智能運輸系統(tǒng)專業(yè)探究性教學(xué)模式和策略研究

柴 干，郭建華

（東南大學(xué) 智能運輸系統(tǒng)研究中心，江蘇 南京 210096）

交通運輸工程的信息化和智能化是當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的趨勢，智能運輸系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems，簡稱ITS）是IT產(chǎn)業(yè)與交通運輸工程交叉而形成的新學(xué)科與產(chǎn)業(yè)［1］，其主要功能是解決當(dāng)前道路建設(shè)中交通設(shè)施、設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)的集成應(yīng)用和協(xié)同互動，多源信息整合等現(xiàn)實問題，以便實現(xiàn)交通運輸系統(tǒng)的“動態(tài)化、全局化、自動化和智能化”。培養(yǎng)合格的智能運輸系統(tǒng)專業(yè)人才關(guān)系到我國交通運輸工程建設(shè)的未來。

智能運輸系統(tǒng)課程是交通運輸工程專業(yè)跨學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課［2］，其教學(xué)目的是使本科生在學(xué)習(xí)交通流理論、交通運輸工程等課程的基礎(chǔ)上，進一步掌握智能運輸系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)功能和關(guān)鍵技術(shù)，了解智能運輸工程的應(yīng)用和實踐，培養(yǎng)適應(yīng)智能運輸技術(shù)工程應(yīng)用的能力，為進一步學(xué)習(xí)交通信息工程及控制有關(guān)專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。為了提高該課程在創(chuàng)新性和實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)上的教學(xué)效果，有必要實施探究性的教學(xué)體系和教學(xué)策略。

早在1980年代，美國制定并實施了“2061”計劃，指出：學(xué)習(xí)科學(xué)的中心環(huán)節(jié)是探究，只有通過主動研究才能取得好效果，教師不應(yīng)將注意力重點放在科學(xué)術(shù)語的解釋上，而應(yīng)該鼓勵學(xué)生進行科學(xué)研究［3］。中國自1990年代起，開始進行探究性教學(xué)實驗［4］，用于智能運輸系統(tǒng)課程教學(xué)實踐尚屬首次。本文嘗試從探究式教學(xué)體系和策略入手，進一步探討探究型教學(xué)模式在高校智能運輸系統(tǒng)課程教學(xué)改革中的運用。

一、智能運輸系統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

自2001年以來，智能運輸系統(tǒng)在我國交通運輸行業(yè)得到越來越廣泛的發(fā)展，而智能運輸領(lǐng)域高層次人才卻相對缺乏，無法滿足我國智能運輸事業(yè)的發(fā)展。究其原因在于我國智能運輸專業(yè)的人才理論知識較扎實，但創(chuàng)新能力相對低下，相關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域的原創(chuàng)性成果少，工程技術(shù)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新不足，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)核心技術(shù)的產(chǎn)品數(shù)量有限。智能運輸系統(tǒng)課程教學(xué)主要問題在于：工程實踐經(jīng)驗匱乏，教育模式陳舊，課程內(nèi)容層級性缺乏、前沿性和國際性不足等。我國智能運輸專業(yè)的教育工作者深刻認識到學(xué)生在創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)上的不足，正積極在教學(xué)模式、工程實踐經(jīng)驗、課程體系結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)條件、教學(xué)管理體系等領(lǐng)域開展教學(xué)改革與實踐。

當(dāng)前智能運輸系統(tǒng)課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和培養(yǎng)條件，不能有助于本科生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具體表現(xiàn)為：

（1）缺乏科技文獻查詢與閱讀評價能力。智能運輸系統(tǒng)課程教學(xué)采用傳統(tǒng)課堂講授方式，學(xué)生被動接受相關(guān)知識，需要通過案例設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生提高科技文獻查找與閱讀評價能力，自己總結(jié)研究背景、國內(nèi)外動態(tài)及知識與技術(shù)運用的切入點；

（2）缺乏認知新科學(xué)領(lǐng)域的潛力。這種能力是如何在現(xiàn)有知識的集成上，通過引用、聯(lián)想等思維方式，發(fā)展智能運輸新領(lǐng)域的探索精神，知識與技能的銜接點，以及快速掌握新領(lǐng)域知識的能力。

（3）團隊合作精神培養(yǎng)欠缺。智能運輸系統(tǒng)是信息技術(shù)與交通運輸交叉形成的新學(xué)科與產(chǎn)業(yè)。需要多學(xué)科技術(shù)人員的合作與工程實施。如何通過教學(xué)模式的改革，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神是目前教學(xué)的一個挑戰(zhàn)。

（4）學(xué)術(shù)表達與交流能力不足。如何增強教師與學(xué)生在教學(xué)過程中互動，挖掘?qū)W生學(xué)術(shù)表達與交流能力，是探究式教學(xué)模式改革的重要內(nèi)容。

（5）教材跟不上專業(yè)理論與技術(shù)的發(fā)展。近年來，隨著智能運輸技術(shù)的不斷研究、智能運輸系統(tǒng)建設(shè)需求不斷增多，現(xiàn)有的相關(guān)教材無法跟上當(dāng)前智能運輸工程技術(shù)的發(fā)展，需要在技術(shù)的深度與廣度上進行修改與補充。

因此，如何提高本科生的創(chuàng)新能力和科研實踐素養(yǎng)，探究并實施探究性教學(xué)模式，對提高當(dāng)前智能運輸系統(tǒng)課程教學(xué)水平是十分必要的。

二、探究式教學(xué)目標、方式及特點

探究式教學(xué)目標是指：基于學(xué)生學(xué)習(xí)心里的分析，創(chuàng)造一個有利于開發(fā)學(xué)生實踐性和創(chuàng)新性的教學(xué)環(huán)境，并能達到以下預(yù)定的目標：系統(tǒng)收集、總結(jié)教學(xué)信息與資料的能力；自主發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力；具有協(xié)調(diào)合作的團隊精神；自發(fā)形成求實的科學(xué)道德；學(xué)習(xí)探究的親身經(jīng)驗。

探究式教學(xué)方式是指，在教師引導(dǎo)下，學(xué)生不僅能夠形成和獲得人類已有知識的認知能力，而且能夠通過教學(xué)活動提出創(chuàng)新性和實踐性問題并具有自行解決問題的能力。當(dāng)前我國智能運輸系統(tǒng)正處于深入發(fā)展時期，具有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和智能運輸建設(shè)同步、智能交通設(shè)施建設(shè)適應(yīng)于道路建設(shè)、技術(shù)引進與本土創(chuàng)新并重等要求。故需要實施探究式教學(xué)方式，培養(yǎng)具有吸收國外先進技術(shù)，創(chuàng)新性設(shè)計出符合我國國情的智能運輸系統(tǒng)及實施方案的高層次人才。

探究式教學(xué)特點主要包括以下方面：自主性學(xué)習(xí)方式的培養(yǎng)，即培養(yǎng)學(xué)生自主選擇和探究所感興趣的智能運輸研究領(lǐng)域；問題解決的自主完成性，即在教師的引導(dǎo)下，促使學(xué)生使用科學(xué)的探究方法，自主產(chǎn)生智能運輸科學(xué)問題的解決方法；實踐性問題的求解，即培養(yǎng)學(xué)生在智能運輸工程實踐中挖掘問題、工作資源，發(fā)展實踐和創(chuàng)新能力；學(xué)習(xí)知識的開放性，即設(shè)計智能運輸系統(tǒng)課程目標、學(xué)習(xí)思路、問題答案的開發(fā)性，激發(fā)學(xué)生多樣性的學(xué)習(xí)感受，針對系統(tǒng)集成與設(shè)計提出個性化的創(chuàng)新方案。

三、專業(yè)探究式教學(xué)模式

教學(xué)模式是在一定的教育思想、教育理論、學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下和大量教學(xué)實踐基礎(chǔ)上建立起來的相對穩(wěn)定的教學(xué)活動的結(jié)構(gòu)框架［5］。探究式教學(xué)模式［5］主要包括以下四個教學(xué)環(huán)節(jié)：教學(xué)情境及學(xué)習(xí)要點的設(shè)計；自主學(xué)習(xí)與課堂研討的培養(yǎng)；基于精講與答疑的學(xué)習(xí)深化；基于練習(xí)與反思的知識鞏固。本文將嘗試從探究式教學(xué)模式的教學(xué)環(huán)節(jié)入手，以智能運輸系統(tǒng)課程中的“電子不停車收費（Electronic Toll collection，簡稱ETC）”一節(jié)為例，闡述智能運輸專業(yè)的探究型教學(xué)模式。

（1）教學(xué)情境及學(xué)習(xí)要點的設(shè)計

教學(xué)情境用于形成引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)而設(shè)置懸念和矛盾的教學(xué)氛圍，以引起學(xué)生思考，產(chǎn)生探索的興趣，迅速達到最佳學(xué)習(xí)心態(tài)。學(xué)習(xí)要點是在教學(xué)情境形成后，根據(jù)學(xué)生對教學(xué)信息的接收范圍，制定學(xué)習(xí)要點，使學(xué)生能夠圍繞學(xué)習(xí)要點進行學(xué)習(xí)，掌握重點、解決難點，規(guī)避學(xué)習(xí)的盲目性和隨意性，啟發(fā)學(xué)生自學(xué)的方法和技巧。針對ETC教學(xué)，首先提出收費站排隊擁擠、污染和效率、不停車、自動收費等概念和問題，啟發(fā)學(xué)生的想象力和試圖解決問題的想法，引出電子不停車收費的概念，進而設(shè)置智能運輸系統(tǒng)的新課教學(xué)氛圍。

在建立教學(xué)氛圍的基礎(chǔ)上，給出學(xué)習(xí)要點，即何為道路收費制式及收費方法；如何由人工收費過渡到計算機輔助收費，進化至電子卡收費，最終實現(xiàn)不停車自動收費，實現(xiàn)不停車收費的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)施有哪些，各個模塊是如何協(xié)調(diào)工作的，不停車收費系統(tǒng)的擴展應(yīng)用功能有哪些等。

（2）自主學(xué)習(xí)與課堂研討的培養(yǎng)

自主自學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)已有學(xué)科知識、工程經(jīng)驗及有關(guān)參考資料，獨立進行探究并主動發(fā)現(xiàn)已知的真理。學(xué)生帶著問題研讀教材及參考資料，教師以點撥方式，指導(dǎo)學(xué)生通過讀、思、查、寫等措施，感知教材，體驗所學(xué)對象，充分利用自學(xué)筆記，練習(xí)整理知識。自學(xué)的進度與深度，要求學(xué)生對專業(yè)的基本概念、原理、公式、法則及其知識體系有大致了解，弄懂能夠自通的內(nèi)容，研習(xí)新的基本技能，篩選疑難問題，釋放潛在的學(xué)習(xí)能量，自己嘗試尋找答案。針對ETC系統(tǒng)，教師給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能，要求學(xué)生通過自學(xué)教材、課后作業(yè)、教師巡回點撥等形式自主學(xué)習(xí)ETC系統(tǒng)的原理、關(guān)鍵技術(shù)、挖掘系統(tǒng)的擴展功能。

課堂研究討論是一種十分有效的智力提升教學(xué)方法，能夠產(chǎn)生智力共振，而且會激發(fā)新鮮的內(nèi)容。研討的價值具有多維性、多角度、多方面、多層次，讓不同層次的學(xué)生均能相互啟發(fā)；研討有利于培養(yǎng)提高學(xué)生的思維能力和口頭表達能力；通過研討可以解決一些獨立自學(xué)所不能解決的問題，發(fā)揮頭腦風(fēng)暴作用，培養(yǎng)學(xué)生集體意識，且通過集體智慧提高解決自學(xué)難題的能力，在ETC課程教學(xué)中，有目的地針對道路收費制式和方式，展開課堂研討，使學(xué)生在自學(xué)的基礎(chǔ)上，通過課堂研討方式，表達了自己的認識和設(shè)想，擴展了知識且證實了自己一些學(xué)習(xí)成果，充分掌握了各種收費制式所適用的道路類型，及各種收費方式共存的必然性，即現(xiàn)實系統(tǒng)中為什么ETC收費與人工收費共存的理由。

（3）精講與答疑互動的深化學(xué)習(xí)

精講是教師有選擇地講解新知識、傳授新技術(shù)，有助于排疑解難及擴展深化學(xué)生所獲得新領(lǐng)域的理論與工程知識。精講的內(nèi)容是教材中的重點與難點或其他共性問題。采用多媒體與板書相結(jié)合的課堂教學(xué)手段，引入案例教學(xué)方式，增強學(xué)生對基礎(chǔ)知識、基本技能、工程方案的深入理解；布置教學(xué)案例，提出傾向性意見，或多種觀點并存，適當(dāng)給出研討性內(nèi)容，為學(xué)生留下思考空間，增強學(xué)生獨立思考與解決問題的能力。精講能夠充分發(fā)揮教師先驗知識的優(yōu)勢及問題引導(dǎo)作用，提高教學(xué)效率。針對ETC教學(xué)，需要精講基于專用短程通信系統(tǒng)的收費信息獲取與寫入技術(shù)，車道布設(shè)與收費流程，收費違章處置技術(shù)，同時將原課程體系中相互孤立的基礎(chǔ)內(nèi)容和當(dāng)前ETC技術(shù)的最新成果（聯(lián)網(wǎng)收費技術(shù)、混合車道收費技術(shù)、ETC擴展應(yīng)用技術(shù)）整合成新的精講內(nèi)容，以改變傳統(tǒng)課程體系，增加現(xiàn)代化的教學(xué)內(nèi)容。

答疑是對自學(xué)、研討、精講等仍未解決或繼續(xù)出現(xiàn)的疑點給予最后解決的過程［5］。一方面提倡并鼓勵學(xué)生提出問題，另一方面誘導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生自行答疑。鼓勵學(xué)生積極與教師相互溝通，鼓勵學(xué)生相互交流，通過不同的知識積淀、思維方式、處事策略的碰撞與融合，實現(xiàn)自身綜合素質(zhì)的全面提升。營造良好的學(xué)術(shù)氛圍，形成學(xué)習(xí)磁場效應(yīng)。建立師生雙向監(jiān)督和反饋機制，多角度和多方位點撥引導(dǎo)，充分激發(fā)學(xué)生的智慧火花。通過在研討課中給出如何實現(xiàn)ETC擴展應(yīng)用功能的問題，引導(dǎo)學(xué)生自行給出解決方案，啟發(fā)其自行答疑或走上講臺闡述自己的觀點，再由教師點撥引導(dǎo)及總結(jié)，收到較好的教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的熱情。

（4）基于練習(xí)與反思的知識鞏固

練習(xí)既是學(xué)習(xí)的檢驗，也是學(xué)習(xí)的促進，不僅能使學(xué)生深層次感知教材及教師講授的知識，強化基本技能，并逐步轉(zhuǎn)化為自身能力，而且有助于實施探究性和實踐性教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)造性思維。敦促學(xué)生盡量獨立完成練習(xí)，養(yǎng)成踏實和嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)；采用積極肯定的方式，及時彌補與糾正不足或錯誤；設(shè)計練習(xí)層次包括基本練習(xí)、綜合練習(xí)與創(chuàng)造性練習(xí)三個層次，具體內(nèi)容要求目的明確；形式多樣；激發(fā)創(chuàng)新性。針對ETC教學(xué)練習(xí)，給出ETC體系結(jié)構(gòu)、收費原理及關(guān)鍵技術(shù)分析題，屬于基本練習(xí)層次，目的是讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識和基本技能；給出收費車道布設(shè)、電子標簽與收費儲值卡設(shè)計及收費執(zhí)法練習(xí)題，屬于綜合練習(xí)層次，目的是讓學(xué)生全面掌握ETC系統(tǒng)的功能與應(yīng)用技術(shù)，拓寬知識面與深化數(shù)據(jù)自動采集與無線傳輸?shù)募夹g(shù)；給出基于ETC的交通動態(tài)術(shù)采集技術(shù)及ETC系統(tǒng)擴展應(yīng)用練習(xí)題，屬于創(chuàng)造性練習(xí)層次，目的是激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新能力。

反思是在學(xué)習(xí)和練習(xí)總結(jié)的基礎(chǔ)上，概括化與系統(tǒng)化所學(xué)知識，逆向思考知識結(jié)構(gòu)及要點，挖掘知識的連接點和技能的改進點。反思形式是通過探討課，由學(xué)生進行總結(jié)，教師點撥補充，具體到ETC課堂教學(xué)，由學(xué)生總結(jié)ETC需要改進的內(nèi)容和進一步發(fā)展的前景，指出自己的理解偏差。

四、專業(yè)探究式教學(xué)策略

教學(xué)組織策略包括生成性策略、替代性策略和指導(dǎo)性策略三種類型，如何選擇將依賴教師所選擇的教學(xué)組織模式、教學(xué)方法、課程特點、教學(xué)媒體選擇、教師經(jīng)驗和偏好及學(xué)習(xí)者的特性［6］。

生成性策略激勵學(xué)生自主生成教學(xué)目標及內(nèi)容，自發(fā)制定系列學(xué)習(xí)步驟，掌控學(xué)習(xí)過程中的信息優(yōu)勢，強調(diào)學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性。該策略要求學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容進行深化和拓展，自己摸清各個概念之間的聯(lián)系，學(xué)習(xí)的效果取決于其前期學(xué)科知識的積累及所應(yīng)有的學(xué)習(xí)策略，因人而異，具有個性化特點。該策略的顯著特點在于學(xué)生可以追求自己感興趣的內(nèi)容和學(xué)習(xí)情境，有助于創(chuàng)新思維的激發(fā)。

替代性策略通過提供或部分提供教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容，以代替學(xué)生自我生成的教學(xué)目標和內(nèi)容，教師提供系列教學(xué)活動，告知學(xué)習(xí)目標，課前需要預(yù)習(xí)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以吸引學(xué)生的興趣和關(guān)注度。該策略可以減輕學(xué)生為自主生成教學(xué)目標及內(nèi)容，自發(fā)制定系列學(xué)習(xí)步驟而付出的時間與精力，促使其在較短時間內(nèi)掌握較多的學(xué)習(xí)內(nèi)容，比較適合前期學(xué)科知識、學(xué)習(xí)能力和方法有限的學(xué)生。該策略的缺陷在于學(xué)生自主對教學(xué)內(nèi)容深化及拓展不夠深入，相對比較優(yōu)秀的學(xué)生缺乏激勵和挑戰(zhàn)性，不容易形成學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性及創(chuàng)新意識。

指導(dǎo)性策略是基于生成性策略和替代性策略在教學(xué)中的特點，兼顧兩者且易于掌握和操作的一種教學(xué)策略。該策略不僅有選擇地給出部分教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容，而且鼓勵學(xué)生針對自己感興趣的領(lǐng)域和學(xué)習(xí)情境，自主生成教學(xué)目標、內(nèi)容及學(xué)習(xí)步驟。

考慮到探究性教學(xué)不是僅僅面向少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生，而是面向所有學(xué)生并激勵其獨立工作，勇于創(chuàng)新的教學(xué)模式，故在ETC教學(xué)過程中選擇采用指導(dǎo)性教學(xué)策略。針對典型的ETC關(guān)鍵技術(shù)課時教學(xué)，既給出包括收費、通信、控制、執(zhí)法等關(guān)鍵技術(shù)學(xué)習(xí)摘要（替代性策略），又給出無線無人值守關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)目標（生成性策略）；既給出收費制式與方式等引導(dǎo)性替代策略，又給出如何由電子卡進展至不停車自動收費的探究信息和生成實例；既提供總結(jié)與評價的替代性策略，又激勵學(xué)生生成ETC關(guān)鍵技術(shù)擴展應(yīng)用的探究動機。

五、結(jié) 語

（1）實施探究性教學(xué)方式是智能運輸系統(tǒng)課程改革的客觀需要，也是專業(yè)學(xué)生和交通信息工程及控制學(xué)科發(fā)展的主觀需求。

（2）采用探究性教學(xué)方式，需要在分析探究性教學(xué)方式和特點的基礎(chǔ)上，給出專業(yè)探究性教學(xué)目標，設(shè)計相應(yīng)的專業(yè)探究性教學(xué)體系和教學(xué)策略。

（3）探究式教學(xué)模式主要包括教學(xué)情境及學(xué)習(xí)要點的設(shè)計；自主學(xué)習(xí)與課堂研討的培養(yǎng)；基于精講與答疑的學(xué)習(xí)深化；基于練習(xí)與反思的知識鞏固的四個基本教學(xué)環(huán)節(jié)。

（4）探究性教學(xué)策略不是面向少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生，而是面向所有學(xué)生并激發(fā)其創(chuàng)新意識的教學(xué)策略。

［1］柴干.智能運輸技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報：哲學(xué)社會科學(xué)版，2012，14（S3）：125-129.

［2］丁衛(wèi)東，鐘炳迪等，構(gòu)建面向21世紀的文通運輸類專業(yè)人才培養(yǎng)模式，武漢科技大學(xué)學(xué)報：社科版，2001，3（3）：70-72.

［3］DAVID H，MAISH R.Bringing communities of practice into schools：implications for instruction［J］.International Journal of Instructional Media，2002.

［4］溫恒福.論教學(xué)方式的改變［J］.中國教育學(xué)刊，2002（6）：42-45.

［5］程樹銘.探究型教學(xué)模式在漢語言課程中的運用［J］.江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2010，16（11）：107-110.

［6］MICHAEL J.Philosophical implications for the design of instruction［J］.Instructional Science，2004.