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摘 要：智能网联汽车技术是面向车辆工程专业开设的专业方向课，文章基于OBE模式制定了该课程的教学目标和教学大纲，提出项目引导式专业课程教学方法，并详细设计了引导项目的具体内容和学时分配。采用模块化设计方法进行分组、分阶段学习，设计了基于Stateflow的车载总线仿真系统、基于MATLAB的车际通信仿真系统和智能网联车辆控制实践教学平台，促进学生通过项目引导式教学将理论与实践相结合，进而更好地实现教学大纲规定的教学目标和毕业要求。
关键词：项目引導式教学;智能网联汽车技术;OBE
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）29-0070-05
Abstract： "Intelligent Network Connected Vehicle Technology" is a professional course for Vehicle Engineering specialty. Based on OBE mode， the teaching objectives and syllabus of the course are formulated， and the project guided teaching method of professional course is proposed， and the specific content and class hour allocation of the guiding project are designed in detail. The modular design method is used for group learning and phased learning. The vehicle bus simulation system based on Stateflow， the inter vehicle communication simulation system based on MATLAB and the practical teaching platform of intelligent network vehicle control are designed to promote students to combine theory and practice through project-guide teaching， so as to better achieve the teaching objectives and graduation requirements specified in the syllabus.
Keywords： project guided teaching; intelligent networked vehicle; OBE
随着汽车行业逐步向电动化、智能化、网联化、共享化的趋势发展，汽车行业发生了深刻的变革，对于机械、计算机、通信等跨学科人才的需求量与日俱增，相关人才的缺口问题日益明显。在这个大形势下，车辆工程专业的相关高校积极开展了课程建设与人才培养的改革探讨[1-3]，我校2018版本科生教学大纲中因应行业发展需求，开设了智能网联汽车技术课程。
智能网联汽车技术是我校车辆工程专业一门重要的专业课程，聚焦于智能网联汽车的核心基础网络，并以此为基础建立车与车、车与人、车与路互联互通的大信息系统，在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布。目标是将学生培养成能胜任人-车-路大信息系统构建、网络数据建模与分析、应用程序开发的跨学科复合型专用人才。课程涉及的前序课程包括：电工电子技术、汽车构造、汽车理论、微机原理与接口技术、汽车电子与电器，需要学生在多门前序课程的支撑下，完成网络架构的搭建、各类型网络的协议与应用设计。且在此基础上，针对车辆的特定应用需求，进行工程问题建模，制定合理的应用方案。整个培养过程涉及工程问题抽象、通信协议理解、应用程序编制等多个不同方面，如何保证在学生开发能力达成的前提下，合理地对课程进行设计是一项具有挑战性的任务。
传统的汽车工程类专业课程大多采用知识传授型教学模式，通过课堂教学、课程作业和期末考试的形式完成知识的传授，在教学过程中，并未过多考虑学生对于知识接受程度的差异，且对学生学习后达成的工程实际能力也无法进行良好的评估。OBE是美国学者提出的一种新型教学理念[4-6]，以学生的能力达成为导向，采用反向设计的原则，以学生能力达成为出发点，由能力需求决定课程教学目标，在掌握课程基本知识点的基础上，通过合理地设置实践类项目[7-8]，培养学生针对具体工程问题应用所学知识点的能力，进而通过课程讲授、实践项目和课程考核的形式完成既定的教学任务，达成培养学生工程能力的最终目标。本课程组按照学校对于工程教育改革的要求，以学生能力输出为导向，基于OBE的智能网联汽车技术本科生课程建设，开展了相关工作。
一、基于OBE的智能网联汽车技术教学大纲设计
基于OBE理念的课程设计强调学生的能力输出，强调学生在教学活动中的参与感和获得感，并通过实践项目等新型教学方式培养学生的知识应用能力，彻底改变传统的知识传授方式。智能网联汽车技术着重讲解车联网的基本概念和网络架构，并以不同场景下的网络设计方法和开发流程为依托，构建学生针对特定车联网应用场景的分析、建模与方案设计能力。
从上述总体需求出发，结合本科生毕业要求，本课程组对智能网联汽车技术课程目标进行了优化设定，具体详见表1。
二、项目引导式教学内容设置
智能网联汽车技术课程是面向车辆工程专业高年级学生开设的专业课程，要求学生具备比较扎实的车辆构造与理论、计算机基础、通信和编程操作等知识和能力，课程涉及车辆、计算机、通信等多学科交叉，并且注重典型场景下的实际工程问题解决能力。仅仅依靠传统的理论教学是无法使学生掌握车联网的分析与设计能力的。 本课程组采用项目引导式教学方法，以项目为牵引进行教学内容的设置，将具体知识点与实践项目进行整合，提出建立“实践项目+课程讲授”的专业课程教学方法，以车联网为主线，将课程内容分成绪论、车载现场总线技术、车际通信技术、智能网联汽车控制技术四大部分。在绪论学习中，以智能网联汽车的国内外发展为导引，为学生构建智能网联汽车的基本概念和基本架构;在车载现场总线技术部分，以“基于Stateflow的总线建模分析”项目为牵引，重点学习包括CAN、LIN、Flex Ray、Most、车载以太网等的车载总线基础理论和典型应用方法;在车际通信技术部分，以“基于MATLAB车际通信建模分析”項目为牵引，重点学习包括无线传感网络、无线射频识别技术、移动通信网络等的车际通信基础理论和典型应用方法;在智能网联汽车控制技术部分，以“智能网联汽车控制实践”项目为牵引，学习包括传感器配置、定位导航、路径规划、底盘运动控制等的基础理论和典型应用方法。
图1 项目引导式教学内容设计及学时安排
课程内容设置由浅入深、由仿真到实践，涵盖了理论学习、仿真分析、实车实践的开发全过程。课程内容各部分相对独立，方便学生以分组形式开展学习与合作。在32学时的课程中，安排了9学时的项目综合训练，具体安排如图1所示，包括了基于Stateflow的总线建模分析3学时，基于MATLAB车际通信建模设计3学时，智能网联汽车控制实践3学时。
三、基于Stateflow的总线建模分析
Stateflow是基于有限状态机的仿真分析软件，可以用来仿真车载总线的数据传输过程，并实现典型通信条件下的车载总线性能评价。为了开展车载总线的建模分析仿真，本课程提出基于Stateflow软件建立车载总线仿真分析系统，首先，建立总线节点模型，包括MCU（微控制器单元）、SEND（发送器模块）、LISTEN（接收器模块）;其次，在节点模型的基础上，以电动汽车通讯网络为例，构建车载总线仿真系统。
（一）节点模型
以车载总线的具体协议为基础，在每一个节点模型中，构建包括LISTEN、SEND和MCU的三个并行状态，通过事件交错触发实现对车载总线节点的模拟仿真。
根据车载总线的协议与功能定义，设计接收模块的LISTEN状态机模型如图2所示，通过状态判断进行相应的状态转移，进而实现车载总线数据的接收功能，对接收到的内容进行CRC检验，如果发现错误则发送错误帧;如果接收到的内容正确，则在ACK状态中置显性位，实现节点的成功接收。
消息发送模块模型SEND如图3所示，根据需要发送的内容及实践进行外部脚本定义，在需要发送时将对应消息写入发送缓存器等待逐位发送。
MCU模块如图4所示，该模型整合了控制器的功能，实现包括确定报文的发送时刻，查找报文是否需要接收等功能。
（二）车载网络仿真系统
为了检验学生对车载总线知识的学习情况，以电动汽车车载总线为例搭建（如图5所示）的车载网络仿真系统，该系统主要包括驱动电机控制器、整车控制器和电池管理系统三个节点，通过车载总线将三个节点进行连接，仿真系统可实现ID仲裁、报文过滤、实时等效负载率显示等功能。
依托该仿真系统，课程安排了车载总线网络建模、总线负载率分析、报文延时量测定等项目实施内容，学生可依据课程内容掌握情况进行自主学习和调整，进而完成模型建立、协议制定、数据封装、仿真测试的全过程，使得学生从实际仿真测试中完成基础理论知识的进一步强化学习。
四、基于MATLAB的车际通信建模分析
车际通信是智能网联汽车的重要学习内容，主要体现为智能网联环境下的车车互联（Vehicle to Vehicle，V2V）和车路互联（Vehicle to Road，V2R），本课程提出建立基于MATLAB的车际通信仿真系统，重点重现上述两个场景的数据内容的实际分发过程，强化对车际通信基础知识的理解。
车际通信仿真系统如图6所示，主要包括初始化模块、通信仿真模块和输出模块，考虑到教学的可接受程度，选取交通环境较单一的高速公路场景和简单的十字路口场景，利用泊松过程模拟车辆的驶入，路侧单元RSU和车载单元OBU的传输链路采用高斯信道。
依托该仿真系统，可开展多RSU协作存储、RSU传输速度与系统时延的映射、OBU与RSU通信模拟、车载用户延时评价等项目实施内容，学生可结合课程所学基础知识，进一步强化理解车际通信的过程。
五、智能网联汽车控制实践
本课程针对智能网联汽车技术课程的教学需求，设计了如图7所示的智能网联实践教学平台。
该平台采用标准化底盘+智能化上装系统的总体方案，标准化底盘通过CAN总线实现了对车辆转向、驱动、制动的控制。智能化上装系统采用毫米波雷达、激光雷达、双目摄像头、差分GPS、组合惯导的传感器配置方案，以工控机为控制核心，学生可结合课程所学内容实现对车辆通信网络架构搭建、传感器融合感知、定位导航与路径规划、路径跟踪控制、底盘综合控制等功能进行实践操作。针对本科生的学习需求，课程组拟定了包括毫米波雷达标定、激光雷达点云处理、行人视觉识别、差分GPS定位数据采集、典型路径跟踪控制5个细分内容，由学生分组完成具体设计和实践操作，所得成绩计入课程的综合评价。
六、结束语
本论文基于OBE模式制定了智能网联汽车技术课程的教学大纲，建立了课程教学目标与毕业要求指标点之间的对应关系，明确了课程对毕业指标的支撑作用。在课程教学实施中，以实践项目为牵引，采用项目实践和内容讲授相结合的方式，让学生在学习基础知识和基础理论的同时，通过仿真、编程、实践等方式加强对所学知识的理解。通过课程考核和项目完成情况对学生的课程完成度进行综合评价，提升学生对专业课程的学习认知水平，达到教学大纲要求的预期学习目标，进而良好支撑毕业要求的指标点。
参考文献：
[1]盘朝奉，陈龙，江浩斌，等.新能源汽车战略目标下车辆工程创新人才培养模式探讨[J].教育现代化，2017，4（49）：1-3+6.
[2]姚嘉，卢伟，匡兵，等.车辆工程专业教学改革面临的问题与思考[J].中国管理信息化，2020，23（5）：206-208.
[3]耿国庆，朱茂桃，江浩斌，等.新工科背景下高校车辆工程专业教学改革探讨[J].新课程研究，2019（5）：56-57.
[4]樊继东.OBE模式下BOPPPS模组在工程类课程教学中的应用——以汽车电子与控制教学实践为例[J].大学教育，2020（2）：90-94.
[5]李冠霖.以工程教育认证OBE理念位指导的三层次创新创业育人体系探究[J].教育现代化，2019（83）：21-22+25.
[6]吴秋凤，李洪侠，沈杨.基于OBE视角的高等工程类专业教学改革研究[J].教育探索，2016（5）：97-100.
[7]夏国萍.基于实践能力培养的工程教育课程改革——以昆士兰大学项目中心型课程为例[J].北京航空航天大学学报（社会科学版），2019，32（3）：135-142.
[8]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：29-34+70.
关键词：项目引導式教学;智能网联汽车技术;OBE
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）29-0070-05
Abstract： "Intelligent Network Connected Vehicle Technology" is a professional course for Vehicle Engineering specialty. Based on OBE mode， the teaching objectives and syllabus of the course are formulated， and the project guided teaching method of professional course is proposed， and the specific content and class hour allocation of the guiding project are designed in detail. The modular design method is used for group learning and phased learning. The vehicle bus simulation system based on Stateflow， the inter vehicle communication simulation system based on MATLAB and the practical teaching platform of intelligent network vehicle control are designed to promote students to combine theory and practice through project-guide teaching， so as to better achieve the teaching objectives and graduation requirements specified in the syllabus.
Keywords： project guided teaching; intelligent networked vehicle; OBE
随着汽车行业逐步向电动化、智能化、网联化、共享化的趋势发展，汽车行业发生了深刻的变革，对于机械、计算机、通信等跨学科人才的需求量与日俱增，相关人才的缺口问题日益明显。在这个大形势下，车辆工程专业的相关高校积极开展了课程建设与人才培养的改革探讨[1-3]，我校2018版本科生教学大纲中因应行业发展需求，开设了智能网联汽车技术课程。
智能网联汽车技术是我校车辆工程专业一门重要的专业课程，聚焦于智能网联汽车的核心基础网络，并以此为基础建立车与车、车与人、车与路互联互通的大信息系统，在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布。目标是将学生培养成能胜任人-车-路大信息系统构建、网络数据建模与分析、应用程序开发的跨学科复合型专用人才。课程涉及的前序课程包括：电工电子技术、汽车构造、汽车理论、微机原理与接口技术、汽车电子与电器，需要学生在多门前序课程的支撑下，完成网络架构的搭建、各类型网络的协议与应用设计。且在此基础上，针对车辆的特定应用需求，进行工程问题建模，制定合理的应用方案。整个培养过程涉及工程问题抽象、通信协议理解、应用程序编制等多个不同方面，如何保证在学生开发能力达成的前提下，合理地对课程进行设计是一项具有挑战性的任务。
传统的汽车工程类专业课程大多采用知识传授型教学模式，通过课堂教学、课程作业和期末考试的形式完成知识的传授，在教学过程中，并未过多考虑学生对于知识接受程度的差异，且对学生学习后达成的工程实际能力也无法进行良好的评估。OBE是美国学者提出的一种新型教学理念[4-6]，以学生的能力达成为导向，采用反向设计的原则，以学生能力达成为出发点，由能力需求决定课程教学目标，在掌握课程基本知识点的基础上，通过合理地设置实践类项目[7-8]，培养学生针对具体工程问题应用所学知识点的能力，进而通过课程讲授、实践项目和课程考核的形式完成既定的教学任务，达成培养学生工程能力的最终目标。本课程组按照学校对于工程教育改革的要求，以学生能力输出为导向，基于OBE的智能网联汽车技术本科生课程建设，开展了相关工作。
一、基于OBE的智能网联汽车技术教学大纲设计
基于OBE理念的课程设计强调学生的能力输出，强调学生在教学活动中的参与感和获得感，并通过实践项目等新型教学方式培养学生的知识应用能力，彻底改变传统的知识传授方式。智能网联汽车技术着重讲解车联网的基本概念和网络架构，并以不同场景下的网络设计方法和开发流程为依托，构建学生针对特定车联网应用场景的分析、建模与方案设计能力。
从上述总体需求出发，结合本科生毕业要求，本课程组对智能网联汽车技术课程目标进行了优化设定，具体详见表1。
二、项目引导式教学内容设置
智能网联汽车技术课程是面向车辆工程专业高年级学生开设的专业课程，要求学生具备比较扎实的车辆构造与理论、计算机基础、通信和编程操作等知识和能力，课程涉及车辆、计算机、通信等多学科交叉，并且注重典型场景下的实际工程问题解决能力。仅仅依靠传统的理论教学是无法使学生掌握车联网的分析与设计能力的。 本课程组采用项目引导式教学方法，以项目为牵引进行教学内容的设置，将具体知识点与实践项目进行整合，提出建立“实践项目+课程讲授”的专业课程教学方法，以车联网为主线，将课程内容分成绪论、车载现场总线技术、车际通信技术、智能网联汽车控制技术四大部分。在绪论学习中，以智能网联汽车的国内外发展为导引，为学生构建智能网联汽车的基本概念和基本架构;在车载现场总线技术部分，以“基于Stateflow的总线建模分析”项目为牵引，重点学习包括CAN、LIN、Flex Ray、Most、车载以太网等的车载总线基础理论和典型应用方法;在车际通信技术部分，以“基于MATLAB车际通信建模分析”項目为牵引，重点学习包括无线传感网络、无线射频识别技术、移动通信网络等的车际通信基础理论和典型应用方法;在智能网联汽车控制技术部分，以“智能网联汽车控制实践”项目为牵引，学习包括传感器配置、定位导航、路径规划、底盘运动控制等的基础理论和典型应用方法。
图1 项目引导式教学内容设计及学时安排
课程内容设置由浅入深、由仿真到实践，涵盖了理论学习、仿真分析、实车实践的开发全过程。课程内容各部分相对独立，方便学生以分组形式开展学习与合作。在32学时的课程中，安排了9学时的项目综合训练，具体安排如图1所示，包括了基于Stateflow的总线建模分析3学时，基于MATLAB车际通信建模设计3学时，智能网联汽车控制实践3学时。
三、基于Stateflow的总线建模分析
Stateflow是基于有限状态机的仿真分析软件，可以用来仿真车载总线的数据传输过程，并实现典型通信条件下的车载总线性能评价。为了开展车载总线的建模分析仿真，本课程提出基于Stateflow软件建立车载总线仿真分析系统，首先，建立总线节点模型，包括MCU（微控制器单元）、SEND（发送器模块）、LISTEN（接收器模块）;其次，在节点模型的基础上，以电动汽车通讯网络为例，构建车载总线仿真系统。
（一）节点模型
以车载总线的具体协议为基础，在每一个节点模型中，构建包括LISTEN、SEND和MCU的三个并行状态，通过事件交错触发实现对车载总线节点的模拟仿真。
根据车载总线的协议与功能定义，设计接收模块的LISTEN状态机模型如图2所示，通过状态判断进行相应的状态转移，进而实现车载总线数据的接收功能，对接收到的内容进行CRC检验，如果发现错误则发送错误帧;如果接收到的内容正确，则在ACK状态中置显性位，实现节点的成功接收。
消息发送模块模型SEND如图3所示，根据需要发送的内容及实践进行外部脚本定义，在需要发送时将对应消息写入发送缓存器等待逐位发送。
MCU模块如图4所示，该模型整合了控制器的功能，实现包括确定报文的发送时刻，查找报文是否需要接收等功能。
（二）车载网络仿真系统
为了检验学生对车载总线知识的学习情况，以电动汽车车载总线为例搭建（如图5所示）的车载网络仿真系统，该系统主要包括驱动电机控制器、整车控制器和电池管理系统三个节点，通过车载总线将三个节点进行连接，仿真系统可实现ID仲裁、报文过滤、实时等效负载率显示等功能。
依托该仿真系统，课程安排了车载总线网络建模、总线负载率分析、报文延时量测定等项目实施内容，学生可依据课程内容掌握情况进行自主学习和调整，进而完成模型建立、协议制定、数据封装、仿真测试的全过程，使得学生从实际仿真测试中完成基础理论知识的进一步强化学习。
四、基于MATLAB的车际通信建模分析
车际通信是智能网联汽车的重要学习内容，主要体现为智能网联环境下的车车互联（Vehicle to Vehicle，V2V）和车路互联（Vehicle to Road，V2R），本课程提出建立基于MATLAB的车际通信仿真系统，重点重现上述两个场景的数据内容的实际分发过程，强化对车际通信基础知识的理解。
车际通信仿真系统如图6所示，主要包括初始化模块、通信仿真模块和输出模块，考虑到教学的可接受程度，选取交通环境较单一的高速公路场景和简单的十字路口场景，利用泊松过程模拟车辆的驶入，路侧单元RSU和车载单元OBU的传输链路采用高斯信道。
依托该仿真系统，可开展多RSU协作存储、RSU传输速度与系统时延的映射、OBU与RSU通信模拟、车载用户延时评价等项目实施内容，学生可结合课程所学基础知识，进一步强化理解车际通信的过程。
五、智能网联汽车控制实践
本课程针对智能网联汽车技术课程的教学需求，设计了如图7所示的智能网联实践教学平台。
该平台采用标准化底盘+智能化上装系统的总体方案，标准化底盘通过CAN总线实现了对车辆转向、驱动、制动的控制。智能化上装系统采用毫米波雷达、激光雷达、双目摄像头、差分GPS、组合惯导的传感器配置方案，以工控机为控制核心，学生可结合课程所学内容实现对车辆通信网络架构搭建、传感器融合感知、定位导航与路径规划、路径跟踪控制、底盘综合控制等功能进行实践操作。针对本科生的学习需求，课程组拟定了包括毫米波雷达标定、激光雷达点云处理、行人视觉识别、差分GPS定位数据采集、典型路径跟踪控制5个细分内容，由学生分组完成具体设计和实践操作，所得成绩计入课程的综合评价。
六、结束语
本论文基于OBE模式制定了智能网联汽车技术课程的教学大纲，建立了课程教学目标与毕业要求指标点之间的对应关系，明确了课程对毕业指标的支撑作用。在课程教学实施中，以实践项目为牵引，采用项目实践和内容讲授相结合的方式，让学生在学习基础知识和基础理论的同时，通过仿真、编程、实践等方式加强对所学知识的理解。通过课程考核和项目完成情况对学生的课程完成度进行综合评价，提升学生对专业课程的学习认知水平，达到教学大纲要求的预期学习目标，进而良好支撑毕业要求的指标点。
参考文献：
[1]盘朝奉，陈龙，江浩斌，等.新能源汽车战略目标下车辆工程创新人才培养模式探讨[J].教育现代化，2017，4（49）：1-3+6.
[2]姚嘉，卢伟，匡兵，等.车辆工程专业教学改革面临的问题与思考[J].中国管理信息化，2020，23（5）：206-208.
[3]耿国庆，朱茂桃，江浩斌，等.新工科背景下高校车辆工程专业教学改革探讨[J].新课程研究，2019（5）：56-57.
[4]樊继东.OBE模式下BOPPPS模组在工程类课程教学中的应用——以汽车电子与控制教学实践为例[J].大学教育，2020（2）：90-94.
[5]李冠霖.以工程教育认证OBE理念位指导的三层次创新创业育人体系探究[J].教育现代化，2019（83）：21-22+25.
[6]吴秋凤，李洪侠，沈杨.基于OBE视角的高等工程类专业教学改革研究[J].教育探索，2016（5）：97-100.
[7]夏国萍.基于实践能力培养的工程教育课程改革——以昆士兰大学项目中心型课程为例[J].北京航空航天大学学报（社会科学版），2019，32（3）：135-142.
[8]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：29-34+70.