“工業4.0”背景下智能交通技術課程教學的思考

李文燕

[摘 要]隨著“工業4.0”時代的到來，部分交通類高等院校交通運輸專業陸續開設智能交通系統相關課程。筆者根據交通運輸專業畢業生的就業去向需求，對智能交通技術課程進行合理設計，針對專業現有知識體系與“工業4.0”要求不匹配的問題，提出對智能交通技術課程及其相關知識體系的改革措施。

[關鍵詞]智能交通系統;課程建設;課程改革;交通運輸;“工業4.0”

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）01-0090-03

“工業4.0”，即智能化時代正在到來，信息化技術將促進產業變革，在交通運輸行業具體體現在智能交通系統（IntelligentTransportationSystem，ITS）的開發和應用上。智能交通系統是將先進的信息、通信、電子控制和計算機處理技術進行有效集成，應用于交通運輸系統，以提高交通系統的運行效率。目前，智能交通系統主要應用于城市交通和高速公路方面。但隨著我國交通運輸行業日益發展，“互聯網+”和多種交通運輸方式協同發展的戰略被提出，如：智慧城市軌道交通、智慧高鐵、智慧航空、智慧港口等。為滿足科技和行業的發展需求，部分交通類院校陸續開設智能交通系統的相關課程。智能交通技術是高等院校交通運輸專業的專業選修課程。

一、“工業4.0”時代的需求

（一）行業需求

交通運輸專業培養的是規劃和管理交通運輸生產，研究和生產交通運輸設備的高級技術人才。交通運輸專業畢業生的就業去向主要有：鐵路運營管理公司、軌道交通運營管理公司、公交運營管理公司、設計院、咨詢公司、ITS相關企業以及其他相關政府部門等。

ITS相關企業包括：ITS硬件制造商、ITS軟件開發商、通信設備提供商等[1-2]。ITS產品的需求方包括：交通運營管理公司和相關政府管理部門。城市交通和高速公路方面的需求方包括：公交運營管理公司、出租車運營管理公司、高速公路管理公司、公安部門、交通運輸管理部門等。智慧城市軌道交通和智慧高鐵方面的需求方包括：城市軌道交通運營管理公司、鐵路運營管理公司等。

（二）大賽需求

2018年，中國自動化學會、智能交通專業委員會等主辦了“全國高校智能交通創新與創業大賽”;廣東省交通運輸廳、中國交通報社等主辦了“互聯網+交通運輸”創新創業大賽。“互聯網+交通運輸”創新創業大賽中，“創新大賽”下設智慧公路、交通電子支付兩項主題賽;“創業大賽”下設“人工智能+交通”、綜合運輸服務大數據兩項主題賽;“創客大賽”面向開設交通運輸及智能交通等相關專業的高等院校學生開辦。從2018年“互聯網+交通運輸”創新創業大賽獲獎作品上看，多為智能交通系統領域的創意項目，要求學生掌握智能交通技術的相關知識。

二、智能交通技術的課程設計

（一）智能交通技術的課程結構

智能交通技術是當前世界交通運輸發展的熱點和前沿之一，理論教材選擇內容較新、較全面、圖片較多、邏輯清晰的出版書籍，推薦曲大義等編著的《智能交通系統及其技術應用》[3]。根據交通運輸專業畢業生的就業特點，參考書籍推薦“全國智慧城市與軌道交通科技創新學術年會”的論文集《智慧城市與軌道交通》[4]。理論教學結構主要分為4大部分，如圖1所示。

1.總述

總述分為：智能交通系統概述、智能交通系統的體系結構、智能交通系統的相關技術3個部分。目的是讓學生對智能交通系統和其行業發展有一個基礎的認識。

2.城市交通和高速公路

城市交通和高速公路分為：交通地理信息系統、出行者信息系統、城市智能交通管控系統、智能公共交通、車載導航系統、智能車路協同系統、高速公路智能管控系統、智能路網運行和服務系統、智能交通安全保障系統9個部分。目的是讓學生掌握各子系統的建設目標、物理結構、建設體系和邏輯結構。

3.軌道交通

軌道交通分為：智慧城市軌道交通和智慧高鐵2個部分。有關智慧高鐵和智慧城市軌道交通的出版書籍較少，但部分ITS公司已經設計出智慧高鐵和智慧城市軌道交通的產品和方案。目的是向學生展示智慧城市軌道交通和智慧高鐵的設計方案與構成。

4.系統評價與標準化

系統評價是對系統實施效果進行評價，目的是讓學生對設計的智能交通系統是否具有經濟效益、社會效益有一個綜合評價。系統標準包括：國際標準、國家標準、行業標準、地方標準和企業標準。了解各項標準是設計智能交通系統的前提。

（二）智能交通技術的授課方式

智能交通技術課程的授課方式包括：理論教學和實踐教學。理論教學的授課方式為課堂講述，利用PPT、“APP平臺”、微視頻進行教學。PPT教學：需覆蓋教材基礎知識，利用圖片、微視頻、生活實例、歷史實例和企業案例進行展示。“APP平臺”教學：充分利用其簽到、投票、話題討論、隨堂測驗等功能。實踐教學的方式為課程設計和參與交通大賽。課程設計任務書包含以下3個部分的內容：

1.基礎知識：繪制教材上已有的子系統的原理圖，在原理圖下方寫出其結構、功能等;

2.思維開拓：設計出未來的智能交通系統，繪制系統原理圖，并撰寫說明書;

3.課程總結：表述智能交通技術的發展現狀，并對其提出建議。

（三）智能交通技術的考核方式

考核方式由平時成績、期末考試成績和實踐成績構成，如表1所示。

表1 智能交通技術的考核方式

[成績構成 完成項目 評判指標 平時成績A（30%） 簽到情況A1（60%） 到課率A11（100%） 簽到次數 投票和主題討論A2（30%） 參與度A21（100%） “APP平臺”積分 隨堂測驗A3（10%） 正確率A31（100%） 期末考試成績B（35%） 客觀題B1（80%） 正確率B11（100%） 考試分數 主觀題B2（20%） 實踐成績C（35%） 課程設計C1（80%） 內容完整度C11（50%） 優 良 中 差 繪圖清晰度C12（10%） 優 良 中 差 說明書編寫的邏輯性C13（10%） 優 良 中 差 設計的智能交通系統的創新性C14（20%） 優 良 中 差 對智能交通技術發展的建議的借鑒意義C15（10%） 優 良 中 差 交通大賽C2（20%） 獲獎C21（70%） 獲獎 未獲獎 參與C22（30%） 參與 未參與 ]

按照表1對各項指標進行量化，總成績S如式（1）：

式中：A、B、C、[A1]、[A2]、[A3]、[B1]、[B2]、[C1]、[C2]為表1中的參數，滿分為100分。

三、智能交通技術的課程改革

現階段，交通運輸專業的智能交通技術課程主要基于交通運輸規劃與管理、系統工程、管理運籌學、交通工程學的知識體系，專業課程在交通運輸規劃與管理方面設置較全面。但隨著“工業4.0”時代的到來，交通運輸專業現有的知識體系已不能滿足ITS行業需求。

在實踐教學中，交通運輸專業大部分學生對信息與通信技術、電子技術和人工智能技術了解較少，偏重于學習已有設備的使用方法。智能交通系統的設計和實現需要信息技術的支撐，建議對智能交通技術課程及其相關知識體系進行以下改革，如圖2所示。

1.信息與通信技術基礎知識：信息技術是以信息論為基礎，包括信息的感測技術、傳感技術和顯示技術;通信技術用于傳遞信息。ITS的信息形式包括：語言信息、視頻信息、圖片信息、文字信息和數據信息等。信息與通信技術應用于ITS系統的各個方面。建議增加多媒體通信理論選修課程，或將其融入相關專業課程。

2.電子技術基礎知識：電子技術是將設計的系統硬件化。ITS系統的開發和設計需具備智能電子產品設計的基礎知識。建議增加傳感器應用技術選修課程，或將其融入相關專業課程。

3.人工智能技術基礎知識：人工智能（Artificial Intelligence，AI）研究的內容主要有機器人、自動推理和搜索方法、機器學習和知識獲取等。ITS系統的開發和設計需利用AI中的計算機視覺和圖像處理、自然語言理解、數據挖掘等方法。建議增加機器學習選修課程，或將其融入相關公共課程。

四、結論

筆者針對行業需求、大賽需求和交通運輸專業畢業生的就業特點，設計出智能交通技術的課程結構、授課方式和考核方式：課程內容包括城市交通、高速公路、軌道交通等方面的智能交通系統基礎知識;充分利用PPT、“APP平臺”、微視頻進行教學;采取多元化指標進行考核，對考核指標進行量化。針對交通運輸專業現有的知識體系不能滿足“工業4.0”要求的問題，建議將信息與通信技術、電子技術和人工智能技術的基礎知識融入專業知識體系。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李穎，張紹陽.“互聯網+交通”環境下的智能交通課程教學方法研究[J].教育教學論壇，2018（39）：187-188.

[2] 蔡英鳳. “智能交通系統”課程教學改革的思考[J]. 科教文匯， 2015（17）：58-59.

[3] 曲大義， 陳秀峰， 魏金麗. 智能交通技術及其應用[M]. 北京：機械工業出版社， 2017.

[4] 前言[A]. 中國城市科學研究會數字城市專業委員會軌道交通學組.智慧城市與軌道交通2018：第五屆全國智慧城市與軌道交通科技創新學術年會論文集[C].中國城市科學研究會數字城市專業委員會軌道交通學組：中城科數（北京）智慧城市規劃設計研究中心，2018：1.

[責任編輯：鐘 嵐]