具有智能駕駛特色的信息工程專業(yè)建設(shè)探索與實踐

舒小華，黃曉峰，谷志茹，陳玲姣，王忠美

（湖南工業(yè)大學軌道交通學院，湖南 株洲 412007）

信息工程專業(yè)培養(yǎng)在信息獲取、傳輸、處理以及應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)與工程領(lǐng)域內(nèi)有扎實理論基礎(chǔ)，并有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級工程技術(shù)人才。盡管信息工程專業(yè)是我國較早開設(shè)的高校本科專業(yè)之一，由于該專業(yè)是由計算機技術(shù)、通信技術(shù)和電子科學技術(shù)等學科的交叉結(jié)合而成，其學科和特色定位具有一定難度[1]。我校開設(shè)的這一專業(yè)，因定位模糊、缺乏特色，阻礙了專業(yè)的進一步發(fā)展。

為了改革和優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，我們重新組織論證并修訂了信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案。智能駕駛已成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向[2]，作為交通工程學院的信息工程專業(yè)，其學科體系與智能駕駛技術(shù)有緊密聯(lián)系。依托學校相關(guān)學科與上海景格科技股份有限公司在汽車教育方面的優(yōu)勢資源，我們制定了具有智能駕駛特色的人才培養(yǎng)方案和標準化課程體系，進行了具有智能駕駛特色的信息工程專業(yè)建設(shè)的探索與實踐。

1 具有智能駕駛特色的信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案修訂

根據(jù)信息工程專業(yè)的教學質(zhì)量國家標準，信息工程專業(yè)應(yīng)包括通信原理、數(shù)字信號處理、通信電路與系統(tǒng)、信息理論基礎(chǔ)、信息網(wǎng)絡(luò)、工程圖學中至少四個知識領(lǐng)域的核心內(nèi)容。我們對信息工程專業(yè)的核心內(nèi)容包含通信原理、數(shù)字信號處理、通信電路與系統(tǒng)以及信息網(wǎng)絡(luò)。我們對培養(yǎng)目標的確定為：培養(yǎng)在信息的產(chǎn)生、獲取、傳輸以及應(yīng)用等方面具有良好開發(fā)能力和素質(zhì)，具有信息工程專業(yè)基本理論和專業(yè)知識，能從事與信息有關(guān)的工作，掌握以智能駕駛為特色，具備從事智能駕駛信息系統(tǒng)或智能交通系統(tǒng)的研究、設(shè)計、開發(fā)、管理和維護能力，能適應(yīng)該專業(yè)及相關(guān)應(yīng)用及開發(fā)設(shè)計等方面工作的高級工程技術(shù)人才。培養(yǎng)方案的修訂主要是基于以下考慮。

（1）相比國內(nèi)其他高校的專業(yè)定位，我們在專業(yè)定位中進一步增強了信息的獲取、信號的處理、信息的傳輸及應(yīng)用方面的基礎(chǔ)。與此相應(yīng)，加強了信息處理、信息傳輸、信息系統(tǒng)硬件的設(shè)計。這是因為考慮到在交通信息數(shù)據(jù)獲取和傳遞后，這些信息都將被處理和應(yīng)用。

（2）針對信息工程專業(yè)的定位模糊與缺乏特色，我們在修訂后的培養(yǎng)計劃中結(jié)合交通工程學院的特色，參照服務(wù)地方經(jīng)濟的使命，選擇了信息工程在智能駕駛領(lǐng)域中的應(yīng)用作為特色。智能駕駛涵蓋了信息的獲取、處理、傳輸及應(yīng)用等，其主要內(nèi)容與信息工程的學科與專業(yè)建設(shè)內(nèi)容高度一致。因此我們在培養(yǎng)計劃中制定并確立了以智能駕駛作為我們的專業(yè)特色與方向。

與前版信息工程專業(yè)培養(yǎng)計劃相比，我們將突出以下特色：

①強化實踐動手能力，增加了多個方面的實踐能力的培養(yǎng)。

②專業(yè)課以模塊為單位，自成體系，模塊既相互獨立，又體系相關(guān)，構(gòu)成了信息工程的專業(yè)架構(gòu)。既具有寬廣的專業(yè)口徑，又具有較深的專業(yè)理論基礎(chǔ)素養(yǎng)。

③增設(shè)智能駕駛專業(yè)課程，強化了信息工程的應(yīng)用特色，解決前版中定位模糊、缺乏特色的問題。

④拓寬專業(yè)知識面，增加基于單片機的系統(tǒng)開發(fā)、面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)、智能控制等就業(yè)方向。

2 課程模塊化建設(shè)

人才培養(yǎng)目標是通過課程體系來實現(xiàn)的[3]。圍繞修訂后的信息工程專業(yè)的定位，重新修訂課程體系，基本思路將專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課劃分為三個模塊，并在課程設(shè)置過程中強化了實踐環(huán)節(jié)的教學。這三個模塊為電子系統(tǒng)設(shè)計模塊、信號與信息處理模塊及通信網(wǎng)絡(luò)模塊。

電子系統(tǒng)設(shè)計模塊：掌握電子系統(tǒng)的基本原理、分析與設(shè)計方法，熟悉軟硬件開發(fā)、生產(chǎn)工藝流程等，具備智能駕駛系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試能力。

圖1 電子系統(tǒng)設(shè)計模塊課程體系及銜接關(guān)系

信號與信息處理模塊：掌握信號與信息處理的基本理論、方法、算法設(shè)計、軟硬件開發(fā)，培養(yǎng)能從事信號與信息處理系統(tǒng)軟硬件設(shè)計的專門技術(shù)人才，特別是從事智能駕駛與智能交通系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)。

信號與信息處理模塊課程體系銜接關(guān)系如圖2所示。

圖2 信號與信息處理模塊課程體系及銜接關(guān)系

通信網(wǎng)絡(luò)模塊：掌握通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)和基本理論，熟悉通信協(xié)議的架構(gòu)和組成，了解通信電子線路的組成、工作原理和性能功能要求，培養(yǎng)能從事通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、維護和開發(fā)的人才，特別是從事智能網(wǎng)聯(lián)車和智能駕駛系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。所培養(yǎng)的信息工程技術(shù)人才，在常規(guī)的信息工程技術(shù)基礎(chǔ)上，主要突出兩方面交通特色的信息技術(shù)特點：交通工具與交通工具、固定交通設(shè)施之間的無線通信；交通工具內(nèi)部的有線（或者短距無線）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

通信網(wǎng)絡(luò)模塊中的課程體系銜接關(guān)系如圖3所示。

圖3 通信網(wǎng)絡(luò)模塊課程體系及銜接關(guān)系

與智能駕駛特色相關(guān)的課程設(shè)置有：車載電子系統(tǒng)、車載電子系統(tǒng)課程設(shè)計、智能交通系統(tǒng)、智能交通信息系統(tǒng)課程設(shè)計、無線通信與車聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)課程設(shè)計、交通前沿技術(shù)企業(yè)專家講座。

3 實驗創(chuàng)新平臺建設(shè)

高校實驗實踐教學環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力意義重大[4]。信息工程專業(yè)實驗涉及交通、電子、信息處理、通信系統(tǒng)、電氣控制和計算機等交叉學科，考慮各專業(yè)、各課程所包含的實踐教學環(huán)節(jié)的共性和特性，合并相同或相近的實驗內(nèi)容，建設(shè)交通信息工程實驗中心。本著體系完整、課程銜接、不同學科和專業(yè)教學相結(jié)合的原則，依教學模塊對實驗內(nèi)容進行融合，設(shè)立實驗課程模塊，各實驗?zāi)K可組建更大的實驗教學平臺和系統(tǒng)，形成一系列特色實踐教學項目。實驗中心設(shè)交通數(shù)據(jù)采集與處理實驗室（對應(yīng)信號與信息處理模塊）、車地通信實驗室（對應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)模塊）及車載電子與電器實驗室（對應(yīng)電子系統(tǒng)設(shè)計模塊）三個專業(yè)實驗室。如圖4所示。

圖4 交通信息工程實驗中心功能圖

交通數(shù)據(jù)采集與處理實驗室開設(shè)交通車載傳感器技術(shù)、數(shù)字信號處理、視頻圖像處理等課程實驗以及開放性綜合實驗等，讓學生掌握交通數(shù)據(jù)的采集、處理、應(yīng)用等方面的基本能力。

車地通信利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跟蹤人、車、路和環(huán)境等交通時空信息，開設(shè)通信系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)等課程實驗以及開放性綜合實驗等。讓學生了解與掌握車聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)、車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，使學生對車聯(lián)網(wǎng)在交通上的應(yīng)用有直觀、全面的認識。

車載電器與電子實驗室主要服務(wù)于汽車運用工程、汽車故障診斷、汽車電器與電子控制技術(shù)、機車電子等課程實驗。

按照“卓越工程師”的培養(yǎng)定位，交通信息工程實驗中心根據(jù)實驗內(nèi)容體系的繼續(xù)性，縱向分5個層次，從基礎(chǔ)型（演示、驗證型）、綜合設(shè)計型到研究創(chuàng)新型構(gòu)建了一系列的逐步遞進的教學模塊，每個模塊均設(shè)置有圍繞交通信息工程領(lǐng)域的工程實驗項目，其中：

第一層次是以交通信號控制、車聯(lián)網(wǎng)、交通視頻監(jiān)控等智能交通工程實踐基本知識認知、工程基本技能訓練，教學課程中的基礎(chǔ)型實驗為主要教學內(nèi)容。采取實驗室現(xiàn)場教學和實踐的形式，傳授實驗基礎(chǔ)知識，進行基本方法和技能的訓練。

第二層次是以電工電子課程、計算機課程、網(wǎng)絡(luò)通信課程、儀器儀表課程等基礎(chǔ)課程中設(shè)計型、綜合型實驗為教學內(nèi)容，側(cè)重培訓學生的軟硬件研發(fā)能力，主要采取開放式教學模式。

第三層次是以交通類各專業(yè)課程實驗及專業(yè)基本實踐環(huán)節(jié)為主要教學內(nèi)容，側(cè)重培訓學生的工程能力，實驗室和教學資源向?qū)W生全面開放。

第四層次是按照智能交通信息流程，在專業(yè)課程設(shè)計、專業(yè)綜合實驗等教學環(huán)節(jié)中由學生自主選定課題內(nèi)容，側(cè)重培訓學生的創(chuàng)新能力，以3-4人形成課題小組，利用實驗室條件，自主完成。

第五層次是對前面4個層次教學的總結(jié)和提高，學生綜合運用前面各教學模塊所學到的專業(yè)知識和工程技能，以智能交通為工程背景，完成實習、實訓及畢業(yè)設(shè)計，實現(xiàn)與企業(yè)實際需求對接。

此外，交通信息實驗中心探索校企資源共建共享模式，建立“工程師進課堂圍繞項目講工程、學生進企業(yè)參與項目練技能”的實習新機制。邀請上海景格科技股份有限公司、中車時代電動汽車工程師給本科生上課，拓展了學生的視野，鍛煉了學生的工程能力。

4 開設(shè)智能駕駛實驗班

智能駕駛技術(shù)不僅有助于解決交通安全、道路擁堵、能源消耗、污染排放等問題，更是構(gòu)建智慧出行、服務(wù)新型產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心要素，以及推進交通強國、數(shù)字中國、智慧社會建設(shè)的重要載體，已成為新時代汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要突破口。我院信息工程系與上海景格科技股份有限公司及株洲電力機車研究所聯(lián)合辦學，開設(shè)了智能駕駛實驗班，旨在培養(yǎng)智能駕駛中電子電路系統(tǒng)、智能網(wǎng)聯(lián)車系統(tǒng)、智能信息處理系統(tǒng)等領(lǐng)域的專門技術(shù)人才，同時為具有交通信息特色的信息工程專業(yè)探索建設(shè)模式。

實驗班同樣堅持“寬口徑，厚基礎(chǔ)，強實踐，重創(chuàng)新，樹特色”培養(yǎng)理念，在課程體系設(shè)置上，強化交通電子與電路系統(tǒng)、通信和信息處理的基礎(chǔ)理論知識，突出電子信息系統(tǒng)級、模塊級架構(gòu)的設(shè)計和創(chuàng)新能力，形成“信息采集、傳輸及處理”的完整知識體系。著重培養(yǎng)學生在相關(guān)行業(yè)從事設(shè)計、維護、測試、開發(fā)等工作的工程意識和創(chuàng)新能力，突出“理論與實踐”相結(jié)合的教學路線；采用“導師制+小班授課+項目制培養(yǎng)”的新型教學模式，突出校企聯(lián)合協(xié)同育人，強化教學、競賽、科研相結(jié)合，提升學生自主學習與研究內(nèi)在動力，促進學生個性發(fā)展和高質(zhì)量成才。

5 校企合作協(xié)同育人

針對專業(yè)建設(shè)中存在的問題[5]，如：教學的課程與實際現(xiàn)實中的應(yīng)用相差較遠，不能快速融入企業(yè)單位的開發(fā)需求，實踐環(huán)節(jié)深度不夠、教師實踐經(jīng)驗不夠、學生創(chuàng)新能力不強等問題，建立并加強與相關(guān)企業(yè)的協(xié)同育人。

在與相關(guān)企業(yè)的合作中，企業(yè)為我們提供交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、現(xiàn)實需求及發(fā)展趨勢，幫助我們科學合理的設(shè)置課程體系，處理好通識教育、學科基礎(chǔ)、專業(yè)主干與專業(yè)方向課程的關(guān)系。在課程設(shè)置中做到以社會需求為導向，結(jié)合未來智能交通企業(yè)的實際要求，突出實用性、時代性和科學性。通過校企合作育人，加強實踐環(huán)節(jié)建設(shè)。學生不僅獲得理論知識，更要獲得職業(yè)技能，促進就業(yè)。如校企合作完成畢業(yè)設(shè)計、校企合作開設(shè)專業(yè)技術(shù)培訓等。校企合作提高教師水平。教師到相關(guān)企業(yè)進行針對性的實踐和鍛煉，豐富教師的實踐經(jīng)驗，提高教師的動手能力，更新教師的知識結(jié)構(gòu)。

校企合作提高學生的創(chuàng)新能力。目前學生的理論知識還好，但創(chuàng)新能力較差。如可以校企聯(lián)合組織學生創(chuàng)新競賽，企業(yè)提供場地設(shè)備和課題。以及開設(shè)企業(yè)創(chuàng)新論壇及共同合作開發(fā)新產(chǎn)品等，其中與上海景格科技有限責任公司合作開展了協(xié)同育人。

6 結(jié)束語

經(jīng)過多年對畢業(yè)學生的跟蹤研究，結(jié)合我院實際情況，我們針對信息工程培養(yǎng)方案進行了修訂。修訂后的培養(yǎng)方案突出了信息工程的理論在智能駕駛中的應(yīng)用，增設(shè)了系列智能駕駛的特色課程，進一步完善課程體系建設(shè)。理論及實踐課程均以模塊為單位進行建設(shè)，同時加強了實踐教學平臺的建設(shè)，課程體系各自獨立又能合成一個有機的整體。為了探索具有智能駕駛特色的信息工程建設(shè)方法，我們開設(shè)了智能駕駛實驗班。在新的培養(yǎng)方案實施后，學生對專業(yè)更有興趣，學習的目的性更強，學生的專業(yè)素質(zhì)普遍得到了提高。