高銳鋒，施 佺，周晨璨

（南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院 江蘇 南通 226019）

近年來(lái)，國(guó)家相繼提出了《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》《中國(guó)交通的可持續(xù)發(fā)展》等系列文件。其中，智能交通被認(rèn)為是未來(lái)交通發(fā)展的重要方向之一[1]。作為跨學(xué)科的專業(yè)，智能交通類專業(yè)除了涵蓋傳統(tǒng)的交通工程等專業(yè)外，還與自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)密切相關(guān)。構(gòu)建融合人工智能的交通類人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)具備人工智能知識(shí)儲(chǔ)備與技術(shù)能力的交通類人才，既是當(dāng)今社會(huì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)人才的迫切需求，又是高校的人才培養(yǎng)使命[2]。本文以交通類專業(yè)的實(shí)踐課程為例，探討了在新工科背景下，“人工智能+”交通類專業(yè)的實(shí)踐課程優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，提升課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生解決智能交通類復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，適應(yīng)我國(guó)的交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展。

1 課程現(xiàn)狀分析

1.1 課程體系缺乏融合支撐

在當(dāng)前交通類智能交通方向的課程內(nèi)容中，大多是在講解課程基礎(chǔ)內(nèi)容的同時(shí)，介紹結(jié)合人工智能的一些應(yīng)用，但對(duì)如何結(jié)合人工智能進(jìn)行學(xué)習(xí)并未展開(kāi)討論。在相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，也未開(kāi)展相關(guān)的訓(xùn)練。結(jié)合人工智能，對(duì)整個(gè)交通系統(tǒng)進(jìn)行分析，在交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中融入人工智能技術(shù)更是少見(jiàn)。當(dāng)下，隨著智能交通的快速發(fā)展，人工智能為交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、管理、規(guī)劃帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。如何面向智能交通，交叉融合人工智能領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法到交通類課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，是實(shí)現(xiàn)智能交通方向人才培養(yǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題，也是實(shí)現(xiàn)新工科教育人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容脫離前沿技術(shù)

交通類專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容大多以教材為載體，主要還是圍繞交通理論、交通數(shù)據(jù)采集與處理等內(nèi)容開(kāi)展。從教材的角度出發(fā)，目前學(xué)生普遍使用的教材在教學(xué)內(nèi)容上存在著滯后等問(wèn)題。此外，由于教材本身注重知識(shí)系統(tǒng)的完整性與完備性，大量篇幅都是對(duì)傳統(tǒng)方法的介紹，缺乏智能交通前沿的新技術(shù)、新理念與新方法。在實(shí)踐類課程的訓(xùn)練中，上述情況更加凸顯，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開(kāi)發(fā)，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的安排，均需要針對(duì)前沿知識(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在課程的教學(xué)內(nèi)容中，充分體現(xiàn)前沿知識(shí)，可以更好地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 教學(xué)手段單一

傳統(tǒng)的教學(xué)大多采用“課堂講授”的形式開(kāi)展，按照教學(xué)大綱的要求，理論知識(shí)為主，實(shí)踐訓(xùn)練為輔。課程內(nèi)容的講解力求面面俱到，旨在幫助學(xué)生構(gòu)建較為完備的知識(shí)體系。然而，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的理論講授方式難以適用。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程受限于課時(shí)的安排，對(duì)于需要學(xué)生去進(jìn)一步學(xué)習(xí)吸收的人工智能類新技術(shù)、新方法難以充分開(kāi)展，特別是融合了人工智能技術(shù)的智能交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)的融合機(jī)理，傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以滿足上述要求。

1.4 課程評(píng)價(jià)方式

在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，課程的評(píng)價(jià)方式采用“試卷+作業(yè)”的方式開(kāi)展，注重于對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握程度的考查，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力等非知識(shí)能力的考查偏弱。在實(shí)踐內(nèi)容上，以課程報(bào)告為主，重點(diǎn)考查學(xué)生的報(bào)告完成情況。作為多學(xué)科交叉融合的知識(shí)內(nèi)容，傳統(tǒng)的課程評(píng)價(jià)方式難以滿足智能交通行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。以案例、任務(wù)、項(xiàng)目等多種形式開(kāi)展，重點(diǎn)考查學(xué)生的知識(shí)檢索、獲取以及學(xué)習(xí)動(dòng)手能力是適應(yīng)當(dāng)前智能交通行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的迫切要求，也是課程的評(píng)價(jià)中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮的因素。

2 實(shí)踐課程優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 “雙融合”的教學(xué)理念

在新工科建設(shè)和工程教育背景下，多學(xué)科交叉融合和校企合作產(chǎn)教融合是當(dāng)前新工科專業(yè)在人才培養(yǎng)方案、課程大綱以及教學(xué)過(guò)程中需要遵循的基本要求。對(duì)于當(dāng)前的交通類專業(yè)發(fā)展而言，智能交通已經(jīng)成為未來(lái)交通行業(yè)/專業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。因此，在人工智能+智能交通的理念下，對(duì)交通與人工智能進(jìn)行交叉融合，同時(shí)在教學(xué)體系中充分體現(xiàn)校企合作產(chǎn)教融合是培養(yǎng)能夠面向交通行業(yè)且適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)工程技術(shù)人才的根本途徑[3]。

2.1.1 學(xué)科交叉融合

在智能交通方向的專業(yè)學(xué)習(xí)中，學(xué)生不僅需要傳統(tǒng)基礎(chǔ)的專業(yè)理論知識(shí)，同時(shí)還需要人工智能、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子信息等多學(xué)科的交叉融合，特別是在實(shí)踐課程中熟練掌握運(yùn)用人工智能技術(shù)去解決交通復(fù)雜工程問(wèn)題，如區(qū)域的綠波協(xié)調(diào)控制、交通流量的預(yù)測(cè)等。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生在學(xué)習(xí)交通類課程中，也需要充分融入多學(xué)科交叉融合的理念，樹(shù)立大工程觀。教師在實(shí)踐課程的教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目需要結(jié)合人工智能技術(shù)，從“為什么需要人工智能”“人工智能能夠帶來(lái)什么”以及“如何應(yīng)用人工智能到智能交通系統(tǒng)中”等多個(gè)維度出發(fā)，幫助學(xué)生全方位理解多學(xué)科交叉融合的過(guò)程，促進(jìn)知識(shí)的融會(huì)貫通。

2.1.2 校企產(chǎn)教融合

在面向智能交通行業(yè)的復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)，教師需要進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)，可以從自身的實(shí)踐校企合作項(xiàng)目出發(fā)，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，將實(shí)際工程問(wèn)題提煉為教學(xué)案例。進(jìn)一步，以項(xiàng)目式的方式作為實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取、理解、應(yīng)用全過(guò)程能力的培養(yǎng)。學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中，樹(shù)立正確的學(xué)科交叉融合以及校企產(chǎn)教融合的理念，有助于培養(yǎng)系統(tǒng)觀，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性，鍛煉解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的目的。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

在實(shí)踐課程的教學(xué)內(nèi)容中，結(jié)合智能交通產(chǎn)業(yè)的前沿進(jìn)展，基于多學(xué)科交叉融合以及校企產(chǎn)教融合的教學(xué)理念，將產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、企業(yè)的需求凝練為教學(xué)內(nèi)容。如在交通設(shè)備與控制工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，融入人工智能，將教學(xué)內(nèi)容分為智能交通系統(tǒng)管理技術(shù)、智能交通信息處理技術(shù)、智能交通信息感知技術(shù)三個(gè)部分，其中智能交通系統(tǒng)管理為宏觀、系統(tǒng)上對(duì)交通的管控，包括交通工程學(xué)、交通設(shè)計(jì)以及交通管控。智能交通信息處理技術(shù)則對(duì)應(yīng)的是智能交通系統(tǒng)中涉及的海量交通數(shù)據(jù)處理方法，包括交通大數(shù)據(jù)原理及應(yīng)用、交通系統(tǒng)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。智能交通信息感知技術(shù)主要面向智能交通系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集感知部分，包括交通數(shù)據(jù)采集、智能交通雷達(dá)技術(shù)、交通圖像處理技術(shù)等。每個(gè)模塊都配備有相應(yīng)的綜合實(shí)訓(xùn)課程。通過(guò)三個(gè)模塊的學(xué)習(xí)以及實(shí)踐訓(xùn)練，旨在讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)的過(guò)程中充分理解掌握融入人工智能的智能交通基本概念、關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用場(chǎng)景，提升對(duì)整個(gè)智能交通行業(yè)前沿技術(shù)的感知與認(rèn)知能力。

2.3 教學(xué)模式

2.3.1 混合式教學(xué)模式

系統(tǒng)架構(gòu)、知識(shí)應(yīng)用是實(shí)踐課程教學(xué)重要的教學(xué)目標(biāo)。采用混合式教學(xué)模式，讓學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)過(guò)程中。具體來(lái)講，系統(tǒng)架構(gòu)是指在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)教師講授的方式，向?qū)W生講解多個(gè)典型的智能交通系統(tǒng)案例，幫助學(xué)生了解智能交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路。再通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂的方式，要求學(xué)生匯報(bào)實(shí)踐內(nèi)容的知識(shí)組成，幫助學(xué)生加深對(duì)智能交通系統(tǒng)案例架構(gòu)的理解，并能夠探究人工智能、交通、電子信息各類學(xué)科在智能交通系統(tǒng)中的作用。再通過(guò)小組合作的方式開(kāi)展實(shí)踐項(xiàng)目，啟發(fā)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦，完成實(shí)踐內(nèi)容。最后，通過(guò)小組匯報(bào)方式鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，提升綜合素質(zhì)。

2.3.2 案例教學(xué)

采用“講解—討論—演示—實(shí)踐”四階段法融理論于實(shí)踐。從科研項(xiàng)目、校企合作項(xiàng)目中凝練合適的實(shí)際案例，并對(duì)案例進(jìn)行分解。將案例所涉及的知識(shí)分解到不同的課程中，如智能交通系統(tǒng)管理、智能交通大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能交通信息感知相應(yīng)的課程。按照各課程之間的先修后修關(guān)系，確定各課程的實(shí)踐教學(xué)大綱以及實(shí)踐內(nèi)容。在具體課程實(shí)踐中，學(xué)生通過(guò)小組討論的方式，了解本實(shí)踐內(nèi)容在整個(gè)系統(tǒng)中所占的位置，以及應(yīng)用了哪些關(guān)鍵技術(shù)。由教師對(duì)具體的實(shí)際案例進(jìn)行細(xì)致的講解，包括項(xiàng)目背景、項(xiàng)目難點(diǎn)、項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)、人工智能的作用等，幫助學(xué)生充分理解案例。進(jìn)一步，授課教師結(jié)合實(shí)際操作，示范實(shí)踐過(guò)程與步驟。最后，學(xué)生在教師提供的實(shí)踐平臺(tái)上完成實(shí)踐能力的鍛煉。通過(guò)上述方式，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中充分融入了實(shí)際工程案例，模擬實(shí)際解決問(wèn)題的場(chǎng)景，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的獲得感。

2.4 教學(xué)評(píng)價(jià)方法

在新工科與工程教育認(rèn)證的背景下，學(xué)生的能力培養(yǎng)與評(píng)價(jià)是檢驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況的關(guān)鍵指標(biāo)。在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，以課程報(bào)告為主，重點(diǎn)考查學(xué)生的報(bào)告完成情況，對(duì)學(xué)生非知識(shí)能力的考查偏弱。作為多學(xué)科交叉融合的知識(shí)內(nèi)容，傳統(tǒng)的課程評(píng)價(jià)方式難以滿足智能交通對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。為了改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方式，應(yīng)結(jié)合“階段化過(guò)程評(píng)價(jià)、多元化綜合能力評(píng)價(jià)”的方式，對(duì)實(shí)踐教學(xué)的全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督。階段化是指將整個(gè)實(shí)踐過(guò)程分為討論、總結(jié)、動(dòng)手以及匯報(bào)四個(gè)部分，每個(gè)部分單獨(dú)打分，分別占最終成績(jī)的20%、20%、40%、20%，最后通過(guò)對(duì)所有成績(jī)進(jìn)行加權(quán)求和，即可得實(shí)踐成績(jī)。多元化是指在實(shí)踐過(guò)程中，討論、總結(jié)、動(dòng)手以及匯報(bào)四個(gè)部分的評(píng)價(jià)方式各不相同，討論主要按照課堂表現(xiàn)給分，總結(jié)是通過(guò)課堂測(cè)驗(yàn)的形式開(kāi)展，動(dòng)手主要檢驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容完成的情況，而匯報(bào)是由最終得分組匯報(bào)給出。通過(guò)采用這種以過(guò)程評(píng)價(jià)為主的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，更有利于綜合、全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐能力與學(xué)習(xí)效果，也更符合新工科與工程教育認(rèn)證對(duì)人才培養(yǎng)的要求。

3 教學(xué)實(shí)踐效果

以智能交通方向?qū)I(yè)的“交通信息網(wǎng)絡(luò)與通信”為例。在網(wǎng)絡(luò)通信中，如何評(píng)估系統(tǒng)的傳輸時(shí)延是該課程的核心內(nèi)容之一。對(duì)時(shí)延的準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)實(shí)現(xiàn)智能交通中的車聯(lián)網(wǎng)低時(shí)延通信具有重要意義。課程教學(xué)過(guò)程中，引入人工智能技術(shù)，對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延進(jìn)行了深入的分析與實(shí)踐，突出時(shí)延分析對(duì)于智能交通系統(tǒng)的重要性，以及傳統(tǒng)方法分析時(shí)延的適用范圍。在此基礎(chǔ)上，突出結(jié)合人工智能技術(shù)符合當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信智能化發(fā)展的需求。在教學(xué)內(nèi)容上，以當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)中移動(dòng)邊緣技術(shù)為切入點(diǎn)，構(gòu)建在移動(dòng)邊緣計(jì)算場(chǎng)景中，通信資源與通信時(shí)延之間的計(jì)算實(shí)際案例，設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目。在教學(xué)模式上，講解案例項(xiàng)目的應(yīng)用場(chǎng)景，將學(xué)生分組，通過(guò)小組討論，了解本實(shí)踐內(nèi)容在整個(gè)系統(tǒng)中所占的位置，以及應(yīng)用到了哪些關(guān)鍵技術(shù)。然后，基于實(shí)例，搭建基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的演示系統(tǒng)，幫助學(xué)生了解人工智能技術(shù)在該案例中如何應(yīng)用。進(jìn)一步，學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作，動(dòng)手編程與調(diào)試，分組匯報(bào)答辯，完成實(shí)踐項(xiàng)目。該實(shí)踐教學(xué)已在我校成功推廣，覆蓋了交通類專業(yè)全體學(xué)生，累計(jì)達(dá)200余人，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，學(xué)生總體滿意度達(dá)98%，普遍表示實(shí)踐能力得到提高。通過(guò)對(duì)已畢業(yè)學(xué)生的就業(yè)單位調(diào)查，用人單位普遍反映學(xué)生在就業(yè)時(shí)已具備一定的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)成長(zhǎng)較快，總體符合新工科背景下解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的智能交通高素質(zhì)工程人才的培養(yǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

“人工智能+”背景對(duì)交通類實(shí)踐課程改革提出了新的要求。本文分別從教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及教學(xué)評(píng)價(jià)等多個(gè)維度出發(fā)，要求實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重多學(xué)科交叉融合能力的培養(yǎng)，以及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)源自學(xué)科前沿與行業(yè)實(shí)際案例。實(shí)踐結(jié)果表明，本文所提教學(xué)改革方法可進(jìn)一步提升課程教學(xué)質(zhì)量，滿足新工科對(duì)復(fù)合創(chuàng)新型人才的發(fā)展需求。