人工智能背景下交通工程專業(yè)教學(xué)改革探索

秦嚴(yán)嚴(yán) 李淑慶 何兆益

摘 要 為了在人工智能背景下促進交通工程專業(yè)建設(shè)，探索人工智能背景下的交通工程專業(yè)教學(xué)改革。闡述交通工程課程教材體系現(xiàn)狀，提出交通工程+人工智能的教學(xué)概念。從交通大數(shù)據(jù)挖掘、交通圖像模式識別與交通仿真系統(tǒng)開發(fā)等三個方面構(gòu)建交通工程+人工智能教材體系。探索被動式灌輸?shù)街鲃邮綄W(xué)習(xí)以及從教室教學(xué)到企業(yè)教學(xué)轉(zhuǎn)變的課堂教學(xué)模式，構(gòu)建適合交通工程+人工智能教學(xué)改革特色的課程考核方式。人工智能時代下，交通工程專業(yè)教學(xué)改革有利于提高教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新性人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革 交通工程 人工智能

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.01.008

Teaching Reform Exploration of Traffic Engineering Major

under Artificial Intelligence Background

QIN Yanyan， LI Shuqing， HE Zhaoyi

（School of Traffic and Transportation， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074）

Abstract In order to enhance professional construction of traffic engineering under artificial intelligence background， this paper explores teaching reform of traffic engineering major. Current status of traffic engineering course materials system was introduced. Then teaching system of the Traffic Engineering & Artificial Intelligence was presented. The textbook system of the Traffic Engineering & Artificial Intelligence was built from three perspectives， namely traffic big data mining， traffic image pattern recognition， and traffic simulation system development. We also explored classroom teaching reform， from passive infusion to active learning， and from classroom teaching to corporate teaching. Moreover， course assessment method was also explored to satisfy teaching reform features of Traffic Engineering & Artificial Intelligence. In the era of artificial intelligence， teaching reform of traffic engineering specialty is conducive to improving teaching quality. It has also significance on cultivating compound and innovative talents.

Keywords teaching reform; traffic engineering; artificial intelligence

0 引言

我國交通工程專業(yè)已發(fā)展數(shù)十余年，據(jù)統(tǒng)計，[1]已有100多所院校開設(shè)了交通工程專業(yè)，各個高校的交通工程專業(yè)基本是由各自優(yōu)勢學(xué)科拓展而來，比如東南大學(xué)和同濟大學(xué)均是由土木工程系拓展而來，北京交通大學(xué)和西南交通大學(xué)均是由道路鐵路工程系擴展而來，南京理工大學(xué)等是由自動化學(xué)科擴展而來，南京航空航天大學(xué)等是由航空管理系擴展而來，重慶交通大學(xué)則是在1984年創(chuàng)辦交通工程研究室，逐步發(fā)展為具有山地城市特色的交通工程專業(yè)?？梢钥闯?，交通工程專業(yè)與相關(guān)學(xué)科體系密切相關(guān)，體現(xiàn)了交通工程專業(yè)的綜合性學(xué)科體系，同時，交通系統(tǒng)與交通問題存在于生活中的方方面面，體現(xiàn)了交通工程專業(yè)具備的大行業(yè)背景特征。

隨著智能交通系統(tǒng)的逐步發(fā)展，交通工程專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展也在隨之升華，比如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對交通工程專業(yè)建設(shè)的啟示、[2]面向智能交通的交通工程專業(yè)課程體系改革、[3]工程教育認(rèn)證對交通工程專業(yè)建設(shè)的要求、[4]以及新工科背景下交通工程建設(shè)發(fā)展探索[5]等方面。除了這些方面的教學(xué)改革外，近年來，人工智能發(fā)展迅速，并已定位為國家重大戰(zhàn)略方針，各大高等院校紛紛開設(shè)人工智能專業(yè)或人工智能學(xué)院。同時，人工智能在解決交通工程問題上的巨大潛力正逐步明顯，在人工智能背景下，探索交通工程專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革顯得十分必要，鑒于此，針對人工智能背景下的交通工程專業(yè)教學(xué)改革進行初步探索，為交通工程專業(yè)的建設(shè)與教學(xué)改革提供參考。

1 交通工程+人工智能

根據(jù)教育部第四次學(xué)科評估結(jié)果，[6]全國具有“交通運輸工程”一級學(xué)科博士學(xué)位點授權(quán)的高校共21所，具備二級學(xué)科博士點以及碩士學(xué)位點的高校數(shù)量眾多。這些高校中大多數(shù)高校開設(shè)了交通工程本科專業(yè)，目前大多數(shù)高校交通工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課主要包括：“交通工程學(xué)”、“城市交通規(guī)劃原理”、“交通管理與控制”、“道路交通安全”、“智能交通系統(tǒng)”、“運籌學(xué)”等課程，部分院校還開設(shè)有“道路工程”等工程技術(shù)課程。可以發(fā)現(xiàn)，目前交通工程專業(yè)開設(shè)課程大多數(shù)還是集中在傳統(tǒng)交通工程課程體系，缺乏與智能化、信息化的緊密聯(lián)系，并沒有體現(xiàn)出交通工程依托人工智能進一步發(fā)展的功能作用。

同時，人工智能的迅速發(fā)展已經(jīng)逐步體現(xiàn)出其在交通工程應(yīng)用方面的巨大潛力，比如阿里在杭州打造的“城市大腦”的系統(tǒng)背后，即體現(xiàn)了人工智能在緩解城市交通擁堵等問題方面的優(yōu)勢。因此，基于交通工程專業(yè)具備的大行業(yè)背景與綜合性學(xué)科的特征，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)國家戰(zhàn)略發(fā)展需求，依托人工智能，構(gòu)建交通工程+人工智能的專業(yè)教學(xué)改革體系，服務(wù)于我國交通工程在新時期的事業(yè)發(fā)展。

基于人工智能的交通工程專業(yè)教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)包括以下三個方面：教材體系建設(shè)、課堂教學(xué)改革、課程考核方式。

2 教材體系建設(shè)

教材體系建設(shè)的目的在于打造交通工程+人工智能的專業(yè)教材體系，實現(xiàn)人工智能技術(shù)與交通工程實踐的有機結(jié)合。教材體系建設(shè)應(yīng)當(dāng)循序漸進，按批次進行打造，首批建設(shè)的教材體系應(yīng)包括：

（1）交通大數(shù)據(jù)挖掘?！稊?shù)據(jù)挖掘》教材是人工智能領(lǐng)域的重要教材之一，已在自動化與計算機科學(xué)技術(shù)等專業(yè)開設(shè)，比如由范明等翻譯的《數(shù)據(jù)挖掘概念與技術(shù)》（機械工業(yè)出版社），但書中內(nèi)容全部集中在數(shù)據(jù)挖掘的理論知識，這些理論知識中，有些對交通工程專業(yè)具備較大的理論支撐價值，有些理論知識的主要應(yīng)用領(lǐng)域并非交通工程專業(yè)。這使得交通工程專業(yè)本科生難以精確區(qū)分，不能夠有效利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解決交通工程問題。同時，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展促進了多源交通數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)量愈來愈龐大，從而構(gòu)成了“交通大數(shù)據(jù)”。因此，在人工智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與大數(shù)據(jù)背景下，應(yīng)打造《交通大數(shù)據(jù)挖掘》教材，將人工智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與交通工程數(shù)據(jù)分析等問題緊密結(jié)合。

（2）交通圖像模式識別。圖像/視頻處理與模式識別技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的另一個重要課程，也是目前自動化專業(yè)與計算機科學(xué)技術(shù)專業(yè)的主流課程之一，比如由阮秋琦等翻譯的《數(shù)字圖像處理》教材（電子工業(yè)出版社）以及由李晶皎翻譯的《模式識別》教材（電子工業(yè)出版社）均具有較大影響力。同數(shù)據(jù)挖掘教材存在同樣的問題，應(yīng)當(dāng)從交通工程專業(yè)的角度制定能夠有效應(yīng)用于解決交通工程實踐問題的《交通圖像模式識別》教材，為學(xué)生提供應(yīng)用數(shù)字圖像處理與模式識別進行交通工程實踐及科研的理論體系，比如，交通監(jiān)控視頻下的車輛檢測與跟蹤、識別與分析等相關(guān)應(yīng)用，在高速公路收費站即將取消的新發(fā)展時期，實現(xiàn)人工智能時代的高速公路車輛全程跟蹤識別、違規(guī)預(yù)警以及疏散誘導(dǎo)等實際應(yīng)用。

（3）交通仿真系統(tǒng)開發(fā)。交通系統(tǒng)問題分析與解決方案離不開有效的交通虛擬仿真平臺，目前大多數(shù)的交通仿真平臺均應(yīng)用的是國外交通仿真軟件，比如VISSIM微觀仿真軟件和TransCAD交通工程實踐應(yīng)用軟件等。近年來也逐漸出現(xiàn)應(yīng)大力開發(fā)具有自由知識產(chǎn)權(quán)的交通虛擬仿真平臺的聲音，比如東南大學(xué)王煒教授團隊發(fā)開的交運之星-TranStar交通規(guī)劃仿真系統(tǒng)、同濟大學(xué)孫劍教授團隊開發(fā)的交通網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)（Tongji Traffic nEtwork Simulation System， TESS）。但就目前的諸多交通問題而言，能夠適應(yīng)我國交通系統(tǒng)運行特征的仿真平臺建設(shè)任重道遠(yuǎn)，而各類系統(tǒng)軟件開發(fā)相關(guān)教材數(shù)量較多，并不能有效服務(wù)于交通工程專業(yè)。因此，有必要建設(shè)《交通仿真系統(tǒng)開發(fā)》教材，將軟件開發(fā)技術(shù)與我國交通工程運營特征緊密結(jié)合，服務(wù)于交通工程專業(yè)虛擬仿真平臺的教學(xué)與科研建設(shè)。

3 課堂教學(xué)改革

傳統(tǒng)課程教學(xué)一般是PPT和板書相結(jié)合的方式，在人工智能環(huán)境下，這種課堂教學(xué)模式將難以全面表述交通工程+人工智能的教學(xué)要求，因此有必要結(jié)合交通工程+人工智能教材體系探索合適的課堂教學(xué)改革。

（1）被動式灌輸?shù)街鲃邮綄W(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式大多是被動式灌輸，難以讓每一位學(xué)生切實融進到課堂教學(xué)中，針對交通工程+人工智能教材課程體系，可以探索學(xué)生由被動式灌輸?shù)街鲃邮綄W(xué)習(xí)的課堂教學(xué)改革。課堂教學(xué)模式可將全班分組，針對某一人工智能技術(shù)能否應(yīng)用至交通工程實踐、如何解決交通工程實際問題、預(yù)期將得到什么結(jié)果以及什么樣的改進等方面，各分組協(xié)作合作，對此進行開展討論式教學(xué)，必要時也可組織課堂辯論，讓學(xué)生真正融進交通工程+人工智能課堂教學(xué)中，以提高課堂教學(xué)氛圍以及教學(xué)質(zhì)量。

（2）教室教學(xué)到企業(yè)教學(xué)的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，均是在教室開展教學(xué)工作，而在人工智能時代，教室將不再是唯一教學(xué)地點，在產(chǎn)學(xué)研發(fā)展的同時，將人工智能做到極致的大型企業(yè)將會是教學(xué)工作開展的目標(biāo)地點，可探索在產(chǎn)學(xué)研的同時，將交通工程+人工智能課堂由傳統(tǒng)單一的教室搬到企業(yè)內(nèi)部，借助于企業(yè)在人工智能技術(shù)開發(fā)方面的優(yōu)勢，以案例分析的方式，向?qū)W生全面展示人工智能在解決交通工程問題時的優(yōu)勢與潛力，通過案例展示效果，讓學(xué)生真實地感受交通工程+人工智能教學(xué)改革的必要性和重要性，以及培養(yǎng)學(xué)生對交通工程+人工智能課程體系的興趣以及自由探索問題的創(chuàng)新能力。

4 課程考核方式

傳統(tǒng)課程教學(xué)結(jié)束后，往往應(yīng)用考卷或者課程論文的方式對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進行考核，但這種課程考核方式將無法充分體現(xiàn)學(xué)生對交通工程+人工智能的掌握程度。在交通工程+人工智能的教學(xué)改革中，對學(xué)生的課程考核應(yīng)當(dāng)探索式地增加案例實踐這一新的考核方式。交通工程+人工智能的案例實踐考核方式將不再簡單地完成一篇課程論文，而是深入實踐，應(yīng)用交通工程+人工智能教學(xué)中所學(xué)到的某項人工智能技術(shù)，探索式地去解決1-2個交通工程實際問題，同時配有課程論文報告，但課程論文報告內(nèi)容應(yīng)當(dāng)側(cè)重于在解決實際交通工程問題時遇到的困難、如何解決這些困難的、以及對理論課程知識的良性反饋等方面。這一課程考核方式將為解決理論與實際脫節(jié)的難題提供新途徑，切實讓學(xué)生學(xué)有所用、多方位掌握交通工程+人工智能教材知識體系。

5 結(jié)語

交通工程專業(yè)具備大行業(yè)背景和綜合性學(xué)科的特征，人工智能可進一步促進交通工程專業(yè)建設(shè)、擴展交通工程專業(yè)就業(yè)面以及加強交通工程專業(yè)理論體系建設(shè)，因此，交通工程+人工智能的提出與發(fā)展順應(yīng)國家對人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略，探索交通工程+人工智能教學(xué)改革顯得十分必要，本文從教材體系建設(shè)、課堂教學(xué)改革與課程考核方式三個方面論述了交通工程+人工智能教學(xué)改革，為人工智能時代下的交通工程專業(yè)建設(shè)提供參考。

參考文獻

[1] 林賜云，龔勃文.面向智能交通的交通工程實踐教學(xué)課程體系探索[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報，2018.34（8）：55-58.

[2] 趙紅專.基于“互聯(lián)網(wǎng)+交通”思維的交通工程專業(yè)改革探索[J].教育現(xiàn)代化，2017.4（52）：60-61.

[3] 侯海晶，關(guān)志偉.智能網(wǎng)聯(lián)背景下交通運輸專業(yè)教學(xué)改革與探索[J].教育現(xiàn)代化，2018.5（37）：48-49，86.

[4] 馬香娟.基于工程教育認(rèn)證的交通工程專業(yè)建設(shè)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019.16（1）：217，219.

[5] 吉淑娥，趙雨旸，武超群.新工科建設(shè)背景下交通工程專業(yè)課程體系考核改革研究[J].廣東化工，2019.46（3）：241-242.

[6] 中國學(xué)位與研究生教育信息網(wǎng). http：//www.cdgdc.edu.cn/xwyyjsjyxx/xkpgjg/.