汽车智能计算机控制技术课程实践教学改革

摘 要：汽车产业新四化发展，对汽车服务工程专业人才在解决工程问题的实践能力提出了新要求，但现阶段仍存在汽车智能计算机控制技术实践教学在内容上与理论教学不同步、对车联网等赋能元素的融和度不足、对国家“双创”战略支撑度不足三大问题。为此通过汽车智能计算机控制技术实践教学改革研究，提出五融合实践教学定位、基于三大关系的实践教学生态体系、融合工程问题的实践教学模式和内容改革示范，以期培养学生解决汽车、交通领域难题的创新思维能力和工程实践能力。

关键词：智能汽车；计算机控制技术；实践教学改革；实践教学定位；生态体系

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）30-0140-04

Abstract： With the development of New-Four-Modernizations in automotive industry， new requirements are urged for talent majored in automotive supporting engineering， in terms of practice ability to solve engineering problems. However， for intelligent automotive computer control technology， current practice teaching adopts new contentsin contrast to theoretical teaching， insufficiently integrates internet of vehicles， and lacks support on national innovation and entrepreneurship strategy. To this end， a practice teaching reform of intelligent automotive computer control technology was investigated. Firstly， a five-factor-integration oriented practice teaching aim for intelligent automotive computer control technology was proposed. Then， a practice teaching eco-system was established based on three relationships. Finally， a reform demonstration with matched practice teaching mode and content is presented with integration of engineering problems. This study can cultivate students innovative thinking and engineering practice ability to address automotive and transportation engineering problems.

Keywords： intelligent automobile; comp6A8r8w+jXkh8M5iYZaBQqQ==uter control technology; practice teaching reform; practice teaching aim; eco-system

基金项目：长安大学2023年中央专项资金本科教学建设项目“汽车服务工程专业认证持续改进”（300104232202）；长安大学教育教学改革专项“汽车服务工程国家一流专业建设”（300103230030）；长安大学教育教学改革专项“智能车辆工程专业建设”（300103230052）

第一作者简介：辛琪（1987-），男，汉族，陕西咸阳人，工学博士，副教授。研究方向为汽车辅助驾驶与自动驾驶控制技术，智能交通控制技术。

汽车智能计算机控制技术是汽车服务工程专业学生掌握微控制器MCU、总线、传感器、场景感知、行为决策、轨迹规划和电机控制等技术的重要课程，可为其开展无人驾驶、多车协同、车路协同奠定坚实基础。当前交通强国战略加快实施，以电动化、智能化、网联化和共享化为特征的“新四化”浪潮正在重构汽车产业面貌。在该背景下开展汽车智能计算机控制技术实践教学改革研究，对培养汽车、交通领域拔尖创新人才具有重要意义。

一 汽车智能计算机控制技术实践教学现状

在汽车智能计算机控制技术实践教学改革探索相关研究方面，吉林大学[1]指出汽车发展目标是自动化、智能化、节能化和环保化，而计算机控制是未来汽车工业的关键技术。为确保教学效果，吉林大学[2]在汽车服务工程本科毕业设计教学实践中，要求学生综合使用机械设计、计算机仿真分析等知识和工具完成毕业论文。同济大学[3]研究了汽车诊断及数据实验课建设，建议面向应用和实际、强调创新和团队合作意识，培养学生全面工程师素养。东南大学[4]分析了理论教学与实践教学的协作关系，并从PID控制算法分析、Matlab验证PID控制律及水箱液位PID控制调试三个方面进行实践教学，促进了学生对知识点的融会贯通。西安电子科技大学[5]的计算机控制技术教学改革，指出加强实践教学比重，通过现代教育技术、案例教学与合作学习并重等教学模式改革，深刻影响教学效果。东北大学[6]指出要求学生完成从方案选择、硬件组成、算法设计、软件编程到调试通过的实践系统全过程开发，对提高计算机控制技术课程教学质量具有重要意义。西北农林科技大学[7]围绕建立学生主动学习，培养其分析和解决问题能力、理论联系实际能力，并从采用项目教学、引入系统仿真、创建教学条件和重新制定考核等开展计算机控制技术教学改革，获得了良好教学效果。电子科技大学[8]的机电系统协同仿真实践教学，采用Matlab与ADAMS对机电系统进行直观建模和结果可视化，帮助学生加深对机电系统控制技术的理解，并激发其学习兴趣。此外，电子科技大学[9]建议从改革教学手段、做好启发式/讨论式教学、注重学以致用、改革教学内容、科研反哺教学、有计划地开展教学研究、建设学科交叉型教学队伍、改革考试方法和内容及转变考核思想等方面进行计算机控制系统教学改革。山东理工大学[10]针对面向应用人才培养的物联网系列课程改革，建议将学生实践能力培养和专业课程教学深度融合，重点对课堂教学模式和考核方法进行改革和实践。

综上所述，现有研究多集中于计算机控制课程部分实践内容的改革和教学模式改革，很少融合汽车、交通工程问题培养学生创新思维和工程实践能力，此外，对实践教学定位和体系的研究也较少。同时结合长安大学实际，发现现阶段汽车智能计算机控制技术实践教学仍存在以下亟待解决的教学问题。

在内容上与理论教学不同步。理论教学中吸纳了ESC、ISA、FCW、LDW、CC/ACC/CACC和GLOSA等无人驾驶、智慧交通方面新内容，但受限于实验条件，尚未将其纳入实践教学中。

对车联网等赋能元素的融和度不足。传统实践教学很少涉及基于CAN总线、工业以太网、C-V2X、视频/雷达等的车路协同技术，不利于培养学生跨学科融合创新能力。

对国家“双创”战略支撑度不足。传统实践教学很少启发学生运用传感器、物联网、计算机、自动化、大数据和人工智能等技术解决汽车“新四化”全链条工程问题以及智能网联汽车与智慧城市“双智”融合发展的工程问题，不利于培养学生的创新思维和实践能力。

二 实践教学定位和体系

从“教学主体、培养目标、教学活动、坚持原则”四大维度设计了汽车智能计算机控制技术课程调查问卷，并面向汽车、交通类本科生、专业教师、车企工程师、交通企事业工程师进行调研。通过数据分析和资料整理，建立“五融合”的实践教学定位和基于三大关系的实践教学生态体系。

（一） “五融合”实践教学定位

实践教学定位围绕“创新思维养成、创业能力训练、创造精神培养”三创实践教学任务，坚持“理工融合、产教融合、学做融合、思创融合、工素融合”五融合原则，培养汽车、交通领域拔尖创新人才。其中，“五融合”的具体内涵主要包括以下内容。

1 “专业理论+工程实践”相融合（理工融合）

高达81%的调研对象认为实践教学应坚持“专业理论+工程实践”相融合的原则。汽车智能计算机控制技术实践教学是学生与教师协作，运用专业理论解决汽车、交通工程问题的主战场，为此需在实践教学中新增基于MCU的智能小车综合控制、基于视频的交通目标检测与跟踪、基于激光雷达的运动车辆轮廓尺寸检测、GLOSA等工程实践内容。

2 “实践教学+汽车产业”相融合（产教融合）

高达85%的调研对象认为实践教学应坚持“实践教学+汽车产业”相融合的原则。物联网、新能源、场景感知、人工智能和大数据等新技术在汽车、交通产业的跨界应用，给其带来了前所未有的大变革，为此需通过融入线控底盘、车路协同、无人驾驶和智慧交通等新技术与时俱进地将科研一线实际问题和解决方案纳入实践教学。

3 “专业培养+创新活动”相融合（学做融合）

实践教学是人才培养的关键环节，主要培养学生分析问题、使用现代工具的能力。为此实践教学需与课程设计、学科竞赛、实习实践和毕业设计等实践活动相结合，通过虚拟仿真、半物理试验、微缩试验等等效试验和实车封闭场地试验拓展学生发现工程问题的机会。如通过构建智能交通微缩沙盘，让学生感受和发现智能交通系统中存在的科研难题，激发其探索未知的兴趣。

4 “思政教育+创业大赛”相融合（思创融合）

思政教育进课堂是回答教育为谁培养人的重要途径。当前我国在电动汽车、通信技术、人工智能等领域已处于世界前列。我们唯有胸怀人类命运共同体信念，把握提升人民幸福感征程中的重大创业机遇，方能逐步实现中国梦。为此实践教学需结合交通强国、“碳中和碳达峰”等国家战略，深挖创业机遇，为学生进行科技成果孵化转化答疑指路。

5 “工程应用+学生素质”相融合（工素融合）

优秀工程师需具备扎实学科专业知识、理论和技能，自我学习能力和创新能力强，态度乐观积极，承受失败和挫折能力强。为此实践教学需结合案例式教学、创客教学、项目驱动教学等多种教学模式，为学生理解工程应用的全链条问题创设环境，并通过翻转课堂等启发式教学，培养学生过硬的专业素质和健康的心理素质。

（二） 基于三大关系的实践教学生态体系构建

实践教学体系中存在三大主要关系，即支撑反馈关系、同研同学关系、相辅相成关系。调研发现这三大关系对汽车智能计算机控制技术实践教学的重要性均高于63%。

1 实践教学与创新创业的支撑反馈关系

实践教学可支撑学生开展创新创业活动，且创新创业活动的开展也可为实践教学改革提供方向。为此通过梳理智能汽车竞赛、交通科技大赛、“互联网+”、挑战杯、数学建模竞赛、电子设计竞赛和大创项目等学科竞赛和创业活动中的实际问题，通过创设自动驾驶、智能交通等实际和虚拟情境，让学生理解研究情境，启迪其发现科研问题，明确解决该问题给车主、企业、社会和政府的收益，并引导其将问题转化和分解为已掌握的自然科学或工程技术子问题进行方案设计；再通过对方案中的软硬件架构的指导，带领学生优化方案；最后以学生为主体完成样机试制和改进。此外，鼓励支持参加实践教学的学生开展创新创业活动，有利于将创新创业中的实际问题反馈给实践教学教师。

2 教研并重教师与创新创业学生的同研同学关系

传统的以教学型教师为主体的讲授型教学属于守成型教育，不利于培养学生的创新思维。为此在实践教学中要积极推进案例式教学、创客教学、项目驱动教学等多种模式的合理应用。通过引入斯金纳“正强化、负强化”教育理念，调动学生主动学习知识、理论、工具的积极性，构建以学生主动学习为主，以教师个性指导为辅的培养关系。此外，为保障教学内容与时俱进、充分融入前沿知识和技术，需要求学生在学习实践教学内容的同时，积极参与教研并重教师科研项目，和教师一起探索前沿科技问题的研究方案、技术路线、系统开发和综合测试，进而建立教师和学生探索前沿科技问题的合作进步关系。

3 教学模式与内容的相辅相成关系

教学模式与内容的有效匹配，有助于提高学生学习效果。通过研究教学活动属性，将汽车智能计算机控制技术教学活动划分为理论教学、基础实验、专业实验和课程设计四类。调查分析发现翻转课堂教学对四类教学活动适应度较低，相比而言较适合在理论教学中培养学生创新思维能力；案例式教学在基础实验和理论教学中的适应度高居榜首；创客教学对四类教学活动适应度较低，相比而言较适合在专业实验中培养学生发现和解决工程问题的能力；项目驱动教学在专业实验和课程设计中的适应度高居榜首。为此在所有教学活动中应重点结合案例式教学、项目驱动教学，同时在理论教学中适当采用翻转课堂教学，在专业实验中适当采用创客教学。

三 融合工程问题的实践教学模式和内容改革

表1给出了汽车智能计算机控制技术实践教学模式与内容的改革示范，所涉及教学模式可按以下方式开展。

（一） 案例式教学

以将ACC、LKA实验简化为电机控制实验为例进行案例式教学。通过分发实验设备、任务、程序和PPT等，让实验小组通过查找资料、文献分析，了解电机控制在ACC、LKA中的作用及在设计、实现、使用中的存在问题，引导学生讨论实验方案，教师根据讨论情况，以重难点为牵引指导学生完成实验任务，培养其创新思维和解决问题能力。

（二） 翻转课堂教学

结合表1中融合案例进行翻转课堂教学。提前给学生发布教学PPT、演示视频，并布置作业，让学生自主学习并基于“感知+决策+控制”架构探索解决方案。教师根据解决方案记录学生对主要知识点的掌握情况，在课堂上进行有组织讨论，并根据讨论结果进行重难点指导，提高学生学以致用能力。

（三） 创客模式教学

以基于激光雷达的车辆轮廓尺寸测量系统开发为例设计创客教学。通过腾讯会议、视频、微课和虚拟仿真等方式创设JyO39bNgQDoKwPtTC9PvMw0OK8Ilp5i9W0xx0GB2Qxg=高速公路治超研究情境，启迪学生查找资料，关联已学知识并补充点云数据读取、标定、平面提取、滤波、聚类、包围框求解、轮廓尺寸计算以及HMI开发等新知识，建立测量系统软硬件解决方案，并进行实验验证和算法改进，有助于培养学生科研素养，实现专业知识与实践能力的紧密结合。

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（四） 项目驱动教学

以智能小车自动驾驶功能开发为例设计项目驱动教学。采取小组合作研究模式，带领学生完成自动驾驶功能的开发和验证。通过下发任务书，讲解关键技术，引导学生合作查阅文献、构建项目实施方案，结合学生特长进行项目成员分工（硬件方案设计和开发、软件算法设计、软件程序开发、综合功能和性能测试、总体进度协调和课程设计报告撰写），制定进度计划、以奖惩为导向的进度保障制度，推动任务落实。在该过程中坚持“学生中心、教师为辅”的理念，通过合作研究培养学生项目组织能力和团队协作能力。

四 结束语

针对当下汽车智能计算机控制技术实践教学在内容上和理论教学不同步、对车联网等赋能元素的融和度不足、对国家“双创”战略支撑度不足三大问题，提出了“五融合”实践教学定位、基于“三大关系”的实践教学生态体系、融合工程问题的实践教学模式和内容改革示范。未来将以OBE教育理念为导向，探索教学模式与内容的匹配关系，持续提升学生解决汽车、交通领域难题的创新思维和工程实践能力，助力拔尖创新人才培养。

参考文献：

[1] 杜鑫.计算机控制在当代汽车中的重要应用[J].科学与信息化，2016（2）：73-74，76.

[2] 徐观，陈熔.汽车服务工程本科毕业论文教学模式实践与案例分析[J].当代教育实践与教学研究：电子刊，2017（4）：214-215.

[3] 孟庆雨，靳文瑞.基于德国FH教育模式的汽车诊断技术实验课程建设[J].实验室研究与探索，2016，35（3）：201-204，270.

[4] 余雷，张茂青，费树岷.“计算机控制技术”课程PID控制部分的教学[J].电气电子教学学报，2012，34（2）：104-106.

[5] 陈义，王征.计算机控制技术课程教学模式探讨[J].时代教育，2016（17）：165-165.

[6] 顾德英，马淑华，孙文义.提高“计算机控制技术”课程教学质量的方法研究[J].电气电子教学学报，2009（6）：108-109.

[7] 杨蜀秦，郭文川.“计算机控制技术”教学改革实践[J].中国电力教育，2011（26）：94-95，99.

[8] 王洪艳，熊静琪，孙锐.机电系统协同仿真在实践教学中的应用[J].实验科学与技术，2016，14（2）：59-61.

[9] 李云霞，康波，邹见效.《计算机控制系统》教学改革思路和实践[J].实验科学与技术，2012，10（2）：70-72.

[10] 孙贤明，柳宝虎，王海华，等.面向应用型人才培养的物联网系列课程改革[J].电气电子教学学报，2019，41（3）：22-25.