中职学校智能网联汽车环境感知实训室建设探索与思考

杜 峰，姜 锋，汤亚丰，张 绅

中职学校智能网联汽车环境感知实训室建设探索与思考

杜 峰，姜 锋*，汤亚丰，张 绅

（天津职业技术师范大学 汽车与交通学院，天津 300222）

随着智能网联汽车技术的快速发展，在国家相关政策的推动下，中职学校已经开始探索智能网联汽车方向的专业建设。中职学校作为培养技能型人才的摇篮，专业建设的首要条件就是配备相应的实训室。然而，智能网联汽车作为一个新兴领域，部分中职学校没有形成完善的课程体系，缺少专业的实训室和实训设备。文章在依据实训室建设基本原则的基础上，提出了一套智能网联汽车环境感知实训室的设计方案，并对实训室的运营模式进行分析，为后期中职学校建设智能网联汽车方向的实训室提供参考和经验。

中职学校；智能网联汽车；环境感知系统；实训室建设

目前，汽车朝着智能化和网联化的方向发展已成必然趋势，智能网联汽车的时代已经到来。智能网联汽车的兴起，相关企业对技能型人才的需求与日俱增。在“职教20条”的背景下，国汽智联等培训评价组织发布了与智能网联汽车相关的职业技能等级标准，中职学校依据于此开发相应的课程或实训项目，培养“1+X”毕业生。环境感知系统作为智能网联汽车各项功能实现的前提，是学生认知智能网联汽车的关键，因此，建设智能网联汽车环境感知实训室势在必行。

1 环境感知实训室建设基本原则

1.1 教学实践性原则

职业教育与普通教育最大的区别就在于普通教育偏重于学术性知识的传授，而职业教育更侧重于专业技能的训练。因此，实训室的建设思路不能以传统的学习教室设计方案为参考。实训室的建设应在“理”的基础上结合“实”，使学生能够完成从“有所知”到“有所为”的过渡。通过营造企业实际的工作场景，以具体的工作任务为依据完成理论知识的学习和技能的训练，使“理”和“实”融为一体，以此来满足学生发展的需求，充分体现教学实践性[1]。

1.2 设备先进性原则

根据《智能网联汽车技能人才需求调研报告》显示，在未来10年内，企业汽车智能网联产品（环境感知传感器等）装配与调试相关工作岗位对技能型人才的需求量是十分巨大的。因此，要想满足企业的用人需求，实训室就必须配备先进的，具有前瞻性的实训设备。先进的实训设备能够将新知识和新技术纳入学生已有的知识体系中。基于此，学生在就业时可以更好地融入企业工作岗位中，间接地提高了学校的就业率。

1.3 实训室开放性原则

中职学校的办学宗旨是向企业输送高素质的技术技能人才，中职学校实训室的建设是以市场规律为标杆，以企业发展需求为前提条件，因此，实训室应体现开放性原则。参照新加坡的学徒制教学工厂职业教育模式，做到“校中有厂，厂中有校”，与企业保持紧密联系，将企业中的新思想和新技术带入校中，不断改进和完善实训室[2]。除此之外，还应对其他职业院校持以开放性原则，通过座谈会、讲座、研讨等方式，就实训室的建设、实训项目的开发、教育模式的改革等方面，双方提出具有参考价值的方案和意见，加强沟通交流，以达到合作共赢的目的。

2 环境感知实训室设计方案

2.1 总体布局

通过查阅和分析国内外中职学校汽车实训室建设相关文献，结合国外职业教育领域典型的教学育人模式和我国中职学生的发展特点，利用SolidWorks构建出智能网联汽车环境感知实训室的三维实体模型[3]，如图1所示。该实训室共分为4个区域：多媒体教学区、技能训练区、学生坐席区以及图文学习区。在教学实施过程中，该实训室的4个区域将“理”与“实”、“教”与“学”、“知识”与“技能”融为一体，充分体现出以行动为导向的职业教育教学理念。

2.2 区域划分

2.2.1多媒体教学区

多媒体教学是指在教学实施环节中，基于课程或实训项目的教学目标和中职学生的发展特点，在教学设计过程中融入现代化信息技术手段，将黑板板书等传统教学工具与多媒体等现代教学媒介有机结合，实现人机交互，使授课过程更加合理，以达到最佳的教学效果[4]。

在环境感知实训室设置多媒体教学区可以打破传统教学的局限性，突破教学重难点。以智能车环境感知系统测试装调实训项目中“激光雷达的安装与标定”为例，其中的一项学习任务为掌握激光雷达的结构组成和工作原理。由于激光雷达体积较小，价格较昂贵，无法满足每位学生对激光雷达进行结构拆解，观察不到激光雷达的内部结构，学生对其工作原理更是无法理解。针对这种情况，教师可以通过多种渠道搜集有关激光雷达的资料，将其进行整合制作成教学课件，运用多媒体以图片加字幕的形式向学生展示激光雷达的结构组成和工作原理（图2）；也可以通过SolidWorks和3D MAX等软件对激光雷达进行三维实体建模和动画渲染，再利用万彩动画大师制作激光雷达的结构分解和工作过程微视频（图3），以动画的形式向学生展示教学重难点，能够激发学生的学习兴趣，加深对知识的理解，增加实训教学的趣味性。

图2 多线旋转式激光雷达工作原理课件

图3 16线激光雷达工作原理微视频

2.2.2技能训练区

技能训练区是智能网联汽车环境感知实训室的核心区域，学生在此区域内进行实操技能的训练，培养学生的关键职业能力。实训设备又是技能训练区的重要载体，所选用的实训设备是由天津职业技术师范大学研发的智能网联汽车环境感知实验台，实验台三维模型如图4所示。

图4 环境感知实验台结构组成

该实验台主要由环境感知传感器、仿真模型、操作控制系统、铝合金实验台架所组成。实验台上装载的环境感知传感器包括16线激光雷达、 77 GHz毫米波雷达、视觉传感器和超声波雷达；仿真模型包括模拟车辆、模拟行人和模拟道路；操作人员可以利用操作控制系统时刻观察各个传感器的工作状态，并可以将上传的数据信息保存至本地，以便教师和学生对数据进行分析；铝合金实验台架主要放置电脑显示器、主机、仿真车模和环境感知传感器。每台实训设备都配有汽车专用工具箱，辅助操作人员完成环境感知传感器的拆装、标定等实训环节。基于此实验台所能够实现的功能，学生可以进行如表1所示的智能车环境感知系统测试装调实训项目，完成具体任务单元的学习。

表1 实训项目学习情境和任务单元的划分

智能车环境感知系统测试装调实训项目学习情境任务单元 环境感知实验台认知环境感知实验台概述 环境感知传感器认知 毫米波雷达认知与检测毫米波雷达的安装与标定 基于毫米波雷达的前方障碍物检测 激光雷达认知与检测激光雷达的安装与标定 基于激光雷达的前方障碍物检测 超声波雷达认知与检测超声波雷达的安装与标定 基于超声波雷达的前方障碍物检测 视觉传感器认知与检测视觉传感器的安装与标定 基于视觉传感器的车辆检测 基于视觉传感器的行人检测 基于视觉传感器的车道线检测

2.2.3学生坐席区

学生坐席区是与技能训练区、多媒体教学区配合使用的。学生在学生坐席区可以完成理论知识的学习，实训环节结束后学习小组进行交流总结等教学过程。

学生坐席区是以合作学习理论为原则进行设计的。合作学习理论是在社会互赖理论、选择理论、接触理论、认知精致理论的基础上发展而来的教育理论。合作学习理论认为，学习小组的每位成员在交流互动的过程中，可以针对课上遇到的某些问题产生不同角度的想法，这些思想上的冲突可以帮助学生已有的知识体系得到重构[5]。合作学习理论在引导学生独立思考、培养学生创造性思维、增强学生自信心和沟通表达能力等方面起到重要作用。因此，环境感知实训室撇弃了传统课堂的两人桌，选用教学六角桌。相比于两人桌，教学六角桌的优势就在于便于开展学生间的合作学习。以“同质分层”，“异质分组”为原则划分学习小组，每个小组共有6人，6人之间的合作学习，使每位学生都成为了学习的主导者，都有发表个人观点的权力，可以改善沉闷的课堂气氛，提升课堂教学效果，推动教学更好地进行。

2.2.4图文学习区

对于实训室的建设，要考虑到每一寸空间都应得以充分利用。图文学习区的建设主要依据文化墙的设计与装饰。文化墙是指利用实训室四周空白的墙壁，设计出与专业内涵、教师科研成果、学生优秀作品等方面的挂图和图板，装饰在实训室的墙壁上[6]。文化墙对于营造浓厚的实训室文化氛围，引导学生形成“学一行，爱一行”的思想，具有重要的意义和作用。

以环境感知实训室为例，文化墙的建设应从汽车发展历程、智能网联汽车专业名词解释、实训安全操作规范等方面进行。学生通过观看图文并茂的汽车发展历程，可以了解到汽车由机械时代，经过电子时代，软件时代到如今的智能时代这百余年间所发生的变化，使学生学习从事汽车行业科研人员勇于探索的创新精神和业精于勤的工作态度，培养学生的综合素质。知识学习的精髓在于学生脑海中应有课程或实训项目系统的框架，没有框架，所学到的知识也都是杂乱无章的，因此，在文化墙上展示相关专业名词，从智能网联汽车到环境感知系统，再到环境感知传感器，由大及小，层层深入，使学生在脑海中形成系统的知识框架，利于知识的重组和迁移。实训的首要前提是安全，将实训安全操作规范的图板挂在墙上，学生通过观看学习，一方面可以保护个人和同伴的人身安全，另一方面也防止学生对实训设备造成损坏，提高了学生的安全意识。

3 环境感知实训室的应用

3.1 满足基本教学需要

中等职业教育的发展目标是培养学生的职业技能，在技能训练的过程中提升对理论知识的理解程度，培养学生的综合素质，使学生成为技能型人才。因此，传统的学习教室并不能满足中职学生的发展需求，而环境感知实训室的4个区域，多媒体教学区、技能训练区、学生坐席区和图文学习区之间的配合使用，可以满足师生的日常教学活动，达到教师教省力，学生学方便的效果。除此之外，利用环境感知实训室还可以完成多门项目课程的教学，例如智能网联汽车环境感知传感器技术课程，智能车环境感知系统测试装调实训项目等。由此可见，环境感知实训室可以满足基本教学需要。

3.2 开展社会技术服务培训

目前，中职学校对智能网联汽车方向仍处于探索发展阶段，经过大量的调研，发现中职学校汽车相关专业大部分的教师没有接受过关于智能网联汽车方面的培训和学习。因此，可以利用环境感知实训室开展社会技术服务培训，为汽车相关专业的教师提供培训条件，也可以为相关行业再就业人员创造培训机会[7]。这样的实训室运作形式，不仅能够降低实训室的建设运营成本，减少了学校的开支，提高了学校的经济效益，而且为区域经济发展提供了技术上和资源上的优势，对提高学校的社会影响力和知名度创造了有利条件，充分发挥了学校的社会服务职能。

3.3 组织开展科研活动

中职学校的教师在完成基本教学任务的同时，应组织开展相应的科研活动。这不仅体现了中职学校的办学特色，也是推动专业发展的重要手段。智能网联汽车上的环境感知传感器各有优缺点，各种传感器的结构组成、工作原理、数据传输方式也各不相同，利用单一传感器无法完成环境感知任务，目前智能网联汽车整车采用的是多传感器融合技术，通过多种传感器的协同工作，来保证环境感知系统功能的实现[8]。因此，应借助环境感知实训室深度开展校企合作，企业技术人员和中职教师利用环境感知实验台完成多传感器融合方案设计，传感器联合标定等科研活动，改造和升级实训设备，将科研与教学，生产紧密联系在一起，实现“产、学、研”的结合。

4 总结

通过查找和分析实训室建设的相关资料和文献，总结出环境感知实训室建设的基本原则。基于此，利用SolidWorks构建出环境感知实训室的三维实体模型，对实训室进行区域划分及功能说明，并对实训室后期的运营模式进行阐述，构成一套完整的，适合中职学生发展的实训室建设方案，为中职学校建设相应的实训室和培养符合企业需求的技能型人才提供有力支撑。

[1] 刘大维.高等职业院校汽车实训基地建设研究[D].青岛:青岛大学,2017.

[2] 周胜奇.“教学工厂”现代学徒制技能型人才培养模式的实践与探索[J].创新创业理论研究与实践,2020, 3(3):154-155.

[3] 朱晓波.VR技术在汽车专业智慧实训室建设中的应用与研究[J].汽车维修技师,2020(11):128.

[4] 郝志超.移动混合式学习模式在中职《新能源汽车概论》课程中的应用研究[D].石家庄:河北师范大学, 2021.

[5] 王永红.小组合作学习在中职汽修专业教学中的具体运用[J].现代教育,2019(2):51.

[6] 孙建.重庆市中小学校园文化墙设计优化策略研究[D].重庆:重庆大学,2016.

[7] 梁婷.中职汽车营销专业实训基地的建设思路与方法探析[J].现代商贸工业,2019,40(31):192.

[8] 贾鹏飞,张蕾,刘全周,等.虚拟传感器与视觉传感器联合标定技术研究[J].汽车实用技术,2021,46(21): 36-39.

Exploration and Reflection on Environment Awareness Training Room Construction of Intelligent Connected Vehicle in Secondary Vocational Schools

DU Feng, JIANG Feng*, TANG Yafeng, ZHANG Shen

( College of Automotive and Transportation, Tianjin University of Technology and Education,Tianjin 300222, China )

With the rapid development of technology of the intelligent connected vehicle and the promotion of relevant policies in China, the secondary vocational schools have begun to explore the professional construction of the intelligent connected vehicle. As the cradle of cultivating skilled talents, the primary condition of professional construction in secondary vocational schools is to be equipped with corresponding training rooms. However, as an emerging field for the intelligent connected vehicle, some secondary vocational schools have not formed a perfect curriculum system and lack professional training rooms and training equipment. Based on the basic principles of training room construction, this paper put forward a set of design scheme of environment awareness training room of the intelligent connected vehicle, and analyzed the operation mode of the training room, so as to provide reference and experience for the later construction of training room of the intelligent connected vehicle in secondary vocational schools.

Secondary vocational schools; Intelligent connected vehicle; Environment awareness system; Construction of training room

U467.4

B

1671-7988(2022)21-176-05

U467.4

B

1671-7988(2022)21-176-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.033

杜峰（1970—），博士，教授，研究方向为智能网联汽车、职业教育、汽车动态控制与仿真，E-mail:dufeng wy@163.com。

姜锋（1996—），硕士，研究方向为职业技术教育、智能网联汽车，E-mail:531317480@qq.com。