摘 要：文章從國內(nèi)中高職、本科院?！靶履茉雌嚰夹g(shù)”專業(yè)、“汽車智能技術(shù)”專業(yè)、“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)專業(yè)”、“智能車輛工程技術(shù)”專業(yè)等各類汽車專業(yè)，在開設(shè)《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程時，課程實操實訓(xùn)環(huán)節(jié)普遍遇到的缺乏實訓(xùn)設(shè)備的現(xiàn)實問題出發(fā)，重點探討了根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和知識核心，利用電腦編程來實現(xiàn)對本課程核心知識的實操實訓(xùn)，完成本課程核心章節(jié)理論知識和實操實訓(xùn)的有效統(tǒng)一，為后續(xù)各大汽車院校類似課程實操實訓(xùn)提供了有價值的參考。

關(guān)鍵詞：課程 實操實訓(xùn) 教學(xué)方法

Exploration of Teaching Methods for Practical Operations and Training during the Course of “Intelligent Cockpit Application Technology”

Liu Jie

Abstract：The paper is based on the practical problem of lacking practical training equipment during the experimental and practical training courses of “intelligent cockpit application technology” and similar curriculums， which are opened by the major in “New Energy Vehicle Technology”， “Automotive Intelligent Technology”， “Intelligent Connected Vehicle Technology”， “Intelligent Vehicle Engineering Technology” etc. offered by the domestic vocational and undergraduate colleges. This paper focuses on exploring the practical training of using computer programming to simulate the core knowledge of this course， and complete the effective integration of theoretical knowledge and practical training in the core knowledge section of this course; At last this article provides a valuable reference to design the practical operations and training for the colleges and universities.

Key words：courses， practical training， teaching methods

1 引言

1.1 《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程開設(shè)的現(xiàn)實意義

教育要面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來。現(xiàn)代汽車向著電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的方向發(fā)展，客觀上要求我國中高職及本科汽車專業(yè)的人才教育要從電動化進一步向智能化方向轉(zhuǎn)型升級。目前，汽車的智能化向著智能駕駛和智能座艙兩個方向發(fā)展，而智能座艙技術(shù)上是較智能駕駛更成熟，應(yīng)用也更廣泛，也是近期國內(nèi)外眾多車廠紛紛布局的重點領(lǐng)域。畢馬威中國發(fā)布的《2023聚焦電動化下半場智能座艙白皮書》表明，智能座艙已經(jīng)成為中國消費者購車的關(guān)鍵考慮因素，其中88%的中國用戶在購車時將智能座艙配置納入考量中，61%以上的用戶對智能座艙內(nèi)的增值功能有付費意向。從整體市場規(guī)模來看，2019-2022年，中國智能座艙滲透率直線上升，2021年智能座艙滲透率已超50%。ICVTank數(shù)據(jù)顯示，我國智能座艙市場規(guī)模呈現(xiàn)逐年平穩(wěn)遞增的趨勢。

在教育教學(xué)上，由于學(xué)生對《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程涉及到的技術(shù)并不陌生，比如課程核心知識的智能座艙的人機交互系統(tǒng)在平時生活中經(jīng)常接觸，就非常容易理解。根據(jù)知識的遷移性原理，該課程很適合做廣大中高職院校傳統(tǒng)汽車專業(yè)及新能源汽車專業(yè)的智能網(wǎng)聯(lián)的啟蒙教學(xué)；通過對課程涉及知識背后的原理進行挖掘深入，也非常適配智能汽車的相關(guān)專業(yè)的專業(yè)教學(xué)。

1.2 國內(nèi)中高職本科院校開設(shè)《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程需求現(xiàn)狀

《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程采是智能汽車專業(yè)方向的基礎(chǔ)課程，也是必修課程。智能汽車專業(yè)方向主要包括兩個專業(yè)：“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”及“汽車智能技術(shù)”。全國職業(yè)院校專業(yè)設(shè)置管理與公共信息服務(wù)平臺公布了2023年高等職業(yè)學(xué)校擬招生專業(yè)設(shè)置的備案結(jié)果，其中開設(shè)“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”專業(yè)的高校共有210所，較2022年增加66所；2022年較2021年又新增加93個專業(yè)點，新增加專業(yè)數(shù)量由2021年的第15位躍居到第2位，可見該專業(yè)方向的增長勢頭之猛。智能網(wǎng)聯(lián)汽車專業(yè)方向近4年發(fā)展趨勢詳見表1。

《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程也是“汽車檢測與維修技術(shù)”、“汽車技術(shù)服務(wù)與營銷”、“汽車電子技術(shù)”和“新能源汽車檢測與維修技術(shù)”專業(yè)，為培養(yǎng)學(xué)生面向智能汽車增量市場而開設(shè)的專業(yè)拓展課程。截止到2023年，開設(shè)“汽車檢測與維修技術(shù)”專業(yè)高等院校有701所，開設(shè)“汽車技術(shù)服務(wù)與營銷”324所，“汽車電子技術(shù)”專業(yè)135所，開設(shè)“新能源汽車技術(shù)專業(yè)”132所。近4年各個專業(yè)開設(shè)院校數(shù)量詳見表2（數(shù)據(jù)來源于：全國職業(yè)院校專業(yè)設(shè)置管理與公共信息服務(wù)平臺）。

從表1和表2可以得出，傳統(tǒng)汽車專業(yè)的招生院校在逐步萎縮，而新能源汽車專業(yè)在穩(wěn)步增長，“智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)”專業(yè)的開設(shè)院校在爆發(fā)式增長，這說明各大汽車招生院校在積極調(diào)整招生專業(yè)，以適應(yīng)就業(yè)市場的快速變化。

2 課程實操實訓(xùn)教學(xué)遇到的問題

在職業(yè)教育中，實操實訓(xùn)占據(jù)在教學(xué)環(huán)節(jié)中重要的地位，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新競賽的重要手段，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。2019年6月18日，在教育部網(wǎng)站公布的《關(guān)于職業(yè)院校專業(yè)人才培養(yǎng)方案制訂與實施工作的指導(dǎo)意見》中，明確規(guī)定“實踐性教學(xué)學(xué)時原則上占總學(xué)時數(shù)50%以上”；2021年1月29日，在教育部辦公廳印發(fā)《本科層次職業(yè)教育專業(yè)設(shè)置管理辦法（試行）》中，明確規(guī)定實踐教學(xué)課時占總課時的比例不低于50%。目前《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程在實際實操實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中遇到的主要問題有：

2.1 師資力量相對薄弱

《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程是隨著智能汽車專業(yè)發(fā)展而誕生的一門新興課程，全國開課院校的授課時間在兩年左右。具備智能座艙知識儲備能夠進行授課的師資人員非常稀缺，課程配套實操實訓(xùn)教師就更稀缺了，因此授課教師一般兼任實操實訓(xùn)教師。隨著汽車專業(yè)的高校向著智能汽車方向的轉(zhuǎn)型，越來越多的高校授課教師需要接受繼續(xù)教育，進行智能座艙知識的專業(yè)培訓(xùn)才能上崗。

2.2 實訓(xùn)指導(dǎo)教材的缺乏及實操實訓(xùn)設(shè)備的缺乏

《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)資源稀缺，市場上適合教學(xué)的教材非常少，其中涉及到實操實訓(xùn)的教材僅有機械出版社的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能座艙系統(tǒng)測試裝調(diào)》。該書的實操環(huán)節(jié)是建立在智能座艙實訓(xùn)小車平臺的基礎(chǔ)上。而現(xiàn)實問題是，絕大多數(shù)開設(shè)該課程的汽車院校，因為經(jīng)費問題，并未采購該教學(xué)實操實訓(xùn)設(shè)備；因此該教材所涉及到的實操實訓(xùn)環(huán)節(jié)在實際教學(xué)中不能實現(xiàn)。眾多高校建立智能座艙實操實訓(xùn)基地和采購實訓(xùn)設(shè)備尚需時日。因此，對于眾多汽車高校，如何在現(xiàn)有硬件設(shè)施的條件下，有效保障該課程實操實訓(xùn)的開展是一個非常棘手的問題。

2.3 沒有合適的校外實踐教學(xué)基地

因《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程是一門新興課程，各大高校校外實踐教學(xué)基地的開展工作也是剛剛起步，具備該課程實操實訓(xùn)條件的課外實踐教學(xué)基地全國范圍內(nèi)屈指可數(shù)，且多是收費較為高昂的教育服務(wù)機構(gòu)。校外實踐教學(xué)基地的拓展任重而道遠(yuǎn)。

3 課程實操實訓(xùn)教學(xué)方法對策探究

3.1 課程教學(xué)內(nèi)容核心

智能駕駛艙的核心是人機交互界面，這個界面可以將車輛周圍的信息以圖形化和可視化的方式呈現(xiàn)給駕駛員，包括路況、車速、車輛位置等信息。這些信息可以通過語音識別、手勢識別、眼動追蹤等方式來獲取。通過這種方式，駕駛員可以更加方便地控制車輛，同時也可以更加安全地行駛[2]?！吨悄茏搼?yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)課程教學(xué)的核心是人機交互系統(tǒng)（HMI，Human Machine Interaction），包括車載語音交互系統(tǒng)、手勢交互系統(tǒng)、觸控交互系統(tǒng)、人臉識別（FR，F(xiàn)ace Recognition）、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)（DMS，Driver Monitor System的縮寫）、全息交互系統(tǒng)、多模態(tài)人機交互系統(tǒng)、抬頭顯示系統(tǒng)（HUD）等。

其中該課程涉及到實操實訓(xùn)的環(huán)節(jié)主要是人機交互系統(tǒng)，包括車載語音交互系統(tǒng)、手勢交互系統(tǒng)、觸控交互系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)、抬頭顯示系統(tǒng)。

3.2 人機交互系統(tǒng)的技術(shù)背景

智能駕駛艙人機交互系統(tǒng)的語音交互、手勢識別、觸摸操控、視覺分析等多模態(tài)交互技術(shù)本質(zhì)上依賴于深度學(xué)習(xí)算法。智能座艙關(guān)聯(lián)到的算法基本上囊括了機器學(xué)習(xí)、計算機視覺及語音等各個方面。以計算機視覺為例，檢測、分類、分割、人臉關(guān)鍵點、人體骨架、人臉識別、行為識別、3D視覺等相關(guān)領(lǐng)域均有涉及[3]。智能座艙人機交互是在依托各類傳感器（包括攝像頭）、計算芯片、屏幕等硬件基礎(chǔ)上，在座艙操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上嵌入人機交互算法來實現(xiàn)各種交互技術(shù)。

3.3 借助電腦上位機編程進行實操實訓(xùn)

根據(jù)3.2所述中人機交互技術(shù)背景，本課程的實操實訓(xùn)環(huán)節(jié)完全可以借助多媒體教室的電腦來實現(xiàn)。電腦屏幕相當(dāng)于智能座艙的車載大屏；電腦芯片相當(dāng)于智能座艙算法計算芯片；在電腦上安裝車載操作系統(tǒng)來模擬實車操作系統(tǒng)，比如可以安裝Ubuntu操作系統(tǒng)；而智能座艙核心算法的實現(xiàn)可以通過借助Python編程軟件來實現(xiàn)。因各大中職、高職及本科院校都具備在多媒體教室開展實訓(xùn)仿真的條件，因此通過對現(xiàn)有教學(xué)硬件設(shè)備稍微的軟件升級改裝，就可以進行本課程的實操實訓(xùn)教學(xué)，讓學(xué)生在本質(zhì)上理解智能座艙背后的深層原理和邏輯。

3.4 基于Python編程+Mediapipe深度學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)對智能座艙車載手勢交互系統(tǒng)的實操實訓(xùn)案例

駕駛者在操作中控屏幕或者按鈕容易發(fā)生事故，手勢識別可有效降低駕駛潛在風(fēng)險，提高人機交互體驗；同時手勢控制可以令駕駛者使用手勢組合，從而讓車主更加快捷地實現(xiàn)各種操作，比傳統(tǒng)的汽車中控按鍵更便捷。手勢識別技術(shù)是通過車載攝像機將手掌、手指各關(guān)節(jié)的方位、角度等信息輸入車載芯片經(jīng)過算法分析轉(zhuǎn)化為機器可理解的語言，實現(xiàn)了人機交互。

手勢識別算法流程是首先通過攝像頭獲取RGB（紅、綠、藍）原始圖像，然后在獲取到的圖像中進行手勢分割，得到手部區(qū)域。接著在此基礎(chǔ)上進行手勢分析，分析手勢特征，最后通過識別算法實現(xiàn)手勢識別。在此流程中，手勢分割（圖1）以及手勢識別是關(guān)鍵技術(shù)。

MediaPipe手勢模塊框架由3個模型組成的，包括：手掌識別模型BlazePalm（用于識別手的整體框架和方向）、Landmark模型（識別立體手部節(jié)點）、手勢識別模型（將識別到的節(jié)點分類成一系列手勢），具體可通過構(gòu)建21個關(guān)鍵點的3D坐標(biāo)來完成手勢跟蹤檢測，如圖2和3所示。

3.5 其他人機交互系統(tǒng)實操實訓(xùn)

與手勢交互系統(tǒng)類似，車載語音交互系統(tǒng)、觸控交互系統(tǒng)、人臉識別、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)等課程內(nèi)容的實操實訓(xùn)都可以借助Python編程+相應(yīng)的深度學(xué)習(xí)算法來實現(xiàn)。例如Python編程+OpenCV算法可以實現(xiàn)人臉識別交互技術(shù)；借助OpenCV+Mediapipe算法可實現(xiàn)駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)實操實訓(xùn)等；借助python 的語音識別應(yīng)用程序接口（API：Application Program Interface）可調(diào)用相關(guān)應(yīng)用程序來實現(xiàn)語音識別等。

4 結(jié)語

本文從《智能座艙應(yīng)用技術(shù)》課程對于我國各大汽車院校向智能網(wǎng)聯(lián)化轉(zhuǎn)型升級中扮演的重要角色出發(fā)，指出了該課程在實操實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中目前遇到的客觀問題，并探討了具體的可實施的對策。該對策立足于各大汽車院校教學(xué)實際條件，通過轉(zhuǎn)變教學(xué)思路來解決問題，為我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車專業(yè)課程實操實訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計提供了一個有意義的參考。

基金項目：中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級精品在線開放課程（項目立項名稱：汽車智能座艙系統(tǒng)與應(yīng)用）。

參考文獻：

[1]蔣繼平.《實踐教學(xué)在高職教育中的重要作用》[J].職業(yè)教育（月刊）.2007年第5期下半月

[2]《智能駕駛艙的核心是人機交互界面》[N].北斗資訊平臺.2023年6月21日．

[3]楊聰.《智能座艙開發(fā)與實踐》[M].北京：機械工業(yè)出版社.2022年2月.第165頁.