新工科背景下“智能网联汽车技术”课程建设与探索＊

李 涵，李素华，曾凡琮

（江汉大学智能制造学院，湖北 武汉430056）

席卷全球的以互联网为核心的新一轮科技革命与产业变革快速推进，孕育出以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济，面对愈加激烈的综合国际竞争，中国紧抓发展契机，通过实施“中国制造2025”“互联网+”等重大国家发展战略及“一带一路”倡议，“新工科建设”应运而生。2017-02-18，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，中心议题就是“新工科”，探讨了新工科的内涵特征、新工科建设与发展的路径选择，并达成了10个共识。地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用，主动对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求，把握行业人才需求方向，充分利用地方资源，发挥自身优势，凝练办学特色，深化产教融合、校企合作、协同育人，增强学生的就业创业能力，培养大批具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才。新工科建设的核心为以工程教育新理念、新模式、新内容、新质量、新方法等作为新工科建设和教育改革的基本内容，构建新工科专业或改造现有专业，培养新经济和满足学校服务产业所需要的新型工程技术人才。“新工科”的提出，是中国参与国际工程教育改革贡献出的具有中国特色的本土回应，丰富了中国工程教育理论和实践的新内涵。

2020-02，由发展改革委、科技部、工信部等11部委联合发布的《智能汽车创新发展战略》指出，发展智能汽车不仅有利于加速汽车产业转型升级，更有利于加快建设制造强国、科技强国、智慧社会，增强国家综合实力。智能汽车集中运用了汽车工程、人工智能、计算机、微电子、自动控制、通信与平台等技术，是一个集环境感知、规划决策、控制执行、信息交互等于一体的高新技术综合体。当前，新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，智能汽车已成为汽车产业发展的战略方向。发展智能汽车不仅是解决汽车社会面临的交通安全、道路拥堵、能源消耗、环境污染等问题的重要手段，更是深化供给侧结构性改革、实施创新驱动发展战略、建成现代化强国的重要支撑。

智能汽车技术相关课程是智能汽车领域人才培养的核心课程之一，是传统车辆专业升级改造中的一门重要课程。国内外高校一般在研究生阶段才引入智能汽车技术相关的课程以及研究方向，近几年，国内部分应用型高校开始在本科阶段开设类似专业课程，如江苏大学开设的“智能汽车”课程[1]，山东科技大学开设的“智能网联汽车技术”课程[2]。目前，国内高校本科阶段的智能汽车技术相关课程还在探索与开发阶段，课程教学主要是理论教学，而实践教学环节相对薄弱，即使理论联系实际，也往往停留在举例介绍的层面上。江苏大学李祎承等[3]针对智能网联汽车课程存在的知识点覆盖面广、学习任务重、可参照教材少以及教师备课难、学生理解难等问题，通过对该课程授课形式进行改革，打破以教材为主的传统授课方式，将当代教育理念与教学模式融会贯通，引入智能驾驶实车实验并结合前沿科技论文，提升课堂授课质量和学生对未知事物的探索能力，培养了学生的科学思维方式，其课程教学改革取得了良好的效果。南京工程学院开展了基于工程化项目教学的智能网联汽车应用型人才培养模式的探索与实践，依托地方产业集群与行业需求，通过创新的校企合作与产学研一体化的工程化教学改革与探索，提高了学生的实践应用能力和创新能力，取得了一定的效果，它突破了传统工程教育专业的限制，是未来多学科交叉融合的智能网联汽车应用型人才培养方向[4]。

“智能网联汽车技术”是面向新能源汽车专业创新课程体系中的一门重要课程，主要研究计算机、现代传感、信息融合、无线通讯、人工智能及自动控制等技术在汽车上应用的工程技术科学，培养学生进行智能网联汽车相关技术开发、研究、设计与应用等方面的能力，以适应未来汽车发展的必然趋势。

1 课程教学中存在的难题

“智能网联汽车技术”共32个学时，是学校新增设的专业选修课程，相较于新能源汽车工程专业其他课程，本门课存在以下难题。

新能源汽车工程隶属于机械工程下的二级学科，是2019年新增普通高等学校本科专业，因此多数课程以机械工程学科为基础，而智能网联汽车涵盖了包括计算机、自动化、信息、机械等多个学科，所涉知识点广泛，相较于其他必修课，本课程知识点多且复杂，理论学习枯燥且难以理解，容易导致学生出现能力鸿沟和听课倦怠的问题，如何在教学过程中提高学生学习的主观能动性，使学生在有限的时间内获取关于智能网联汽车最实用的知识和实践经验，提供给学生以后继续研究智能网联汽车技术以及从事智能网联汽车行业工作的基本知识，是本课程建设过程中需要解决的难题。

与传统汽车相比，智能网联汽车尚未应用在人们生活中，学生对智能网联汽车缺乏基本认识，增加了学生对课程中关键问题理解难度，甚至影响了部分学生的学习积极性。如何避免课程教学偏重理论教学，合理地增加实践教学环节内容，避免理论联系实际仅停留在举例介绍的层面上，是本门课程建设中需要解决的另一难题。

2 课程建设与探索

2.1 采用线上线下混合式教学形式

采用线上线下混合式教学形式，提高课堂教学的有效性。本课程着眼于汽车行业未来的发展方向，很多知识都在不断完善和更新，课程内容要能够涵盖课程相关领域的基本知识、综合应用以及热点与前沿等核心内容。将本领域最新的发展、最新的科研成果（尚未写入教科书）及时介绍给学生，如特斯拉、Google、百度阿波罗等行业领先者的自动驾驶技术方案，使他们学到的知识是当时最先进的。针对该课程知识面宽、难度大、理论强、实践难的特点，将课程的主要内容，以采用线上线下混合式教学形式，在教学中引入非正式学习、教师“去中心化”以及学生想象力学习，对工程教育新方式进行探索和尝试，以学生为中心，引导学习从被动接收转为主动学习、思考，提高学生的主观能动性，将理论和实践相结合，将知识传授、能力培养、素质教育于一体。

根据在线课程要求，线上教学视频要短而精，每个知识点讲述时间控制在8～10 min，内容设计合理，涵盖相关知识点的重难点和热点；内容结构设计逻辑清晰，精炼紧凑。通过将课程内容打碎重组，实现知识点微型化、模块化，来构建在线课程。本课程线上教学从以下9个模块进行理论讲述[5]。

第一部分：智能网联汽车综述。主要介绍智能网联汽车定义及内涵、技术分级和技术架构、智能网联汽车行业背景以及国内外智能网联汽车的发展现状和智能网联行业的发展潜力，引导学生对智能网联汽车进行总体上的把握。

第二部分：视觉传感器在智能网联汽车中的应用。主要介绍智能汽车环境感知技术中视觉传感器的种类和原理，包括单目视觉传感器的原理和特点、双目视觉传感器的原理和特点、红外夜视视觉传感器的原理和特点以及多个视觉传感器的组合应用；智能网联汽车领域图像处理方法；视觉传感器在智能网联汽车中的实践应用。

第三部分：雷达在智能网联汽车中的应用。主要介绍智能汽车环境感知技术中雷达传感器的原理和应用，包括超声波雷达的结构和原理，超声波雷达在智能网联汽车中的应用；毫米波雷达的结构和原理，毫米波雷达在智能网联汽车中的应用；激光雷达的结构和原理，激光雷达在智能网联汽车中的应用。

第四部分：高精定位与导航系统。主要介绍高精度地图的基本概念，高精度地图采集与生产，其他形式的高精度地图；全球导航卫星系统，GPS和北斗卫星定位系统的组成，全球导航卫星系统的定位原理；惯性导航系统，惯性导航系统测量的原理；全球导航卫星系统和惯性导航系统的优缺点及其组合应用；高精度定位实现方式的总结，智能网联汽车中高精度定位的实现方式；智能网联汽车的导航系统，智能网联汽车中导航定位系统的集成应用。

第五部分：智能网联汽车路径规划与决策控制。主要介绍汽车自动驾驶环境感知，汽车智能驾驶全局路径规划和局部路径规划，汽车自动驾驶路径规划；汽车自动驾驶行为决策，汽车自动驾驶的执行控制，包括汽车智能驾驶转向、驱动和制动系统中的线控策略以及汽车智能驾驶车辆纵向控制和侧向控制的策略。

第六部分：汽车总线及车载网络技术。主要介绍汽车总线，包括汽车总线技术的产生与分类，CAN总线的原理及其在汽车中的应用、LIN总线的原理及其在汽车中的应用、MOST总线的原理及其在汽车中的应用、FlexRay总线的原理及其在汽车中的应用；车载以太网的相关技术，车载以太网技术的应用。

第七部分：智能网联汽车通信技术。主要介绍V2X以及移动网络通信技术的发展，5G网络的关键技术及在V2X中的应用；物联网无线通信技术，包括短距离无线通讯技术，低功耗广域网通信技术，物联网无线通讯技术在智能网联汽车中的应用。

第八部分：ADAS与智能网联汽车的应用。主要介绍高级驾驶辅助系统及应用、智能网联汽车的应用、ADAS预警类辅助驾驶系统的组成和主要功能、ADAS控制类辅助驾驶系统的组成和主要功能、当前ADAS在汽车中的应用车型及自动驾驶功能、当前智能网联汽车的应用车型及自动驾驶功能。

第九部分：智能网联汽车的操作系统与开发平台简介。主要介绍智能网联汽车的操作系统——Linux，了解Linux操作系统的特点及其在智能网联汽车中的应用；介绍智能网联汽车的开发平台——ROS，了解ROS的特性及其在智能网联汽车中的应用；介绍智能网联汽车的学习平台——Gazebo，了解Gazebo的特点及其在智能网联汽车中的应用。

2.2 搭建智能网联汽车实践平台

搭建智能网联汽车实践平台，加强课程实践教育环节。针对“智能网联汽车技术”课程实践教学环节相对薄弱，即使理论联系实际，也往往停留在举例介绍的层面上等问题，教师在课程设计时搭建了新能源智能网联汽车实验平台，该平台由线控底盘、16线激光雷达、毫米波雷达、双目摄像头、天线、车载组合导航和高性能工控机等组成，基本涵盖了自动驾驶汽车的基本模块，其中线控底盘集成的锂动力电池、电池管理系统、单电机后桥驱动系统、伺服电机前桥转向系统、底盘控制器、电气系统及CAN网络通讯系统等均已达到车规级；激光雷达、摄像头用于环境感知，起到驾驶员眼睛的功能，组合惯导用于制图与定位，车内还配备有工控机用于决策规划与控制。该平台支持的智能驾驶功能包括路径规划、路径跟踪、汽车/行人/物体检测、交通信号检测、加速/制动/转向控制、3D点云地图、交通灯识别、车道检测、对象跟踪、传感器校准、传感器融合、软件仿真等功能。

在授课过程中加入实车体验环节，通过在实践环节中构建室内地图，控制小车在室内自主导航与避障，帮助学生理解室内基于激光点云的自动驾驶关键技术；通过构建室外高进度地图，控制小车在室外自主导航与避障，帮助学生理解多传感器融合的室外自动驾驶关键技术；通过一系列的实践环节使学生加深对智能网联汽车的理解；搭建新能源汽车自动驾驶传感器套件实践模块，通过对各类传感器数据包括摄像头数据、三维激光点云数据、毫米波雷达数据、组合惯导数据等的采集及处理，加深学生对智能汽车环境感知模块的理解。

2.3 融合大学生科研训练项目

融合大学生科研训练项目，开展实践能力、应用能力和专业素养的培养。本课程将课堂教学和课外学习作为人才培养生态环境互为补充的两个部分，一方面通过线上学习和课下学习提高课堂教学的有效性，另一方面要鼓励并创造条件引导学生利用社团活动、科技竞赛、创新创业实践、专业社会实践等多种方式进行理论联系实际，开展实践能力、应用能力和专业素养的培养。将大学生科研训练项目引入本课程，鼓励学生团队合作，将本课程所学内容以及关于智能汽车的想法转化为可实现的方案，积极申报智能汽车技术相关的大学生科研训练项目，通过大学生科研训练项目的申报和实施，进一步培养学生的创新实践能力。

3 小结

本文针对“智能网联汽车技术”课程的特点以及课程教学中的难题进行剖析，探索了“智能网联汽车技术”课程的建设方法，采用线上与线下混合式教学、搭建智能网联汽车实践平台、融合大学生科研训练项目等方式提高教学效果，提高学生学习的主观能动性，使学生在有限的时间内获取关于智能汽车最实用的知识和实践经验。通过本文的研究，可为新工科背景下的应用型本科高校相关课程建设提供有益的探索，为相关新工科专业的开设提供一定的参考价值。

〔编辑：丁琳〕

革的探索与实践［J］.科教文汇（上旬刊），2017（5）：48-50.

［2］李学慧，李玉善.《智能网联汽车技术》在线课程建设探索与实践［J］.教育现代化，2019，6（44）：105-107.

［3］李祎承，蔡英凤，王海.车辆工程专业智能网联汽车课程改革研究［J］.教育教学论坛，2020（51）：165-167.

［4］臧利国，文少波，孙海燕，等.基于工程化项目教学的智能网联汽车应用型人才培养模式探索与实践［J］.大学教育，2020（2）：158-160.

［5］李妙然，邹德伟.智能网联汽车技术概论［M］.北京：机械工业出版社，2019.