王權　王大方　馬琮淦　李衛(wèi)華　劉清河　賈永凱

摘 要：當前我國智能網聯(lián)汽車產業(yè)發(fā)展迅猛，專業(yè)技術人才供需的結構性矛盾十分突出。因此，智能車輛工程新工科專業(yè)應運而生。本文介紹了哈工大（威海）智能車輛工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和課程體系；分析了智能車輛環(huán)境感知技術課程教學過程中存在的突出問題；基于成果導向的教學理念對智能車輛環(huán)境感知技術的教學目標、教學設計、課程團隊、教材開發(fā)等方面提出了改革措施，希望為相關院校智能車輛工程專業(yè)課程改革提供借鑒。

關鍵詞：新工科 產學合作協(xié)同育人 智能車輛工程 感知技術 課程改革

1 引言

全面建設社會主義現代化國家，科技是關鍵，人才是基礎，教育是根本。習近平總書記在黨的二十大報告中強調“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰(zhàn)略性支撐”，對“加快建設教育強國、科技強國、人才強國”作出了全面系統(tǒng)部署[1]。

新一輪科技革命和產業(yè)變革蓬勃興起，智能汽車已成為全球汽車產業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。2020年2月，國家發(fā)改委等11個部門聯(lián)合印發(fā)了“智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略”[2]，規(guī)劃了中國智能汽車產業(yè)發(fā)展路線圖。2020年7月，習近平總書記考察在中國一汽集團研發(fā)總院時指出[3]：“一定要把關鍵核心技術掌握在自己手里，要立這個志向，把民族汽車品牌搞上去?！?020年10月《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》[4]發(fā)布，明確了面向2035年智能網聯(lián)汽車的發(fā)展愿景、目標及里程碑。

2017年以來，哈爾濱工業(yè)大學系統(tǒng)地推進新工科建設，先后建設了一批新工科專業(yè)群，發(fā)展形成了“哈工大新工科‘π型方案”，積極構建產學研用深度融合的開放式教育生態(tài)體系，打造新工科人才培養(yǎng)的良好環(huán)境，在工程教育改革、學科交叉融合、教學方法創(chuàng)新、校企協(xié)同育人等方面闖出了一條新路[5]。2018年，哈工大（威海）智能車輛工程專業(yè)成為教育部新增審批的全國首個智能車輛領域的新工科專業(yè)。截止到2022年，教育部新增備案開設智能車輛工程專業(yè)的高校達到30所，如表1所示。

2021年5月，《智能網聯(lián)汽車產業(yè)人才需求預測報告》[7]出版，報告分析了我國智能網聯(lián)汽車產業(yè)人才現狀及需求，智能網聯(lián)汽車產業(yè)環(huán)境感知重要崗位需求分布如表2所示。預測到2025年智能網聯(lián)汽車產業(yè)人才需求為9.2萬～11.6萬人，智能網聯(lián)汽車產業(yè)的研發(fā)人員缺口約為1.3萬～3.7萬人?？傊?，從業(yè)人員數量供給不足、質量不能滿足行業(yè)需求。智能車輛環(huán)境感知技術是哈工大（威海）智能車輛工程專業(yè)核心課程之一，已經完成2019級和2020級智能車輛工程專業(yè)122名學生授課，教學過程中仍存在諸多問題，教學內容和教學效果不能滿足培養(yǎng)智能車輛工程專業(yè)創(chuàng)新拔尖型人才的需求。

2022年1月，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委關于深入推進世界一流大學和一流學科建設的若干意見[8]中，指出“完善大學創(chuàng)新體系，深化科教融合育人”，加強高校、科研院所、企業(yè)等主體協(xié)同創(chuàng)新，建立協(xié)同組織、系統(tǒng)集成的高端研發(fā)平臺，推動產學研用深度融合，促進科技成果轉化，推進教育鏈、人才鏈、創(chuàng)新鏈與產業(yè)鏈有機銜接。

本文分析了智能網聯(lián)汽車環(huán)境感知方向的人才需求和智能車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，針對新工科背景下智能車輛環(huán)境感知技術教學現狀和課程改革進行了探討。以培養(yǎng)新時代的智能網聯(lián)汽車產業(yè)杰出人才為目標，從教學目標、教學設計、課程團隊、教材開發(fā)等方面入手，對智能車輛環(huán)境感知技術課程改革提出了具體的措施和建議[9]。

2 智能車輛工程專業(yè)培養(yǎng)方案

2.1 培養(yǎng)目標

哈爾濱工業(yè)大學（威海）智能車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標：

1）德才兼?zhèn)?、治學嚴謹，能夠解決相關領域重大科學問題的學術大師；

2）本領過硬、精益求精，在打造國之重器中發(fā)揮核心作用的工程巨匠；

3）勤勉修身、遠見卓識，具有優(yōu)良科學素養(yǎng)和卓越領導力的治國棟梁；

4）眼界開闊、格局宏大，致力帶動技術、經濟及社會創(chuàng)新的業(yè)界領袖。

畢業(yè)生在畢業(yè)5-10年預期達到以下目標：

肩負中華民族的歷史責任，成為愛黨愛國、品學兼優(yōu)、志存高遠、知博識卓的時代精英。具備良好的溝通協(xié)作、認知融合及終身學習能力。擁有國際視野、創(chuàng)新精神，以及優(yōu)良的科學素養(yǎng)，高度的社會責任感。具有多元知識結構和解決復雜智能制造系統(tǒng)的科學與研究、設計與發(fā)展、生產與管理問題的能力。在智能車輛工程及相關領域，培養(yǎng)敢為天下先的新時代杰出人才。

2.2 課程體系

智能車輛工程專業(yè)課程體系，分為四大板塊，即公共基礎課、大類平臺課、專業(yè)方向課及自主發(fā)展課。大類平臺課程包括：專業(yè)集群基礎課程（智能車輛專業(yè)導論、工程制圖基礎、C語言程序設計）和大類專業(yè)基礎課程（智能車輛仿真技術、電路與電子學、理論力學、機械原理、機械設計、機械制造技術基礎，信號處理基礎、數據結構與算法設計、單片機原理及實踐、軟件設計與開發(fā)實踐、人工智能入門、自動控制原理、嵌入式系統(tǒng)原理等）。專業(yè)方向課程：核心課程（智能車輛環(huán)境感知技術、智能車輛規(guī)劃與決策、智能車輛控制、智能網聯(lián)汽車技術、電動汽車理論、智能車原型制作與開發(fā)、智能車輛平臺設計開發(fā)等），專業(yè)方向選修課包括（智能交通系統(tǒng)、汽車無人駕駛技術、車載網絡技術、新能源汽車概論等）。智能車輛環(huán)境感知技術是通過對智能汽車關鍵技術、人工智能與神經網絡、目標識別與場景理解、多傳感器融合等知識的講授，培養(yǎng)學生掌握智能車輛環(huán)境感知技術的基本知識、標定和目標識別及神經網絡設計的基本能力，為學習后續(xù)專業(yè)課程、感知系統(tǒng)設計以及科學研究打下必要的基礎。

3 智能車輛環(huán)境感知技術教學現狀分析

智能車輛環(huán)境感知技術（32學時2學分），2021年秋季學期首次開課，已完成2個年級授課。通過課程跟蹤、專家聽課和學生評教發(fā)現教學目標單一、教學內容寬泛，學生學習的積極性和主動性不高，缺少配套的專業(yè)教材、師資力量薄弱、實驗平臺建設滯后等問題，是新工科背景下智能車輛環(huán)境感知技術教學過程中需要重點解決的問題。具體而言：

（1）教學目標單一，教學設計不足。智能車輛環(huán)境感知技術課程具有知識點多、覆蓋面廣、理論難懂、實踐性強的特點。授課沿襲傳統(tǒng)車輛工程專業(yè)課程的教學方法，側重講解各類傳感器的工作原理、技術參數、感知算法及應用場景，內容寬泛且枯燥抽象，學生課堂抬頭率不高。同時，教師課外作業(yè)布置較多，學生容易產生抵觸情緒，導致教學效果不佳，忽視了對學生團隊精神、終身學習能力及科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（2）調查發(fā)現，目前智能車輛環(huán)境感知技術相關教材主要有以下幾類：面向職業(yè)等級技能證書類教材，內容寬泛，難度低；學術專著類教材，理論性強、實踐案例少，學生學習困難；校企合作開發(fā)類教材，介紹典型算法及應用案例，高度依賴企業(yè)平臺；自動駕駛技術類教材，環(huán)境感知技術僅有一章，篇幅過小，無法展開。教學過程需要統(tǒng)籌兼顧課程體系的廣度和深度，從課程培養(yǎng)目標和學時限制等方面分析，上述教材無法與本課程配套。

（3）智能車輛工程專業(yè)成立時間短，師資力量相對薄弱，課程團隊建設滯后。目前，本課程有任課教師1人、助教1人。任課教師是由車輛工程專業(yè)轉移至智能車輛工程專業(yè)，缺少人工智能、計算機及自動化等專業(yè)背景，既要承擔車輛工程專業(yè)的授課，同時又要面臨在新工科專業(yè)開設新課的壓力，面對教學設計、教案制作、教學研究和課程思政等各項任務，需要投入大量的時間和精力，缺少課程團隊支持，容易顧此失彼，影響授課的整體效果。

（4）智能車輛工程專業(yè)課程體系仍不完善，理論教學與實驗教學脫節(jié)，缺少自動駕駛專業(yè)仿真軟件、實驗平臺以及實驗指導手冊和項目案例，學生動手實踐機會少，導致在自動駕駛感知的模型訓練、算法開發(fā)和智能小車實操方面經驗不足。專業(yè)核心課程與課程設計、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)尚未完全打通。缺乏成本更低、技術更成熟的一體化解決方案用于快速構建智能車輛工程專業(yè)的課程體系。

4 智能車輛環(huán)境感知技術教學改革與實踐探索

4.1 明確知識、能力、素質三方面的教學目標

（1）知識層面：了解智能車輛產業(yè)發(fā)展趨勢及關鍵技術的應用前景；了解智能車輛環(huán)境感知的目的、環(huán)境感知的對象以及環(huán)境感知的方法；了解現階段智能車輛環(huán)境感知系統(tǒng)的優(yōu)缺點和科技前沿的發(fā)展方向；熟悉車載環(huán)境感知系統(tǒng)的構成及工作原理；熟悉環(huán)境感知的圖像處理算法、機器學習算法及自動駕駛數據集等。掌握車載傳感器數據預處理方法與目標識別技術；掌握深度學習方法的基本理論和神經網絡的基本結構；掌握python或C++語言編程并能夠搭建簡單的神經網絡模型。

（2）能力層面：根據新工科專業(yè)學生的特點，為學生提供優(yōu)質的課程資源和一體化的實驗平臺，發(fā)揮學生學習的積極性和主動性。利用虛擬仿真平臺的傳感器模型，學習和驗證經典的感知算法。通過實車實驗，掌握不同傳感器的安裝方法、標定方法，能夠獲取和存儲數據，完成感知實驗任務；將混合式教學與項目驅動相結合，提高學生自主學習、獨立探究、創(chuàng)新實踐的能力，培養(yǎng)學生終身學習的意識，積極應對智能網聯(lián)汽車產業(yè)帶來的挑戰(zhàn)。

（3）素質層面：以習近平總書記致哈工大建校100周年賀信精神為引領，將思政元素有機融入到教學設計中，介紹哈工大為黨和人民打造一大批國之重器、培養(yǎng)一大批杰出人才的典型案例，學生們的愛國熱情空前高漲，努力學習和貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想，堅定了踐行社會主義核心價值觀的決心。教師在授課結束后，向學生發(fā)放調查問卷，檢驗課程思政建設的成效，結果表明學生們的家國情懷、科學素質均有較大的提升[10]。

4.2 從理論、實驗兩方面優(yōu)化教學設計

（1）理論教學：課前導學階段，教師通過布置自動駕駛感知技術慕課課程，讓學生提前預習知識點，教師設置若干討論題，啟發(fā)學生思考。課中探學階段，課堂上組織學生分組討論，教師設問、學生探究，教師引導、學生提供解決方案，培養(yǎng)學生獨立思考、自我探索的能力。鼓勵學生提出問題和解決思路，由教師點評和解答疑難問題，學生課堂抬頭率明顯提高。課后拓學階段，增加課后任務難度，給各組布置自動駕駛感知模塊的不同任務，鼓勵學生研讀感知算法原文，下載開源代碼，進行算法復現，各組在下次課堂上展示研究成果，組間互評，多人翻轉，各組通過分享和討論，學生學習的積極性和主動性明顯提高[11]。

（2）實驗教學：在教育部產學合作協(xié)同育人項目的大力支持下，構建了騰訊TAD Sim教育版和百度Apollo虛擬仿真教學雙平臺，設計了以“學”為中心“問題導向-獨立思考-團隊合作-深入探索-教師點評-歸納總結-動態(tài)反饋”式的實驗流程。以學生動手實踐為主，教師現場指導為輔，學生掌握了自動駕駛仿真系統(tǒng)安裝、調試、仿真等工具的使用；熟悉了自動駕駛高精度地圖、定位、感知、預測、規(guī)劃與控制等模塊的運行機制、代碼架構等知識，激發(fā)了學生“學”的熱情和主動性，改善了“教”與“學”的效率和效果，學生的工程思維能力、解決復雜問題的能力以及綜合素質都得到了顯著提高。

4.3 多種舉措并舉，打造一流課程團隊

（1）組建虛擬教研室，構建“教師+企業(yè)工程師”多學科知識體系的雙師型師資隊伍，定期組織自動駕駛仿真軟件培訓、項目研討、技術講座、教學研究等活動。鼓勵教師深入自動駕駛汽車企業(yè)開展交流和學習，提升工程實踐能力，促進課程教學與產業(yè)應用有機融合。

（2）積極引進具有人工智能、自動化、計算機等專業(yè)背景的青年教師，補齊課程團隊專業(yè)短板，學院出臺主講教師資格認定辦法，建立青年教師課堂準入和教學能力提升制度，例如，要求青年教師參加教學基本功大賽、教研室以老帶新、助教助課等。

（3）建立校內外多部門、多學科協(xié)同的師資隊伍共享機制和校外兼職導師評聘機制，通過聘請國內外知名大學客座教授和自動駕駛企業(yè)的技術專家作為兼職導師，共同指導課程教學、課程設計和畢業(yè)設計。

（4）開展智能車輛工程系和自動駕駛企業(yè)雙方黨支部的聯(lián)建共建，以“共建、共享、共培、共研、共創(chuàng)”為途徑，推進“產、學、研、用”深度融合，打造一流課程團隊，著力形成特色黨建聯(lián)建體，資源交流、科研共享、引領企業(yè)產業(yè)和學校人才培養(yǎng)升級，實現共贏。

4.4 開發(fā)數字教材，加快推廣應用

（1）新工科教材具有時代性、前沿性、融合性、開放性、體系化等特征[12]。智能車輛工程專業(yè)培養(yǎng)方案經歷了二次修訂，對教學內容和課程體系建設提出了新的要求，迫切需要開發(fā)專業(yè)教材。依托哈工大（威海）未來技術學院“智能環(huán)境感知技術”課程和百度Apollo星火計劃2.0課程，開發(fā)《智能網聯(lián)汽車環(huán)境感知技術》的數字教材。

（2）當培養(yǎng)方案發(fā)生變化、課程大綱需要調整時，可以快速優(yōu)化課程體系和教學資源，適應教學環(huán)境變化。當課程教學內容穩(wěn)定、知識體系完備后，出版新形態(tài)教材，通過二維碼、數字課程作為教材配套資源，增強教材的可讀性，引入實驗平臺、技術前沿、拓展資料等資源，與大學慕課進行一體化設計，為學生提供個性化的學習方案。

（3）教材開發(fā)過程中，通過教學立項、技術年會、課程研討和師資培訓等形式，課程團隊與新工科聯(lián)盟、中國智能網聯(lián)汽車產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、行業(yè)學會和行業(yè)協(xié)會、出版社及兄弟院校建立起了廣泛聯(lián)系，提高新工科教材編寫質量，加快在相關院校的推廣應用。

5 結語

當前我國智能網聯(lián)汽車產業(yè)迅猛發(fā)展，智能車輛專業(yè)技術人才供需的結構性矛盾突出。同時，智能車輛工程專業(yè)成立時間短，專業(yè)課程教學內容和課程體系改革仍處于探索階段。本文以智能車輛環(huán)境感知技術課程為例，分析了教學過程中存在的突出問題，基于成果導向的理念，從知識、能力、素質三方面細化了教學目標，從理論和實踐兩方面優(yōu)化了教學設計，提出了理論教學“課前導學、課中探學、課后拓學”三階段任務，構建了騰訊TAD Sim和百度Apollo虛擬仿真教學雙平臺，設計了以“學”為中心的實驗流程，解決了缺少自動駕駛仿真平臺的難點、打通了理論教學和實驗教學之間的堵點、消除了智能車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)的痛點。另外，在課程團隊建設和開發(fā)數字教材方面提出了若干建議，希望能為相關院校智能車輛工程專業(yè)的課程改革提供借鑒。

基金項目：2022年教育部產學合作協(xié)同育人項目：“基于TAD Sim教育版的智能車輛環(huán)境感知技術課程體系改革與應用實踐”（編號：220500006274827），“基于百度Apollo的《智能網聯(lián)汽車感知技術》教材開發(fā)”（編號：220600001300838），“智能汽車決策與控制虛擬仿真實踐基地建設”（編號：220506707315854）；2022年山東省本科教學改革研究項目“面向汽車類專業(yè)的四育人模式研究與實踐”（編號：M2022232）；哈爾濱工業(yè)大學教育教學改革研究項目“基于‘Ⅰ+Ⅳ導師制的新工科智能車輛工程學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究”（編號：XJG2021017）。

參考文獻：

[1]學習宣傳貫徹黨的二十大精神，新華網，http：//www.xinhuanet.com.

[2]中華人民共和國發(fā)展與改革委員會，關于印發(fā)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》的通知，https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202002/t20200224_1221077.html.

[3]“把民族汽車品牌搞上去”——從中國一汽創(chuàng)建70年看中國汽車工業(yè)發(fā)展，http：//www.xinhuanet.com/politics/2023-07/14/c_1129749148.htm.

[4]中國汽車工程學會主編，節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0[M].機械工業(yè)出版社，2021.1.

[5]徐曉飛，沈毅，鐘詩勝，等.新工科模式和創(chuàng)新人才培養(yǎng)探索與實踐——哈爾濱工業(yè)大學“新工科‘π型方案”[J].高等工程教育研究，2020，（2）：18-24.

[6]中華人民共和國教育部，https：//www.moe.gov.cn/.

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[10]王權，馬琮淦，李衛(wèi)華等，賀信精神融入新工科課程思政教學設計——以“智能車輛環(huán)境感知技術”為例，哈工大貫徹落實習近平總書記賀信精神教育教學成果研討會，2022.5.

[11]Apollo開發(fā)者社區(qū)，師者|一次拔尖人才培養(yǎng)方式的有益探索，https：//apollo.baidu.com/community/article/1035.

[12]時陽，產學合作視角下新工科專業(yè)教材建設初探[J]，計算機教育，2020（9）：183-186.