基于工程认证的“智能交通系统设计与集成”课程教学改革研究

陶宝泉 刘 静 马 超 李文新

1.湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室 湖北襄阳 441053;2.湖北文理学院汽车与交通工程学院 湖北襄阳 441053

计算机技术、物联网技术和人工智能技术正在深入车队、运营商、交通部门和其他机构的管理系统中,共同构成了面向公路、航空、铁路和海上的智能交通系统。该系统连接车辆、交通信号灯、收费站和其他基础设施,以帮助缓解拥堵、预防事故、减少排放和提高交通效率,促进了环境可持续性和经济增长[1-2]。智能交通系统是现代交通的重要支撑,行业应用前景广阔[3]。

在行业大背景的引导下,智能交通作为交通设备与控制工程专业的一个重要发展方向。行业内对具备智能化技术背景下的交通专业学生的需求日益增多。智能交通系统是多学科多技术深度融合的集合体,国内外各个大学也在积极探索智能交通系统的教学方法,如何在有限的教学时间内进行理论与实践的双重培养,尽可能地让学生收获需要的知识及能力[4]。文献[5]基于协同学习方法,利用课程前瞻性、交叉性的特点,提出一套能够高效学习“智能交通系统”原理、框架的课程改革方法,以有效促进本科学生文献检索能力、问题识别能力、协同学习能力与应用能力水平的提升。文献[6]应用信息化手段创建“智能交通系统”线上教学资源,结合智能交通行业发展热点和案例总结线下专题教学内容,提出线上自主学习基础知识、线下课堂面授专题教学的混合式教学模式,为建设满足创新型人才培养需求的通识教育课程体系提供参考。

这些课程教学研究与改革为智能交通系统相关课程建设提供一定基础,但缺乏系统性的指引,交通设备与控制工程专业本科生的智能交通系统相关课程教学还有不足之处。

为了建设好“智能交通系统设计与集成”课程,湖北文理学院结合襄阳市产业发展布局,提出了工程认证下的交通设备与控制工程专业体系建设方案,为交通设备与控制工程本科专业学生的“智能交通系统设计与集成”教学提供了教学参考[7]。基于此,本文进一步考虑襄阳市对交通与汽车产业布局,根据工程认证的核心需求,结合“智能交通系统设计与集成”课程自身的特点,从明确教学目标、设置教学内容和确定课程考核等方面入手,围绕智能交通系统的实现与应用,研究“智能交通系统设计与集成”课程教学改革方法。

一、“智能交通系统设计与集成”课程目标的制定

根据工程认证的三大基本理念,通过本课程的课堂教学,达到专业培养方案的目标要求,加深学生了解智能交通系统的基本概念,熟悉智能交通系统的体系架构,掌握智能交通系统的集成方法及其关键核心技术,再结合典型系统集成方法的案例教学,从而提高学生在智能交通系统设计与集成方面的实际应用的能力。

课程教学目标1:让学生了解国内外智能交通系统的发展现状与趋势、体系框架、基础理论及其与社会经济发展的密切关系。通过信息检索、调查分析和文献检索,进一步探寻智能交通系统的技术发展与应用动态、法律法规实施情况,掌握追踪新技术的方法和智能交通系统的热点方向。

课程教学目标2:掌握智能交通系统的关键技术、技术特点及其相互关系;了解信息采集和处理技术、通信技术、网络技术、数据库技术、智能控制技术、GPS技术等核心技术的工作原理和特点,为系统设计与集成打下基础。通过自主思考、实验和相关渠道获取资料和信息,加深对关键技术的理解。

课程教学目标3:采用实际工程案例教学与实验教学相结合,通过典型的智能交通系统集成方案的讲解,让学生深入了解需求分析、系统集成方案设计、系统结构与功能设计等设计手段,使学生加深对实际工程项目开发的理解。再引导学生组建团队,结合团队分工协作,相互学习取长补短,锻炼学生解决实际问题的能力,进一步理解交通系统的结构和工作流程。

二、“智能交通系统设计与集成”课程教学内容的设置

根据湖北文理学院交通系现有专任教师资源,结合学“智能交通系统设计与集成”课程目标设置,该课程总学分按2分设置,理论教学计划为24学时,实验教学为8学时。在教学方法上采用课堂讲授方式,通过课堂讨论、学生自学、实验教学等多种形式开展,相应的课程内容安排如下:

第一章 绪论。该章节按照2学时安排,支撑课程目标1。主要教学内容包括智能交通系统的基本概念、智能交通系统发展现状、智能交通系统面临的问题、智能交通系统发展趋势。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:了解智能交通系统的国内外发展情况,了解未来智能交通系统发展方向,理解智能交通系统的概念和基本研究内容。教学重点:国内外智能交通系统发展情况。教学方法:用归纳、总结、类比等方法,介绍智能交通系统的发展演变和未来的应用方向,并组织学生进行讨论。

第二章 智能交通系统的体系框架。该章节按照2学时安排,支撑课程目标1。主要教学内容包括美国、日本、欧盟和我国的智能交通体系框架。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:了解智能交通系统体系框架的意义、功能、组成部分以及开发方法,掌握各种开发方法的异同点。教学重点:国内外智能交通系统体系框架的优缺。教学方法:问题导向、课堂讨论。

第三章 基础理论与技术。该章节按照2学时安排,支撑课程目标1。主要教学内容包括基础理论和技术体系两部分。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:了解智能交通系统的相关理论基础,了解人机工程学、传感器、人工智能、模式识别与机器学习、通信、视频、计算、GIS、GPS和动态交通分配等技术的特点。教学重点:了解智能交通系统基础技术和关键技术。教学方法:问题导向、课堂讨论。

第四章 交通信息自动采集技术。该章节按照4学时安排,支撑课程目标2。主要教学内容包括磁场型交通信息采集技术、微波/雷达交通信息采集技术、压力式交通信息采集技术、视频交通信息采集技术、GPS浮动车交通信息采集技术、交通通信网络技术、物联网/车联网时代下交通信息采集技术、交通传感器网络在智能交通系统中的应用等。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:了解智能交通系统研究开发过程中从信息的采集、信息的流动到信息的应用整个环节所应用的关键技术、技术原理、技术特征和技术优缺点。教学重点:交通自动采集相关技术的工作原理与技术特点。教学方法:通过问题导向与实际应用相结合的方式,向学生阐述各个关键技术的工作原理和特征。

第五章 交通数据库技术。该章节按照2学时安排,支撑课程目标2。主要教学内容包括交通数据特征、交通数据结构、交通数据库设计、交通数据仓设计、数据挖掘技术和GIS-T技术的原理。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:了解交通数据特征、交通数据结构,掌握交通数据库设计方法。教学重点:交通数据库设计主要方法。教学方法:用归纳、总结、类比等方法,向学生讲解交通数据库设计方法。

第六章 智能交通系统规划及设计。该章节按照1学时安排,支撑课程目标2。主要教学内容包括智能交通系统规划流程、智能交通系统需求分析与预测、智能交通系统功能分析与设计、智能交通系统项目方案设计与实施。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:掌握智能交通系统规划及设计的目的与流程方法。教学重点:智能交通系统的系统规划和设计流程。教学方法:问题导向、课堂讨论。

第七章 城市交通综合信息平台。该章节按照1学时安排,支撑课程目标2。主要教学内容包括分布式并行计算技术、多源信息融合技术、智能决策支持技术、云计算和云服务技术。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:掌握城市交通综合信息平台的功能、关键技术、结构组成。教学重点:城市交通综合信息平台组成结构与关键技术。教学方法:问题导向、课堂讨论。

第八章 城市交通信号控制系统设计与集成。该章节按照3学时安排,支撑课程目标3。主要教学内容包括设计原则、依据,系统设计、前端子系统设计、网络传输子系统设计、后端管理子系统、核心设备介绍等。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:了解研究道路交通信号系统架构、功能单元、设计方法,掌握交通信号系统集成设计的关键技术。教学重点:掌握道路交通信号系统集成的关键技术与系统组成。教学方法:结合实际的交通信号控制系统集成方案的分析,使学生掌握交通信号控制技术发展及应用方向、系统软硬件的设计实现方法。

第九章 智能收费系统设计与集成。该章节按照4学时安排,支撑课程目标3。主要教学内容包括ETC收费系统架构、ETC收费系统工作原理、ETC收费系统设计方法。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:掌握ETC收费系统工作原理、设计方法;掌握电子收费系统的系统组成、功能及集成设计方法。教学重点:ETC收费系统工作原理与设计方法。教学方法:通过讲述和分析,学生可以掌握电子收费系统技术发展及应用方向、系统软硬件的设计实现方法。

第十章 智能车辆系统。该章节按照4学时安排,支撑课程目标3。主要教学内容包括了解研究智能车辆系统的发展历程和现状,掌握智能网联汽车、车联网定义;了解先进辅助驾驶系统的系统组成、工作原理;了解研究智能车辆关键技术组成,掌握环境感知传感器类型、特点。教学要求由教学目标、教学重点和教学方法三个部分组成。其中,教学目标:掌握智能车辆系统结构、工作原理。教学重点:智能车辆涉及的关键技术、TTC与视觉测距方法。教学方法:通过讲述和分析,学生可以掌握智能车辆的系统组成与关键技术原理,核心功能碰撞检测与视觉测距方法。

三、“智能交通系统设计与集成”课程的考核方法

根据工程认证要求,考核内容与课程目标相呼应,形成闭环,从而达到持续改进的目的。基于此,本课程通过考核方式、考核内容和评分标准等环节,实现课程目标完成度的评价。

课程考核方式包括平时成绩(平时作业)、实验情况、期末考试等,期末考试采用闭卷方式。其中课程成绩采用百分制标准,平时成绩占比30%、实验占比20%、期末考试50%。平时作业注重对前瞻技术、黑科技等属性的检索、搜集、研究的掌握程度,同时也注重对信息、知识的归纳总结和完整性。实验重点考查完成情况和实验态度。期末考试注重基础知识的掌握程度,运用基础知识解决问题的能力。

平时作业以85分为基础分,整体分为A、B、C、D、E五等,A等加5分、B等加1分、C等加0分、D等减10分,E等减20分,少交一次总成绩减10分,最高分为100分,最低分为0分。

实验考核分为实验态度和实验报告,其中实验报告的排版、书写情况为10分;实验报告的设计计算过程及结果正确完整性分析与评价结果为90分。

课程目标1包括平时作业和期末考试。平时作业:通过完成作业,考查学生是否了解与掌握智能交通系统的发展现状、发展趋势、系统结构组成和基础功能原理。期末考试:考查学生是否掌握智能交通系统的基础知识。

课程目标2包括平时作业、期末考试和实验。平时作业:通过完成作业,考查学生是否了解智能交通系统关键技术的工作原理、技术特点。期末考试:考查学生对关键技术的理解和掌握程度。实验:了解车辆导航系统、ETC收费系统的结构组成、工作原理,使学生能够运动所学知识进行实践操作,达到学习、应用的闭环。

课程目标3为智能交通系统案例教学,在学生掌握智能交通系统发展现状、关键技术工作原理的基础上,通过实际系统集成方案的分析与讲解,让学生深刻认识到实际系统设计的方案选取原则、系统集成方法、设计注意事项等核心要素,迈出从理论到实际应用的关键一步。

结语

根据湖北文理学院的办学特色,结合襄阳产业发展方向,以培养学生技术应用能力为导向,讨论了基于工程认证下的“智能交通系统设计与集成”课程设置方案。通过设置课程目标需求,对课程内容进行梳理和布置,采用课堂讲授、学生自学、课堂讨论、实验教学等教学方法,最后依据与课程目标相匹配的考核方法进行考核,从而实现符合工程认证条件下的目标、教学、考核等阶段的闭环要求,达到持续改进的目的。