新四化背景下车辆工程专业教学模式探讨

付志军，侯俊剑，赵登峰，周 放

（郑州轻工业大学机电工程学院，河南 郑州 450002）

汽车产业“电动化、智能化、网联化、共享化”新四化发展趋势推动下，汽车产业链、生态圈正进入全面重构时代，迫切需要培养大量创新型复合人才。美国的密歇根州立大学基于交互式虚拟仿真技术搭建了智能网联汽车综合实验室，通过将虚拟仿真技术应用到教育教学中大大提高了学生们的创新创业能力，代表了目前国际网联汽车教学领域的最高水平[1]；
德国亚琛工业大学将机器学习和车联网相关课程融入了现行的车辆工程专业体系。并通过在选修课中增加相关企业急需的专业知识，加速了产学研深入协同融合，解决了企业和高校之间人才需求不匹配问题[2]；
日本丰田汽车率先提出了校企联合研发中心培养体系，建立起了一条企业需求和高校人才培养的纽带，实现了多学科交叉型人才的培养目的；
[3]；
英国布雷斯托大学[4]建立了校企联合实践就业中心，在学生走向工作岗位之前，就对相关人员开展了有针对性的知识培训，大大提高了学生的一次性就业率。

我国也非常重视应用型创新人才的培养，尤其在“车联网产业”等国家大力培育和发展的战略性新兴产业领域，政府和教育界都做出了很多的努力。湖北汽车工业学院王科银提出了实践能力驱动的车辆工程专业OBE改革方案[5]。清华大学李克强教授强调[6]，智能网联汽车（ICV）技术代表了未来汽车的发展方向，其中云控技术是关键，我国要走在世界的前列，就必须率先突破车辆工程专业现行培养体系，走多学科交叉融合的人才培养之路。江苏大学汽车与交通工程学院[7]克服了智能网联汽车实践条件的限制，提出了数字孪生驱动下的虚拟仿真教学实验方法，使得一些先进技术可以借助虚拟仿真平台实现，收到很好的教学效果，学生反映良好。加深学生对所学知识点的理解。同时在汽车电子与信息化教研方向分析了“车辆测试技术”课程在理论教学环节和实践教学环节存在的问题，提出了优化教学内容、多样的教学方式理论教学改革方案，采用了多媒体教学结合现场教学的教学模式，增强了学生对车辆测试技术的研究兴趣[8]。参考文献[9]针对现代汽车技术发展趋势，提出了项目驱动的教学模式，将机器学习、人工智能、大数据等多科学知识融入现行的车辆工程专业课程体系，并坚持实践能力培养为导向，做到以学生能力培养为中心，瞄准市场需求，培养复合型人才。

在智慧交通背景下，车辆工程专业教学还应围绕智慧公路、车路协同、车联网、云控平台等方面进行专业人才培养。未来无人驾驶汽车实际上就是一个轮式机器人，它集成了先进感知、机器学习、数字通讯等各种机器人高端技术，因此在车辆工程专业的课程设置和教学模式上应该充分融入多科学交叉，才能达到未来汽车专业人才要求[10]。比如，在原来机械类为主的课程体系设置上，应该增加《智能驾驶技术》《云控大数据技术》《网联通讯技术》《数字安全技术》等课程，体现多学科交叉的特点[11]。新能源汽车背景下对电子信息技术[12]与自动化电力电器技术[13]要求日益增多，应该在现行车辆工程专业培养体系中融入相关知识。

此外，针对新四化带来的网络知识资源较少，无法满足当今车辆工程专业人才的培养要求，运用现代化信息技术对多传感器融合、多目标协同、营运大数据驱动等网络课程进行开发研究，重点介绍新四化背景下的专业课程微课制作过程，为该类课程的开发提出建设性的意见[14]。根据智能网联背景下社会对应用型本科院校车辆工程专业人才的需求，参考文献[15]从课程体系设计、教学资源开发、师资队伍建设、实验室建设、产教融合等方面对汽车工程专业进行了培养模式改革，旨在形成一种面向企业需求的应用型人才培养模式。本文致力于突破现有的课堂授课为主的车辆工程专业人才培养模式，面向汽车新四化的发展趋势，重新构建车辆工程抓也人才培养体系，将机器学习、人工智能、大数据等新型知识融入课程体系的构建工程中，做到多学科交叉融合；
同时，改革课堂知识传授为主的填鸭式教学模式，提出以项目驱动的创新性授课模式，让学生从被动的知识传授变为主动的带问题学习，充分调动他们的积极性，实现课程授课模式的核心突破；
此外，加强校企产学研合作，打造联合实践培训基地，充分利用企业和高校的人才培养优势，使得学生可以在四年大学本科的学习过程中，获得来自企业一线的工程实践知识传授，提高他们的动手实践能力，能够在大四毕业之后很好的升任相应的专业岗位，正事成为企业需求的专业技术人才。最后，本文在针对现有车辆工程专业存在的四大核心问题基础之上，给出了相对应的解决方案，为我校车辆工程专业的发展提升了一个高度。同时，相关成果也必将形成示范作用，从而推动我省乃至全国车辆工程专业的教学模式改革和创新，具有重要借鉴意义。

1.1 现行的专业知识和教学体系与行业新四化发展方向的不匹配

在新四化背景下，车辆工程专业应该培养多学科交叉的复合型人才，打破现有的以机械类课程设置为主的车辆工程专业人才教学体系。急需开设相应多学科交叉课程，以取代一些过时的课程知识，如在汽车新能源化发展趋势下，可以减少乃至取消相应的内燃机方面的学时，而增加相应的新能源汽车技术和智能网联汽车技术方面的授课，满足车辆工程专业人才培养的新时代需求。

1.2 双创实训实践环节与行业转型发展过程中人才需求的不匹配

随着汽车新四化的发展趋势，急需更适应市场和行业的人才培养实训项目和更先进的实训条件。目前相关专业实践教学环境已经具备一定规模，但尚不能完全满足不断发展的人才培养的需要。现有的实验条件、课程设计、认知实习等实训环节需要进一步改善。尤其是车辆智能控制、车联网络技术应用等新技术新场景的应用，对传统的教学模式产生了巨大的冲击。目前实践平台存在设备老旧、技术落后、应用项目过时等一系列问题，不能满足现代化“互联网+”社会人才的需要，满足大学生创新创业能力培养需求的实训条件还需进一步提高。

1.3 校企合作的产教融合人才培养模式改革力度不够

教育部鼓励企业积极投入、竞相参与产教融合，与高校协同培养社会企业所需要的复合型专业技术人才。随着市场经济的发展，行业技术不断进步，人才培养过程中校企合作融合度、紧密度相对不高，衔接不够紧密。采用“师傅带徒弟”的一对一帮扶服务，做到精准个性化培养，打破一刀切式的大熔炉式的传统人才培养模式，打造校企联联合培养实验基地，搭建互惠互利校企双赢的软平台，实现产教深度融合。

1.4 虚拟仿真实验平台内涵对虚实结合教学模式支撑不够

不同于传统的车辆工程专业知识教学，智能网联汽车的教学涉及多个学科内容的交叉，与之相匹配的教学实践条件十分昂贵，且有些涉及车辆操纵稳定性方面的实现十分危险，因此，需要搭建相应的虚拟仿真实验平台，通过虚拟映射数字孪生技术再现实车运行状态，满足车辆工程专业新四化趋势下的教学实验条件要求。

本课题的研究内容，将双创核心理念为基础，以车辆工程专业新四化教育培养计划为中心，并结合我校车辆工程专业的实际情况，提出一种面向社会急需的应用型卓越人才培养新模式，以培养新四化背景下车辆工程专业多维度复合型人才为主要目标来重新构建专业核心课程学习和系统综合实践培养体系。专业核心课程课以虚实结合为培养路径，依托数字化、信息化与智能化特色课程进行学习与实践，重点培养学生的系统整合能力。主要培养模式创新如图1（P156）所示。

图1 改革思路

根据汽车行业“新四化”的挑战，构建车辆工程专业新的培养模式，具体举措如下：

2.1 注重工程实践与“双创”能力培养，制订面向四化的车辆工程培养方案

以工程实践与“双创”能力培养为发力点，重塑大学本科四年课程体系，融入创新创业相关课程设计环节，建立竞争有序的竞赛体系，实现以赛促教的目的。同时，鼓励学生积极参与实践项目，在具体项目中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，改变被动式的知识传授为主动式的自主学习，提高学生学习的自觉性和主动性；
以理实综合性课程、实验课程和科技竞赛为主要载体，设置贯穿大学四年的围绕创新创业的工程与科技实践训练项目。

2.2 设置车辆工程专业车联网方向特有的实训实验课程

针对车辆工程专业新四化所需的主要核心实训实验课程，如程汽车单片机技术、汽车电器与电子技术、汽车控制系统设计、车辆动力学建模与仿真、自动驾驶控制与决策技术、传感器技术应用、电动汽车、智能传感与车联网技术、电池管理系统进行协同融合，并制定多学科交叉融合的实训实验课程。

智能车联网络运维实践室依托行业新能源车联的智能网络化管理，采用先进的通信网络技术、定位技术、智能感知技术、云计算技术对新能源智能汽车提供全方位的监测、监控及控制，保障车辆的健康运行。智能车联网由车联智控开放平台、车联智控监控中心、人工智能机大数据应用模块三大模块组成。实践室集实践教学、创新创业及行业应用一体化，采用项目化的方式，培养智控平台运维，车辆动态交通系统运维等新能源车联的智能网络化运维管理的专业人才。智融车联信息平台模块平台层由处理大量车联数据的数据中心和车联智控开放平台组成。车联智控开放平台支持新能源车各种传感设备的接入，可以远程控制设备。车联智控开放平台是面向车联网而打造的PaaS开放平台，是智慧交通的中枢神经，负责车与车之间的互联互通。

2.3 改革课堂教学形式

现有的填鸭式课程教学形式已经严重影响了学生学习的主动性，急需对课堂教学形式进行改革，采用项目驱动的教学模式，以问题驱动的授课形式让学生由被动学习变为主动学习；
同时课堂教学应该多样化，并借助多媒体技术实现开放课堂、微课、典型工程案例、上机练习等多种形式为主的教学先进教学手段，激发学生的学习热情，调动学生学习的积极性。

2.4 建立智能网联汽车虚拟仿真实验平台

借用数字孪生双向映射仿真技术，将现实交通实时场景映射到虚拟仿真平台进行数字孪生，实现对相应多传感器融合、路径规划和决策的在线仿真验证，实现以新四化为核心的虚拟仿真实验平台，实现更好的教学效果。Matlab/Simulink中的数据融合模块使得它可以实现和相应多体动力学仿真软件（如TruckSim、Ponosim、ADAS等）的无缝融合，实现在线联合仿真。通过系统设计、科学构建，协同推进，构建大学生双创实践平台，构建缩放比例实车实验平台，按照真实的岗位的技术技能要求，进行实践学习、实际操作训练和创新创业能力的培养。依托综合实践平台提供自动驾驶应用技术课程及汽车电器电子综合实训课程，可支撑人工智能、汽车智能技术、智能网联技术、汽车电子技术等核心专业课程。采用缩放比例智能车进行实训实验课程。缩放比例智能车配置了多种传感器和控制决策系统，该平台具有独创性的基于模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）的自动驾驶电动车辆系统，能够实现视频、激光雷达、超声波雷达等多传感器信息数据融合，提供安全性、舒适性、经济型等多目标下的纵横向协同控制决策算法，实现高度智能化运行。同时，采用基于模型的模块化设计思想，使得相关仿真算法的可移植性很好，有利于学生实现二次开发。

2.5 与车辆工程新四化技术发展及企业需求对接

建立健全车辆工程产学研合作实践基地，为学生提供市场营销、保险理赔、汽车设计、售后技术支持、软件测试与编程工程师等多种岗位的实习。制定项目实践训练相关培训内容，切实提高车辆工程专业学生的动手解决实际问题能力。聘请有经验的企业一线工程技术人员，采用师傅带徒弟的实训模式，让学生参与到具体的实训项目中，为将来就业打下扎实的工程技术基础。建立校企联合实习基地，开展短期有针对性的专业能力培养的实训班，直接面向企业人才需求，使得学生在实训完成后，可以找到理想的工作。

根据双创背景下的高素质人才培养目标要求，结合新四化车辆工程专业发展特色，打破现行的知识传授为主的授课模式，构建多科学交叉融合的车辆工程专业复合型人才课程培养体系，以项目驱动为向导，培养学生的自主学习能力，调动学生的积极性。同时，加强校企产学研合作，打造联合实习基地，满足企业对专业人才的知识技能需求。

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