基于工程認證的“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程教學改革研究

陶寶泉 劉 靜 馬 超 李文新

1.湖北文理學院純電動汽車動力系統(tǒng)設計與測試湖北省重點實驗室 湖北襄陽 441053;2.湖北文理學院汽車與交通工程學院 湖北襄陽 441053

計算機技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和人工智能技術正在深入車隊、運營商、交通部門和其他機構的管理系統(tǒng)中,共同構成了面向公路、航空、鐵路和海上的智能交通系統(tǒng)。該系統(tǒng)連接車輛、交通信號燈、收費站和其他基礎設施,以幫助緩解擁堵、預防事故、減少排放和提高交通效率,促進了環(huán)境可持續(xù)性和經(jīng)濟增長[1-2]。智能交通系統(tǒng)是現(xiàn)代交通的重要支撐,行業(yè)應用前景廣闊[3]。

在行業(yè)大背景的引導下,智能交通作為交通設備與控制工程專業(yè)的一個重要發(fā)展方向。行業(yè)內(nèi)對具備智能化技術背景下的交通專業(yè)學生的需求日益增多。智能交通系統(tǒng)是多學科多技術深度融合的集合體,國內(nèi)外各個大學也在積極探索智能交通系統(tǒng)的教學方法,如何在有限的教學時間內(nèi)進行理論與實踐的雙重培養(yǎng),盡可能地讓學生收獲需要的知識及能力[4]。文獻[5]基于協(xié)同學習方法,利用課程前瞻性、交叉性的特點,提出一套能夠高效學習“智能交通系統(tǒng)”原理、框架的課程改革方法,以有效促進本科學生文獻檢索能力、問題識別能力、協(xié)同學習能力與應用能力水平的提升。文獻[6]應用信息化手段創(chuàng)建“智能交通系統(tǒng)”線上教學資源,結合智能交通行業(yè)發(fā)展熱點和案例總結線下專題教學內(nèi)容,提出線上自主學習基礎知識、線下課堂面授專題教學的混合式教學模式,為建設滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求的通識教育課程體系提供參考。

這些課程教學研究與改革為智能交通系統(tǒng)相關課程建設提供一定基礎,但缺乏系統(tǒng)性的指引,交通設備與控制工程專業(yè)本科生的智能交通系統(tǒng)相關課程教學還有不足之處。

為了建設好“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程,湖北文理學院結合襄陽市產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局,提出了工程認證下的交通設備與控制工程專業(yè)體系建設方案,為交通設備與控制工程本科專業(yè)學生的“智能交通系統(tǒng)設計與集成”教學提供了教學參考[7]?；诖?本文進一步考慮襄陽市對交通與汽車產(chǎn)業(yè)布局,根據(jù)工程認證的核心需求,結合“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程自身的特點,從明確教學目標、設置教學內(nèi)容和確定課程考核等方面入手,圍繞智能交通系統(tǒng)的實現(xiàn)與應用,研究“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程教學改革方法。

一、“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程目標的制定

根據(jù)工程認證的三大基本理念,通過本課程的課堂教學,達到專業(yè)培養(yǎng)方案的目標要求,加深學生了解智能交通系統(tǒng)的基本概念,熟悉智能交通系統(tǒng)的體系架構,掌握智能交通系統(tǒng)的集成方法及其關鍵核心技術,再結合典型系統(tǒng)集成方法的案例教學,從而提高學生在智能交通系統(tǒng)設計與集成方面的實際應用的能力。

課程教學目標1:讓學生了解國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢、體系框架、基礎理論及其與社會經(jīng)濟發(fā)展的密切關系。通過信息檢索、調(diào)查分析和文獻檢索,進一步探尋智能交通系統(tǒng)的技術發(fā)展與應用動態(tài)、法律法規(guī)實施情況,掌握追蹤新技術的方法和智能交通系統(tǒng)的熱點方向。

課程教學目標2:掌握智能交通系統(tǒng)的關鍵技術、技術特點及其相互關系;了解信息采集和處理技術、通信技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、智能控制技術、GPS技術等核心技術的工作原理和特點,為系統(tǒng)設計與集成打下基礎。通過自主思考、實驗和相關渠道獲取資料和信息,加深對關鍵技術的理解。

課程教學目標3:采用實際工程案例教學與實驗教學相結合,通過典型的智能交通系統(tǒng)集成方案的講解,讓學生深入了解需求分析、系統(tǒng)集成方案設計、系統(tǒng)結構與功能設計等設計手段,使學生加深對實際工程項目開發(fā)的理解。再引導學生組建團隊,結合團隊分工協(xié)作,相互學習取長補短,鍛煉學生解決實際問題的能力,進一步理解交通系統(tǒng)的結構和工作流程。

二、“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程教學內(nèi)容的設置

根據(jù)湖北文理學院交通系現(xiàn)有專任教師資源,結合學“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程目標設置,該課程總學分按2分設置,理論教學計劃為24學時,實驗教學為8學時。在教學方法上采用課堂講授方式,通過課堂討論、學生自學、實驗教學等多種形式開展,相應的課程內(nèi)容安排如下:

第一章 緒論。該章節(jié)按照2學時安排,支撐課程目標1。主要教學內(nèi)容包括智能交通系統(tǒng)的基本概念、智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、智能交通系統(tǒng)面臨的問題、智能交通系統(tǒng)發(fā)展趨勢。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:了解智能交通系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展情況,了解未來智能交通系統(tǒng)發(fā)展方向,理解智能交通系統(tǒng)的概念和基本研究內(nèi)容。教學重點:國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)發(fā)展情況。教學方法:用歸納、總結、類比等方法,介紹智能交通系統(tǒng)的發(fā)展演變和未來的應用方向,并組織學生進行討論。

第二章 智能交通系統(tǒng)的體系框架。該章節(jié)按照2學時安排,支撐課程目標1。主要教學內(nèi)容包括美國、日本、歐盟和我國的智能交通體系框架。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:了解智能交通系統(tǒng)體系框架的意義、功能、組成部分以及開發(fā)方法,掌握各種開發(fā)方法的異同點。教學重點:國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)體系框架的優(yōu)缺。教學方法:問題導向、課堂討論。

第三章 基礎理論與技術。該章節(jié)按照2學時安排,支撐課程目標1。主要教學內(nèi)容包括基礎理論和技術體系兩部分。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:了解智能交通系統(tǒng)的相關理論基礎,了解人機工程學、傳感器、人工智能、模式識別與機器學習、通信、視頻、計算、GIS、GPS和動態(tài)交通分配等技術的特點。教學重點:了解智能交通系統(tǒng)基礎技術和關鍵技術。教學方法:問題導向、課堂討論。

第四章 交通信息自動采集技術。該章節(jié)按照4學時安排,支撐課程目標2。主要教學內(nèi)容包括磁場型交通信息采集技術、微波/雷達交通信息采集技術、壓力式交通信息采集技術、視頻交通信息采集技術、GPS浮動車交通信息采集技術、交通通信網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)/車聯(lián)網(wǎng)時代下交通信息采集技術、交通傳感器網(wǎng)絡在智能交通系統(tǒng)中的應用等。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:了解智能交通系統(tǒng)研究開發(fā)過程中從信息的采集、信息的流動到信息的應用整個環(huán)節(jié)所應用的關鍵技術、技術原理、技術特征和技術優(yōu)缺點。教學重點:交通自動采集相關技術的工作原理與技術特點。教學方法:通過問題導向與實際應用相結合的方式,向?qū)W生闡述各個關鍵技術的工作原理和特征。

第五章 交通數(shù)據(jù)庫技術。該章節(jié)按照2學時安排,支撐課程目標2。主要教學內(nèi)容包括交通數(shù)據(jù)特征、交通數(shù)據(jù)結構、交通數(shù)據(jù)庫設計、交通數(shù)據(jù)倉設計、數(shù)據(jù)挖掘技術和GIS-T技術的原理。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:了解交通數(shù)據(jù)特征、交通數(shù)據(jù)結構,掌握交通數(shù)據(jù)庫設計方法。教學重點:交通數(shù)據(jù)庫設計主要方法。教學方法:用歸納、總結、類比等方法,向?qū)W生講解交通數(shù)據(jù)庫設計方法。

第六章 智能交通系統(tǒng)規(guī)劃及設計。該章節(jié)按照1學時安排,支撐課程目標2。主要教學內(nèi)容包括智能交通系統(tǒng)規(guī)劃流程、智能交通系統(tǒng)需求分析與預測、智能交通系統(tǒng)功能分析與設計、智能交通系統(tǒng)項目方案設計與實施。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:掌握智能交通系統(tǒng)規(guī)劃及設計的目的與流程方法。教學重點:智能交通系統(tǒng)的系統(tǒng)規(guī)劃和設計流程。教學方法:問題導向、課堂討論。

第七章 城市交通綜合信息平臺。該章節(jié)按照1學時安排,支撐課程目標2。主要教學內(nèi)容包括分布式并行計算技術、多源信息融合技術、智能決策支持技術、云計算和云服務技術。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:掌握城市交通綜合信息平臺的功能、關鍵技術、結構組成。教學重點:城市交通綜合信息平臺組成結構與關鍵技術。教學方法:問題導向、課堂討論。

第八章 城市交通信號控制系統(tǒng)設計與集成。該章節(jié)按照3學時安排,支撐課程目標3。主要教學內(nèi)容包括設計原則、依據(jù),系統(tǒng)設計、前端子系統(tǒng)設計、網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)設計、后端管理子系統(tǒng)、核心設備介紹等。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:了解研究道路交通信號系統(tǒng)架構、功能單元、設計方法,掌握交通信號系統(tǒng)集成設計的關鍵技術。教學重點:掌握道路交通信號系統(tǒng)集成的關鍵技術與系統(tǒng)組成。教學方法:結合實際的交通信號控制系統(tǒng)集成方案的分析,使學生掌握交通信號控制技術發(fā)展及應用方向、系統(tǒng)軟硬件的設計實現(xiàn)方法。

第九章 智能收費系統(tǒng)設計與集成。該章節(jié)按照4學時安排,支撐課程目標3。主要教學內(nèi)容包括ETC收費系統(tǒng)架構、ETC收費系統(tǒng)工作原理、ETC收費系統(tǒng)設計方法。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:掌握ETC收費系統(tǒng)工作原理、設計方法;掌握電子收費系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、功能及集成設計方法。教學重點:ETC收費系統(tǒng)工作原理與設計方法。教學方法:通過講述和分析,學生可以掌握電子收費系統(tǒng)技術發(fā)展及應用方向、系統(tǒng)軟硬件的設計實現(xiàn)方法。

第十章 智能車輛系統(tǒng)。該章節(jié)按照4學時安排,支撐課程目標3。主要教學內(nèi)容包括了解研究智能車輛系統(tǒng)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車、車聯(lián)網(wǎng)定義;了解先進輔助駕駛系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、工作原理;了解研究智能車輛關鍵技術組成,掌握環(huán)境感知傳感器類型、特點。教學要求由教學目標、教學重點和教學方法三個部分組成。其中,教學目標:掌握智能車輛系統(tǒng)結構、工作原理。教學重點:智能車輛涉及的關鍵技術、TTC與視覺測距方法。教學方法:通過講述和分析,學生可以掌握智能車輛的系統(tǒng)組成與關鍵技術原理,核心功能碰撞檢測與視覺測距方法。

三、“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程的考核方法

根據(jù)工程認證要求,考核內(nèi)容與課程目標相呼應,形成閉環(huán),從而達到持續(xù)改進的目的?；诖?本課程通過考核方式、考核內(nèi)容和評分標準等環(huán)節(jié),實現(xiàn)課程目標完成度的評價。

課程考核方式包括平時成績(平時作業(yè))、實驗情況、期末考試等,期末考試采用閉卷方式。其中課程成績采用百分制標準,平時成績占比30%、實驗占比20%、期末考試50%。平時作業(yè)注重對前瞻技術、黑科技等屬性的檢索、搜集、研究的掌握程度,同時也注重對信息、知識的歸納總結和完整性。實驗重點考查完成情況和實驗態(tài)度。期末考試注重基礎知識的掌握程度,運用基礎知識解決問題的能力。

平時作業(yè)以85分為基礎分,整體分為A、B、C、D、E五等,A等加5分、B等加1分、C等加0分、D等減10分,E等減20分,少交一次總成績減10分,最高分為100分,最低分為0分。

實驗考核分為實驗態(tài)度和實驗報告,其中實驗報告的排版、書寫情況為10分;實驗報告的設計計算過程及結果正確完整性分析與評價結果為90分。

課程目標1包括平時作業(yè)和期末考試。平時作業(yè):通過完成作業(yè),考查學生是否了解與掌握智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、系統(tǒng)結構組成和基礎功能原理。期末考試:考查學生是否掌握智能交通系統(tǒng)的基礎知識。

課程目標2包括平時作業(yè)、期末考試和實驗。平時作業(yè):通過完成作業(yè),考查學生是否了解智能交通系統(tǒng)關鍵技術的工作原理、技術特點。期末考試:考查學生對關鍵技術的理解和掌握程度。實驗:了解車輛導航系統(tǒng)、ETC收費系統(tǒng)的結構組成、工作原理,使學生能夠運動所學知識進行實踐操作,達到學習、應用的閉環(huán)。

課程目標3為智能交通系統(tǒng)案例教學,在學生掌握智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、關鍵技術工作原理的基礎上,通過實際系統(tǒng)集成方案的分析與講解,讓學生深刻認識到實際系統(tǒng)設計的方案選取原則、系統(tǒng)集成方法、設計注意事項等核心要素,邁出從理論到實際應用的關鍵一步。

結語

根據(jù)湖北文理學院的辦學特色,結合襄陽產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,以培養(yǎng)學生技術應用能力為導向,討論了基于工程認證下的“智能交通系統(tǒng)設計與集成”課程設置方案。通過設置課程目標需求,對課程內(nèi)容進行梳理和布置,采用課堂講授、學生自學、課堂討論、實驗教學等教學方法,最后依據(jù)與課程目標相匹配的考核方法進行考核,從而實現(xiàn)符合工程認證條件下的目標、教學、考核等階段的閉環(huán)要求,達到持續(xù)改進的目的。