人工智能背景下地方特色院校車輛工程專業教學改革探索

王衍學 楊銀銀 李志星

摘 要：人工智能課程在當今車輛工程領域越來越體現其重要性，為了提高車輛工程專業人才培養質量，發揮人工智能在汽車行業發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學生人才培養方案進行深度探討。課程改革要以人工智能的實際落地為指導，培養學生解決車輛工程問題的實際能力，同時拓寬學生的視野和眼界，在認識人工智能的同時，提出人工智能在車輛工程專業落地中自己的思考。

關鍵詞：車輛工程 教學改革 人工智能 人才培養

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。但隨著科技的發展和社會的進步，從2010年開始深度學習等一系列人工智能方向就在學術圈中逐漸興起，學術界的各個實驗室不停地在各種各樣的比賽中刷新著紀錄。當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識，同時社會各界都在討論人工智能在未來將會如何改變人們的日常生活，人工智能成為了一個大家津津樂道的話題。無論是投資領域，科技領域，學術領域，人工智能的技術和它的應用場景都成為了大家關注的焦點

人工智能已成為人類有史以來最具革命性的技術之一[1]。2020年1月，谷歌公司首席執行官桑達爾·皮查伊在瑞士達沃斯世界經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之一。它對人類文明的影響將比火或電更深刻。”

對于汽車行業而言，人工智能正在引發汽車和相關產業鏈的顛覆性變革。汽車的自動化、智能化正在走入人們的生活，也成為人們選擇產品的一個重要指標。自動駕駛技術就是車輛工程和人工智能結合的實例說明。通過數字化、信息化的智能運轉，汽車能精確感應周圍的事物并及時做出反應，發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，避免發生事故。這項技術的應用將極大限度地提高人們的生活品質。

對于汽車消費者和生產商而言，人工智能技術都會受到密切關注。可以看到人民對于這項技術的重視，深信人工智能在汽車行業將引起重大的變革。車輛工程領域的發展越來越智能，尤其是近年來人工智能產業的迅速崛起，使得人工智能在各個領域和行業的應用都非常廣泛，汽車領域也不例外，這就要求高校必須進行教學改革來適應行業和市場新的要求。

近年來，人工智能在車輛工程領域展示了強大的作用，促進了汽車行業的發展。因此，很多高校將人工智能作為一門專業必修課提供給學生學習[2-4]。人工智能課程學習門檻較高，為了適應車輛工程專業學生的知識儲備實際情況，需要整體設計人工智能課程教學方案，并做針對性調整。

1 車輛工程和人工智能

人工智能促進汽車行業的深度發展，這取決于行業人才的培養和貢獻。高校車輛工程專業開設人工智能相關課程將進一步激發車輛人才的培養和變革，促進車輛工程教育不斷地適應時代發展對人才技術的需求。可以說，高校教學改革正深刻影響著車輛工程專業的人才培養質量。

人工智能是一個非常典型的交叉學科，不僅知識量大，學習難度也相對比較高，所以學習人工智能需要一個系統的過程，而且對于初學者的基礎有一定的要求，如要具有一定的數學基礎和計算機基礎。如果課程教學方案單純參考計算機和自動化專業課程，將使得數學和編程能力較弱的車輛工程專業學生的學習曲線過于陡峭，從而喪失對人工智能學習的興趣。

在車輛工程人才培養過程中，要重視智能車輛工程，互聯網，自動駕駛等熱點技術的講解和討論[5-7]。學院組織相關進行實地考察的實習，以不斷提升學生的知識實際應用能力。

2 人才培養策略

2.1 調整教學思想

車輛工程專業作為傳統工科專業，擁有完整的學科知識體系，知識覆蓋面廣泛。車輛工程人才培養的思想是使從業人員迎合行業未來發展的方向，不能只是對老舊教材的照本宣科，課程必須結合行業最新的技術和成果，進一步打開學生的視野。

要盡可能多地讓學生想，盡可能多地讓學生講，盡可能多地讓學生體驗成功，盡可能多地讓學生笑，這是教學改革的理念。要盡可能避免教師在教學中不知不覺就進入“獨角戲”的狀態。教學不能只關注內容，沒有關注學生，學生就容易走神，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容準備得更充分、更精彩，卻常忽略教學方法的設計。教師需要在教學方法上下功夫，花更多的時間。當然，前提是要把內容讀熟、理解透。對內容精熟，以及教學方法、教學過程有所準備，上課就心里有底，容易比較輕松自信，也更能發揮好。

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，多跟學生互動，會進入輕松自信的狀態，整個教室的氛圍也更活潑。教師在課堂上跟學生更多互動，而且提高互動的質量，讓學生學到更多。鼓勵學生自愿表達，設法讓不主動回答問題的學生也參與進來。盡快做到看到人能叫出名字，這樣互動會更順暢，也讓學生感受到教師關注到他們每一個人。

2.2 課程內容方向

對于基礎比較薄弱的車輛工程專業的學生來說，隨著當前人工智能平臺的陸續推出，可以考慮基于這些人工智能平臺來完成行業應用創新，這會在一定程度上降低學習門檻，而且在工業互聯網的推動下，未來基于人工智能平臺的開發任務會越來越多，相關技術人才的需求量也會越來越大。

當前不少人工智能平臺都是基于計算機視覺技術和自然語言處理技術打造的，這兩大技術體系也有比較多的落地應用場景。人工智能技術與車輛工程的結合現在還不成熟，目前缺少與車輛工程相關的框架，這會加大學生的學習難度，所以可以先從這兩個技術體系入手來構建自身的知識結構。

在學習人工智能之前，應該先完成兩方面基礎知識的學習，其一是編程語言知識的學習，其二是機器學習基礎知識的學習。車輛工程專業的學生在編程和數學方面基礎比較薄弱，這兩方面的學習在課程中要占有一部分的比重。編程語言可以從Python開始學起，Python在人工智能領域有著非常廣泛的應用，而且自身的語法結構比較簡單易學。在掌握了Python語言的基本用法之后，可以進一步學習一下機器學習知識，要全面了解機器學習的操作步驟，同時奠定自己對于數據、算法和算力的理解，這個過程也會補學一些相關知識。機器學習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，學習這些算法也并沒有太大的困難，學生完全可以領悟并運用。

3 車輛工程教學改革措施

3.1 教學改革方法

通過播放人工智能最新技術來提升學生對課程的興趣，以名人訪談和最新科技成果輔助教學。通過分享人工智能領域專家[4]的經歷和視角給學生以醍醐灌頂的感覺，增強學生對整個領域的現狀和對未來發展方向的理解。僅僅利用課堂時間進行學習是遠遠不足的，課程必須提供相關的配套視頻材料和解決問題的途徑。例如，亞馬遜數據科學家李沐的深度學習課程，斯坦福大學吳恩達教授機器學習課程等，分別從不同行業為學生提供精彩的教學。

當今人工智能飛速發展，一些學習框架的出現降低了學習難度。車輛工程專業學生不要求具有很高的算法推導能力和創造能力。課程要求學生在理解高性能工具包（scikit-learn、Pytorch）的基礎上解決實際問題，學生無需深入掌握算法背后復雜的數學理論和計算實現方法。

Jupyter Notebook交互式界面符合Python作為解釋語言的特性，提供了一種文學編程的實現，可以讓人們按照自己的思維邏輯來開發程序。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、圖片導入到文件中。在課堂上，通過計算機以網頁的形式把教學內容更加直觀地展示給學生，這將極大地避免程序課和算法課的無聊感，提升學生的學習熱情。

3.2 作業和考試形式

北京建筑大學機電學院專業特色方向是機械故障診斷，打造強勢的學科特色必須深度融合特色方向。為避免傳統考試形式的弊端，課程的作業和考試形式均以實踐完成。考試選題需緊扣車輛工程專業常見場景——車輛機械設備故障診斷，教師提供相應的數據和多個分析方法，最后的結果以小論文的形式提交。這種考試形式可以調動學生的動手實踐能力。在課堂作業方面，針對每一次小項目實現不是讓學生從零開始的，教師會提前實現整個流程的框架，學生分別實現不同模塊的功能。這種方法使得學生從與課程和專業無關的細節抽身，全身心投入到課程知識點的學習和實現問題，減輕學生的學習負擔。

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

4 結語

面向未來的高校車輛工程教學是為祖國培養從事車輛智能管理研究和智能車輛設計、制造、實驗研究及經營管理等工作的復合型高級專門人才。車輛技術在人工智能的加持下，將獲得巨大的生命力，引領車輛技術面向未來發展。在這種背景下，高校應該培養更多具有科學視野，能夠利用人工智能解決實際問題的專業人才，要幫助學生時刻掌握行業的科研動態，擴寬視野，為我國車輛智能化建設儲備大量的高素質人才。

參考文獻

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