聚焦車輛安全知識融合的智能汽車實踐教學模式探索

摘 要：隨著科技的快速發展，智能汽車技術已成為現代交通工程的核心。智能車輛安全的實踐教學對于車輛工程教育至關重要，旨在培養具備高素質技能的工程師以滿足汽車工業快速發展和技術迭代的需求。本研究旨在探索智能汽車安全的實踐教學模式，通過課程體系改革、實驗教學創新及教學方法優化，提高學生的實際操作能力和創新思維。教學實踐不僅提高了學生的就業率，也為智能汽車行業輸送了大量高素質的技術人才；通過學校與企業的緊密合作，教學改革促進了地方經濟的發展和技術創新，新的合作模式增強了學校作為技術和人才孵化器的作用，推動了地方經濟的整體增長，并通過技術研發和成果轉化，提高了社會對智能汽車和自動駕駛技術的接受度。

關鍵詞：智能汽車 復合型人才 成果轉化

1 引言

21世紀的技術革新中，智能汽車技術以其獨特的復合創新性質，正在逐步改變我們的生活和交通系統[1]。自動駕駛、車聯網（V2X）、電動化及人工智能等技術的融合，不僅提升了汽車的性能和環保性，也帶來了前所未有的安全和操作挑戰[2]。這些變化迫切要求教育系統對汽車工程專業的教學內容和方法進行革新，以培養能夠適應新技術需求的工程師[3-6]。

自動駕駛技術，作為智能車輛技術的代表之一，正逐步從概念走向現實，其發展涉及復雜的感知、決策、控制系統，以及龐大的數據處理需求。車聯網技術通過使車輛能夠與道路基礎設施、其他車輛和行人進行通信，極大地提高了道路安全性和交通效率。同時，電動化和人工智能的融入使得車輛更加環保和智能，但也帶來了新的安全挑戰和設計問題。在這樣的背景下，智能車輛的安全性和人機交互設計變得尤為重要。安全性不僅關系到乘員和行人的生命安全，還關系到智能車輛技術的市場和社會接受度，這在自動駕駛和復雜系統控制的環境下尤為關鍵。

智能汽車技術利用先進的計算機視覺、機器學習、深度學習和傳感技術，能夠實現車輛的自主行駛、環境感知和決策制定。隨著5G通信技術的廣泛應用，車聯網技術也使得車與車、車與路、車與人的通信變得可能，極大提高了道路的安全性和交通效率。盡管智能汽車技術迅速發展，但當前教育體系在課程內容和教學方法上未能及時跟進[7]。例如，多數高校的車輛工程專業依然側重傳統汽車技術的教學，缺乏對智能車輛核心技術如自動駕駛和主被動安全等方面的深入研究和實踐指導。智能汽車行業的快速發展對既精通傳統汽車工程知識又熟悉最新智能技術的工程師的需求急劇增加，這種對多技能、高素質的人才需求，迫使高等院校相關專業必須更新教學大綱，將實踐教學作為教育培養的重要組成部分[8]。

隨著互聯網、物聯網、大數據、云計算、人工智能等新技術的迅速崛起，為主動應對新一輪的科技革命和產業變革，支撐服務創新驅動發展、中國制造2050等一系列國家戰略，2017年，教育部啟動“新工科”建設，加快培養新興領域工程科技人才，改造升級傳統工科專業，主動布局未來戰略必爭領域人才培養，提升國家硬實力和國際競爭力。高等教育學校均在學科結構、人才評價機制、人才培養模式等方面進行了研究和改革，以適應企業和國家對創新型人才的需求，真正實現車輛工程等傳統專業向新工科專業轉型，在做好頂層設計的基礎上還需把教學改革落實在每一門課程、每一堂課、每一次實驗實訓中。

智能車輛的普及增加了人們對安全技術的社會關注。如何確保智能車輛在真實道路環境中的安全運行和駕乘舒適，成為了社會、行業乃至教育者必須面對的重要問題。因此，加強智能汽車安全實踐教學，是對公眾負責的必要措施。為了適應智能汽車技術的發展，車輛工程專業的教育體系需要進行根本性的改革，這包括課程內容的更新，如增加相關核心課程；教學方法的創新，如采用模擬駕駛、虛擬現實等技術增強學生的實際操作經驗；以及評估標準的調整，確保教育內容與行業需求同步[9]。

2 教學改革實踐

2.1 課程體系改革

為了應對智能汽車技術的發展，本研究對車輛工程專業的課程體系進行了全面改革。新的課程體系中加入了《智能汽車安全設計方法》《車聯網技術及應用》《智能駕駛環境感知技術》《自動駕駛決策與控制》等多門新課程，旨在通過跨學科的教學內容，加強學生對智能車輛關鍵技術的理解和應用。這些課程將結合理論教學和實驗操作，使學生能夠深入理解智能車輛的關鍵技術，優化后的課程內容將結合最新的行業動態和技術進展，確保內容的前瞻性和實用性。更新和改革智能車輛安全實踐教學內容和方法，將有助于車輛工程教育的現代化，使之更加符合車輛工程專業教育認證及行業發展的實際需求。不僅提升了教育體系的相關性和實用性，還能更好地準備學生面對快速發展的技術挑戰。

課程改革還包括了強化數據分析和機器學習在智能車輛技術中的應用教學。為此，引入了《數據科學基礎》《機器學習算法與應用》等課程，使學生能夠利用大數據分析優化汽車設計和提高駕駛安全性。通過實踐這些先進技術，學生將能更好地理解人工智能如何在智能汽車中發揮作用，提升系統的整體性能和用戶體驗。

2.2 實驗教學創新

實驗教學是理解和應用復雜工程概念的關鍵。本研究引入了虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術，基于汽車駕駛模擬設備構建具備智能駕駛環境的實踐教學場景，使學生能在模擬的同時實際操作，加深理解智能系統的設計和風險評估。在已有智能汽車相關理論課程中，加入安全技術實踐課程內容，將兩者有機結合。在汽車碰撞實驗、假人或簡易假人碰撞實驗及實驗數據的采集等實踐內容中，充分發揮學生的實踐主導作用與團隊協作能力。同時，以現有課程體系為載體，圍繞智能汽車安全設計技術為主題，通過目前的學科或技術難點進行項目式培養，結合實驗和模擬數據，培養學生的理論和實踐相結合的思維與能力，構建融合智能汽車安全技術的實踐教學體系。

如圖1所示，長沙理工大學已擁有國內一流的汽車碰撞實驗室，可開展智能汽車碰撞試驗、動力電池耐撞性試驗、車內外人員損傷防護試驗等研究。團隊亦通過多年的科研積累，建立了一體化的智能汽車主動安全測試平臺（圖2）。利用這一平臺，學生和研究人員可以模擬各種復雜的交通場景，以測試智能汽車的反應和安全系統的有效性。例如，通過模擬突發的行人橫穿、緊急剎車場景等，可以評估自動駕駛系統在極端條件下的表現。此外，該平臺還能模擬不同天氣條件對智能汽車操作的影響，如雨天、霧天等，進一步完善車輛的安全性能，達到更好的實踐教學效果。

2.3 教學方法優化

實踐表明，基于項目的學習方法能顯著提高學生的實際操作技能和解決問題的能力，教學應鼓勵學生參與到真實的工程項目中，如智能車輛的安全性測試和用戶體驗改進，通過實際問題學習和應用理論知識。

基于團隊最新搭建的智能汽車駕駛模擬器所涵蓋的完整車輛主動安全軟硬件設施，本研究有效改善與優化了智能汽車安全實踐教學方法，開展了智能汽車安全知識融合的教學實踐探索，為車輛工程專業學生提供應對智能汽車安全領域發展所需的知識和素養，提升了其對智能汽車安全知識的學習興趣和積極性，開發了基于項目的學習和案例研究教學素材與方法，同時對教師進行新教學方法的培訓，確保他們能夠有效運用這些方法。

教學方法優化還包括引導學生參與智能車輛安全相關的項目實踐，將駕駛模擬器、VR等現代教育工具整合到課程中，進行教學演示，評估這些工具在教學中的效果和學生的接受度；收集學生和教師的課程反饋，根據反饋調整課程內容和教學方法，不斷完善理論與實踐結合的教學模式。

3 教學成果

3.1 學生能力提升

通過實踐教學改革，學生的綜合能力得到顯著提升。學生不僅能夠熟練掌握智能汽車的核心技術，還能在實驗和項目中展現出較強的創新能力和問題解決能力。學生在多方面的能力提升尤為突出，特別是在團隊合作、批判性思維和技術適應性方面。在團隊合作的培養上，學生通過參與多學科項目組，學習如何與來自不同技術背景的同伴有效溝通和協作，這不僅增強了他們的協調能力，也培養了領導力和團隊精神。

在批判性思維方面，學生通過分析復雜的工程問題和設計挑戰，學習如何提出和驗證假設，進行系統分析，并提出創新解決方案。這種思維訓練使他們能夠在面對不確定和復雜問題時，做出更加精準和理性的決策。

技術適應性方面，隨著智能汽車領域的快速發展，新技術和新工具不斷涌現。學生通過接觸和使用最新的硬件設備、工程9e34ec6e76b4f8891284f7cd30e893c3軟件和編程語言，提高了迅速適應新技術的能力。這不僅限于智能汽車領域的技術，也包括數據分析、人工智能和機器學習等相關領域，使他們能夠在未來的職業生涯中持續保持技術領先和適應性。

3.2 社會影響

教學改革不僅提高了學生的就業率，也為智能汽車行業輸送了大量高素質的技術人才。此外，通過學校與企業的緊密合作，也促進了地方經濟的發展和技術創新。

這種教學改革對社會產生了廣泛的積極影響。首先，隨著更多高素質的技術人才加入智能汽車行業，企業的創新能力和競爭力得到了顯著提升。這些人才帶來的新思維和技術解決方案，有助于推動行業技術進步，加速智能汽車的商業化進程，同時也促進了相關產業鏈的發展，如智能制造、電子信息技術、高新材料等領域。

其次，學校與企業之間的合作模式為地方經濟的發展注入了活力。學校作為技術和人才的孵化器，與企業的合作不僅限于人才培養，還包括技術研發和成果轉化。這種合作帶來了技術創新和產業升級，吸引了更多投資，創造了大量就業機會，從而推動了地方經濟的整體增長。

此外，教育改革的社會影響還體現在提升了社會對智能汽車和自動駕駛技術的接受度。隨著更多的畢業生進入此領域工作，他們在社會各界推廣新技術的同時，也幫助公眾更好地理解和接受這些先進技術，減少了技術恐懼和誤解，提高了社會對智能汽車安全性和可靠性的信任。

最后，這種教育改革還激勵了其他教育機構進行類似的課程改革，推廣了實踐教學和產學研合作的教育模式，對整個教育行業產生了積極的示范效應。這不僅限于工程或技術專業，還包括商業、管理和法律等多個領域，為更多行業輸送了能夠適應新技術和新市場需求的復合型人才。

4 結語

本研究所開展的實踐教學改革初步實施結果表明，學生的實踐能力和創新思維得到了顯著提高，他們能更有效地解決智能車輛安全技術中遇到的挑戰。展望未來，這種教學改革將進一步擴展至更多高校和專業，為智能汽車行業培養更多合格的工程師。聚焦智能汽車安全知識融合的實踐教學改革，不僅提升了教育體系的相關性和實用性，而且為智能車輛行業的快速發展培養了一批符合未來需求的新型人才。這種改革是汽車工程教育適應未來技術需求的有效策略，也是對社會責任和公眾安全的積極響應。

基金項目：湖南省普通本科高校教學改革研究項目（202401000638），中國工程機械學會實驗教改項目（CCMS-ETRP2023004）。

參考文獻：

[1]徐振龍. 對智能制造工程專業《人機交互技術》思政融入式教學的探索[J]. 中國設備工程，2022（07）：260-261.

[2]張夢麗. 人工智能時代人機協同教學模式構建與實踐研究[D]. 2023.

[3]陳惠俊. 《新能源汽車高壓安全與防護》理實一體化教學探索[J]. 時代汽車，2021（17）： 63-64.

[4]李煊鵬，王東，秦文虎. 新工科背景下“智能汽車技術”課程改革與實踐[J]. 電氣電子教學學報，2021，43（04）： 41-44.

[5]王永利，李芳，齊成元，等. 高校教師在“人因工程+教育”教學過程中存在的問題及應對策略研究[J]. 教育現代化，2020，7（05）： 80-81.

[6]張志清，譚東麗.新時代智能汽車技術課程教學改革探究[J].創新創業理論研究與實踐，2023，6（14）：61-64.

[7]楊曉楠，薛慶，胡耀光.面向人因工程的虛實融合交互式教學模式改革研究[J]. 教育教學論壇，2023（41）：9-12.

[8]王泰鑫，廖斌，羅俊浩，等.以實驗項目為導向的人因工程教學體系設計與實踐[C]. 2019 7th ICASS International Conference on Education and Management（ICEM 2019）. 西班牙巴塞羅那：2019：4.

[9]王長生，張向奎，李元慧，等.基于WIKI的“汽車人機工程學”教學方法研究[J]. 實驗室科學，2018，21（03）：119-123.