人工智能背景下地方特色院校車輛工程專業(yè)教學(xué)改革探索

王衍學(xué) 楊銀銀 李志星

摘 要：人工智能課程在當(dāng)今車輛工程領(lǐng)域越來越體現(xiàn)其重要性，為了提高車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，發(fā)揮人工智能在汽車行業(yè)發(fā)展變革中的重要作用，需要對人工智能時代背景下車輛工程專業(yè)學(xué)生人才培養(yǎng)方案進(jìn)行深度探討。課程改革要以人工智能的實際落地為指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生解決車輛工程問題的實際能力，同時拓寬學(xué)生的視野和眼界，在認(rèn)識人工智能的同時，提出人工智能在車輛工程專業(yè)落地中自己的思考。

關(guān)鍵詞：車輛工程 教學(xué)改革 人工智能 人才培養(yǎng)

Research on Teaching Reform of Vehicle Engineering Specialty in Local Characteristic Colleges Under the Background of Artificial Intelligence

WANG Yanxue1，? YANG Yinyin2，? LI Zhixing1

（1.Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing，100044 China

2.Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing，100044 China）

Abstract： Artificial intelligence courses are becoming more and more important in today's vehicle engineering field. In order to improve the quality of talent training for vehicle engineering majors and play an important role of artificial intelligence in the development and reform of the automotive industry， it is necessary to conduct in-depth discussions on talent training programs for vehicle engineering majors in the era of artificial intelligence. The curriculum reform should be guided by the actual landing of artificial intelligence， train students' practical ability to solve vehicle engineering problems， and broaden students' horizons and horizons. While recognizing artificial intelligence， it puts forward its own thoughts on the landing of artificial intelligence in vehicle engineering.

Key words： Vehicle engineering? Teaching reform? Artificial intelligence? Talent training

人工智能（Artificial Intelligence，AI）這個詞在2010年之前還沒有走入社會大眾的視野。但隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，從2010年開始深度學(xué)習(xí)等一系列人工智能方向就在學(xué)術(shù)圈中逐漸興起，學(xué)術(shù)界的各個實驗室不停地在各種各樣的比賽中刷新著紀(jì)錄。當(dāng)2016年AlphaGo打敗了李世石，社會大眾就開始對圍棋AI和人工智能這些詞語有了一些全新的認(rèn)識，同時社會各界都在討論人工智能在未來將會如何改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ?，人工智能成為了一個大家津津樂道的話題。無論是投資領(lǐng)域，科技領(lǐng)域，學(xué)術(shù)領(lǐng)域，人工智能的技術(shù)和它的應(yīng)用場景都成為了大家關(guān)注的焦點

人工智能已成為人類有史以來最具革命性的技術(shù)之一[1]。2020年1月，谷歌公司首席執(zhí)行官桑達(dá)爾·皮查伊在瑞士達(dá)沃斯世界經(jīng)濟論壇上接受采訪時說：“人工智能是我們作為人類正在研究的最重要的技術(shù)之一。它對人類文明的影響將比火或電更深刻?！?/p>

對于汽車行業(yè)而言，人工智能正在引發(fā)汽車和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的顛覆性變革。汽車的自動化、智能化正在走入人們的生活，也成為人們選擇產(chǎn)品的一個重要指標(biāo)。自動駕駛技術(shù)就是車輛工程和人工智能結(jié)合的實例說明。通過數(shù)字化、信息化的智能運轉(zhuǎn)，汽車能精確感應(yīng)周圍的事物并及時做出反應(yīng)，發(fā)生安全事故的概率大大降低。自動駕駛汽車可以檢測人類的狀況，當(dāng)人類疲勞駕駛時，自動駕駛汽車就會自動接替人類的駕駛，避免發(fā)生事故。這項技術(shù)的應(yīng)用將極大限度地提高人們的生活品質(zhì)。

對于汽車消費者和生產(chǎn)商而言，人工智能技術(shù)都會受到密切關(guān)注?？梢钥吹饺嗣駥τ谶@項技術(shù)的重視，深信人工智能在汽車行業(yè)將引起重大的變革。車輛工程領(lǐng)域的發(fā)展越來越智能，尤其是近年來人工智能產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，使得人工智能在各個領(lǐng)域和行業(yè)的應(yīng)用都非常廣泛，汽車領(lǐng)域也不例外，這就要求高校必須進(jìn)行教學(xué)改革來適應(yīng)行業(yè)和市場新的要求。

近年來，人工智能在車輛工程領(lǐng)域展示了強大的作用，促進(jìn)了汽車行業(yè)的發(fā)展。因此，很多高校將人工智能作為一門專業(yè)必修課提供給學(xué)生學(xué)習(xí)[2-4]。人工智能課程學(xué)習(xí)門檻較高，為了適應(yīng)車輛工程專業(yè)學(xué)生的知識儲備實際情況，需要整體設(shè)計人工智能課程教學(xué)方案，并做針對性調(diào)整。

1 車輛工程和人工智能

人工智能促進(jìn)汽車行業(yè)的深度發(fā)展，這取決于行業(yè)人才的培養(yǎng)和貢獻(xiàn)。高校車輛工程專業(yè)開設(shè)人工智能相關(guān)課程將進(jìn)一步激發(fā)車輛人才的培養(yǎng)和變革，促進(jìn)車輛工程教育不斷地適應(yīng)時代發(fā)展對人才技術(shù)的需求?？梢哉f，高校教學(xué)改革正深刻影響著車輛工程專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

人工智能是一個非常典型的交叉學(xué)科，不僅知識量大，學(xué)習(xí)難度也相對比較高，所以學(xué)習(xí)人工智能需要一個系統(tǒng)的過程，而且對于初學(xué)者的基礎(chǔ)有一定的要求，如要具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計算機基礎(chǔ)。如果課程教學(xué)方案單純參考計算機和自動化專業(yè)課程，將使得數(shù)學(xué)和編程能力較弱的車輛工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)曲線過于陡峭，從而喪失對人工智能學(xué)習(xí)的興趣。

在車輛工程人才培養(yǎng)過程中，要重視智能車輛工程，互聯(lián)網(wǎng)，自動駕駛等熱點技術(shù)的講解和討論[5-7]。學(xué)院組織相關(guān)進(jìn)行實地考察的實習(xí)，以不斷提升學(xué)生的知識實際應(yīng)用能力。

2 人才培養(yǎng)策略

2.1 調(diào)整教學(xué)思想

車輛工程專業(yè)作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，擁有完整的學(xué)科知識體系，知識覆蓋面廣泛。車輛工程人才培養(yǎng)的思想是使從業(yè)人員迎合行業(yè)未來發(fā)展的方向，不能只是對老舊教材的照本宣科，課程必須結(jié)合行業(yè)最新的技術(shù)和成果，進(jìn)一步打開學(xué)生的視野。

要盡可能多地讓學(xué)生想，盡可能多地讓學(xué)生講，盡可能多地讓學(xué)生體驗成功，盡可能多地讓學(xué)生笑，這是教學(xué)改革的理念。要盡可能避免教師在教學(xué)中不知不覺就進(jìn)入“獨角戲”的狀態(tài)。教學(xué)不能只關(guān)注內(nèi)容，沒有關(guān)注學(xué)生，學(xué)生就容易走神，容易犯困，課堂氛圍會變得很沉悶，講起來沒勁。教學(xué)改革必須意識到這一點，也想去改變，這需要克服兩方面的問題。

一方面，教師有時候總是想把內(nèi)容準(zhǔn)備得更充分、更精彩，卻常忽略教學(xué)方法的設(shè)計。教師需要在教學(xué)方法上下功夫，花更多的時間。當(dāng)然，前提是要把內(nèi)容讀熟、理解透。對內(nèi)容精熟，以及教學(xué)方法、教學(xué)過程有所準(zhǔn)備，上課就心里有底，容易比較輕松自信，也更能發(fā)揮好。

另一方面，性格靦腆的教師，跟人互動時總有些緊張，即使是跟學(xué)生、跟孩子交流也都會。但是，這個是可以克服的。教師必須有意識地克服溝通障礙，多跟學(xué)生互動，會進(jìn)入輕松自信的狀態(tài)，整個教室的氛圍也更活潑。教師在課堂上跟學(xué)生更多互動，而且提高互動的質(zhì)量，讓學(xué)生學(xué)到更多。鼓勵學(xué)生自愿表達(dá)，設(shè)法讓不主動回答問題的學(xué)生也參與進(jìn)來。盡快做到看到人能叫出名字，這樣互動會更順暢，也讓學(xué)生感受到教師關(guān)注到他們每一個人。

2.2 課程內(nèi)容方向

對于基礎(chǔ)比較薄弱的車輛工程專業(yè)的學(xué)生來說，隨著當(dāng)前人工智能平臺的陸續(xù)推出，可以考慮基于這些人工智能平臺來完成行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新，這會在一定程度上降低學(xué)習(xí)門檻，而且在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推動下，未來基于人工智能平臺的開發(fā)任務(wù)會越來越多，相關(guān)技術(shù)人才的需求量也會越來越大。

當(dāng)前不少人工智能平臺都是基于計算機視覺技術(shù)和自然語言處理技術(shù)打造的，這兩大技術(shù)體系也有比較多的落地應(yīng)用場景。人工智能技術(shù)與車輛工程的結(jié)合現(xiàn)在還不成熟，目前缺少與車輛工程相關(guān)的框架，這會加大學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，所以可以先從這兩個技術(shù)體系入手來構(gòu)建自身的知識結(jié)構(gòu)。

在學(xué)習(xí)人工智能之前，應(yīng)該先完成兩方面基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，其一是編程語言知識的學(xué)習(xí)，其二是機器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。車輛工程專業(yè)的學(xué)生在編程和數(shù)學(xué)方面基礎(chǔ)比較薄弱，這兩方面的學(xué)習(xí)在課程中要占有一部分的比重。編程語言可以從Python開始學(xué)起，Python在人工智能領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，而且自身的語法結(jié)構(gòu)比較簡單易學(xué)。在掌握了Python語言的基本用法之后，可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)一下機器學(xué)習(xí)知識，要全面了解機器學(xué)習(xí)的操作步驟，同時奠定自己對于數(shù)據(jù)、算法和算力的理解，這個過程也會補學(xué)一些相關(guān)知識。機器學(xué)習(xí)本身的知識體系是比較龐大的，課程可以先從一些常見的算法入手，如決策樹、樸素貝葉斯等，學(xué)習(xí)這些算法也并沒有太大的困難，學(xué)生完全可以領(lǐng)悟并運用。

3 車輛工程教學(xué)改革措施

3.1 教學(xué)改革方法

通過播放人工智能最新技術(shù)來提升學(xué)生對課程的興趣，以名人訪談和最新科技成果輔助教學(xué)。通過分享人工智能領(lǐng)域?qū)＜襕4]的經(jīng)歷和視角給學(xué)生以醍醐灌頂?shù)母杏X，增強學(xué)生對整個領(lǐng)域的現(xiàn)狀和對未來發(fā)展方向的理解。僅僅利用課堂時間進(jìn)行學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的，課程必須提供相關(guān)的配套視頻材料和解決問題的途徑。例如，亞馬遜數(shù)據(jù)科學(xué)家李沐的深度學(xué)習(xí)課程，斯坦福大學(xué)吳恩達(dá)教授機器學(xué)習(xí)課程等，分別從不同行業(yè)為學(xué)生提供精彩的教學(xué)。

當(dāng)今人工智能飛速發(fā)展，一些學(xué)習(xí)框架的出現(xiàn)降低了學(xué)習(xí)難度。車輛工程專業(yè)學(xué)生不要求具有很高的算法推導(dǎo)能力和創(chuàng)造能力。課程要求學(xué)生在理解高性能工具包（scikit-learn、Pytorch）的基礎(chǔ)上解決實際問題，學(xué)生無需深入掌握算法背后復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論和計算實現(xiàn)方法。

Jupyter Notebook交互式界面符合Python作為解釋語言的特性，提供了一種文學(xué)編程的實現(xiàn)，可以讓人們按照自己的思維邏輯來開發(fā)程序。這種交互性的展示可以讓代碼更加生動形象地展示給學(xué)生。在教師備課階段，要求教師必須使用Jupyter Notebook將代碼、文字注釋、理論公式、圖片導(dǎo)入到文件中。在課堂上，通過計算機以網(wǎng)頁的形式把教學(xué)內(nèi)容更加直觀地展示給學(xué)生，這將極大地避免程序課和算法課的無聊感，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.2 作業(yè)和考試形式

北京建筑大學(xué)機電學(xué)院專業(yè)特色方向是機械故障診斷，打造強勢的學(xué)科特色必須深度融合特色方向。為避免傳統(tǒng)考試形式的弊端，課程的作業(yè)和考試形式均以實踐完成?？荚囘x題需緊扣車輛工程專業(yè)常見場景——車輛機械設(shè)備故障診斷，教師提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和多個分析方法，最后的結(jié)果以小論文的形式提交。這種考試形式可以調(diào)動學(xué)生的動手實踐能力。在課堂作業(yè)方面，針對每一次小項目實現(xiàn)不是讓學(xué)生從零開始的，教師會提前實現(xiàn)整個流程的框架，學(xué)生分別實現(xiàn)不同模塊的功能。這種方法使得學(xué)生從與課程和專業(yè)無關(guān)的細(xì)節(jié)抽身，全身心投入到課程知識點的學(xué)習(xí)和實現(xiàn)問題，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

目前，我國高校普遍實習(xí)“記憶式教育”，課堂以單純的知識講解為主，考試實行傳統(tǒng)的閉卷考試，學(xué)生只需要簡單地臨時突擊即可獲得優(yōu)異的成績，但是這種不良的學(xué)習(xí)方式，并不能深入理解知識點。導(dǎo)致學(xué)生成為考試機器，缺乏實際解決問題的能力，這種考核方式顯然不適應(yīng)新工科背景下對人才培養(yǎng)的要求。

4 結(jié)語

面向未來的高校車輛工程教學(xué)是為祖國培養(yǎng)從事車輛智能管理研究和智能車輛設(shè)計、制造、實驗研究及經(jīng)營管理等工作的復(fù)合型高級專門人才。車輛技術(shù)在人工智能的加持下，將獲得巨大的生命力，引領(lǐng)車輛技術(shù)面向未來發(fā)展。在這種背景下，高校應(yīng)該培養(yǎng)更多具有科學(xué)視野，能夠利用人工智能解決實際問題的專業(yè)人才，要幫助學(xué)生時刻掌握行業(yè)的科研動態(tài)，擴寬視野，為我國車輛智能化建設(shè)儲備大量的高素質(zhì)人才。

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