李 涵，李素華，曾凡琮

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢430056）

席卷全球的以互聯(lián)網(wǎng)為核心的新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革快速推進，孕育出以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟，面對愈加激烈的綜合國際競爭，中國緊抓發(fā)展契機，通過實施“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大國家發(fā)展戰(zhàn)略及“一帶一路”倡議，“新工科建設(shè)”應(yīng)運而生。2017-02-18，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，中心議題就是“新工科”，探討了新工科的內(nèi)涵特征、新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑選擇，并達成了10個共識。地方高校要對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用，主動對接地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，把握行業(yè)人才需求方向，充分利用地方資源，發(fā)揮自身優(yōu)勢，凝練辦學(xué)特色，深化產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人，增強學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)大批具有較強行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才。新工科建設(shè)的核心為以工程教育新理念、新模式、新內(nèi)容、新質(zhì)量、新方法等作為新工科建設(shè)和教育改革的基本內(nèi)容，構(gòu)建新工科專業(yè)或改造現(xiàn)有專業(yè)，培養(yǎng)新經(jīng)濟和滿足學(xué)校服務(wù)產(chǎn)業(yè)所需要的新型工程技術(shù)人才。“新工科”的提出，是中國參與國際工程教育改革貢獻出的具有中國特色的本土回應(yīng)，豐富了中國工程教育理論和實踐的新內(nèi)涵。

2020-02，由發(fā)展改革委、科技部、工信部等11部委聯(lián)合發(fā)布的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》指出，發(fā)展智能汽車不僅有利于加速汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，更有利于加快建設(shè)制造強國、科技強國、智慧社會，增強國家綜合實力。智能汽車集中運用了汽車工程、人工智能、計算機、微電子、自動控制、通信與平臺等技術(shù)，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、控制執(zhí)行、信息交互等于一體的高新技術(shù)綜合體。當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起，智能汽車已成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。發(fā)展智能汽車不僅是解決汽車社會面臨的交通安全、道路擁堵、能源消耗、環(huán)境污染等問題的重要手段，更是深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、建成現(xiàn)代化強國的重要支撐。

智能汽車技術(shù)相關(guān)課程是智能汽車領(lǐng)域人才培養(yǎng)的核心課程之一，是傳統(tǒng)車輛專業(yè)升級改造中的一門重要課程。國內(nèi)外高校一般在研究生階段才引入智能汽車技術(shù)相關(guān)的課程以及研究方向，近幾年，國內(nèi)部分應(yīng)用型高校開始在本科階段開設(shè)類似專業(yè)課程，如江蘇大學(xué)開設(shè)的“智能汽車”課程[1]，山東科技大學(xué)開設(shè)的“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”課程[2]。目前，國內(nèi)高校本科階段的智能汽車技術(shù)相關(guān)課程還在探索與開發(fā)階段，課程教學(xué)主要是理論教學(xué)，而實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對薄弱，即使理論聯(lián)系實際，也往往停留在舉例介紹的層面上。江蘇大學(xué)李祎承等[3]針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車課程存在的知識點覆蓋面廣、學(xué)習(xí)任務(wù)重、可參照教材少以及教師備課難、學(xué)生理解難等問題，通過對該課程授課形式進行改革，打破以教材為主的傳統(tǒng)授課方式，將當(dāng)代教育理念與教學(xué)模式融會貫通，引入智能駕駛實車實驗并結(jié)合前沿科技論文，提升課堂授課質(zhì)量和學(xué)生對未知事物的探索能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維方式，其課程教學(xué)改革取得了良好的效果。南京工程學(xué)院開展了基于工程化項目教學(xué)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的探索與實踐，依托地方產(chǎn)業(yè)集群與行業(yè)需求，通過創(chuàng)新的校企合作與產(chǎn)學(xué)研一體化的工程化教學(xué)改革與探索，提高了學(xué)生的實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，取得了一定的效果，它突破了傳統(tǒng)工程教育專業(yè)的限制，是未來多學(xué)科交叉融合的智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用型人才培養(yǎng)方向[4]。

“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”是面向新能源汽車專業(yè)創(chuàng)新課程體系中的一門重要課程，主要研究計算機、現(xiàn)代傳感、信息融合、無線通訊、人工智能及自動控制等技術(shù)在汽車上應(yīng)用的工程技術(shù)科學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生進行智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)技術(shù)開發(fā)、研究、設(shè)計與應(yīng)用等方面的能力，以適應(yīng)未來汽車發(fā)展的必然趨勢。

1 課程教學(xué)中存在的難題

“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”共32個學(xué)時，是學(xué)校新增設(shè)的專業(yè)選修課程，相較于新能源汽車工程專業(yè)其他課程，本門課存在以下難題。

新能源汽車工程隸屬于機械工程下的二級學(xué)科，是2019年新增普通高等學(xué)校本科專業(yè)，因此多數(shù)課程以機械工程學(xué)科為基礎(chǔ)，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車涵蓋了包括計算機、自動化、信息、機械等多個學(xué)科，所涉知識點廣泛，相較于其他必修課，本課程知識點多且復(fù)雜，理論學(xué)習(xí)枯燥且難以理解，容易導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)能力鴻溝和聽課倦怠的問題，如何在教學(xué)過程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，使學(xué)生在有限的時間內(nèi)獲取關(guān)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車最實用的知識和實踐經(jīng)驗，提供給學(xué)生以后繼續(xù)研究智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)以及從事智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)工作的基本知識，是本課程建設(shè)過程中需要解決的難題。

與傳統(tǒng)汽車相比，智能網(wǎng)聯(lián)汽車尚未應(yīng)用在人們生活中，學(xué)生對智能網(wǎng)聯(lián)汽車缺乏基本認識，增加了學(xué)生對課程中關(guān)鍵問題理解難度，甚至影響了部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如何避免課程教學(xué)偏重理論教學(xué)，合理地增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容，避免理論聯(lián)系實際僅停留在舉例介紹的層面上，是本門課程建設(shè)中需要解決的另一難題。

2 課程建設(shè)與探索

2.1 采用線上線下混合式教學(xué)形式

采用線上線下混合式教學(xué)形式，提高課堂教學(xué)的有效性。本課程著眼于汽車行業(yè)未來的發(fā)展方向，很多知識都在不斷完善和更新，課程內(nèi)容要能夠涵蓋課程相關(guān)領(lǐng)域的基本知識、綜合應(yīng)用以及熱點與前沿等核心內(nèi)容。將本領(lǐng)域最新的發(fā)展、最新的科研成果（尚未寫入教科書）及時介紹給學(xué)生，如特斯拉、Google、百度阿波羅等行業(yè)領(lǐng)先者的自動駕駛技術(shù)方案，使他們學(xué)到的知識是當(dāng)時最先進的。針對該課程知識面寬、難度大、理論強、實踐難的特點，將課程的主要內(nèi)容，以采用線上線下混合式教學(xué)形式，在教學(xué)中引入非正式學(xué)習(xí)、教師“去中心化”以及學(xué)生想象力學(xué)習(xí)，對工程教育新方式進行探索和嘗試，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)習(xí)從被動接收轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)、思考，提高學(xué)生的主觀能動性，將理論和實踐相結(jié)合，將知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體。

根據(jù)在線課程要求，線上教學(xué)視頻要短而精，每個知識點講述時間控制在8～10 min，內(nèi)容設(shè)計合理，涵蓋相關(guān)知識點的重難點和熱點；內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯清晰，精煉緊湊。通過將課程內(nèi)容打碎重組，實現(xiàn)知識點微型化、模塊化，來構(gòu)建在線課程。本課程線上教學(xué)從以下9個模塊進行理論講述[5]。

第一部分：智能網(wǎng)聯(lián)汽車綜述。主要介紹智能網(wǎng)聯(lián)汽車定義及內(nèi)涵、技術(shù)分級和技術(shù)架構(gòu)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)背景以及國內(nèi)外智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和智能網(wǎng)聯(lián)行業(yè)的發(fā)展?jié)摿?，引?dǎo)學(xué)生對智能網(wǎng)聯(lián)汽車進行總體上的把握。

第二部分：視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。主要介紹智能汽車環(huán)境感知技術(shù)中視覺傳感器的種類和原理，包括單目視覺傳感器的原理和特點、雙目視覺傳感器的原理和特點、紅外夜視視覺傳感器的原理和特點以及多個視覺傳感器的組合應(yīng)用；智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域圖像處理方法；視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的實踐應(yīng)用。

第三部分：雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。主要介紹智能汽車環(huán)境感知技術(shù)中雷達傳感器的原理和應(yīng)用，包括超聲波雷達的結(jié)構(gòu)和原理，超聲波雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用；毫米波雷達的結(jié)構(gòu)和原理，毫米波雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用；激光雷達的結(jié)構(gòu)和原理，激光雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。

第四部分：高精定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。主要介紹高精度地圖的基本概念，高精度地圖采集與生產(chǎn)，其他形式的高精度地圖；全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GPS和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的定位原理；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測量的原理；全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)缺點及其組合應(yīng)用；高精度定位實現(xiàn)方式的總結(jié)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車中高精度定位的實現(xiàn)方式；智能網(wǎng)聯(lián)汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車中導(dǎo)航定位系統(tǒng)的集成應(yīng)用。

第五部分：智能網(wǎng)聯(lián)汽車路徑規(guī)劃與決策控制。主要介紹汽車自動駕駛環(huán)境感知，汽車智能駕駛?cè)致窂揭?guī)劃和局部路徑規(guī)劃，汽車自動駕駛路徑規(guī)劃；汽車自動駕駛行為決策，汽車自動駕駛的執(zhí)行控制，包括汽車智能駕駛轉(zhuǎn)向、驅(qū)動和制動系統(tǒng)中的線控策略以及汽車智能駕駛車輛縱向控制和側(cè)向控制的策略。

第六部分：汽車總線及車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要介紹汽車總線，包括汽車總線技術(shù)的產(chǎn)生與分類，CAN總線的原理及其在汽車中的應(yīng)用、LIN總線的原理及其在汽車中的應(yīng)用、MOST總線的原理及其在汽車中的應(yīng)用、FlexRay總線的原理及其在汽車中的應(yīng)用；車載以太網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，車載以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

第七部分：智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信技術(shù)。主要介紹V2X以及移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)及在V2X中的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)，包括短距離無線通訊技術(shù)，低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。

第八部分：ADAS與智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用。主要介紹高級駕駛輔助系統(tǒng)及應(yīng)用、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用、ADAS預(yù)警類輔助駕駛系統(tǒng)的組成和主要功能、ADAS控制類輔助駕駛系統(tǒng)的組成和主要功能、當(dāng)前ADAS在汽車中的應(yīng)用車型及自動駕駛功能、當(dāng)前智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用車型及自動駕駛功能。

第九部分：智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)與開發(fā)平臺簡介。主要介紹智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——Linux，了解Linux操作系統(tǒng)的特點及其在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用；介紹智能網(wǎng)聯(lián)汽車的開發(fā)平臺——ROS，了解ROS的特性及其在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用；介紹智能網(wǎng)聯(lián)汽車的學(xué)習(xí)平臺——Gazebo，了解Gazebo的特點及其在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。

2.2 搭建智能網(wǎng)聯(lián)汽車實踐平臺

搭建智能網(wǎng)聯(lián)汽車實踐平臺，加強課程實踐教育環(huán)節(jié)。針對“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對薄弱，即使理論聯(lián)系實際，也往往停留在舉例介紹的層面上等問題，教師在課程設(shè)計時搭建了新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車實驗平臺，該平臺由線控底盤、16線激光雷達、毫米波雷達、雙目攝像頭、天線、車載組合導(dǎo)航和高性能工控機等組成，基本涵蓋了自動駕駛汽車的基本模塊，其中線控底盤集成的鋰動力電池、電池管理系統(tǒng)、單電機后橋驅(qū)動系統(tǒng)、伺服電機前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、底盤控制器、電氣系統(tǒng)及CAN網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等均已達到車規(guī)級；激光雷達、攝像頭用于環(huán)境感知，起到駕駛員眼睛的功能，組合慣導(dǎo)用于制圖與定位，車內(nèi)還配備有工控機用于決策規(guī)劃與控制。該平臺支持的智能駕駛功能包括路徑規(guī)劃、路徑跟蹤、汽車/行人/物體檢測、交通信號檢測、加速/制動/轉(zhuǎn)向控制、3D點云地圖、交通燈識別、車道檢測、對象跟蹤、傳感器校準(zhǔn)、傳感器融合、軟件仿真等功能。

在授課過程中加入實車體驗環(huán)節(jié)，通過在實踐環(huán)節(jié)中構(gòu)建室內(nèi)地圖，控制小車在室內(nèi)自主導(dǎo)航與避障，幫助學(xué)生理解室內(nèi)基于激光點云的自動駕駛關(guān)鍵技術(shù)；通過構(gòu)建室外高進度地圖，控制小車在室外自主導(dǎo)航與避障，幫助學(xué)生理解多傳感器融合的室外自動駕駛關(guān)鍵技術(shù)；通過一系列的實踐環(huán)節(jié)使學(xué)生加深對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的理解；搭建新能源汽車自動駕駛傳感器套件實踐模塊，通過對各類傳感器數(shù)據(jù)包括攝像頭數(shù)據(jù)、三維激光點云數(shù)據(jù)、毫米波雷達數(shù)據(jù)、組合慣導(dǎo)數(shù)據(jù)等的采集及處理，加深學(xué)生對智能汽車環(huán)境感知模塊的理解。

2.3 融合大學(xué)生科研訓(xùn)練項目

融合大學(xué)生科研訓(xùn)練項目，開展實踐能力、應(yīng)用能力和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。本課程將課堂教學(xué)和課外學(xué)習(xí)作為人才培養(yǎng)生態(tài)環(huán)境互為補充的兩個部分，一方面通過線上學(xué)習(xí)和課下學(xué)習(xí)提高課堂教學(xué)的有效性，另一方面要鼓勵并創(chuàng)造條件引導(dǎo)學(xué)生利用社團活動、科技競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐、專業(yè)社會實踐等多種方式進行理論聯(lián)系實際，開展實踐能力、應(yīng)用能力和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。將大學(xué)生科研訓(xùn)練項目引入本課程，鼓勵學(xué)生團隊合作，將本課程所學(xué)內(nèi)容以及關(guān)于智能汽車的想法轉(zhuǎn)化為可實現(xiàn)的方案，積極申報智能汽車技術(shù)相關(guān)的大學(xué)生科研訓(xùn)練項目，通過大學(xué)生科研訓(xùn)練項目的申報和實施，進一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

3 小結(jié)

本文針對“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”課程的特點以及課程教學(xué)中的難題進行剖析，探索了“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”課程的建設(shè)方法，采用線上與線下混合式教學(xué)、搭建智能網(wǎng)聯(lián)汽車實踐平臺、融合大學(xué)生科研訓(xùn)練項目等方式提高教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，使學(xué)生在有限的時間內(nèi)獲取關(guān)于智能汽車最實用的知識和實踐經(jīng)驗。通過本文的研究，可為新工科背景下的應(yīng)用型本科高校相關(guān)課程建設(shè)提供有益的探索，為相關(guān)新工科專業(yè)的開設(shè)提供一定的參考價值。

〔編輯：丁琳〕

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