人工智能背景下地方特色院校车辆工程专业教学改革探索

王衍学 杨银银 李志星

摘 要：人工智能课程在当今车辆工程领域越来越体现其重要性，为了提高车辆工程专业人才培养质量，发挥人工智能在汽车行业发展变革中的重要作用，需要对人工智能时代背景下车辆工程专业学生人才培养方案进行深度探讨。课程改革要以人工智能的实际落地为指导，培养学生解决车辆工程问题的实际能力，同时拓宽学生的视野和眼界，在认识人工智能的同时，提出人工智能在车辆工程专业落地中自己的思考。

关键词：车辆工程 教学改革 人工智能 人才培养

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）这个词在2010年之前还没有走入社会大众的视野。但随着科技的发展和社会的进步，从2010年开始深度学习等一系列人工智能方向就在学术圈中逐渐兴起，学术界的各个实验室不停地在各种各样的比赛中刷新着纪录。当2016年AlphaGo打败了李世石，社会大众就开始对围棋AI和人工智能这些词语有了一些全新的认识，同时社会各界都在讨论人工智能在未来将会如何改变人们的日常生活，人工智能成为了一个大家津津乐道的话题。无论是投资领域，科技领域，学术领域，人工智能的技术和它的应用场景都成为了大家关注的焦点

人工智能已成为人类有史以来最具革命性的技术之一[1]。2020年1月，谷歌公司首席执行官桑达尔·皮查伊在瑞士达沃斯世界经济论坛上接受采访时说：“人工智能是我们作为人类正在研究的最重要的技术之一。它对人类文明的影响将比火或电更深刻。”

对于汽车行业而言，人工智能正在引发汽车和相关产业链的颠覆性变革。汽车的自动化、智能化正在走入人们的生活，也成为人们选择产品的一个重要指标。自动驾驶技术就是车辆工程和人工智能结合的实例说明。通过数字化、信息化的智能运转，汽车能精确感应周围的事物并及时做出反应，发生安全事故的概率大大降低。自动驾驶汽车可以检测人类的状况，当人类疲劳驾驶时，自动驾驶汽车就会自动接替人类的駕驶，避免发生事故。这项技术的应用将极大限度地提高人们的生活品质。

对于汽车消费者和生产商而言，人工智能技术都会受到密切关注。可以看到人民对于这项技术的重视，深信人工智能在汽车行业将引起重大的变革。车辆工程领域的发展越来越智能，尤其是近年来人工智能产业的迅速崛起，使得人工智能在各个领域和行业的应用都非常广泛，汽车领域也不例外，这就要求高校必须进行教学改革来适应行业和市场新的要求。

近年来，人工智能在车辆工程领域展示了强大的作用，促进了汽车行业的发展。因此，很多高校将人工智能作为一门专业必修课提供给学生学习[2-4]。人工智能课程学习门槛较高，为了适应车辆工程专业学生的知识储备实际情况，需要整体设计人工智能课程教学方案，并做针对性调整。

1 车辆工程和人工智能

人工智能促进汽车行业的深度发展，这取决于行业人才的培养和贡献。高校车辆工程专业开设人工智能相关课程将进一步激发车辆人才的培养和变革，促进车辆工程教育不断地适应时代发展对人才技术的需求。可以说，高校教学改革正深刻影响着车辆工程专业的人才培养质量。

人工智能是一个非常典型的交叉学科，不仅知识量大，学习难度也相对比较高，所以学习人工智能需要一个系统的过程，而且对于初学者的基础有一定的要求，如要具有一定的数学基础和计算机基础。如果课程教学方案单纯参考计算机和自动化专业课程，将使得数学和编程能力较弱的车辆工程专业学生的学习曲线过于陡峭，从而丧失对人工智能学习的兴趣。

在车辆工程人才培养过程中，要重视智能车辆工程，互联网，自动驾驶等热点技术的讲解和讨论[5-7]。学院组织相关进行实地考察的实习，以不断提升学生的知识实际应用能力。

2 人才培养策略

2.1 调整教学思想

车辆工程专业作为传统工科专业，拥有完整的学科知识体系，知识覆盖面广泛。车辆工程人才培养的思想是使从业人员迎合行业未来发展的方向，不能只是对老旧教材的照本宣科，课程必须结合行业最新的技术和成果，进一步打开学生的视野。

要尽可能多地让学生想，尽可能多地让学生讲，尽可能多地让学生体验成功，尽可能多地让学生笑，这是教学改革的理念。要尽可能避免教师在教学中不知不觉就进入“独角戏”的状态。教学不能只关注内容，没有关注学生，学生就容易走神，容易犯困，课堂氛围会变得很沉闷，讲起来没劲。教学改革必须意识到这一点，也想去改变，这需要克服两方面的问题。

一方面，教师有时候总是想把内容准备得更充分、更精彩，却常忽略教学方法的设计。教师需要在教学方法上下功夫，花更多的时间。当然，前提是要把内容读熟、理解透。对内容精熟，以及教学方法、教学过程有所准备，上课就心里有底，容易比较轻松自信，也更能发挥好。

另一方面，性格腼腆的教师，跟人互动时总有些紧张，即使是跟学生、跟孩子交流也都会。但是，这个是可以克服的。教师必须有意识地克服沟通障碍，多跟学生互动，会进入轻松自信的状态，整个教室的氛围也更活泼。教师在课堂上跟学生更多互动，而且提高互动的质量，让学生学到更多。鼓励学生自愿表达，设法让不主动回答问题的学生也参与进来。尽快做到看到人能叫出名字，这样互动会更顺畅，也让学生感受到教师关注到他们每一个人。

2.2 课程内容方向

对于基础比较薄弱的车辆工程专业的学生来说，随着当前人工智能平台的陆续推出，可以考虑基于这些人工智能平台来完成行业应用创新，这会在一定程度上降低学习门槛，而且在工业互联网的推动下，未来基于人工智能平台的开发任务会越来越多，相关技术人才的需求量也会越来越大。

当前不少人工智能平台都是基于计算机视觉技术和自然语言处理技术打造的，这两大技术体系也有比较多的落地应用场景。人工智能技术与车辆工程的结合现在还不成熟，目前缺少与车辆工程相关的框架，这会加大学生的学习难度，所以可以先从这两个技术体系入手来构建自身的知识结构。

在学习人工智能之前，应该先完成两方面基础知识的学习，其一是编程语言知识的学习，其二是机器学习基础知识的学习。车辆工程专业的学生在编程和数学方面基础比较薄弱，这两方面的学习在课程中要占有一部分的比重。编程语言可以从Python开始学起，Python在人工智能领域有着非常广泛的应用，而且自身的语法结构比较简单易学。在掌握了Python语言的基本用法之后，可以进一步学习一下机器学习知识，要全面了解机器学习的操作步骤，同时奠定自己对于数据、算法和算力的理解，这个过程也会补学一些相关知识。机器学习本身的知识体系是比较庞大的，课程可以先从一些常见的算法入手，如决策树、朴素贝叶斯等，学习这些算法也并没有太大的困难，学生完全可以领悟并运用。

3 车辆工程教学改革措施

3.1 教学改革方法

通过播放人工智能最新技术来提升学生对课程的兴趣，以名人访谈和最新科技成果辅助教学。通过分享人工智能领域专家[4]的经历和视角给学生以醍醐灌顶的感觉，增强学生对整个领域的现状和对未来发展方向的理解。仅仅利用课堂时间进行学习是远远不足的，课程必须提供相关的配套视频材料和解决问题的途径。例如，亚马逊数据科学家李沐的深度学习课程，斯坦福大学吴恩达教授机器学习课程等，分别从不同行业为学生提供精彩的教学。

当今人工智能飞速发展，一些学习框架的出现降低了学习难度。车辆工程专业学生不要求具有很高的算法推导能力和创造能力。课程要求学生在理解高性能工具包（scikit-learn、Pytorch）的基础上解决实际问题，学生无需深入掌握算法背后復杂的数学理论和计算实现方法。

Jupyter Notebook交互式界面符合Python作为解释语言的特性，提供了一种文学编程的实现，可以让人们按照自己的思维逻辑来开发程序。这种交互性的展示可以让代码更加生动形象地展示给学生。在教师备课阶段，要求教师必须使用Jupyter Notebook将代码、文字注释、理论公式、图片导入到文件中。在课堂上，通过计算机以网页的形式把教学内容更加直观地展示给学生，这将极大地避免程序课和算法课的无聊感，提升学生的学习热情。

3.2 作业和考试形式

北京建筑大学机电学院专业特色方向是机械故障诊断，打造强势的学科特色必须深度融合特色方向。为避免传统考试形式的弊端，课程的作业和考试形式均以实践完成。考试选题需紧扣车辆工程专业常见场景——车辆机械设备故障诊断，教师提供相应的数据和多个分析方法，最后的结果以小论文的形式提交。这种考试形式可以调动学生的动手实践能力。在课堂作业方面，针对每一次小项目实现不是让学生从零开始的，教师会提前实现整个流程的框架，学生分别实现不同模块的功能。这种方法使得学生从与课程和专业无关的细节抽身，全身心投入到课程知识点的学习和实现问题，减轻学生的学习负担。

目前，我国高校普遍实习“记忆式教育”，课堂以单纯的知识讲解为主，考试实行传统的闭卷考试，学生只需要简单地临时突击即可获得优异的成绩，但是这种不良的学习方式，并不能深入理解知识点。导致学生成为考试机器，缺乏实际解决问题的能力，这种考核方式显然不适应新工科背景下对人才培养的要求。

4 结语

面向未来的高校车辆工程教学是为祖国培养从事车辆智能管理研究和智能车辆设计、制造、实验研究及经营管理等工作的复合型高级专门人才。车辆技术在人工智能的加持下，将获得巨大的生命力，引领车辆技术面向未来发展。在这种背景下，高校应该培养更多具有科学视野，能够利用人工智能解决实际问题的专业人才，要帮助学生时刻掌握行业的科研动态，扩宽视野，为我国车辆智能化建设储备大量的高素质人才。

参考文献

[1] 邹畅.人工智能的价值及对我国发展的意义[J].科技资讯，2021，19（18）：170-172，180.

[2] 刘秀清，刚宪约，王玉琼.“新工科”背景下车辆工程专业人才培养体系改革[J].教育现代化，2019（96）：5-7，10.

[3] 耿国庆，朱茂桃，江浩斌，等.新工科背景下高校车辆工程专业教学改革探讨[J].新课程研究，2019（15）：56-57.

[4] 杨云.应用型本科车辆工程专业人才培养方案的设计研究[J].南方农机，2019（5）：193.

[5] 马晓雨，生龙.新工科背景下引入人工智能理念的“结构概念与创新设计”课程的构建[J].高教学刊，2019（6）：36-37，40.

[6] 刘丽娜.计算机人工智能识别关键技术及运用[J].科技创新导报，2020，17（16）：146-147.

[7] 夏佳志，李杰，陈思明，等.可视化与人工智能交叉研究综述[J].中国科学：信息科学，2021，51（11）：1777-1801.