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摘 要：针对大学生科技创新能力普遍较弱的问题，开展以智能车研发带动大学生科技创新能力提升的研究与实践。以真实的智能车作为平台，将科研项目和专业课程的教学相结合对大学生进行科研训练，开展跨学科、跨年级的学生科研小组活动，指导学生申报、开展和完成各类学生科技项目、凝练科研成果，为提升大学生的工程实践能力和创新能力进行了有效的尝试。
关键词：大学生；科技创新能力；智能车研发
本文引用格式：张军，刘元盛，马楠 , 等 . 以智能车研发带动大学生科技创新能力提升的研究与实践 [J]. 教育现代化 ,2021,8(41):156-158.
Research and Practice on Promoting College Students’ Technological Innovation Ability by R&D of Autonomous Driving VehiclesZHang Jun, LIU Yuansheng, Ma nan, ZHang Wenjuan（College of Robotics, Beijing Union University, Beijing）
Abstract: Aiming at the problem that college students are generally weak in scientific and technological innovation, we carry out research and practical activities to promote college students’ technological innovation capabilities based on R&D of autonomous driving vehicles. Using autonomous driving vehicles as the platforms, we combine scientific research projects and professional course teaching to conduct scientific research training for college students. At the same time, we also carry out interdisciplinary and cross-grade student research group activities, and guide students to apply and complete science and technology projects for college students, and finally obtain scientific research achievements. Our research and practice have made effective attempts to improve the engineering practice and innovation ability of college students.
Keywords: college students; technological innovation ability; R&D of autonomous driving vehicles
一 引言
当前高校大学生普遍存在科技创新能力较弱的问题 [1-3]。在校大学生参与科研活动是有效提高大学生科技创新能力的一条重要途径。但是，目前大学生在科研活动中普遍存在如下问题：对科研训练的认识不够， 参加科研活动的主动性不强；许多学校尚不能有效地为学生提供科研训练的场所和载体；部分高校对大学生科研活动的开展缺乏有效的组织引导等问题 [4-7]。通过指导大学生参与教师的科研项目，引导大学生接触工程实践、参与科研训练，无疑是目前教学改革中解决以上问题的新的重要举措之一 [8]。
北京联合大学旋风智能车团队近年来在智能车研发方面取得了较丰硕的成果，已建成智能驾驶专用实验室、测试场和相关研究室，主持国家级、省部级以及企业横向项目多项，在智能驾驶技术领域获国家授权发明专利多项，研发的智能车多次在国家基金委举办的“中国智能车未来挑战赛”和天津市政府举办的世界机器人大会“无人驾驶挑战赛”中屡获佳绩。
依托科研项目，团队的教师引导大学生参与到项目的研发过程，开展了以智能车研发带动大学生科技创新能力提升的研究与实践。经过几年的努力，团队教师以科学任务带动人才培养，教师发挥积极指导作用，由学生为主导完成了各类多项科研成果，提升了大学生的工程实践能力和创新能力，尝试开创一条提升大学生创新能力的有效途径。
二 将科研项目与专业课程教学相结合，对大学生进行科研训练
依托科研项目来培养大学生的创新能力，需要将科研活动与课程教学相结合。团队教师结合智能车项目的研究和开发，以 2 辆 SUV 电动汽车、20 辆专用低速智能电动车辆（包括无人驾驶巡逻车、高尔夫球车、救护车、接驳车、送货车、物流车、洒水车、消防车、情侣车和无障碍车）为载体，将科研训练贯穿电子信息工程专业、软件工程专业、自动化专业学生的四年大学学习过程中。
在大学一年级的《专业导论》和《科学任务训练 -- 认识实习》课程中， 通过讲述一些团队的智能车研发成功案例，激发学生对无人驾驶技术的兴趣；在后续的《人工智能概论》《车载传感器与应用》《智能汽车专题讲座》课程中， 带领大学生探讨无人驾驶领域当前最新科研成果，给学生讲解无人驾驶中的感知、决策和控制技术概论， 使学生初步了解无人驾驶的关键技术；在《创新设计实践》、《科学任务训练 -- 专业综合实践》课程中， 结合课程的理论内容，开展了无人车激光雷达障碍物检测、激光雷达即时定位与建图、以 gPS 定位导航进行无人车巡线驾驶等的综合实验的教学实践。《创新设计实践》课程中本科生在无人驾驶半实物仿真平台上进行实验活动见图 1。
更进一步，在《毕业设计》环节，团队教师结合自己的科研项目拟定毕业设计题目，有关于无人车定位技术相关的题目，如园区物流小车智能定位与管理系统开发、基于多传感器融合的地库智能定位设备研发等，有关于无人车感知技术相关的题目， 如基于 TX2 的交通信号灯识别方法研发、基于嵌入式设备的车牌识别方法研发等，也有关于无人车决策技术相关的题目，如基于毫米波雷达的自适应巡航决策方法设计、基于 gPS 导航的无人车轨迹跟踪方法设计与实现、结构化道路下自动驾驶车换道决策方法设计等。大学生们参加旋风智能车团队的学术研讨例会，结合自己的毕业设计题目，参与教师的科研活动， 经过文献调研、开题答辩、中期答辩，最终完成毕业论文撰写和毕业设计答辩。在整个过程中，科研项目与教学活动紧密结合，鼓励学生多思考问题、提出新问题、新想法，实现理论与实际相结合、实践与创新活动相结合， 提高了大学生的自主创新能力。
2020 届自动化专业学生江贤杰在团队教师指导下所做的毕业设计论文“利用机器学习方法实现无人车视觉障碍物检测”获得北京联合大学优秀毕业论文。本科生参与无人驾驶测试活动见图 2。
三 跨学科、跨年级组建合理的学生科研活动小组，积极参加学科竞赛
动员、组织学生跨学科跨年级合理组建科研活动小组，凡是对科研、创新有浓厚兴趣、学有余力的大学生均可参加，依托智能车研发团队和平台开展研究与实践。学生对无人驾驶技术有不同的兴趣点，如有的学生对激光雷达感知技术、图像感知技术感兴趣，有的学生对无人驾驶的智能决策感兴趣，有的同学对控制、执行算法感兴趣，鼓励学生根据自己的兴趣和特长自由组队，开展跨学科、跨年级的合作研究。团队的研究生也参与到本科生的指导中，协助教师对本科生进行科学任务训练。
由研究生和本科生共同组队的参赛项目“园区低速无人驾驶接驳车”，获得 2019 年第二届中国“aI+”创新创业大赛——智能驾驶技术创新与应用大赛的冠军。在 2020 年北京联合大学第二届“致用杯”大学生创新创业大赛中，大学生组队的达 SLaM 技术研究及应用”获得一等奖，“无人驾驶中基于深度学习的行人肢体语言识别研究与实现” 获得二等奖，“利用深度学习模型实现自动驾驶场景下障碍物的检测与分类”获得三等奖。大学生还在2020 年第十一届蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛（C/C++ 程序设计大学 B 组）、2020 年北京市大学生集成电路设计竞赛等竞赛中获得多项奖项。
四 紧密结合学生的专业知识，指导学生申报、开展和完成各类学生科技项目
大学生参与到教师的科研项目后，通过学习和参与项目研发，能够发现一些有待解决的实际工程问题。结合无人驾驶技术和学生的专业知识，团队教师 指导学生申报学生科技创新项目，项目一般以解决无人驾驶技术领域的某一具体、有针对性的实际问题为目标。2017-2020 年，团队教师共指导学生申报、并成功获批 14 项北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目，其中 7 项为国家级，5 项北京市级，2 项 校级，所有项目都已顺利结题。
其中，国家级项目有“室内环境下自动驾驶车辆定位与导航”“自动驾驶场景下障碍物检测与分类”“动态场景下自动驾驶激光 雷达 SLaM 技术研究及应用”“动态环境下无人驾驶 车换道模型研究与实现”“基于 IMU 和视觉的道路自 主清扫智能车”“面向园区场地无人驾驶的智能车决 策系统设计与实现”“自动驾驶车辆道路测试环境下 的数据采集、记录、提醒及监管分析系统（黑匣子）”，包括主持人在内共 20 余名大学生参与到项目研发过程。在申报、开展和主持完成这些科技项目的过程中， 大学生在教师们的引导下自主思考、不断创新，实践 和创新能力都得到了很大的提高。
五 对学生进行严谨的科学训练，凝练科研成果
在带领大学生参与科研项目的过程中，注意对学生进行严谨的科学训练，指导学生凝练科研成果。在选定好针对某一研究主题进行深入研究后，指导大学生对该选题进行全面的文献检索和总结归纳； 进一步，在对研究主题的现有研究方法和成果的分析基础上，启发大学生提出自己创新性的方法；然后， 利用提出的方法对可用的数据进行实验验证，并进行结果分析；最后，指导大学生撰写论文，或撰写软件著作权、发明专利等技术文档。
严谨的科学训练过程培养了大学生严谨的科研素养和初步的科研能力。在团队的企业横向项目“低速无人驾驶平台软件开发”中，由研究生带本科生组成不同的科研活动小组，完成了 Can 总线调试模块、超声波雷达融合模块、16 线激光雷达点云聚类模块等的开发， 形成了各模块的软件 DEMO、软件使用说明和实验指导书等成果。
2017-2020 年，团队教师授权软件著作权 20 余项，授权发明专利 4 项，申请发明专利 8 项，参加项目的部分本科生参与了这些成果撰写和申请过程： 软件著作权如《16 线激光雷达障碍物检测软件》《基于 Ubuntu 系统的无人车 16 线激光雷达点云聚类软件》《自适应巡航模块软件》《基于强化学习的无人驾驶车换道模型软件》《基于 Ubuntu 系统的无人车自主避让决策软件》等，有 10 余名本科生参与撰写和申请过程；授权发明专利如《一种夜间巡逻机器人自动循迹方法》《一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法》的创新想法主要由本科生自主提出， 在教师指导下撰写申请文档，并最终获得授权。大学生参与教师的科研活动并取得一定成果，极大地激发了学生参与项目研发的兴趣和自信心。
六 结论
以智能车研发带动大学生参与科研活动，践行科学任务带动人才培养的理念，以真实的智能车作为平台 , 培养了大学生的创新能力和实践能力，为探索培养大学生创新能力的途径进行了有效的尝试和努力。今后希望能继续践行以科学任务带动人才培养、以智能车载体汇聚不同学科的理念，使更多的大学生从中受益。
参考文献
[1]贾凯 . 应用型人才培养与大学生科技创新能力提升的研究与实践 [J]. 科技创新导报 ,2020(12): 196-197.
[2]张富莉 . 关于大学生科技创新教育若干问题的思考 [J]. 西部素质教育 ,2017,3(13):98.
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[4]姚振瑀 , 李健 , 陈卓 , 等 . 新工科背景下大学生科技创新能力培养的有效途径研究 [J]. 教育现代化 ,2019,6(56):45-47.
[5]马鸿雁, 宋方舟, 李梦伟, 等. 浅谈科技创新竞赛驱动下大学生创新创业能力的培养体系研究 [J]. 教育现代化 ,2020,7(35):50- 52+56.
[6]张月霞 . 基于新工科的新时代学生创新创业发展探讨 [J]. 教育现代化 ,2020,7(01):20-21.
[7]赵衡 . 建设教学研究型大学条件下大学生创新能力的培养 [J]. 教育现代化 ,2020,7(55):26-30.
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