新四化背景下車輛工程專業教學模式探討

付志軍，侯俊劍，趙登峰，周 放

（鄭州輕工業大學機電工程學院，河南 鄭州 450002）

0 引言

汽車產業“電動化、智能化、網聯化、共享化”新四化發展趨勢推動下，汽車產業鏈、生態圈正進入全面重構時代，迫切需要培養大量創新型復合人才。美國的密歇根州立大學基于交互式虛擬仿真技術搭建了智能網聯汽車綜合實驗室，通過將虛擬仿真技術應用到教育教學中大大提高了學生們的創新創業能力，代表了目前國際網聯汽車教學領域的最高水平[1]；德國亞琛工業大學將機器學習和車聯網相關課程融入了現行的車輛工程專業體系。并通過在選修課中增加相關企業急需的專業知識，加速了產學研深入協同融合，解決了企業和高校之間人才需求不匹配問題[2]；日本豐田汽車率先提出了校企聯合研發中心培養體系，建立起了一條企業需求和高校人才培養的紐帶，實現了多學科交叉型人才的培養目的；[3]；英國布雷斯托大學[4]建立了校企聯合實踐就業中心，在學生走向工作崗位之前，就對相關人員開展了有針對性的知識培訓，大大提高了學生的一次性就業率。

我國也非常重視應用型創新人才的培養，尤其在“車聯網產業”等國家大力培育和發展的戰略性新興產業領域，政府和教育界都做出了很多的努力。湖北汽車工業學院王科銀提出了實踐能力驅動的車輛工程專業OBE改革方案[5]。清華大學李克強教授強調[6]，智能網聯汽車（ICV）技術代表了未來汽車的發展方向，其中云控技術是關鍵，我國要走在世界的前列，就必須率先突破車輛工程專業現行培養體系，走多學科交叉融合的人才培養之路。江蘇大學汽車與交通工程學院[7]克服了智能網聯汽車實踐條件的限制，提出了數字孿生驅動下的虛擬仿真教學實驗方法，使得一些先進技術可以借助虛擬仿真平臺實現，收到很好的教學效果，學生反映良好。加深學生對所學知識點的理解。同時在汽車電子與信息化教研方向分析了“車輛測試技術”課程在理論教學環節和實踐教學環節存在的問題，提出了優化教學內容、多樣的教學方式理論教學改革方案，采用了多媒體教學結合現場教學的教學模式，增強了學生對車輛測試技術的研究興趣[8]。參考文獻[9]針對現代汽車技術發展趨勢，提出了項目驅動的教學模式，將機器學習、人工智能、大數據等多科學知識融入現行的車輛工程專業課程體系，并堅持實踐能力培養為導向，做到以學生能力培養為中心，瞄準市場需求，培養復合型人才。

在智慧交通背景下，車輛工程專業教學還應圍繞智慧公路、車路協同、車聯網、云控平臺等方面進行專業人才培養。未來無人駕駛汽車實際上就是一個輪式機器人，它集成了先進感知、機器學習、數字通訊等各種機器人高端技術，因此在車輛工程專業的課程設置和教學模式上應該充分融入多科學交叉，才能達到未來汽車專業人才要求[10]。比如，在原來機械類為主的課程體系設置上，應該增加《智能駕駛技術》《云控大數據技術》《網聯通訊技術》《數字安全技術》等課程，體現多學科交叉的特點[11]。新能源汽車背景下對電子信息技術[12]與自動化電力電器技術[13]要求日益增多，應該在現行車輛工程專業培養體系中融入相關知識。

此外，針對新四化帶來的網絡知識資源較少，無法滿足當今車輛工程專業人才的培養要求，運用現代化信息技術對多傳感器融合、多目標協同、營運大數據驅動等網絡課程進行開發研究，重點介紹新四化背景下的專業課程微課制作過程，為該類課程的開發提出建設性的意見[14]。根據智能網聯背景下社會對應用型本科院校車輛工程專業人才的需求，參考文獻[15]從課程體系設計、教學資源開發、師資隊伍建設、實驗室建設、產教融合等方面對汽車工程專業進行了培養模式改革，旨在形成一種面向企業需求的應用型人才培養模式。本文致力于突破現有的課堂授課為主的車輛工程專業人才培養模式，面向汽車新四化的發展趨勢，重新構建車輛工程抓也人才培養體系，將機器學習、人工智能、大數據等新型知識融入課程體系的構建工程中，做到多學科交叉融合；同時，改革課堂知識傳授為主的填鴨式教學模式，提出以項目驅動的創新性授課模式，讓學生從被動的知識傳授變為主動的帶問題學習，充分調動他們的積極性，實現課程授課模式的核心突破；此外，加強校企產學研合作，打造聯合實踐培訓基地，充分利用企業和高校的人才培養優勢，使得學生可以在四年大學本科的學習過程中，獲得來自企業一線的工程實踐知識傳授，提高他們的動手實踐能力，能夠在大四畢業之后很好的升任相應的專業崗位，正事成為企業需求的專業技術人才。最后，本文在針對現有車輛工程專業存在的四大核心問題基礎之上，給出了相對應的解決方案，為我校車輛工程專業的發展提升了一個高度。同時，相關成果也必將形成示范作用，從而推動我省乃至全國車輛工程專業的教學模式改革和創新，具有重要借鑒意義。

1 教學現狀分析

1.1 現行的專業知識和教學體系與行業新四化發展方向的不匹配

在新四化背景下，車輛工程專業應該培養多學科交叉的復合型人才，打破現有的以機械類課程設置為主的車輛工程專業人才教學體系。急需開設相應多學科交叉課程，以取代一些過時的課程知識，如在汽車新能源化發展趨勢下，可以減少乃至取消相應的內燃機方面的學時，而增加相應的新能源汽車技術和智能網聯汽車技術方面的授課，滿足車輛工程專業人才培養的新時代需求。

1.2 雙創實訓實踐環節與行業轉型發展過程中人才需求的不匹配

隨著汽車新四化的發展趨勢，急需更適應市場和行業的人才培養實訓項目和更先進的實訓條件。目前相關專業實踐教學環境已經具備一定規模，但尚不能完全滿足不斷發展的人才培養的需要?，F有的實驗條件、課程設計、認知實習等實訓環節需要進一步改善。尤其是車輛智能控制、車聯網絡技術應用等新技術新場景的應用，對傳統的教學模式產生了巨大的沖擊。目前實踐平臺存在設備老舊、技術落后、應用項目過時等一系列問題，不能滿足現代化“互聯網+”社會人才的需要，滿足大學生創新創業能力培養需求的實訓條件還需進一步提高。

1.3 校企合作的產教融合人才培養模式改革力度不夠

教育部鼓勵企業積極投入、競相參與產教融合，與高校協同培養社會企業所需要的復合型專業技術人才。隨著市場經濟的發展，行業技術不斷進步，人才培養過程中校企合作融合度、緊密度相對不高，銜接不夠緊密。采用“師傅帶徒弟”的一對一幫扶服務，做到精準個性化培養，打破一刀切式的大熔爐式的傳統人才培養模式，打造校企聯聯合培養實驗基地，搭建互惠互利校企雙贏的軟平臺，實現產教深度融合。

1.4 虛擬仿真實驗平臺內涵對虛實結合教學模式支撐不夠

不同于傳統的車輛工程專業知識教學，智能網聯汽車的教學涉及多個學科內容的交叉，與之相匹配的教學實踐條件十分昂貴，且有些涉及車輛操縱穩定性方面的實現十分危險，因此，需要搭建相應的虛擬仿真實驗平臺，通過虛擬映射數字孿生技術再現實車運行狀態，滿足車輛工程專業新四化趨勢下的教學實驗條件要求。

2 教學改革思路

本課題的研究內容，將雙創核心理念為基礎，以車輛工程專業新四化教育培養計劃為中心，并結合我校車輛工程專業的實際情況，提出一種面向社會急需的應用型卓越人才培養新模式，以培養新四化背景下車輛工程專業多維度復合型人才為主要目標來重新構建專業核心課程學習和系統綜合實踐培養體系。專業核心課程課以虛實結合為培養路徑，依托數字化、信息化與智能化特色課程進行學習與實踐，重點培養學生的系統整合能力。主要培養模式創新如圖1（P156）所示。

圖1 改革思路

根據汽車行業“新四化”的挑戰，構建車輛工程專業新的培養模式，具體舉措如下：

2.1 注重工程實踐與“雙創”能力培養，制訂面向四化的車輛工程培養方案

以工程實踐與“雙創”能力培養為發力點，重塑大學本科四年課程體系，融入創新創業相關課程設計環節，建立競爭有序的競賽體系，實現以賽促教的目的。同時，鼓勵學生積極參與實踐項目，在具體項目中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，改變被動式的知識傳授為主動式的自主學習，提高學生學習的自覺性和主動性；以理實綜合性課程、實驗課程和科技競賽為主要載體，設置貫穿大學四年的圍繞創新創業的工程與科技實踐訓練項目。

2.2 設置車輛工程專業車聯網方向特有的實訓實驗課程

針對車輛工程專業新四化所需的主要核心實訓實驗課程，如程汽車單片機技術、汽車電器與電子技術、汽車控制系統設計、車輛動力學建模與仿真、自動駕駛控制與決策技術、傳感器技術應用、電動汽車、智能傳感與車聯網技術、電池管理系統進行協同融合，并制定多學科交叉融合的實訓實驗課程。

智能車聯網絡運維實踐室依托行業新能源車聯的智能網絡化管理，采用先進的通信網絡技術、定位技術、智能感知技術、云計算技術對新能源智能汽車提供全方位的監測、監控及控制，保障車輛的健康運行。智能車聯網由車聯智控開放平臺、車聯智控監控中心、人工智能機大數據應用模塊三大模塊組成。實踐室集實踐教學、創新創業及行業應用一體化，采用項目化的方式，培養智控平臺運維，車輛動態交通系統運維等新能源車聯的智能網絡化運維管理的專業人才。智融車聯信息平臺模塊平臺層由處理大量車聯數據的數據中心和車聯智控開放平臺組成。車聯智控開放平臺支持新能源車各種傳感設備的接入，可以遠程控制設備。車聯智控開放平臺是面向車聯網而打造的PaaS開放平臺，是智慧交通的中樞神經，負責車與車之間的互聯互通。

2.3 改革課堂教學形式

現有的填鴨式課程教學形式已經嚴重影響了學生學習的主動性，急需對課堂教學形式進行改革，采用項目驅動的教學模式，以問題驅動的授課形式讓學生由被動學習變為主動學習；同時課堂教學應該多樣化，并借助多媒體技術實現開放課堂、微課、典型工程案例、上機練習等多種形式為主的教學先進教學手段，激發學生的學習熱情，調動學生學習的積極性。

2.4 建立智能網聯汽車虛擬仿真實驗平臺

借用數字孿生雙向映射仿真技術，將現實交通實時場景映射到虛擬仿真平臺進行數字孿生，實現對相應多傳感器融合、路徑規劃和決策的在線仿真驗證，實現以新四化為核心的虛擬仿真實驗平臺，實現更好的教學效果。Matlab/Simulink中的數據融合模塊使得它可以實現和相應多體動力學仿真軟件（如TruckSim、Ponosim、ADAS等）的無縫融合，實現在線聯合仿真。通過系統設計、科學構建，協同推進，構建大學生雙創實踐平臺，構建縮放比例實車實驗平臺，按照真實的崗位的技術技能要求，進行實踐學習、實際操作訓練和創新創業能力的培養。依托綜合實踐平臺提供自動駕駛應用技術課程及汽車電器電子綜合實訓課程，可支撐人工智能、汽車智能技術、智能網聯技術、汽車電子技術等核心專業課程。采用縮放比例智能車進行實訓實驗課程?？s放比例智能車配置了多種傳感器和控制決策系統，該平臺具有獨創性的基于模型預測控制（Model Predictive Control，MPC）的自動駕駛電動車輛系統，能夠實現視頻、激光雷達、超聲波雷達等多傳感器信息數據融合，提供安全性、舒適性、經濟型等多目標下的縱橫向協同控制決策算法，實現高度智能化運行。同時，采用基于模型的模塊化設計思想，使得相關仿真算法的可移植性很好，有利于學生實現二次開發。

2.5 與車輛工程新四化技術發展及企業需求對接

建立健全車輛工程產學研合作實踐基地，為學生提供市場營銷、保險理賠、汽車設計、售后技術支持、軟件測試與編程工程師等多種崗位的實習。制定項目實踐訓練相關培訓內容，切實提高車輛工程專業學生的動手解決實際問題能力。聘請有經驗的企業一線工程技術人員，采用師傅帶徒弟的實訓模式，讓學生參與到具體的實訓項目中，為將來就業打下扎實的工程技術基礎。建立校企聯合實習基地，開展短期有針對性的專業能力培養的實訓班，直接面向企業人才需求，使得學生在實訓完成后，可以找到理想的工作。

3 總結

根據雙創背景下的高素質人才培養目標要求，結合新四化車輛工程專業發展特色，打破現行的知識傳授為主的授課模式，構建多科學交叉融合的車輛工程專業復合型人才課程培養體系，以項目驅動為向導，培養學生的自主學習能力，調動學生的積極性。同時，加強校企產學研合作，打造聯合實習基地，滿足企業對專業人才的知識技能需求。