陳德升　陽林　邱燦文　梁紹臻

摘 要：走進新時代，如何加快新工科建設(shè)、大批量培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的新工科學(xué)生，成為重要的教學(xué)改革研究課題。傳統(tǒng)的專業(yè)培養(yǎng)模式存在專業(yè)跨度范圍窄、培養(yǎng)模式單一等不足，難以適應(yīng)新時代快速發(fā)展的需要。針對上述不足，提出搭建“智能無人賽車”實驗區(qū)實踐教學(xué)平臺，設(shè)置相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計實踐能力提高班，開展基于智能無人賽車的新工科人才培養(yǎng)體系構(gòu)建的探索與實踐工作。通過前期實踐，取得了良好的人才培養(yǎng)效果。

關(guān)鍵詞：無人賽車;新工科;人才培養(yǎng)體系

1 引言

全球化創(chuàng)新經(jīng)濟時代的來臨，給當代工科教育帶來了挑戰(zhàn)，也迎來了機會。在這一波瀾壯闊的時代背景下，工程教育已成為國家競爭優(yōu)勢的重要來源，也是我國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、“雙創(chuàng)戰(zhàn)略”、“一帶一路”和高等教育機構(gòu)“雙一流”戰(zhàn)略的支撐點[1]。為推進“中國制造 2025”戰(zhàn)略，教育部等于 2016 年底頒布了《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》[2]。為了響應(yīng)國家戰(zhàn)略需求，我國工程教育也要跟隨國家發(fā)展需求發(fā)生全方位的變革，積極推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新，加快探索新工科人才培養(yǎng)的新模式，培養(yǎng)具有多學(xué)科寬闊視野的創(chuàng)新型新工科人才。

提出搭建“智能無人賽車”實驗區(qū)實踐教學(xué)平臺，設(shè)置相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計實踐能力提高班等改革舉措，可以在很大程度上提高車輛工程專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生的綜合實踐能力，完善高校專業(yè)教育機制。

2 傳統(tǒng)人才培養(yǎng)體系的不足

現(xiàn)如今，傳統(tǒng)的教育以及人才培養(yǎng)體系已經(jīng)難以適應(yīng)社會的發(fā)展。傳統(tǒng)教育模式學(xué)科過于分化，各學(xué)科之間專業(yè)壁壘現(xiàn)象較為嚴重，學(xué)生綜合能力不強，跟不上時代的發(fā)展腳步。

在傳統(tǒng)的專業(yè)人才教育模式中，主要以單一專業(yè)培養(yǎng)為主。[3]而傳統(tǒng)模式的課程體系較于保守，對于新興技術(shù)及新興領(lǐng)域所含甚少。學(xué)生就讀于某個專業(yè)，便只學(xué)習該專業(yè)的課程，對于其他學(xué)科的知識有種“事不關(guān)己高高掛起”的現(xiàn)象。各個學(xué)院、學(xué)科之間學(xué)術(shù)交流較少，共同參與項目不多，不符合“新工科”學(xué)科交叉的特點。

過度強調(diào)“術(shù)業(yè)有專攻”的教育方式，往往是導(dǎo)致“隔行如隔山”的原因。學(xué)生固然可以掌握好一門課程或技能，但卻因知識面不夠豐富而在處理綜合問題時碰壁。

3 大學(xué)生無人駕駛方程式大賽

隨著汽車技術(shù)逐漸朝著“電動化”、“智能化”、“網(wǎng)聯(lián)化”、“共享化”四化發(fā)展，無人駕駛智能汽車是當前汽車研究的前沿與熱點技術(shù)，發(fā)展前景廣闊。2017年11月2日，受國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會、工業(yè)和信息化部委托，中國汽車工程學(xué)會組織逾500位行業(yè)專家研究編制的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》正式對外發(fā)布。[4]發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》指出智能網(wǎng)聯(lián)汽車將成為我國未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主方向之一。

為加快培養(yǎng)相關(guān)人才，緊隨大學(xué)生方程式大賽的國際發(fā)展潮流，在借鑒與參考德國方程式大賽的相關(guān)經(jīng)驗之后，中國首屆無人駕駛方程式大賽于2017年11月12日湖北襄陽正式啟動。和以往的汽車類學(xué)科競賽有所不同，大學(xué)生無人駕駛方程式賽車所涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域相較于傳統(tǒng)汽車要廣的多、對學(xué)生而言技術(shù)難度也要大的多。從學(xué)科的角度來看，無人駕駛的技術(shù)特點主要是包括四大關(guān)鍵技術(shù)：

1.車輛運動控制技術(shù)：車輛平臺跟隨行為決策層輸出的目標軌跡與期望速度進行運動。車輛運動控制技術(shù)是現(xiàn)階段研究無人駕駛智能車的最關(guān)鍵的技術(shù)，是實現(xiàn)車輛穩(wěn)定可靠自主駕駛的基礎(chǔ)，并且未知路況下的高精度速度跟蹤和軌跡跟蹤一直是研究的重點和熱點[5]。

2.行為決策技術(shù)：依據(jù)當前時刻車輛的周圍環(huán)境，進行最優(yōu)決策，實現(xiàn)路徑規(guī)劃、速度加減、超越車輛、跟隨車輛、停車等功能。

3.道路識別與機器視覺技術(shù)：感知并理解周圍環(huán)境，包括對路面車道線、標識標線、靜態(tài)障礙物的檢測與跟蹤等。

4.定位與導(dǎo)航技術(shù)：用于確定無人駕駛汽車其自身的地理位置。目前常用的車輛導(dǎo)航技術(shù)包括有磁導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航等。

從上述無人駕駛關(guān)鍵技術(shù)分析可知，無人駕駛涉及到計算機、傳感器、人工智能、通訊、導(dǎo)航定位、智能控制、機器視覺等多門前沿學(xué)科，其學(xué)科綜合性及跨度相當大。

在實際的工程實踐中，各學(xué)科專業(yè)的聯(lián)系對工程實踐而言如木桶之各邊、缺一不可。依托無人駕駛的學(xué)科競賽是創(chuàng)新型新工科人才培養(yǎng)的一條特色道路，是有異于且優(yōu)于傳統(tǒng)人才培養(yǎng)的模式。

4 構(gòu)建面向新工科建設(shè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系

現(xiàn)代學(xué)科交叉綜合發(fā)展，需要跨學(xué)科專業(yè)的復(fù)合型人才?！靶鹿た啤笔且婚T以跨學(xué)科、多專業(yè)為基礎(chǔ)載體的新型、新生的工程學(xué)科。[6]工程學(xué)科是“新工科”的本質(zhì)，盡管無人駕駛已經(jīng)有若干年的歷史，依托無人賽車提出“新工科”，仍具有新型、新生的內(nèi)涵。在當今變革創(chuàng)新激烈的現(xiàn)代汽車行業(yè)，智能無人賽車無疑是現(xiàn)代汽車行業(yè)這頂王冠上那顆最璀璨的明珠。同時，在全球化創(chuàng)新經(jīng)濟盛行的今天，當代工科生迎來了機遇及挑戰(zhàn)，這就要求學(xué)生具備技術(shù)創(chuàng)新的思維和能力，能在工程技術(shù)學(xué)科及專業(yè)上有所建樹。

為此，作者依托我校目前正在蓬勃發(fā)展的FSAE賽車大學(xué)生創(chuàng)新實踐活動，搭建“智能無人賽車”實驗區(qū)實踐教學(xué)平臺，設(shè)置“智能無人賽車”學(xué)科相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計實踐能力提高班。針對智能無人賽車，對新工科人才培養(yǎng)的體系進行探析，培養(yǎng)具有多學(xué)科交融視野的新工科人才。具體的實踐舉措為：

（1）成立智能無人賽車研發(fā)中心：以智能無人賽車的研發(fā)為依托，集合多學(xué)科優(yōu)勢資源，面向全校老師以及研究生，通過面試淘汰法則，選拔優(yōu)秀人才擔任智能無人賽車研發(fā)中心的骨干力量。

（2）組建智能無人賽車團隊：以中國大學(xué)生無人方程式大賽為依托，面向全校學(xué)生招新成員，組建智能無人賽車團隊，共同參與無人賽車的研發(fā)制作過程。

（3）開設(shè)智能無人賽車創(chuàng)新設(shè)計實踐提高班：通過智能無人賽車的研發(fā)，將計算機、自動化、車輛工程等專業(yè)學(xué)科交叉融合緊貼實踐應(yīng)用，開設(shè)“智能無人賽車創(chuàng)新設(shè)計實踐能力提高班”，開展新工科人才培養(yǎng)模式的探索與實踐。

5 前期實踐效果

依托大學(xué)生無人駕駛方程式大賽，搭建“智能無人賽車”實驗區(qū)實踐教學(xué)平臺，設(shè)置“智能無人賽車”學(xué)科相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計實踐能力提高班，通過優(yōu)化方程式賽車隊伍結(jié)構(gòu)，提高我校FSAE車隊的競賽水平，研發(fā)出智能無人賽車的技術(shù)方案，開展基于智能無人賽車的新工科人才培養(yǎng)模式的探索與實踐，培養(yǎng)具有多學(xué)科寬闊視野的創(chuàng)新型新工科人才，以卓越的創(chuàng)新思維和能力，引領(lǐng)未來技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟社會的發(fā)展。

依托無人賽車競賽項目，初步構(gòu)建了以汽車專業(yè)為核心的新工科人才培養(yǎng)體系，經(jīng)過2017、2018兩個學(xué)年度的先期實踐，該項改革舉措在我校機械、自動化、材料、信息、管理、經(jīng)貿(mào)、藝術(shù)等多個學(xué)科和專業(yè)的教學(xué)改革取得了顯著效果[7]。在近2年來的實踐探索中，學(xué)生自主完成創(chuàng)新訓(xùn)練項目10余項，不僅培養(yǎng)了多名本科生、研究生雙創(chuàng)人才，而且在新技術(shù)研發(fā)方面，也取得很好的成果。同時，我校車隊已進行了無人駕駛賽車的先期技術(shù)探索與積累工作，目前正籌備研發(fā)我校首輛無人駕駛賽車，并計劃參加中國大學(xué)生無人駕駛方程式汽車大賽。

在參與無人駕駛項目及比賽過程中，學(xué)生能夠?qū)W以致用，不僅鞏固了專業(yè)知識，還提高工程實踐能力。更為重要的是，學(xué)生開拓了學(xué)科視野，能在多學(xué)科交融的過程中找到交集。初步探索的結(jié)果表明，所構(gòu)建的人才培養(yǎng)體系是成功的，值得進一步深入研究和實踐探索。

6 結(jié)束語

隨著汽車四化及國家工程發(fā)展戰(zhàn)略等變革，社會迫切需要一批接受跨學(xué)科多專業(yè)教育的新工科人才。綜合性學(xué)科競賽，恰可以彌補傳統(tǒng)教育在培養(yǎng)跨學(xué)科多專業(yè)人才上的不足。大學(xué)生無人駕駛方程式汽車大賽是國內(nèi)新近剛起步的汽車類學(xué)科競賽，具有設(shè)計難度大、技術(shù)跨度廣、學(xué)科綜合性強、創(chuàng)新空間大等特點。以無人駕駛汽車大賽為依托，開展創(chuàng)新型新工科人才培養(yǎng)體系的探索與發(fā)展是切實可行的?？稍谇捌诘幕A(chǔ)上進一步擴展參賽學(xué)生的學(xué)科視野和專業(yè)范圍。通過兩個學(xué)年度的先期實踐，取得了良好效果，為進一步完善和發(fā)展改教學(xué)改革探索工作奠定了基礎(chǔ)，明確了方向。

基金項目：廣東工業(yè)大學(xué)高等教育教學(xué)研究和改革項目廣東省“質(zhì)量工程”建設(shè)項目（廣工大教字〔2018〕132號）

參考文獻：

[1]許濤，嚴驪，殷俊峰，周斌.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育視角下的“人工智能+新工科”發(fā)展模式和路徑研究[J].遠程教育雜志，2018，36（01）：80-88.

[2]教育部，人力資源社會保障部，工業(yè)和信息化部.制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南[EB/OL].[2017-05-10].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/xw_fbh/moe_2069/xwfbh_2017n/xwfb_170214/170214_sfcl/201702/t20170214_296156.html.

[3]葉磊，陽林，田碩，等.依托大學(xué)生方程式汽車大賽，培養(yǎng)汽車創(chuàng)新型人才[J].時代教育，2016（1）：14-15.

[4]付于武.低速電動車管理不能一刀切，產(chǎn)業(yè)有望彎道超車[N].人民日報，2017-01-09.

[5]王振.無人車運動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].長安大學(xué)，2016.

[6]林健.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017，38（02）：26-35.

[7]邱燦文，陽林，李金暢，萬婷婷.依托學(xué)科競賽 探索跨學(xué)科多專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，14（18）：222-223.