展對新能源汽車故障診斷與維修技能提出了新要求，使培養(yǎng)具備高素質、高技能的新能源汽車檢測與維修專業(yè)人才成為更加迫切的社會需求。在高等職業(yè)教育領域，如何有效提升學生的實踐能力，使其能夠快速適應行業(yè)變化，成為行業(yè)專業(yè)人才，是當前需要重點關注的課題。智能仿真技術以其獨特的沉浸性、交互性和安全性，為新能源汽車故障診斷教學提供了新的思路和方法。利用智能仿真技術創(chuàng)設虛擬的故障診斷環(huán)境，讓學生在無風險、可重復的場景中進行實踐操作，不僅能有效緩解教學資源緊張的問題，而且改變了傳統(tǒng)灌輸式教學方式，極大地激發(fā)學生的學習興趣和主動性，切實提升學生解決實際問題的能力。本文探究智能仿真技術在高職新能源汽車檢測與維修專業(yè)故障診斷教學中的具體應用方法，以期為新能源汽車技術人才培養(yǎng)提供參考。

一、智能仿真技術在高職新能源汽車故障診斷教學中的應用優(yōu)勢

智能仿真技術是20世紀發(fā)展起來的一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機技術。其以信息化為基礎，通過對物體進行建模，融合圖像處理技術、傳感技術、交互技術等，利用計算機生成一種具有實時動態(tài)的三維立體逼真圖像，能夠給用戶帶來視覺、聽覺、觸覺等感知，將人的行為轉變?yōu)橄嚓P數(shù)據(jù)，對用戶的輸入做出實時響應，被廣泛應用于機械制造、教育等領域［1］。智能仿真技術應用的核心在于利用智能算法和模型對真實世界進行精確復制或預測，使用戶能夠在無風險的虛擬環(huán)境中進行探索、學習、測試和驗證。智能仿真技術以其高度的沉浸性、實時性和交互性，為用戶提供了前所未有的體驗，使得許多在傳統(tǒng)條件下難以實現(xiàn)的或成本高昂的教學、訓練和研究活動得以有效開展。

高職院校是培養(yǎng)高素質技能型人才的重要陣地，其教學質量直接關系到人才培養(yǎng)的質量。但是，目前大多高職院校的新能源汽車技術教育，因受制于實訓條件，存在人才培養(yǎng)目標多變，專業(yè)重復開設，教學方式老套，與汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化特征不匹配等問題［2］。智能仿真技術的引入，為高職院校的新能源汽車技術教育帶來了革命性的變革機遇，具有突出的應用優(yōu)勢。

首先，智能仿真技術能夠打破物理空間和時間的限制，構建虛擬實驗室，營造沉浸式實訓教學環(huán)境，使學生可以在無風險、可重復的條件下進行實踐操作，從而提升其動手能力和解決問題的能力，這樣的優(yōu)勢對需要投入大量設備和耗材的新能源汽車故障診斷實踐教學尤為明顯。其次，智能仿真技術能夠模擬復雜多變的故障場景，還能夠生動形象地展示新能源汽車復雜的內部結構，以及新能源汽車技術的抽象原理、控制策略等，為學生提供豐富的學習資料和實操機會。通過在虛擬的環(huán)境中不斷試錯和反思，學生可以更直觀地理解故障產(chǎn)生的機理，從而緩解畏難情緒，樂于探索新能源汽車的故障診斷和維修方案，進而提升專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。再次，利用智能仿真技術進行新能源汽車故障診斷教學，能夠有效規(guī)避實踐的安全風險。新能源汽車技術課程與傳統(tǒng)燃油汽車技術課程相比，其顯著區(qū)別在于新能源汽車技術存在高電壓的安全問題，容易造成一定程度的教學安全風險。目前，高職院校為降低新能源汽車故障診斷的操作風險，更多選擇一對一輔導方式，這樣的教學安全性提高但效率較低。而智能仿真技術能夠讓學生在虛擬環(huán)境中實訓，避免了因操作失誤而導致的安全問題。同時，在虛擬環(huán)境中遇到的安全問題也可以作為警醒，啟發(fā)學生增強安全意識，提高風險應對能力。最后，智能仿真技術能夠增強教學的趣味性和互動性，激發(fā)學生的學習興趣和主動性。

可見，在智能仿真技術的加持下，運用虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術手段，可以使學生與虛擬環(huán)境進行實時交互，獲得更加直觀和深刻的學習體驗。

二、智能仿真技術在高職新能源汽車故障診斷教學中的具體應用

（一）模擬真實故障場景，落實故障診斷實踐教學

在高職新能源汽車故障診斷教學中引入智能仿真技術，旨在利用智能技術的智能性優(yōu)勢、真實性和可定制性，構建高度仿真的虛擬學習環(huán)境，使學生在虛擬環(huán)境中深入探索新能源汽車的復雜系統(tǒng)，以及學習在面對各種可能出現(xiàn)的故障情況時如何做出正確判斷，這對學生的專業(yè)技能提升和實戰(zhàn)經(jīng)驗積累起到了至關重要的作用。例如，進行新能源汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷教學時，教師利用智能仿真軟件展示一輛新能源汽車的電池管理系統(tǒng)模型，并設置電池電量顯示不準確這一常見故障場景，指導學生通過軟件界面觀察車輛的各項參數(shù)，包括電池電壓、電流、溫度等。當發(fā)現(xiàn)電量顯示與實際情況不符時，要求學生運用所學知識進行故障診斷，并在軟件中模擬使用專業(yè)的診斷工具，讀取故障碼。通過分析故障碼，學生初步判斷可能是電池傳感器出現(xiàn)問題。接著，讓學生檢查電池傳感器的連接情況和工作狀態(tài)，練習拆卸和檢查傳感器，觀察傳感器信號輸出是否正常。確定是傳感器故障后，讓學生在虛擬系統(tǒng)中進行維修操作，更換故障傳感器，并再次檢查電池管理系統(tǒng)的運行情況，確認電量顯示恢復正常。

由上述課例可知，智能仿真軟件構建的故障場景具有多樣性和真實性，提升了學生實踐操作的體驗感。首先，模擬場景不僅能夠覆蓋新能源汽車各個關鍵系統(tǒng)的常見故障，如電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等，還能模擬任何實際維修中可能遇到的復雜情況和罕見問題。學生通過佩戴VR（虛擬現(xiàn)實）頭盔進入高度仿真的新能源汽車內部環(huán)境，如同置身于真實的維修車間，直觀地感受故障現(xiàn)象及維修操作，從而更好地理解故障產(chǎn)生的機理和后果。其次，學生在虛擬環(huán)境中使用的診斷工具和設備具有真實性。這些虛擬工具不僅外觀和使用方法與真實工具一致，而且能夠模擬真實的數(shù)據(jù)反饋和響應。例如，當學生使用虛擬的解碼器讀取故障碼時，屏幕上會顯示與真實車輛相同的故障碼信息；使用萬用表測量電路時，能夠獲得與實際情況相符的電壓、電流等參數(shù)。這種高度的仿真性使得學生在虛擬環(huán)境中的操作更加接近真實，從而提高應對復雜情況的實踐能力。再次，學生在虛擬場景中也需要依照真實的故障診斷流程進行操作，包括初步判斷故障現(xiàn)象、讀取故障碼、分析數(shù)據(jù)、排查電路、定位故障點以及制訂維修方案等一系列步驟，每一步都需要學生綜合運用所學知識和技能進行思考和判斷。通過在虛擬場景中反復練習和模擬操作，學生不僅能夠熟練掌握故障診斷的流程和方法，而且可以積累豐富的經(jīng)驗和教訓，提高解決問題的能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維。最后，虛擬故障模擬與診斷實踐高度的可定制性優(yōu)勢表現(xiàn)在，教師根據(jù)學生的實際情況和教學需求靈活設置不同難度和類型的故障場景，以滿足不同教學階段的要求及不同層次學生的學習需求。同時，智能仿真技術軟件還可以根據(jù)學生的操作過程和結果進行實時反饋和評估。如在上述課例中，教師可以在整個模擬實踐過程中實時監(jiān)督，幫助學生及時發(fā)現(xiàn)問題和糾正錯誤，并在完成操作后匯總展示實踐成果，組織學生進行回顧總結。這種個性化的教學方式既提高了教學效率，也促進了師生之間的交流和互動。

（二）發(fā)揮智能工具優(yōu)勢，輔助課程設計和教學資源建設

應用于教學的智能仿真軟件融合了先進的計算技術和智能算法，是一款智慧教學輔助工具，能夠為新能源汽車故障診斷課程設計和教學資源建設提供強大的支持，為學生提供豐富多樣、個性化的學習資源和學習環(huán)境。

首先，在輔助課程設計方面，教師利用智能仿真軟件的數(shù)據(jù)分析功能，精準分析學生的學習需求，發(fā)現(xiàn)學生的知識盲點，從而有針對性地設計課程內容。此外，教師利用智能仿真軟件模擬不同類型新能源汽車的系統(tǒng)結構和工作原理，或演示典型的故障案例，突出教學重點及難點，使課程設計更加貼近實際，且靈活多樣。例如，進行電池管理系統(tǒng)故障檢測維修教學，通過智能仿真軟件模擬展示電池容量衰減的診斷、電池均衡問題，并以此作為教學重點。又如，在實施驅動電機系統(tǒng)教學時，可以在設計中突出電機控制器故障診斷、電機過熱診斷等教學難點。

其次，在輔助教學資源建設方面，教師通過智能仿真系統(tǒng)的推薦功能，收集、整理各種新能源汽車故障診斷案例，充實教學案例資源庫。教學案例資源庫的建設，便于教師根據(jù)課程內容和學生需求，選擇合適的素材、內容輔助教學。智能仿真系統(tǒng)支持教學資源開發(fā)，如支持在線測驗、互動問答、三維模型等資源開發(fā)，這些學習資源通常是通過動畫演示、交互式課件等多媒體教學資源來演示其工作原理和故障現(xiàn)象，使教學過程直觀、生動，從而調動學生的學習積極性。例如，利用仿真軟件制作展示電機驅動系統(tǒng)工作原理的動畫短片，通過動態(tài)展示電流、磁場、轉矩等參數(shù)的變化，幫助學生更好地理解抽象概念；或者制作一個電池管理系統(tǒng)（BMS）的三維模型，通過動畫直觀展示電池組充放電過程中的電流、電壓變化，以及展示BMS如何監(jiān)測和控制這些參數(shù)。這種教學方式有助于學生更好地理解抽象的概念和復雜的系統(tǒng)。此外，智能教學系統(tǒng)可以根據(jù)學生的學習行為和成績數(shù)據(jù)，推薦更多個性化的學習資源，幫助學生更好地掌握知識點和提高學習效果。

（三）設計個性化的故障診斷任務挑戰(zhàn)，實施個性化教學

為充分激發(fā)學生的學習潛能并促進其技能水平均衡發(fā)展，教師應當利用智能仿真技術精心設計多層次的個性化故障診斷挑戰(zhàn)任務，確保每名學生都能在適合自己的學習節(jié)奏中獲得成長。具體而言，對初涉新能源汽車故障診斷領域的學生，教師可以設計基礎性的任務挑戰(zhàn)。以“高壓直流快充系統(tǒng)通信故障排查”這一內容的實踐教學為例，對專業(yè)基礎比較薄弱的學生，教師應當設置一系列相對簡單的故障診斷問題，如模擬單一通信線路的中斷等故障。這些故障現(xiàn)象明顯，排查路徑清晰，操作難度較低，適合這一水平的學生進行學習。在學習過程中，學生可以利用模擬軟件中的故障診斷工具，如數(shù)據(jù)監(jiān)視器、通信協(xié)議分析儀等，觀察并記錄故障現(xiàn)象，通過對比分析正常與故障狀態(tài)下的數(shù)據(jù)差異，逐步掌握診斷識別問題的技巧和方法。這一層次的任務旨在幫助學生建立自信心，掌握基本的故障診斷思路和工具使用方法。

對專業(yè)基礎扎實、學習能力較強的學生，教師應當設計更為復雜、綜合性的挑戰(zhàn)任務。如將故障現(xiàn)象設置為多個潛在因素交織導致的通信中斷，包括但不限于通信模塊故障、線路接觸不良、電磁干擾以及軟件漏洞等。此任務不僅涉及高壓電路的復雜性和安全性問題，還融入了通信協(xié)議的解析和故障定位等高階技能。教師通過智能仿真技術模擬快充過程中出現(xiàn)的通信中斷故障，要求學生不僅能夠準確識別故障現(xiàn)象，而且可以深入分析通信協(xié)議數(shù)據(jù)、排查通信線路和接口問題，甚至能夠編寫簡單的診斷腳本來輔助故障定位。學生首先需要全面分析系統(tǒng)架構，厘清各模塊之間的通信關系，然后利用仿真軟件中的高級功能，如信號注入、協(xié)議解析等，深入探究故障根源。這一過程中，學生必須靈活運用所學知識（如電路分析、通信協(xié)議原理、故障診斷邏輯等），同時要具備良好的問題解決能力和創(chuàng)新思維。此外，教師還可以根據(jù)教學目的的不同，設置一定的障礙，如時間限制、資源限制、信息缺失等，以檢驗學生的應變能力和故障診斷能力。

個性化教學是根據(jù)學生的特點和需求進行設計與實施，能夠讓學生在學習中感受到樂趣與成就感，同時能夠較好地培養(yǎng)學生問題解決能力和創(chuàng)新思維，滿足不同專業(yè)基礎、不同技術水平學生的學習需求。

三、智能仿真技術在新能源汽車故障診斷教學應用中的注意事項

（一）充分發(fā)揮“虛實一體”教學功能

高職新能源汽車檢測與維修專業(yè)的教學模式應當深度融合虛擬與現(xiàn)實兩個維度，以最大化地提升學生的實踐能力。智能仿真技術作為虛擬教學的重要載體，不應僅將其視為一個模擬工具，而是把它看作貫穿整個教學過程的重要組成部分。如在實踐教學環(huán)節(jié)，利用智能仿真技術構建虛擬實驗室，引導學生在虛擬環(huán)境中積累故障排查和維修實踐的經(jīng)驗，然后遷移到真實的實驗室或實訓基地工作場景中，實現(xiàn)學以致用，提高學生解決實際問題的能力。此外，智能仿真技術還可以支持遠程教學和自主學習。學生在家中或其他任何地方，通過網(wǎng)絡進入虛擬實驗室或智能教學平臺進行自主學習。這種靈活的學習方式將極大地延長學生的學習時間和拓寬學生的學習空間，使他們能夠根據(jù)自己的節(jié)奏和需求進行學習。

（二）不斷更新教學內容，進一步挖掘智能仿真技術優(yōu)勢

隨著新能源汽車技術的飛速發(fā)展，高職汽車檢測與維修專業(yè)的教學內容和方法也在不斷更新，智能仿真技術作為重要的教學技術，教師要進一步挖掘其優(yōu)勢。首先，應當定期更新智能仿真軟件的內置故障案例和維修教程，使教學與最新技術成果和行業(yè)標準同步。同時，內容的更新應當廣泛涵蓋新能源汽車的各個方面，如電池管理系統(tǒng)、電機驅動系統(tǒng)、車載網(wǎng)絡系統(tǒng)等，確保學生獲得全面的實訓資源。其次，應當不斷開發(fā)新功能，提升用戶體驗。例如，通過引入VR和AR（增強現(xiàn)實）技術，為學生提供沉浸式和交互式的學習體驗。學生佩戴VR頭盔進入虛擬車間，對虛擬車輛進行故障診斷操作；或者通過AR技術將虛擬信息疊加到真實物體上，采用手勢、語音、體感等對虛擬元素進行互動，在沉浸式、高保真的混合現(xiàn)實世界中觀摩新能源汽車的結構［3］，實現(xiàn)虛實結合的學習效果。最后，應當將智能教學系統(tǒng)與在線教育平臺、學習管理系統(tǒng)等進行深度整合，打造新的教學生態(tài)，幫助學生便捷地進行故障診斷學習，以及獲取在線測試、自我評估和實時反饋等一系列學習資源，最后通過真實項目的實踐鞏固所學知識和技能。

智能仿真技術在高職新能源汽車故障診斷教學中的應用，不僅極大地提升了教學的直觀性、互動性和實效性，而且有效緩解了實訓資源緊張的問題，為學生提供了更為豐富的實踐機會和更為安全的操作環(huán)境。隨著技術的不斷進步與普及，智能仿真技術將成為新能源汽車專業(yè)人才培養(yǎng)重要的技術支撐，使所培養(yǎng)的人才成為符合行業(yè)需求的具備扎實理論基礎與高超實踐技能的優(yōu)秀人才。

參考文獻

［1］商宇寧.新能源汽車技術專業(yè)理虛實一體化教學模式探索［J］.汽車測試報告，2023（20）：113-115.

［2］張甲瑞.數(shù)字化時代高職院校新能源汽車技術專業(yè)人才培養(yǎng)模式構建［J］.汽車實用技術，2024，49（11）：158-161.

［3］吳剛.基于混合現(xiàn)實技術的高職新能源汽車技術專業(yè)人才培養(yǎng)模式［J］.時代汽車，2022（9）：61-63.

注：本文系2023年崇左市技能大師工作室汽車維修技能大師工作室建設項目成果。

（責編 黃健清）