基于工程認證的“智能交通系統設計與集成”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、物聯網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中,共同構成了面向公路、航空、鐵路和海上的智能交通系統。該系統連接車輛、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,促進了環境可持續性和經濟增長[1-2]。智能交通系統是現代交通的重要支撐,行業應用前景廣闊[3]。

在行業大背景的引導下,智能交通作為交通設備與控制工程專業的一個重要發展方向。行業內對具備智能化技術背景下的交通專業學生的需求日益增多。智能交通系統是多學科多技術深度融合的集合體,國內外各個大學也在積極探索智能交通系統的教學方法,如何在有限的教學時間內進行理論與實踐的雙重培養,盡可能地讓學生收獲需要的知識及能力[4]。文獻[5]基于協同學習方法,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”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]應用信息化手段創建“智能交通系統”線上教學資源,結合智能交通行業發展熱點和案例總結線下專題教學內容,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,為建設滿足創新型人才培養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相關課程建設提供一定基礎,但缺乏系統性的指引,交通設備與控制工程專業本科生的智能交通系統相關課程教學還有不足之處。

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

一、“智能交通系統設計與集成”課程目標的制定

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

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

課程教學目標2:掌握智能交通系統的關鍵技術、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、網絡技術、數據庫技術、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集成方案的講解,讓學生深入了解需求分析、系統集成方案設計、系統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的理解。再引導學生組建團隊,結合團隊分工協作,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的結構和工作流程。

二、“智能交通系統設計與集成”課程教學內容的設置

根據湖北文理學院交通系現有專任教師資源,結合學“智能交通系統設計與集成”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,相應的課程內容安排如下:

第一章 緒論。該章節按照2學時安排,支撐課程目標1。主要教學內容包括智能交通系統的基本概念、智能交通系統發展現狀、智能交通系統面臨的問題、智能交通系統發展趨勢。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:了解智能交通系統的國內外發展情況,了解未來智能交通系統發展方向,理解智能交通系統的概念和基本研究內容。教學重點:國內外智能交通系統發展情況。教學方法:用歸納、總結、類比等方法,介紹智能交通系統的發展演變和未來的應用方向,并組織學生進行討論。

第二章 智能交通系統的體系框架。該章節按照2學時安排,支撐課程目標1。主要教學內容包括美國、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:了解智能交通系統體系框架的意義、功能、組成部分以及開發方法,掌握各種開發方法的異同點。教學重點:國內外智能交通系統體系框架的優缺。教學方法:問題導向、課堂討論。

第三章 基礎理論與技術。該章節按照2學時安排,支撐課程目標1。主要教學內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和動態交通分配等技術的特點。教學重點:了解智能交通系統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。該章節按照4學時安排,支撐課程目標2。主要教學內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、交通通信網絡技術、物聯網/車聯網時代下交通信息采集技術、交通傳感器網絡在智能交通系統中的應用等。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:了解智能交通系統研究開發過程中從信息的采集、信息的流動到信息的應用整個環節所應用的關鍵技術、技術原理、技術特征和技術優缺點。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,向學生闡述各個關鍵技術的工作原理和特征。

第五章 交通數據庫技術。該章節按照2學時安排,支撐課程目標2。主要教學內容包括交通數據特征、交通數據結構、交通數據庫設計、交通數據倉設計、數據挖掘技術和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:了解交通數據特征、交通數據結構,掌握交通數據庫設計方法。教學重點:交通數據庫設計主要方法。教學方法:用歸納、總結、類比等方法,向學生講解交通數據庫設計方法。

第六章 智能交通系統規劃及設計。該章節按照1學時安排,支撐課程目標2。主要教學內容包括智能交通系統規劃流程、智能交通系統需求分析與預測、智能交通系統功能分析與設計、智能交通系統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:掌握智能交通系統規劃及設計的目的與流程方法。教學重點:智能交通系統的系統規劃和設計流程。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。該章節按照1學時安排,支撐課程目標2。主要教學內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設計與集成。該章節按照3學時安排,支撐課程目標3。主要教學內容包括設計原則、依據,系統設計、前端子系統設計、網絡傳輸子系統設計、后端管理子系統、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架構、功能單元、設計方法,掌握交通信號系統集成設計的關鍵技術。教學重點:掌握道路交通信號系統集成的關鍵技術與系統組成。教學方法:結合實際的交通信號控制系統集成方案的分析,使學生掌握交通信號控制技術發展及應用方向、系統軟硬件的設計實現方法。

第九章 智能收費系統設計與集成。該章節按照4學時安排,支撐課程目標3。主要教學內容包括ETC收費系統架構、ETC收費系統工作原理、ETC收費系統設計方法。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收費系統工作原理、設計方法;掌握電子收費系統的系統組成、功能及集成設計方法。教學重點:ETC收費系統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技術發展及應用方向、系統軟硬件的設計實現方法。

第十章 智能車輛系統。該章節按照4學時安排,支撐課程目標3。主要教學內容包括了解研究智能車輛系統的發展歷程和現狀,掌握智能網聯汽車、車聯網定義;了解先進輔助駕駛系統的系統組成、工作原理;了解研究智能車輛關鍵技術組成,掌握環境感知傳感器類型、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、“智能交通系統設計與集成”課程的考核方法

根據工程認證要求,考核內容與課程目標相呼應,形成閉環,從而達到持續改進的目的。基于此,本課程通過考核方式、考核內容和評分標準等環節,實現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)、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包括平時作業和期末考試。平時作業:通過完成作業,考查學生是否了解與掌握智能交通系統的發展現狀、發展趨勢、系統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的基礎知識。

課程目標2包括平時作業、期末考試和實驗。平時作業:通過完成作業,考查學生是否了解智能交通系統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、ETC收費系統的結構組成、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。

課程目標3為智能交通系統案例教學,在學生掌握智能交通系統發展現狀、關鍵技術工作原理的基礎上,通過實際系統集成方案的分析與講解,讓學生深刻認識到實際系統設計的方案選取原則、系統集成方法、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

根據湖北文理學院的辦學特色,結合襄陽產業發展方向,以培養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,最后依據與課程目標相匹配的考核方法進行考核,從而實現符合工程認證條件下的目標、教學、考核等階段的閉環要求,達到持續改進的目的。