杜 峰，姜 鋒，湯亞豐，張 紳

中職學(xué)校智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知實訓(xùn)室建設(shè)探索與思考

杜 峰，姜 鋒*，湯亞豐，張 紳

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，天津 300222）

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的快速發(fā)展，在國家相關(guān)政策的推動下，中職學(xué)校已經(jīng)開始探索智能網(wǎng)聯(lián)汽車方向的專業(yè)建設(shè)。中職學(xué)校作為培養(yǎng)技能型人才的搖籃，專業(yè)建設(shè)的首要條件就是配備相應(yīng)的實訓(xùn)室。然而，智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為一個新興領(lǐng)域，部分中職學(xué)校沒有形成完善的課程體系，缺少專業(yè)的實訓(xùn)室和實訓(xùn)設(shè)備。文章在依據(jù)實訓(xùn)室建設(shè)基本原則的基礎(chǔ)上，提出了一套智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知實訓(xùn)室的設(shè)計方案，并對實訓(xùn)室的運營模式進行分析，為后期中職學(xué)校建設(shè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車方向的實訓(xùn)室提供參考和經(jīng)驗。

中職學(xué)校；智能網(wǎng)聯(lián)汽車；環(huán)境感知系統(tǒng)；實訓(xùn)室建設(shè)

目前，汽車朝著智能化和網(wǎng)聯(lián)化的方向發(fā)展已成必然趨勢，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的時代已經(jīng)到來。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的興起，相關(guān)企業(yè)對技能型人才的需求與日俱增。在“職教20條”的背景下，國汽智聯(lián)等培訓(xùn)評價組織發(fā)布了與智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)的職業(yè)技能等級標準，中職學(xué)校依據(jù)于此開發(fā)相應(yīng)的課程或?qū)嵱?xùn)項目，培養(yǎng)“1+X”畢業(yè)生。環(huán)境感知系統(tǒng)作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車各項功能實現(xiàn)的前提，是學(xué)生認知智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關(guān)鍵，因此，建設(shè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知實訓(xùn)室勢在必行。

1 環(huán)境感知實訓(xùn)室建設(shè)基本原則

1.1 教學(xué)實踐性原則

職業(yè)教育與普通教育最大的區(qū)別就在于普通教育偏重于學(xué)術(shù)性知識的傳授，而職業(yè)教育更側(cè)重于專業(yè)技能的訓(xùn)練。因此，實訓(xùn)室的建設(shè)思路不能以傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)教室設(shè)計方案為參考。實訓(xùn)室的建設(shè)應(yīng)在“理”的基礎(chǔ)上結(jié)合“實”，使學(xué)生能夠完成從“有所知”到“有所為”的過渡。通過營造企業(yè)實際的工作場景，以具體的工作任務(wù)為依據(jù)完成理論知識的學(xué)習(xí)和技能的訓(xùn)練，使“理”和“實”融為一體，以此來滿足學(xué)生發(fā)展的需求，充分體現(xiàn)教學(xué)實踐性[1]。

1.2 設(shè)備先進性原則

根據(jù)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技能人才需求調(diào)研報告》顯示，在未來10年內(nèi)，企業(yè)汽車智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)品（環(huán)境感知傳感器等）裝配與調(diào)試相關(guān)工作崗位對技能型人才的需求量是十分巨大的。因此，要想滿足企業(yè)的用人需求，實訓(xùn)室就必須配備先進的，具有前瞻性的實訓(xùn)設(shè)備。先進的實訓(xùn)設(shè)備能夠?qū)⑿轮R和新技術(shù)納入學(xué)生已有的知識體系中?；诖耍瑢W(xué)生在就業(yè)時可以更好地融入企業(yè)工作崗位中，間接地提高了學(xué)校的就業(yè)率。

1.3 實訓(xùn)室開放性原則

中職學(xué)校的辦學(xué)宗旨是向企業(yè)輸送高素質(zhì)的技術(shù)技能人才，中職學(xué)校實訓(xùn)室的建設(shè)是以市場規(guī)律為標桿，以企業(yè)發(fā)展需求為前提條件，因此，實訓(xùn)室應(yīng)體現(xiàn)開放性原則。參照新加坡的學(xué)徒制教學(xué)工廠職業(yè)教育模式，做到“校中有廠，廠中有?！?，與企業(yè)保持緊密聯(lián)系，將企業(yè)中的新思想和新技術(shù)帶入校中，不斷改進和完善實訓(xùn)室[2]。除此之外，還應(yīng)對其他職業(yè)院校持以開放性原則，通過座談會、講座、研討等方式，就實訓(xùn)室的建設(shè)、實訓(xùn)項目的開發(fā)、教育模式的改革等方面，雙方提出具有參考價值的方案和意見，加強溝通交流，以達到合作共贏的目的。

2 環(huán)境感知實訓(xùn)室設(shè)計方案

2.1 總體布局

通過查閱和分析國內(nèi)外中職學(xué)校汽車實訓(xùn)室建設(shè)相關(guān)文獻，結(jié)合國外職業(yè)教育領(lǐng)域典型的教學(xué)育人模式和我國中職學(xué)生的發(fā)展特點，利用SolidWorks構(gòu)建出智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知實訓(xùn)室的三維實體模型[3]，如圖1所示。該實訓(xùn)室共分為4個區(qū)域：多媒體教學(xué)區(qū)、技能訓(xùn)練區(qū)、學(xué)生坐席區(qū)以及圖文學(xué)習(xí)區(qū)。在教學(xué)實施過程中，該實訓(xùn)室的4個區(qū)域?qū)ⅰ袄怼迸c“實”、“教”與“學(xué)”、“知識”與“技能”融為一體，充分體現(xiàn)出以行動為導(dǎo)向的職業(yè)教育教學(xué)理念。

2.2 區(qū)域劃分

2.2.1多媒體教學(xué)區(qū)

多媒體教學(xué)是指在教學(xué)實施環(huán)節(jié)中，基于課程或?qū)嵱?xùn)項目的教學(xué)目標和中職學(xué)生的發(fā)展特點，在教學(xué)設(shè)計過程中融入現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，將黑板板書等傳統(tǒng)教學(xué)工具與多媒體等現(xiàn)代教學(xué)媒介有機結(jié)合，實現(xiàn)人機交互，使授課過程更加合理，以達到最佳的教學(xué)效果[4]。

在環(huán)境感知實訓(xùn)室設(shè)置多媒體教學(xué)區(qū)可以打破傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，突破教學(xué)重難點。以智能車環(huán)境感知系統(tǒng)測試裝調(diào)實訓(xùn)項目中“激光雷達的安裝與標定”為例，其中的一項學(xué)習(xí)任務(wù)為掌握激光雷達的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。由于激光雷達體積較小，價格較昂貴，無法滿足每位學(xué)生對激光雷達進行結(jié)構(gòu)拆解，觀察不到激光雷達的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生對其工作原理更是無法理解。針對這種情況，教師可以通過多種渠道搜集有關(guān)激光雷達的資料，將其進行整合制作成教學(xué)課件，運用多媒體以圖片加字幕的形式向?qū)W生展示激光雷達的結(jié)構(gòu)組成和工作原理（圖2）；也可以通過SolidWorks和3D MAX等軟件對激光雷達進行三維實體建模和動畫渲染，再利用萬彩動畫大師制作激光雷達的結(jié)構(gòu)分解和工作過程微視頻（圖3），以動畫的形式向?qū)W生展示教學(xué)重難點，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對知識的理解，增加實訓(xùn)教學(xué)的趣味性。

圖2 多線旋轉(zhuǎn)式激光雷達工作原理課件

圖3 16線激光雷達工作原理微視頻

2.2.2技能訓(xùn)練區(qū)

技能訓(xùn)練區(qū)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知實訓(xùn)室的核心區(qū)域，學(xué)生在此區(qū)域內(nèi)進行實操技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵職業(yè)能力。實訓(xùn)設(shè)備又是技能訓(xùn)練區(qū)的重要載體，所選用的實訓(xùn)設(shè)備是由天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)研發(fā)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知實驗臺，實驗臺三維模型如圖4所示。

圖4 環(huán)境感知實驗臺結(jié)構(gòu)組成

該實驗臺主要由環(huán)境感知傳感器、仿真模型、操作控制系統(tǒng)、鋁合金實驗臺架所組成。實驗臺上裝載的環(huán)境感知傳感器包括16線激光雷達、 77 GHz毫米波雷達、視覺傳感器和超聲波雷達；仿真模型包括模擬車輛、模擬行人和模擬道路；操作人員可以利用操作控制系統(tǒng)時刻觀察各個傳感器的工作狀態(tài)，并可以將上傳的數(shù)據(jù)信息保存至本地，以便教師和學(xué)生對數(shù)據(jù)進行分析；鋁合金實驗臺架主要放置電腦顯示器、主機、仿真車模和環(huán)境感知傳感器。每臺實訓(xùn)設(shè)備都配有汽車專用工具箱，輔助操作人員完成環(huán)境感知傳感器的拆裝、標定等實訓(xùn)環(huán)節(jié)?；诖藢嶒炁_所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，學(xué)生可以進行如表1所示的智能車環(huán)境感知系統(tǒng)測試裝調(diào)實訓(xùn)項目，完成具體任務(wù)單元的學(xué)習(xí)。

表1 實訓(xùn)項目學(xué)習(xí)情境和任務(wù)單元的劃分

智能車環(huán)境感知系統(tǒng)測試裝調(diào)實訓(xùn)項目學(xué)習(xí)情境任務(wù)單元 環(huán)境感知實驗臺認知環(huán)境感知實驗臺概述 環(huán)境感知傳感器認知 毫米波雷達認知與檢測毫米波雷達的安裝與標定 基于毫米波雷達的前方障礙物檢測 激光雷達認知與檢測激光雷達的安裝與標定 基于激光雷達的前方障礙物檢測 超聲波雷達認知與檢測超聲波雷達的安裝與標定 基于超聲波雷達的前方障礙物檢測 視覺傳感器認知與檢測視覺傳感器的安裝與標定 基于視覺傳感器的車輛檢測 基于視覺傳感器的行人檢測 基于視覺傳感器的車道線檢測

2.2.3學(xué)生坐席區(qū)

學(xué)生坐席區(qū)是與技能訓(xùn)練區(qū)、多媒體教學(xué)區(qū)配合使用的。學(xué)生在學(xué)生坐席區(qū)可以完成理論知識的學(xué)習(xí)，實訓(xùn)環(huán)節(jié)結(jié)束后學(xué)習(xí)小組進行交流總結(jié)等教學(xué)過程。

學(xué)生坐席區(qū)是以合作學(xué)習(xí)理論為原則進行設(shè)計的。合作學(xué)習(xí)理論是在社會互賴理論、選擇理論、接觸理論、認知精致理論的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的教育理論。合作學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)小組的每位成員在交流互動的過程中，可以針對課上遇到的某些問題產(chǎn)生不同角度的想法，這些思想上的沖突可以幫助學(xué)生已有的知識體系得到重構(gòu)[5]。合作學(xué)習(xí)理論在引導(dǎo)學(xué)生獨立思考、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維、增強學(xué)生自信心和溝通表達能力等方面起到重要作用。因此，環(huán)境感知實訓(xùn)室撇棄了傳統(tǒng)課堂的兩人桌，選用教學(xué)六角桌。相比于兩人桌，教學(xué)六角桌的優(yōu)勢就在于便于開展學(xué)生間的合作學(xué)習(xí)。以“同質(zhì)分層”，“異質(zhì)分組”為原則劃分學(xué)習(xí)小組，每個小組共有6人，6人之間的合作學(xué)習(xí)，使每位學(xué)生都成為了學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，都有發(fā)表個人觀點的權(quán)力，可以改善沉悶的課堂氣氛，提升課堂教學(xué)效果，推動教學(xué)更好地進行。

2.2.4圖文學(xué)習(xí)區(qū)

對于實訓(xùn)室的建設(shè)，要考慮到每一寸空間都應(yīng)得以充分利用。圖文學(xué)習(xí)區(qū)的建設(shè)主要依據(jù)文化墻的設(shè)計與裝飾。文化墻是指利用實訓(xùn)室四周空白的墻壁，設(shè)計出與專業(yè)內(nèi)涵、教師科研成果、學(xué)生優(yōu)秀作品等方面的掛圖和圖板，裝飾在實訓(xùn)室的墻壁上[6]。文化墻對于營造濃厚的實訓(xùn)室文化氛圍，引導(dǎo)學(xué)生形成“學(xué)一行，愛一行”的思想，具有重要的意義和作用。

以環(huán)境感知實訓(xùn)室為例，文化墻的建設(shè)應(yīng)從汽車發(fā)展歷程、智能網(wǎng)聯(lián)汽車專業(yè)名詞解釋、實訓(xùn)安全操作規(guī)范等方面進行。學(xué)生通過觀看圖文并茂的汽車發(fā)展歷程，可以了解到汽車由機械時代，經(jīng)過電子時代，軟件時代到如今的智能時代這百余年間所發(fā)生的變化，使學(xué)生學(xué)習(xí)從事汽車行業(yè)科研人員勇于探索的創(chuàng)新精神和業(yè)精于勤的工作態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。知識學(xué)習(xí)的精髓在于學(xué)生腦海中應(yīng)有課程或?qū)嵱?xùn)項目系統(tǒng)的框架，沒有框架，所學(xué)到的知識也都是雜亂無章的，因此，在文化墻上展示相關(guān)專業(yè)名詞，從智能網(wǎng)聯(lián)汽車到環(huán)境感知系統(tǒng)，再到環(huán)境感知傳感器，由大及小，層層深入，使學(xué)生在腦海中形成系統(tǒng)的知識框架，利于知識的重組和遷移。實訓(xùn)的首要前提是安全，將實訓(xùn)安全操作規(guī)范的圖板掛在墻上，學(xué)生通過觀看學(xué)習(xí)，一方面可以保護個人和同伴的人身安全，另一方面也防止學(xué)生對實訓(xùn)設(shè)備造成損壞，提高了學(xué)生的安全意識。

3 環(huán)境感知實訓(xùn)室的應(yīng)用

3.1 滿足基本教學(xué)需要

中等職業(yè)教育的發(fā)展目標是培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能，在技能訓(xùn)練的過程中提升對理論知識的理解程度，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生成為技能型人才。因此，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)教室并不能滿足中職學(xué)生的發(fā)展需求，而環(huán)境感知實訓(xùn)室的4個區(qū)域，多媒體教學(xué)區(qū)、技能訓(xùn)練區(qū)、學(xué)生坐席區(qū)和圖文學(xué)習(xí)區(qū)之間的配合使用，可以滿足師生的日常教學(xué)活動，達到教師教省力，學(xué)生學(xué)方便的效果。除此之外，利用環(huán)境感知實訓(xùn)室還可以完成多門項目課程的教學(xué)，例如智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知傳感器技術(shù)課程，智能車環(huán)境感知系統(tǒng)測試裝調(diào)實訓(xùn)項目等。由此可見，環(huán)境感知實訓(xùn)室可以滿足基本教學(xué)需要。

3.2 開展社會技術(shù)服務(wù)培訓(xùn)

目前，中職學(xué)校對智能網(wǎng)聯(lián)汽車方向仍處于探索發(fā)展階段，經(jīng)過大量的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)中職學(xué)校汽車相關(guān)專業(yè)大部分的教師沒有接受過關(guān)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車方面的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。因此，可以利用環(huán)境感知實訓(xùn)室開展社會技術(shù)服務(wù)培訓(xùn)，為汽車相關(guān)專業(yè)的教師提供培訓(xùn)條件，也可以為相關(guān)行業(yè)再就業(yè)人員創(chuàng)造培訓(xùn)機會[7]。這樣的實訓(xùn)室運作形式，不僅能夠降低實訓(xùn)室的建設(shè)運營成本，減少了學(xué)校的開支，提高了學(xué)校的經(jīng)濟效益，而且為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供了技術(shù)上和資源上的優(yōu)勢，對提高學(xué)校的社會影響力和知名度創(chuàng)造了有利條件，充分發(fā)揮了學(xué)校的社會服務(wù)職能。

3.3 組織開展科研活動

中職學(xué)校的教師在完成基本教學(xué)任務(wù)的同時，應(yīng)組織開展相應(yīng)的科研活動。這不僅體現(xiàn)了中職學(xué)校的辦學(xué)特色，也是推動專業(yè)發(fā)展的重要手段。智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的環(huán)境感知傳感器各有優(yōu)缺點，各種傳感器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、數(shù)據(jù)傳輸方式也各不相同，利用單一傳感器無法完成環(huán)境感知任務(wù)，目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車整車采用的是多傳感器融合技術(shù)，通過多種傳感器的協(xié)同工作，來保證環(huán)境感知系統(tǒng)功能的實現(xiàn)[8]。因此，應(yīng)借助環(huán)境感知實訓(xùn)室深度開展校企合作，企業(yè)技術(shù)人員和中職教師利用環(huán)境感知實驗臺完成多傳感器融合方案設(shè)計，傳感器聯(lián)合標定等科研活動，改造和升級實訓(xùn)設(shè)備，將科研與教學(xué)，生產(chǎn)緊密聯(lián)系在一起，實現(xiàn)“產(chǎn)、學(xué)、研”的結(jié)合。

4 總結(jié)

通過查找和分析實訓(xùn)室建設(shè)的相關(guān)資料和文獻，總結(jié)出環(huán)境感知實訓(xùn)室建設(shè)的基本原則?；诖?，利用SolidWorks構(gòu)建出環(huán)境感知實訓(xùn)室的三維實體模型，對實訓(xùn)室進行區(qū)域劃分及功能說明，并對實訓(xùn)室后期的運營模式進行闡述，構(gòu)成一套完整的，適合中職學(xué)生發(fā)展的實訓(xùn)室建設(shè)方案，為中職學(xué)校建設(shè)相應(yīng)的實訓(xùn)室和培養(yǎng)符合企業(yè)需求的技能型人才提供有力支撐。

[1] 劉大維.高等職業(yè)院校汽車實訓(xùn)基地建設(shè)研究[D].青島:青島大學(xué),2017.

[2] 周勝奇.“教學(xué)工廠”現(xiàn)代學(xué)徒制技能型人才培養(yǎng)模式的實踐與探索[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐,2020, 3(3):154-155.

[3] 朱曉波.VR技術(shù)在汽車專業(yè)智慧實訓(xùn)室建設(shè)中的應(yīng)用與研究[J].汽車維修技師,2020(11):128.

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Exploration and Reflection on Environment Awareness Training Room Construction of Intelligent Connected Vehicle in Secondary Vocational Schools

DU Feng, JIANG Feng*, TANG Yafeng, ZHANG Shen

( College of Automotive and Transportation, Tianjin University of Technology and Education,Tianjin 300222, China )

With the rapid development of technology of the intelligent connected vehicle and the promotion of relevant policies in China, the secondary vocational schools have begun to explore the professional construction of the intelligent connected vehicle. As the cradle of cultivating skilled talents, the primary condition of professional construction in secondary vocational schools is to be equipped with corresponding training rooms. However, as an emerging field for the intelligent connected vehicle, some secondary vocational schools have not formed a perfect curriculum system and lack professional training rooms and training equipment. Based on the basic principles of training room construction, this paper put forward a set of design scheme of environment awareness training room of the intelligent connected vehicle, and analyzed the operation mode of the training room, so as to provide reference and experience for the later construction of training room of the intelligent connected vehicle in secondary vocational schools.

Secondary vocational schools; Intelligent connected vehicle; Environment awareness system; Construction of training room

U467.4

B

1671-7988(2022)21-176-05

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.033

杜峰（1970—），博士，教授，研究方向為智能網(wǎng)聯(lián)汽車、職業(yè)教育、汽車動態(tài)控制與仿真，E-mail:dufeng wy@163.com。

姜鋒（1996—），碩士，研究方向為職業(yè)技術(shù)教育、智能網(wǎng)聯(lián)汽車，E-mail:531317480@qq.com。