智能网联汽车应用核心课程体系设计与实践探索

徐成 马楠 朱冰 田霖 徐歆恺

（1 北京联合大学北京市信息服务工程重点实验室，北京，100101；2 北京工业大学，北京，100124；3 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，长春，130015；4 中科院计算技术研究所，北京，100094）

0 引言

随着5G 互联网普及，智能网联汽车已成为全球汽车行业发展的必然趋势。激光雷达技术、图像感知技术、车联网技术、智能计算平台和高精度地图技术等作为全球智能网联汽车研究的主要热点，构成了全球无人驾驶发展的核心产业[1-3]。我国《智能汽车创新发展战略》明确提出：“深化产教融合，鼓励企业与高等院校合作开设相关专业，协同培养具有创造性的中青年科技人才、管理人才和高级技工”，这说明智能网联汽车技能人才培养已经成为国家产业发展战略的重要组成部分，也是汽车职业教育发展的战略方向和高职院校升级转型的重大机遇。面对如此形势，高等职业教育如何适应国内产业升级，培养出适合未来市场需求的专业人才迫在眉睫。

智能网联汽车的英文是“Intelligent Connected Vehicle”，简称ICV，是车联网与智能车的有机联合，是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，融合现代通信与网络技术，实现车与人、车、路、后台等智能信息交换共享，实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。智能网联汽车行业应用技术核心课程体系，培养学生掌握智能车辆与智能交通系统的基本理论与分析方法，让学生深刻理解智能汽车的关键技术及其与传统汽车在构成、运行等方面的异同，进而培养学生对未来智能交通系统架构的深刻认识。

智能网联汽车应用核心课程应基于产教融合校企育人思想，学校按照课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接的要求，通过行业企业高校调研，梳理和调整专业课程体系，改革课程教学内容。该课程体系要求打破产业系统和教育系统间壁垒，形成目标导向、需求导向、问题导向、能力导向式的教育教学模式，系统优化学生的知识和能力体系，注重学生综合能力的培养。

智能网联汽车的应用发展是通信手段与智能驾驶技术不断融合、不断深化的过程，如图1 所示，其发展过程可划分为初始期、导入期、发展期、推广期、成熟期和深化期六个阶段。目前智能网联汽车技术处于推广期，本阶段也是大量智能网联汽车应用落地阶段，具体发展趋势为车车协同、车路协同、车辆感知、智能交通及车载信息一体化。根据目前智能网联汽车的发展方向和标准实施现状，未来深化期将建立完备的车联网智能网络，实现车辆自动驾驶；未来智能网联汽车标准的发展方向应涵盖车辆远程服务、碰撞危险报警系统、车路协同、信息交换标准和安全规范等。

图 1 智能网联汽车发展过程和技术趋势

1 国内外智能网联汽车研究现状

智能网联汽车是在新科技革命带动下，汽车工业转型升级的战略方向和未来社会生态建设的必然选择，正引发全球汽车产业的新一轮角逐[4-6]。全球多个国家和地区通过制定国家战略推动智能网联汽车发展，加快产业布局，制定发展规划，通过产业政策、技术研发、标准法规等加快推动产业进程。

欧盟高度关注智能化和网联化驾驶领域的推进及合作，发布了《ITS 发展行动计划》；日本政府将自动驾驶和车辆通信作为重要方向，通过《先进安全汽车》《ITS 技术发展路线图》《SIP 自动驾驶系统研究开发计划》等项目，推进基础技术以及协同式系统相关领域的开发[7-10]；我国智能网联汽车战略近年密集出台，从《智能汽车创新发展战略》到《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》，再到《智能网联汽车技术路线图2.0》，产业迎来蓬勃发展期。

当前，我国汽车行业中高端人才地区分布集中度高，近半数人才聚集在华东地区，行业在上海、重庆、苏州、宁波、杭州、武汉等城市吸纳中高端人才。在人才专业分布中，计算机类专业已成为占比最高的专业，电子信息类和自动化类毕业生也逐渐成为智能网联汽车研发人员中的主力军。研发人员涉及的技术领域主要集中在决策控制、系统设计/集成、网络通信、云基础平台等，且均需要IT相关知识。行业调查显示，2020 年智能网联汽车新增产值约3100 亿元，2025 年将进一步提升至8000 亿元。产业的大发展带来了巨大的人才需求，高职院校面向智能网联汽车行业设立的汽车智能技术专业（610107）具有响应政策号召、服务行业快速发展的实际意义。根据中国职业教育学会的统计数据，全国设置备案了汽车智能技术专业的高等职业学校2018年是24 家，2019 年增加到62 家，2020年则达到了115 家[11-14]。智能网联汽车岗位需求产生新变化，在“车—管—云”三个领域，新增岗位类型包括：汽车装配、标定、改装、测试类；电子类、通信类、智能终端应用类；算法类、软件类、地图类、信息安全类、数据分析类、软件测试类。

图 2 智能网联汽车技术与课程体系框架

我国智能网联汽车正在政策的引导下逐渐建立市场体系，国内院校也应作出积极的应对：

1）精心设计实训课程。在职业教育阶段，实操训练是确保教学质量的关键环节，合理设计实训项目能较为形象有趣地向学生展示原本深奥枯涩的自动驾驶原理。

2）优化师资队伍结构。汽车智能技术专业是一个跨越汽车、机械电子以及信息技术等多学科领域的新专业，原有车辆工程学科为主的师资队伍难以满足专业教学需求，需要做好内培外引工作。学校相关专业应优先支持鼓励部分原有专业教师通过参加中长期培训、去名校做访问学者、自学等途径实现专业知识与技能的转型升级。同时，学校也应积极申请相关人才引进政策，重点引进在人工智能、自动驾驶领域有学术造诣、最好能有相关行业工作经验的新教师充实原有师资队伍。

2 智能网联汽车行业应用核心课程体系构建

笔者团队秉持“理论铺垫→课程体系构建→技术支撑”的总体设计框架，构建“智能网联汽车应用核心课程体系设计与实践探索”理论支撑，团队人员在相关的软件工程、机器人工程、电子信息工程等专业进行试讲授课，着重培养能够完成汽车相关软硬件设计的专业型人才。

智能网联汽车由于功能性和技术复杂度的提升，明显丰富了传统的汽车产业链，加入人工智能、信息通信、网络安全、计算机技术等板块，使诸多具备软件开发技术优势的企业并入后备工作人员的需求中。

2.1 课程体系内容构建

汽车技能型人才的培养往往采用理论加实训的方式进行，理论通常是老师面对面传授知识，实训则比较依赖场地和设备。然而，智能网联汽车的研发多数是在电脑上进行仿真训练和算法应用，利用在线教育的方式进行人才培养将成为重要的方向。

智能网联汽车行业应用技术核心课程体系以项目为中心，学习者在老师引导下，围绕真实工作案例本身，逐步打造出属于自己的项目成果。培养人才课程主要聚焦在知识和技能两个方面，技能的提升则需要大量实际操作才能有成效。本课题将真实工作任务作为课程教学环节，学生既可以了解未来从事研发工作的真实工作场景，熟悉需要完成的任务，接触其中的难点，又可以通过项目制学习，相互启发，快速获取跨学科的知识，从而培养其协同、思考能力，并激发创新理念。

智能网联汽车技术与课程体系框架如图2 所示，包括三横三纵，融合自主式智能汽车与网联式智能汽车的技术优势。其中，“三横”指车辆和设施、信息交互与基础支撑三大类关键技术；“三纵”指支撑智能网联汽车发展的车载平台、物联网场景终端与云端服务。课程具体内容包括以下几个方面。

1）环境感知技术。包括基于机器视觉的图像识别技术，基于雷达(激光、毫米波、超声波)的周边障碍物检测技术，多源信息融合技术，传感器冗余设计技术等。

2）人工智能（决策）技术。包括危险事态建模技术，危险预警与控制优先级划分，群体决策和协同技术，局部轨迹规划，驾驶员多样性影响分析等。

3）嵌入式软件（控制）技术。包括面向驱动/制动的纵向运动控制，面向转向的横向运动控制，基于驱动/制动/转向/悬架的底盘一体化控制，融合车联网(V2X)通信及车载传感器的多车队列协同和车路协同控制等。

4）智能网联（V2X）通信技术。包括车辆专用通信系统，实现车间信息共享与协同控制的通信保障机制，移动自组织网络技术，多模式通信融合技术等。

5）云平台与大数据技术。包括智能网联汽车云平台架构与数据交互标准，云操作系统，数据高效存储和检索技术，大数据的关联分析和深度挖掘技术等。

6）信息安全技术。包括汽车信息安全建模技术，数据存储、传输与应用三维度安全体系，汽车信息安全测试方法，信息安全漏洞应急响应机制等。

7）高精度地图与高精度定位技术。包括高精度地图数据模型与采集式样、交换格式和物理存储的标准化技术，基于北斗地基增强的高精度定位技术、多源辅助定位技术等。

8）标准法规。包括智能网联汽车整体标准体系以及设计汽车、交通、通信等各领域的关键技术标准。

9）测试评价。包括智能网联汽车测试评价方法与测试环境建设等。

2.2 课程体系建设难点

智能网联汽车专业课程体系的构建需要围绕行业岗位需求，改革的关键问题在于能否培养专业智能网联汽车的对口专业人才，课程团队在实践过程中发现以下几点问题，正成为新专业教学改革的瓶颈。

1）师资队伍问题。智能网联汽车人才的匮乏是全行业的问题，具备博士学历的高层次人才更为匮乏。在现有条件下，地方高校组建专业的教学团队障碍较多。

2）课程体系设置问题。当前，全国可供借鉴的智能网联汽车专业课程体系设置经验较少，智能网联汽车专业培养大纲和课程体系的制定是需要认真创新研究的关键内容。

3）教材问题。智能网联汽车相关的现有书籍侧重技术概述，系统性专业教材丛书较少，教学资料储备困难。

4）实践设备问题。对于智能网联汽车专业实践课程，在实践设备方面面临两点主要问题：一是与智能网联汽车有关的软硬件设备都较为昂贵，需要投入的实践设备建设资金较多；二是市面上缺乏适用于智能网联汽车本科生培养的实践教学设备。

3 核心课程体系设计与实践探索

3.1 智能网联汽车师资队伍内部挖掘和培养

结合各高校学科设置和教师专业特色，组建多学科教学团队以满足部分课程开设师资要求。对于校内人员无法满足师资要求的新增课程，通过出国进修或企业实践的形式培养专业师资力量。笔者团队长期围绕智能网联汽车交互领域开展研究，主持北京高等教育本科教学改革创新项目“智能化时代机器人领域应用型创新人才培养研究”、教育部产学合作协同育人项目“新工科背景下智能交互技术课程建设”验收校内评价排名第一。团队2019 年出版“十三五”国家重点出版规划教材《智能交互技术与应用》；2020 年与企业共建15 辆实体模型车的智能交互实践教学平台；2021 年研发车辆虚拟交互仿真平台，解决了线上实践教学的载体问题，并有多项研究充实在线教学。

3.2 专业规划与人才培养方案

与企业共同讨论智能网联汽车人才需求方向和专业建设方案，研究符合地方和学校实际情况的专业建设特色方向和人才定位，联合制定适合地方高校本科生层次理解和掌握的理论课程和实践课程。

本团队2018 年“以科学任务引导、用载体汇聚专业培养智能机器人应用创新人才”获北京市教学成果二等奖，后续成果获得学校2019 年教学成果一等奖，2020 年教学成果二等奖和“云教学同向同行”优秀课程案例一等奖。

3.3 智能网联汽车实践设备产学联合开发

如图3 所示，智能网联汽车实践设备产学联合教学平台在实践课程联合制定的基础上，本团队与相关企业共同讨论和开发满足实践教学要求和目标、单台设备成本低、占地面积小、综合利用率高、可应用于智能网联汽车相关大学生学科竞赛的实践设备。

图3 机器人学院智能网联汽车实践设备产学联合教学平台

3.4 人才实习和就业

本团队深度开展智能网联汽车全产业链的调研与交流，进一步找准人才需求定位，建设产学联合实习和就业推荐机制。

4 结论

随着人工智能、物联网、大数据、信息通信等技术的快速发展,汽车与电子、通信、互联网等领域加快融合,智能网联汽车已经成为全球新一轮产业竞争的制高点。本课程体系建设团队根据智能网联汽车全产业链的调研，进行行业发展的精准定位；团队建立智能网联汽车实践设备产学联合教学平台，以应用市场及前沿技术为导向明确产品的形式内容；探索行业发展布局，对传统专业进行转型升级，培养能更好符合市场需求的高技能应用型人才，促进学校内涵式建设与发展。