基于嵌入式技術(shù)及人工智能的《汽車(chē)電子控制技術(shù)》課程體系改革

黃巧婷 許鈾 李雪嫻

【摘要】隨著節(jié)能與新能源汽車(chē)行業(yè)快速發(fā)展，傳統(tǒng)的《汽車(chē)電子控制技術(shù)》已不能滿(mǎn)足汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的要求;取而代之，對(duì)熟練掌握嵌入式技術(shù)、人工智能算法的開(kāi)發(fā)性人才培養(yǎng)模式則是該行業(yè)的迫切渴望。本文針對(duì)課程《汽車(chē)電子控制技術(shù)》，提出以工程開(kāi)發(fā)為背景、緊跟汽車(chē)行業(yè)需求，結(jié)合“嵌入式+人工智能”技術(shù)，從課程體系改革、教學(xué)方式整改、平臺(tái)建設(shè)以及協(xié)同育人等方面進(jìn)行課程改革，并通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證教學(xué)效果，以達(dá)到滿(mǎn)足汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的發(fā)展需求。

【關(guān)鍵詞】嵌入式技術(shù)? 人工智能? 課程體系改革

【基金項(xiàng)目】廣東省高等教育教學(xué)研究和改革項(xiàng)目：基于新能源汽車(chē)的車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)研教融合的應(yīng)用型建設(shè)（346）;2018年教師教育類(lèi)校級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)培育和教學(xué)改革研究項(xiàng)目：新工科背景下車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)職教師資開(kāi)發(fā)技能培養(yǎng)策略研究（JSZD 201805）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.0;U463.6-4【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】2095-3089（2020）30-0035-02

1.引言

芯片技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件的快速發(fā)展，使得以嵌入式技術(shù)為載體、人工智能技術(shù)為核心的產(chǎn)業(yè)化時(shí)代已經(jīng)滲入現(xiàn)代生活的各個(gè)方面。為順應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，我國(guó)于2015年提出了《中國(guó)制造2025》明確提出：通過(guò)發(fā)展“節(jié)能與新能源汽車(chē)”，實(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”到“中國(guó)智造”的轉(zhuǎn)型升級(jí)，要求“掌握汽車(chē)低碳化、信息化、智能化核心技術(shù)，提升智能控制核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力，形成從關(guān)鍵零部件到整車(chē)的完成工業(yè)體系和創(chuàng)新體系，推動(dòng)自主品牌節(jié)能與新能源汽車(chē)與國(guó)際先進(jìn)水平接軌”。可見(jiàn)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)已逐漸步入智能化時(shí)代，在汽車(chē)設(shè)計(jì)與后市場(chǎng)領(lǐng)域方面，傳統(tǒng)的汽車(chē)拆裝、故障診斷已不能滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)“嵌入式+智能化”的需求;取而代之，對(duì)熟練掌握嵌入式技術(shù)、人工智能算法的人才，是該行業(yè)迫切的需求[1]-[3]。面對(duì)行業(yè)的需求，目前學(xué)生在工程實(shí)踐技能、控制理論的培養(yǎng)上，還存在著以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)，但數(shù)學(xué)理論、軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)薄弱。面向“嵌入式+人工智能”時(shí)代下的汽車(chē)控制技術(shù)，更加注重理論與實(shí)踐的密切結(jié)合，導(dǎo)致傳統(tǒng)汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)方式逐漸與汽車(chē)行業(yè)人才需求相違背。

（2）汽車(chē)?yán)碚搶W(xué)習(xí)環(huán)節(jié)較多，但系統(tǒng)控制開(kāi)發(fā)技能涉及較少。這種情況造成學(xué)生注重理論的推導(dǎo)，一旦面向?qū)嶋H工程設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)的思路欠缺，無(wú)法勝任大企業(yè)關(guān)于整車(chē)系統(tǒng)布局的設(shè)計(jì)理念。

（3）傳統(tǒng)《汽車(chē)電子控制技術(shù)》側(cè)重傳感器的原理及應(yīng)用介紹，其控制理論及邏輯思路的訓(xùn)練較少涉及。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技實(shí)力的逐漸增強(qiáng)，汽車(chē)傳感器已逐漸成為各種信息采集的基本工具，如何更好地利用傳感器完成整車(chē)智能控制，則是人才培養(yǎng)新的技能要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文針對(duì)課程《汽車(chē)電子控制技術(shù)》，提出以工程開(kāi)發(fā)為背景、緊跟汽車(chē)行業(yè)需求，結(jié)合“嵌入式+人工智能”技術(shù)，注重車(chē)輛工程控制軟硬件開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐技能，以滿(mǎn)足汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在新工科下對(duì)人才的需求。

2.基于“嵌入式技術(shù)+人工智能”《汽車(chē)電子控制技術(shù)》課程改革內(nèi)容

為滿(mǎn)足車(chē)輛工程人才的多方面發(fā)展[4]-[5]，開(kāi)展面向“嵌入式技術(shù)+人工智能”的《汽車(chē)電子控制技術(shù)》課程改革，其主要內(nèi)容包括以下幾項(xiàng)：

（1）基于“嵌入式+人工智能”的《汽車(chē)電子控制技術(shù)》課程體系整改。在現(xiàn)有已開(kāi)設(shè)的課程《汽車(chē)電子控制技術(shù)》中，將“嵌入式系統(tǒng)”、“智能識(shí)別理論”及“汽車(chē)智能化控制”三部分作為教育重點(diǎn)，轉(zhuǎn)變理論教學(xué)觀(guān)念，增加整車(chē)智能化控制開(kāi)發(fā)實(shí)踐課程環(huán)節(jié)，以汽車(chē)智能化典型案例作為教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生有目標(biāo)地進(jìn)行汽車(chē)電子控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)新技術(shù)的人才培養(yǎng)規(guī)劃。

（2）《汽車(chē)電子控制技術(shù)》教學(xué)方式整改。擺脫傳統(tǒng)的理論教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上充分展現(xiàn)工程實(shí)踐的具體步驟，同時(shí)以實(shí)際問(wèn)題的解決作為實(shí)踐內(nèi)容，一方面調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另一方面也實(shí)現(xiàn)同產(chǎn)業(yè)接軌，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、積極創(chuàng)新的自主能力。

（3）整車(chē)嵌入式智能控制教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)搭建。配合課程的教學(xué)過(guò)程能順利進(jìn)行及教學(xué)效果能充分體現(xiàn)，搭建整車(chē)嵌入式智能控制教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，該平臺(tái)分為“整車(chē)功能控制模塊”、“嵌入式信號(hào)控制模塊”、“多傳感器信號(hào)處理模塊”三大部分，每部分將配套相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)案例，學(xué)生可以圍繞《汽車(chē)電子控制技術(shù)》中關(guān)于“嵌入式+人工智能”方面的理論進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還可以引導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)及綜合實(shí)踐。

（4）推進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人。本著“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源共享、協(xié)同育人、共同發(fā)展”的原則，聯(lián)合汽車(chē)相關(guān)企業(yè)，進(jìn)一步加快產(chǎn)學(xué)深度合作，推進(jìn)大學(xué)生課程實(shí)踐建設(shè)，利用企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品的功能、應(yīng)用及開(kāi)發(fā)流程與課程建設(shè)相融合;企業(yè)工程師與課程負(fù)責(zé)人聯(lián)合，建立校企“雙導(dǎo)師”專(zhuān)業(yè)教學(xué)方案，針對(duì)具體實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目開(kāi)展課程設(shè)計(jì)，并協(xié)助推進(jìn)學(xué)生科技創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新等能力的提高。

3.課程改革實(shí)施方案及方法

本課程改革的實(shí)施路徑如圖1所示，分為四部分。

（1）《汽車(chē)電子控制技術(shù)》課程改革：考慮汽車(chē)行業(yè)發(fā)展需求，本文的具體內(nèi)容與傳統(tǒng)的《汽車(chē)電子控制技術(shù)》不同，注重“嵌入式系統(tǒng)”、“智能識(shí)別”以及“汽車(chē)智能化控制”幾大部分，將原有的課程內(nèi)容進(jìn)行更改，如表1所示。

表1 《汽車(chē)電子控制技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容（課時(shí)）

（2）教學(xué)方式整改：從教學(xué)內(nèi)容表1可知，課程教學(xué)將充分同實(shí)踐平臺(tái)相結(jié)合，采用“理論講授+課堂研討+平臺(tái)實(shí)踐”三合一方式進(jìn)行教學(xué)。其中，理論講授主要令學(xué)生能熟練掌握嵌入式+人工智能的基本概念及相關(guān)理論;為防止課堂的枯燥性，將以案例背景及工程設(shè)計(jì)為主題，與學(xué)生開(kāi)展頭腦風(fēng)暴式的課堂研討，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新思維;另一方面，依托現(xiàn)有的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，實(shí)現(xiàn)課程所對(duì)應(yīng)的工程實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生編程、邏輯思維以及實(shí)踐動(dòng)手能力。

（3）整車(chē)嵌入式智能控制教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)搭建：依托現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，在現(xiàn)有的整車(chē)控制實(shí)踐平臺(tái)（圖2）上，開(kāi)發(fā)嵌入式智能控制教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三大模塊——“整車(chē)功能控制模塊”、“多傳感器信號(hào)處理模塊”及“嵌入式信號(hào)控制模塊”。結(jié)合《汽車(chē)電子控制技術(shù)》教學(xué)大綱，所開(kāi)放的各個(gè)模塊將為學(xué)生課程實(shí)踐及工程設(shè)計(jì)提供有效的硬件支撐。

（4）產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人：聯(lián)合企業(yè)開(kāi)展協(xié)同育人工作，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：①聯(lián)合企業(yè)成立校外實(shí)踐教學(xué)基地，以滿(mǎn)足一定數(shù)量的學(xué)生參與實(shí)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)，推進(jìn)專(zhuān)業(yè)教學(xué)與行業(yè)接軌。②將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與課程內(nèi)容融合，依托實(shí)驗(yàn)室整車(chē)智能控制平臺(tái)，模擬企業(yè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品功能，拓展學(xué)生思路、培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力。③建立“雙導(dǎo)師制”專(zhuān)業(yè)教學(xué)方案，聘請(qǐng)企業(yè)工程師前往課堂向?qū)W生展現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品，并引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，借助實(shí)踐平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力及自主設(shè)計(jì)能力。

4.教學(xué)改革效果對(duì)比

為驗(yàn)證本文方法有效性，筆者依托“廣東省新能源汽車(chē)電源與安全系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心”，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查及課程成績(jī)比較的方式，對(duì)兩屆學(xué)生在該課程下的教學(xué)效果進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如表2所示。

由表2可將，通過(guò)開(kāi)展本文所提的課程改革，學(xué)生無(wú)論是在學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)效果的反映情況三方面都有明顯的改善。學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度有所提高，課堂教學(xué)效果也得到相應(yīng)的改善。

5.結(jié)束語(yǔ)

嵌入式、人工智能是汽車(chē)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要技術(shù)支撐，緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐，圍繞《汽車(chē)電子控制技術(shù)》更新課堂教學(xué)內(nèi)容，突出工程應(yīng)用技能的培養(yǎng)，改革教學(xué)模式，是汽車(chē)相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。以上為筆者教學(xué)教改過(guò)程中所積累的一點(diǎn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，基本原則是充分利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生工程開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)思維能力，令學(xué)生更能適應(yīng)行業(yè)對(duì)人才的需求。

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作者簡(jiǎn)介：

黃巧婷，碩士生，主要研究方向?yàn)椋褐新氈袑?zhuān)職業(yè)教育;高職高專(zhuān)職業(yè)教育。

許鈾，博士，副教授，現(xiàn)為廣東技術(shù)師范學(xué)院車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人，主要研究方向?yàn)椋弘娏﹄娮酉到y(tǒng);新能源汽車(chē);精密測(cè)量技術(shù)。