人工智能背景下交通工程專業(yè)教學(xué)改革探索

秦嚴(yán)嚴(yán) 李淑慶 何兆益

摘 要 為了在人工智能背景下促進(jìn)交通工程專業(yè)建設(shè)，探索人工智能背景下的交通工程專業(yè)教學(xué)改革。闡述交通工程課程教材體系現(xiàn)狀，提出交通工程+人工智能的教學(xué)概念。從交通大數(shù)據(jù)挖掘、交通圖像模式識(shí)別與交通仿真系統(tǒng)開發(fā)等三個(gè)方面構(gòu)建交通工程+人工智能教材體系。探索被動(dòng)式灌輸?shù)街鲃?dòng)式學(xué)習(xí)以及從教室教學(xué)到企業(yè)教學(xué)轉(zhuǎn)變的課堂教學(xué)模式，構(gòu)建適合交通工程+人工智能教學(xué)改革特色的課程考核方式。人工智能時(shí)代下，交通工程專業(yè)教學(xué)改革有利于提高教學(xué)質(zhì)量，對(duì)培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新性人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革 交通工程 人工智能

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.01.008

Teaching Reform Exploration of Traffic Engineering Major

under Artificial Intelligence Background

QIN Yanyan， LI Shuqing， HE Zhaoyi

（School of Traffic and Transportation， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074）

Abstract In order to enhance professional construction of traffic engineering under artificial intelligence background， this paper explores teaching reform of traffic engineering major. Current status of traffic engineering course materials system was introduced. Then teaching system of the Traffic Engineering & Artificial Intelligence was presented. The textbook system of the Traffic Engineering & Artificial Intelligence was built from three perspectives， namely traffic big data mining， traffic image pattern recognition， and traffic simulation system development. We also explored classroom teaching reform， from passive infusion to active learning， and from classroom teaching to corporate teaching. Moreover， course assessment method was also explored to satisfy teaching reform features of Traffic Engineering & Artificial Intelligence. In the era of artificial intelligence， teaching reform of traffic engineering specialty is conducive to improving teaching quality. It has also significance on cultivating compound and innovative talents.

Keywords teaching reform; traffic engineering; artificial intelligence

0 引言

我國交通工程專業(yè)已發(fā)展數(shù)十余年，據(jù)統(tǒng)計(jì)，[1]已有100多所院校開設(shè)了交通工程專業(yè)，各個(gè)高校的交通工程專業(yè)基本是由各自優(yōu)勢學(xué)科拓展而來，比如東南大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)均是由土木工程系拓展而來，北京交通大學(xué)和西南交通大學(xué)均是由道路鐵路工程系擴(kuò)展而來，南京理工大學(xué)等是由自動(dòng)化學(xué)科擴(kuò)展而來，南京航空航天大學(xué)等是由航空管理系擴(kuò)展而來，重慶交通大學(xué)則是在1984年創(chuàng)辦交通工程研究室，逐步發(fā)展為具有山地城市特色的交通工程專業(yè)?？梢钥闯?，交通工程專業(yè)與相關(guān)學(xué)科體系密切相關(guān)，體現(xiàn)了交通工程專業(yè)的綜合性學(xué)科體系，同時(shí)，交通系統(tǒng)與交通問題存在于生活中的方方面面，體現(xiàn)了交通工程專業(yè)具備的大行業(yè)背景特征。

隨著智能交通系統(tǒng)的逐步發(fā)展，交通工程專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展也在隨之升華，比如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)交通工程專業(yè)建設(shè)的啟示、[2]面向智能交通的交通工程專業(yè)課程體系改革、[3]工程教育認(rèn)證對(duì)交通工程專業(yè)建設(shè)的要求、[4]以及新工科背景下交通工程建設(shè)發(fā)展探索[5]等方面。除了這些方面的教學(xué)改革外，近年來，人工智能發(fā)展迅速，并已定位為國家重大戰(zhàn)略方針，各大高等院校紛紛開設(shè)人工智能專業(yè)或人工智能學(xué)院。同時(shí)，人工智能在解決交通工程問題上的巨大潛力正逐步明顯，在人工智能背景下，探索交通工程專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革顯得十分必要，鑒于此，針對(duì)人工智能背景下的交通工程專業(yè)教學(xué)改革進(jìn)行初步探索，為交通工程專業(yè)的建設(shè)與教學(xué)改革提供參考。

1 交通工程+人工智能

根據(jù)教育部第四次學(xué)科評(píng)估結(jié)果，[6]全國具有“交通運(yùn)輸工程”一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位點(diǎn)授權(quán)的高校共21所，具備二級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)以及碩士學(xué)位點(diǎn)的高校數(shù)量眾多。這些高校中大多數(shù)高校開設(shè)了交通工程本科專業(yè)，目前大多數(shù)高校交通工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課主要包括：“交通工程學(xué)”、“城市交通規(guī)劃原理”、“交通管理與控制”、“道路交通安全”、“智能交通系統(tǒng)”、“運(yùn)籌學(xué)”等課程，部分院校還開設(shè)有“道路工程”等工程技術(shù)課程?？梢园l(fā)現(xiàn)，目前交通工程專業(yè)開設(shè)課程大多數(shù)還是集中在傳統(tǒng)交通工程課程體系，缺乏與智能化、信息化的緊密聯(lián)系，并沒有體現(xiàn)出交通工程依托人工智能進(jìn)一步發(fā)展的功能作用。

同時(shí)，人工智能的迅速發(fā)展已經(jīng)逐步體現(xiàn)出其在交通工程應(yīng)用方面的巨大潛力，比如阿里在杭州打造的“城市大腦”的系統(tǒng)背后，即體現(xiàn)了人工智能在緩解城市交通擁堵等問題方面的優(yōu)勢。因此，基于交通工程專業(yè)具備的大行業(yè)背景與綜合性學(xué)科的特征，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)國家戰(zhàn)略發(fā)展需求，依托人工智能，構(gòu)建交通工程+人工智能的專業(yè)教學(xué)改革體系，服務(wù)于我國交通工程在新時(shí)期的事業(yè)發(fā)展。

基于人工智能的交通工程專業(yè)教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)包括以下三個(gè)方面：教材體系建設(shè)、課堂教學(xué)改革、課程考核方式。

2 教材體系建設(shè)

教材體系建設(shè)的目的在于打造交通工程+人工智能的專業(yè)教材體系，實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)與交通工程實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。教材體系建設(shè)應(yīng)當(dāng)循序漸進(jìn)，按批次進(jìn)行打造，首批建設(shè)的教材體系應(yīng)包括：

（1）交通大數(shù)據(jù)挖掘?！稊?shù)據(jù)挖掘》教材是人工智能領(lǐng)域的重要教材之一，已在自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)等專業(yè)開設(shè)，比如由范明等翻譯的《數(shù)據(jù)挖掘概念與技術(shù)》（機(jī)械工業(yè)出版社），但書中內(nèi)容全部集中在數(shù)據(jù)挖掘的理論知識(shí)，這些理論知識(shí)中，有些對(duì)交通工程專業(yè)具備較大的理論支撐價(jià)值，有些理論知識(shí)的主要應(yīng)用領(lǐng)域并非交通工程專業(yè)。這使得交通工程專業(yè)本科生難以精確區(qū)分，不能夠有效利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解決交通工程問題。同時(shí)，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展促進(jìn)了多源交通數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)量愈來愈龐大，從而構(gòu)成了“交通大數(shù)據(jù)”。因此，在人工智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與大數(shù)據(jù)背景下，應(yīng)打造《交通大數(shù)據(jù)挖掘》教材，將人工智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與交通工程數(shù)據(jù)分析等問題緊密結(jié)合。

（2）交通圖像模式識(shí)別。圖像/視頻處理與模式識(shí)別技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的另一個(gè)重要課程，也是目前自動(dòng)化專業(yè)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)的主流課程之一，比如由阮秋琦等翻譯的《數(shù)字圖像處理》教材（電子工業(yè)出版社）以及由李晶皎翻譯的《模式識(shí)別》教材（電子工業(yè)出版社）均具有較大影響力。同數(shù)據(jù)挖掘教材存在同樣的問題，應(yīng)當(dāng)從交通工程專業(yè)的角度制定能夠有效應(yīng)用于解決交通工程實(shí)踐問題的《交通圖像模式識(shí)別》教材，為學(xué)生提供應(yīng)用數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別進(jìn)行交通工程實(shí)踐及科研的理論體系，比如，交通監(jiān)控視頻下的車輛檢測與跟蹤、識(shí)別與分析等相關(guān)應(yīng)用，在高速公路收費(fèi)站即將取消的新發(fā)展時(shí)期，實(shí)現(xiàn)人工智能時(shí)代的高速公路車輛全程跟蹤識(shí)別、違規(guī)預(yù)警以及疏散誘導(dǎo)等實(shí)際應(yīng)用。

（3）交通仿真系統(tǒng)開發(fā)。交通系統(tǒng)問題分析與解決方案離不開有效的交通虛擬仿真平臺(tái)，目前大多數(shù)的交通仿真平臺(tái)均應(yīng)用的是國外交通仿真軟件，比如VISSIM微觀仿真軟件和TransCAD交通工程實(shí)踐應(yīng)用軟件等。近年來也逐漸出現(xiàn)應(yīng)大力開發(fā)具有自由知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交通虛擬仿真平臺(tái)的聲音，比如東南大學(xué)王煒教授團(tuán)隊(duì)發(fā)開的交運(yùn)之星-TranStar交通規(guī)劃仿真系統(tǒng)、同濟(jì)大學(xué)孫劍教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的交通網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)（Tongji Traffic nEtwork Simulation System， TESS）。但就目前的諸多交通問題而言，能夠適應(yīng)我國交通系統(tǒng)運(yùn)行特征的仿真平臺(tái)建設(shè)任重道遠(yuǎn)，而各類系統(tǒng)軟件開發(fā)相關(guān)教材數(shù)量較多，并不能有效服務(wù)于交通工程專業(yè)。因此，有必要建設(shè)《交通仿真系統(tǒng)開發(fā)》教材，將軟件開發(fā)技術(shù)與我國交通工程運(yùn)營特征緊密結(jié)合，服務(wù)于交通工程專業(yè)虛擬仿真平臺(tái)的教學(xué)與科研建設(shè)。

3 課堂教學(xué)改革

傳統(tǒng)課程教學(xué)一般是PPT和板書相結(jié)合的方式，在人工智能環(huán)境下，這種課堂教學(xué)模式將難以全面表述交通工程+人工智能的教學(xué)要求，因此有必要結(jié)合交通工程+人工智能教材體系探索合適的課堂教學(xué)改革。

（1）被動(dòng)式灌輸?shù)街鲃?dòng)式學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式大多是被動(dòng)式灌輸，難以讓每一位學(xué)生切實(shí)融進(jìn)到課堂教學(xué)中，針對(duì)交通工程+人工智能教材課程體系，可以探索學(xué)生由被動(dòng)式灌輸?shù)街鲃?dòng)式學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)改革。課堂教學(xué)模式可將全班分組，針對(duì)某一人工智能技術(shù)能否應(yīng)用至交通工程實(shí)踐、如何解決交通工程實(shí)際問題、預(yù)期將得到什么結(jié)果以及什么樣的改進(jìn)等方面，各分組協(xié)作合作，對(duì)此進(jìn)行開展討論式教學(xué)，必要時(shí)也可組織課堂辯論，讓學(xué)生真正融進(jìn)交通工程+人工智能課堂教學(xué)中，以提高課堂教學(xué)氛圍以及教學(xué)質(zhì)量。

（2）教室教學(xué)到企業(yè)教學(xué)的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，均是在教室開展教學(xué)工作，而在人工智能時(shí)代，教室將不再是唯一教學(xué)地點(diǎn)，在產(chǎn)學(xué)研發(fā)展的同時(shí)，將人工智能做到極致的大型企業(yè)將會(huì)是教學(xué)工作開展的目標(biāo)地點(diǎn)，可探索在產(chǎn)學(xué)研的同時(shí)，將交通工程+人工智能課堂由傳統(tǒng)單一的教室搬到企業(yè)內(nèi)部，借助于企業(yè)在人工智能技術(shù)開發(fā)方面的優(yōu)勢，以案例分析的方式，向?qū)W生全面展示人工智能在解決交通工程問題時(shí)的優(yōu)勢與潛力，通過案例展示效果，讓學(xué)生真實(shí)地感受交通工程+人工智能教學(xué)改革的必要性和重要性，以及培養(yǎng)學(xué)生對(duì)交通工程+人工智能課程體系的興趣以及自由探索問題的創(chuàng)新能力。

4 課程考核方式

傳統(tǒng)課程教學(xué)結(jié)束后，往往應(yīng)用考卷或者課程論文的方式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核，但這種課程考核方式將無法充分體現(xiàn)學(xué)生對(duì)交通工程+人工智能的掌握程度。在交通工程+人工智能的教學(xué)改革中，對(duì)學(xué)生的課程考核應(yīng)當(dāng)探索式地增加案例實(shí)踐這一新的考核方式。交通工程+人工智能的案例實(shí)踐考核方式將不再簡單地完成一篇課程論文，而是深入實(shí)踐，應(yīng)用交通工程+人工智能教學(xué)中所學(xué)到的某項(xiàng)人工智能技術(shù)，探索式地去解決1-2個(gè)交通工程實(shí)際問題，同時(shí)配有課程論文報(bào)告，但課程論文報(bào)告內(nèi)容應(yīng)當(dāng)側(cè)重于在解決實(shí)際交通工程問題時(shí)遇到的困難、如何解決這些困難的、以及對(duì)理論課程知識(shí)的良性反饋等方面。這一課程考核方式將為解決理論與實(shí)際脫節(jié)的難題提供新途徑，切實(shí)讓學(xué)生學(xué)有所用、多方位掌握交通工程+人工智能教材知識(shí)體系。

5 結(jié)語

交通工程專業(yè)具備大行業(yè)背景和綜合性學(xué)科的特征，人工智能可進(jìn)一步促進(jìn)交通工程專業(yè)建設(shè)、擴(kuò)展交通工程專業(yè)就業(yè)面以及加強(qiáng)交通工程專業(yè)理論體系建設(shè)，因此，交通工程+人工智能的提出與發(fā)展順應(yīng)國家對(duì)人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略，探索交通工程+人工智能教學(xué)改革顯得十分必要，本文從教材體系建設(shè)、課堂教學(xué)改革與課程考核方式三個(gè)方面論述了交通工程+人工智能教學(xué)改革，為人工智能時(shí)代下的交通工程專業(yè)建設(shè)提供參考。

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