人工智能背景下交通工程专业教学改革探索
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作者:秦严严 李淑庆 何兆益
摘 要 为了在人工智能背景下促进交通工程专业建设，探索人工智能背景下的交通工程专业教学改革。阐述交通工程课程教材体系现状，提出交通工程+人工智能的教学概念。从交通大数据挖掘、交通图像模式识别与交通仿真系统开发等三个方面构建交通工程+人工智能教材体系。探索被动式灌输到主动式学习以及从教室教学到企业教学转变的课堂教学模式，构建适合交通工程+人工智能教学改革特色的课程考核方式。人工智能时代下，交通工程专业教学改革有利于提高教学质量，对培养复合型、创新性人才具有重要意义。
关键词 教学改革 交通工程 人工智能
中图分类号：G642 文献标识码：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
我国交通工程专业已发展数十余年，据统计，[1]已有100多所院校开设了交通工程专业，各个高校的交通工程专业基本是由各自优势学科拓展而来，比如东南大学和同济大学均是由土木工程系拓展而来，北京交通大学和西南交通大学均是由道路铁路工程系扩展而来，南京理工大学等是由自动化学科扩展而来，南京航空航天大学等是由航空管理系扩展而来，重庆交通大学则是在1984年创办交通工程研究室，逐步發展为具有山地城市特色的交通工程专业。可以看出，交通工程专业与相关学科体系密切相关，体现了交通工程专业的综合性学科体系，同时，交通系统与交通问题存在于生活中的方方面面，体现了交通工程专业具备的大行业背景特征。
随着智能交通系统的逐步发展，交通工程专业的建设和发展也在随之升华，比如互联网技术对交通工程专业建设的启示、[2]面向智能交通的交通工程专业课程体系改革、[3]工程教育认证对交通工程专业建设的要求、[4]以及新工科背景下交通工程建设发展探索[5]等方面。除了这些方面的教学改革外，近年来，人工智能发展迅速，并已定位为国家重大战略方针，各大高等院校纷纷开设人工智能专业或人工智能学院。同时，人工智能在解决交通工程问题上的巨大潜力正逐步明显，在人工智能背景下，探索交通工程专业建设与教学改革显得十分必要，鉴于此，针对人工智能背景下的交通工程专业教学改革进行初步探索，为交通工程专业的建设与教学改革提供参考。
1 交通工程+人工智能 根据教育部第四次学科评估结果，[6]全国具有“交通运输工程”一级学科博士学位点授权的高校共21所，具备二级学科博士点以及硕士学位点的高校数量众多。这些高校中大多数高校开设了交通工程本科专业，目前大多数高校交通工程专业开设的专业基础课与专业课主要包括：“交通工程学”、“城市交通规划原理”、“交通管理与控制”、“道路交通安全”、“智能交通系统”、“运筹学”等课程，部分院校还开设有“道路工程”等工程技术课程。可以发现，目前交通工程专业开设课程大多数还是集中在传统交通工程课程体系，缺乏与智能化、信息化的紧密联系，并没有体现出交通工程依托人工智能进一步发展的功能作用。
同时，人工智能的迅速发展已经逐步体现出其在交通工程应用方面的巨大潜力，比如阿里在杭州打造的“城市大脑”的系统背后，即体现了人工智能在缓解城市交通拥堵等问题方面的优势。因此，基于交通工程专业具备的大行业背景与综合性学科的特征，应当顺应国家战略发展需求，依托人工智能，构建交通工程+人工智能的专业教学改革体系，服务于我国交通工程在新时期的事业发展。
基于人工智能的交通工程专业教学改革应当包括以下三个方面：教材体系建设、课堂教学改革、课程考核方式。
2 教材体系建设
教材体系建设的目的在于打造交通工程+人工智能的专业教材体系，实现人工智能技术与交通工程实践的有机结合。教材体系建设应当循序渐进，按批次进行打造，首批建设的教材体系应包括：
（1）交通大数据挖掘。《数据挖掘》教材是人工智能领域的重要教材之一，已在自动化与计算机科学技术等专业开设，比如由范明等翻译的《数据挖掘概念与技术》（机械工业出版社），但书中内容全部集中在数据挖掘的理论知识，这些理论知识中，有些对交通工程专业具备较大的理论支撑价值，有些理论知识的主要应用领域并非交通工程专业。这使得交通工程专业本科生难以精确区分，不能够有效利用数据挖掘技术解决交通工程问题。同时，智能交通系统的发展促进了多源交通数据采集，数据量愈来愈庞大，从而构成了“交通大数据”。因此，在人工智能数据挖掘技术与大数据背景下，应打造《交通大数据挖掘》教材，将人工智能数据挖掘技术与交通工程数据分析等问题紧密结合。
（2）交通图像模式识别。图像/视频处理与模式识别技术是人工智能领域的另一个重要课程，也是目前自动化专业与计算机科学技术专业的主流课程之一，比如由阮秋琦等翻译的《数字图像处理》教材（电子工业出版社）以及由李晶皎翻译的《模式识别》教材（电子工业出版社）均具有较大影响力。同数据挖掘教材存在同样的问题，应当从交通工程专业的角度制定能够有效应用于解决交通工程实践问题的《交通图像模式识别》教材，为学生提供应用数字图像处理与模式识别进行交通工程实践及科研的理论体系，比如，交通监控视频下的车辆检测与跟踪、识别与分析等相关应用，在高速公路收费站即将取消的新发展时期，实现人工智能时代的高速公路车辆全程跟踪识别、违规预警以及疏散诱导等实际应用。
（3）交通仿真系统开发。交通系统问题分析与解决方案离不开有效的交通虚拟仿真平台，目前大多数的交通仿真平台均应用的是国外交通仿真软件，比如VISSIM微观仿真软件和TransCAD交通工程实践应用软件等。近年来也逐渐出现应大力开发具有自由知识产权的交通虚拟仿真平台的声音，比如东南大学王炜教授团队发开的交运之星-TranStar交通规划仿真系统、同济大学孙剑教授团队开发的交通网络仿真系统（Tongji Traffic nEtwork Simulation System， TESS）。但就目前的诸多交通问题而言，能够适应我国交通系统运行特征的仿真平臺建设任重道远，而各类系统软件开发相关教材数量较多，并不能有效服务于交通工程专业。因此，有必要建设《交通仿真系统开发》教材，将软件开发技术与我国交通工程运营特征紧密结合，服务于交通工程专业虚拟仿真平台的教学与科研建设。
3 课堂教学改革
传统课程教学一般是PPT和板书相结合的方式，在人工智能环境下，这种课堂教学模式将难以全面表述交通工程+人工智能的教学要求，因此有必要结合交通工程+人工智能教材体系探索合适的课堂教学改革。
（1）被动式灌输到主动式学习的转变。传统教学模式下，学生的学习方式大多是被动式灌输，难以让每一位学生切实融进到课堂教学中，针对交通工程+人工智能教材课程体系，可以探索学生由被动式灌输到主动式学习的课堂教学改革。课堂教学模式可将全班分组，针对某一人工智能技术能否应用至交通工程实践、如何解决交通工程实际问题、预期将得到什么结果以及什么样的改进等方面，各分组协作合作，对此进行开展讨论式教学，必要时也可组织课堂辩论，让学生真正融进交通工程+人工智能课堂教学中，以提高课堂教学氛围以及教学质量。
（2）教室教学到企业教学的转变。传统教学模式下，均是在教室开展教学工作，而在人工智能时代，教室将不再是唯一教学地点，在产学研发展的同时，将人工智能做到极致的大型企业将会是教学工作开展的目标地点，可探索在产学研的同时，将交通工程+人工智能课堂由传统单一的教室搬到企业内部，借助于企业在人工智能技术开发方面的优势，以案例分析的方式，向学生全面展示人工智能在解决交通工程问题时的优势与潜力，通过案例展示效果，让学生真实地感受交通工程+人工智能教学改革的必要性和重要性，以及培养学生对交通工程+人工智能课程体系的兴趣以及自由探索问题的创新能力。
4 课程考核方式
传统课程教学结束后，往往应用考卷或者课程论文的方式对学生学习效果进行考核，但这种课程考核方式将无法充分体现学生对交通工程+人工智能的掌握程度。在交通工程+人工智能的教学改革中，对学生的课程考核应当探索式地增加案例实践这一新的考核方式。交通工程+人工智能的案例实践考核方式将不再简单地完成一篇课程论文，而是深入实践，应用交通工程+人工智能教学中所学到的某项人工智能技术，探索式地去解决1-2个交通工程实际问题，同时配有课程论文报告，但课程论文报告内容应当侧重于在解决实际交通工程问题时遇到的困难、如何解决这些困难的、以及对理论课程知识的良性反馈等方面。这一课程考核方式将为解决理论与实际脱节的难题提供新途径，切实让学生学有所用、多方位掌握交通工程+人工智能教材知识体系。
5 结语
交通工程专业具备大行业背景和综合性学科的特征，人工智能可进一步促进交通工程专业建设、扩展交通工程专业就业面以及加强交通工程专业理论体系建设，因此，交通工程+人工智能的提出与发展顺应国家对人工智能发展的重大战略，探索交通工程+人工智能教学改革显得十分必要，本文从教材体系建设、课堂教学改革与课程考核方式三个方面论述了交通工程+人工智能教学改革，为人工智能时代下的交通工程专业建设提供参考。
参考文献
[1] 林赐云，龚勃文.面向智能交通的交通工程实践教学课程体系探索[J].吉林省教育学院学报，2018.34（8）：55-58.
[2] 赵红专.基于“互联网+交通”思维的交通工程专业改革探索[J].教育现代化，2017.4（52）：60-61.
[3] 侯海晶，关志伟.智能网联背景下交通运输专业教学改革与探索[J].教育现代化，2018.5（37）：48-49，86.
[4] 马香娟.基于工程教育认证的交通工程专业建设探讨[J].科技创新导报，2019.16（1）：217，219.
[5] 吉淑娥，赵雨旸，武超群.新工科建设背景下交通工程专业课程体系考核改革研究[J].广东化工，2019.46（3）：241-242.
[6] 中国学位与研究生教育信息网. http：//www.cdgdc.edu.cn/xwyyjsjyxx/xkpgjg/.
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