依托無人賽車構建新工科人才培養體系

陳德升　陽林　邱燦文　梁紹臻

摘 要：走進新時代，如何加快新工科建設、大批量培養具有創新意識和創新創業能力的新工科學生，成為重要的教學改革研究課題。傳統的專業培養模式存在專業跨度范圍窄、培養模式單一等不足，難以適應新時代快速發展的需要。針對上述不足，提出搭建“智能無人賽車”實驗區實踐教學平臺，設置相應的創新設計實踐能力提高班，開展基于智能無人賽車的新工科人才培養體系構建的探索與實踐工作。通過前期實踐，取得了良好的人才培養效果。

關鍵詞：無人賽車;新工科;人才培養體系

1 引言

全球化創新經濟時代的來臨，給當代工科教育帶來了挑戰，也迎來了機會。在這一波瀾壯闊的時代背景下，工程教育已成為國家競爭優勢的重要來源，也是我國創新驅動發展戰略、“雙創戰略”、“一帶一路”和高等教育機構“雙一流”戰略的支撐點[1]。為推進“中國制造 2025”戰略，教育部等于 2016 年底頒布了《制造業人才發展規劃指南》[2]。為了響應國家戰略需求，我國工程教育也要跟隨國家發展需求發生全方位的變革，積極推動現有工科專業的改革創新，加快探索新工科人才培養的新模式，培養具有多學科寬闊視野的創新型新工科人才。

提出搭建“智能無人賽車”實驗區實踐教學平臺，設置相應的創新設計實踐能力提高班等改革舉措，可以在很大程度上提高車輛工程專業及其相關專業學生的綜合實踐能力，完善高校專業教育機制。

2 傳統人才培養體系的不足

現如今，傳統的教育以及人才培養體系已經難以適應社會的發展。傳統教育模式學科過于分化，各學科之間專業壁壘現象較為嚴重，學生綜合能力不強，跟不上時代的發展腳步。

在傳統的專業人才教育模式中，主要以單一專業培養為主。[3]而傳統模式的課程體系較于保守，對于新興技術及新興領域所含甚少。學生就讀于某個專業，便只學習該專業的課程，對于其他學科的知識有種“事不關己高高掛起”的現象。各個學院、學科之間學術交流較少，共同參與項目不多，不符合“新工科”學科交叉的特點。

過度強調“術業有專攻”的教育方式，往往是導致“隔行如隔山”的原因。學生固然可以掌握好一門課程或技能，但卻因知識面不夠豐富而在處理綜合問題時碰壁。

3 大學生無人駕駛方程式大賽

隨著汽車技術逐漸朝著“電動化”、“智能化”、“網聯化”、“共享化”四化發展，無人駕駛智能汽車是當前汽車研究的前沿與熱點技術，發展前景廣闊。2017年11月2日，受國家制造強國建設戰略咨詢委員會、工業和信息化部委托，中國汽車工程學會組織逾500位行業專家研究編制的《節能與新能源汽車技術路線圖》正式對外發布。[4]發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》指出智能網聯汽車將成為我國未來汽車產業發展的主方向之一。

為加快培養相關人才，緊隨大學生方程式大賽的國際發展潮流，在借鑒與參考德國方程式大賽的相關經驗之后，中國首屆無人駕駛方程式大賽于2017年11月12日湖北襄陽正式啟動。和以往的汽車類學科競賽有所不同，大學生無人駕駛方程式賽車所涵蓋的技術領域相較于傳統汽車要廣的多、對學生而言技術難度也要大的多。從學科的角度來看，無人駕駛的技術特點主要是包括四大關鍵技術：

1.車輛運動控制技術：車輛平臺跟隨行為決策層輸出的目標軌跡與期望速度進行運動。車輛運動控制技術是現階段研究無人駕駛智能車的最關鍵的技術，是實現車輛穩定可靠自主駕駛的基礎，并且未知路況下的高精度速度跟蹤和軌跡跟蹤一直是研究的重點和熱點[5]。

2.行為決策技術：依據當前時刻車輛的周圍環境，進行最優決策，實現路徑規劃、速度加減、超越車輛、跟隨車輛、停車等功能。

3.道路識別與機器視覺技術：感知并理解周圍環境，包括對路面車道線、標識標線、靜態障礙物的檢測與跟蹤等。

4.定位與導航技術：用于確定無人駕駛汽車其自身的地理位置。目前常用的車輛導航技術包括有磁導航、視覺導航、慣性導航等。

從上述無人駕駛關鍵技術分析可知，無人駕駛涉及到計算機、傳感器、人工智能、通訊、導航定位、智能控制、機器視覺等多門前沿學科，其學科綜合性及跨度相當大。

在實際的工程實踐中，各學科專業的聯系對工程實踐而言如木桶之各邊、缺一不可。依托無人駕駛的學科競賽是創新型新工科人才培養的一條特色道路，是有異于且優于傳統人才培養的模式。

4 構建面向新工科建設的創新人才培養體系

現代學科交叉綜合發展，需要跨學科專業的復合型人才。“新工科”是一門以跨學科、多專業為基礎載體的新型、新生的工程學科。[6]工程學科是“新工科”的本質，盡管無人駕駛已經有若干年的歷史，依托無人賽車提出“新工科”，仍具有新型、新生的內涵。在當今變革創新激烈的現代汽車行業，智能無人賽車無疑是現代汽車行業這頂王冠上那顆最璀璨的明珠。同時，在全球化創新經濟盛行的今天，當代工科生迎來了機遇及挑戰，這就要求學生具備技術創新的思維和能力，能在工程技術學科及專業上有所建樹。

為此，作者依托我校目前正在蓬勃發展的FSAE賽車大學生創新實踐活動，搭建“智能無人賽車”實驗區實踐教學平臺，設置“智能無人賽車”學科相應的創新設計實踐能力提高班。針對智能無人賽車，對新工科人才培養的體系進行探析，培養具有多學科交融視野的新工科人才。具體的實踐舉措為：

（1）成立智能無人賽車研發中心：以智能無人賽車的研發為依托，集合多學科優勢資源，面向全校老師以及研究生，通過面試淘汰法則，選拔優秀人才擔任智能無人賽車研發中心的骨干力量。

（2）組建智能無人賽車團隊：以中國大學生無人方程式大賽為依托，面向全校學生招新成員，組建智能無人賽車團隊，共同參與無人賽車的研發制作過程。

（3）開設智能無人賽車創新設計實踐提高班：通過智能無人賽車的研發，將計算機、自動化、車輛工程等專業學科交叉融合緊貼實踐應用，開設“智能無人賽車創新設計實踐能力提高班”，開展新工科人才培養模式的探索與實踐。

5 前期實踐效果

依托大學生無人駕駛方程式大賽，搭建“智能無人賽車”實驗區實踐教學平臺，設置“智能無人賽車”學科相應的創新設計實踐能力提高班，通過優化方程式賽車隊伍結構，提高我校FSAE車隊的競賽水平，研發出智能無人賽車的技術方案，開展基于智能無人賽車的新工科人才培養模式的探索與實踐，培養具有多學科寬闊視野的創新型新工科人才，以卓越的創新思維和能力，引領未來技術、產業和經濟社會的發展。

依托無人賽車競賽項目，初步構建了以汽車專業為核心的新工科人才培養體系，經過2017、2018兩個學年度的先期實踐，該項改革舉措在我校機械、自動化、材料、信息、管理、經貿、藝術等多個學科和專業的教學改革取得了顯著效果[7]。在近2年來的實踐探索中，學生自主完成創新訓練項目10余項，不僅培養了多名本科生、研究生雙創人才，而且在新技術研發方面，也取得很好的成果。同時，我校車隊已進行了無人駕駛賽車的先期技術探索與積累工作，目前正籌備研發我校首輛無人駕駛賽車，并計劃參加中國大學生無人駕駛方程式汽車大賽。

在參與無人駕駛項目及比賽過程中，學生能夠學以致用，不僅鞏固了專業知識，還提高工程實踐能力。更為重要的是，學生開拓了學科視野，能在多學科交融的過程中找到交集。初步探索的結果表明，所構建的人才培養體系是成功的，值得進一步深入研究和實踐探索。

6 結束語

隨著汽車四化及國家工程發展戰略等變革，社會迫切需要一批接受跨學科多專業教育的新工科人才。綜合性學科競賽，恰可以彌補傳統教育在培養跨學科多專業人才上的不足。大學生無人駕駛方程式汽車大賽是國內新近剛起步的汽車類學科競賽，具有設計難度大、技術跨度廣、學科綜合性強、創新空間大等特點。以無人駕駛汽車大賽為依托，開展創新型新工科人才培養體系的探索與發展是切實可行的?？稍谇捌诘幕A上進一步擴展參賽學生的學科視野和專業范圍。通過兩個學年度的先期實踐，取得了良好效果，為進一步完善和發展改教學改革探索工作奠定了基礎，明確了方向。

基金項目：廣東工業大學高等教育教學研究和改革項目廣東省“質量工程”建設項目（廣工大教字〔2018〕132號）

參考文獻：

[1]許濤，嚴驪，殷俊峰，周斌.創新創業教育視角下的“人工智能+新工科”發展模式和路徑研究[J].遠程教育雜志，2018，36（01）：80-88.

[2]教育部，人力資源社會保障部，工業和信息化部.制造業人才發展規劃指南[EB/OL].[2017-05-10].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/xw_fbh/moe_2069/xwfbh_2017n/xwfb_170214/170214_sfcl/201702/t20170214_296156.html.

[3]葉磊，陽林，田碩，等.依托大學生方程式汽車大賽，培養汽車創新型人才[J].時代教育，2016（1）：14-15.

[4]付于武.低速電動車管理不能一刀切，產業有望彎道超車[N].人民日報，2017-01-09.

[5]王振.無人車運動控制系統設計與實現[D].長安大學，2016.

[6]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（02）：26-35.

[7]邱燦文，陽林，李金暢，萬婷婷.依托學科競賽 探索跨學科多專業創新人才培養模式[J].科技創新導報，2017，14（18）：222-223.