基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學(xué)探討

秦?zé)溃?曹 靜， 高建強

(北京工業(yè)大學(xué) 北京市交通工程重點實驗室，北京 100124)

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基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學(xué)探討

秦?zé)溃?曹 靜， 高建強

(北京工業(yè)大學(xué) 北京市交通工程重點實驗室，北京 100124)

交通軟件實驗教學(xué)是學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，通過對交通領(lǐng)域用人單位的社會需求調(diào)研，獲得了用人單位對開展基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學(xué)的態(tài)度，以及對本科畢業(yè)生應(yīng)掌握的專業(yè)軟件、交通軟件實驗教學(xué)的專業(yè)項目形式的建議。借鑒CDIO工程教育及項目教學(xué)法理念，論文提出了將其應(yīng)用在交通軟件實驗教學(xué)中的實施內(nèi)容和過程，以交通規(guī)劃和仿真軟件教學(xué)為例，對北京工業(yè)大學(xué)交通工程大三本科生應(yīng)用了該教學(xué)模式，教學(xué)效果評價較好。研究結(jié)論對于開展基于項目的實踐教學(xué)具有一定的參考意義。

綜合專業(yè)項目； 交通軟件； 實驗教學(xué)； CDIO工程教育

0 引 言

國民經(jīng)濟和交通的快速發(fā)展，對交通工程專業(yè)技術(shù)人才提出了更高的要求[1]，大量交通領(lǐng)域項目的工作需要本科畢業(yè)生知識面廣、靈活應(yīng)變、上手快，同時具備豐富的工程知識和應(yīng)用能力[2]，而目前交通專業(yè)課程體系仍存在基礎(chǔ)學(xué)科課程內(nèi)容較多，實踐技能訓(xùn)練不夠，基于項目的實踐經(jīng)驗缺乏的現(xiàn)象，這樣會造成人才培養(yǎng)與市場需求的不相適應(yīng)[3]。

交通軟件是借助先進的計算機技術(shù)來完成實際工程項目的專業(yè)工具，是學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，因此，對于基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程建設(shè)，以綜合性工程項目訓(xùn)練為主線，支持學(xué)生參加實踐活動，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是提高大學(xué)生人才培養(yǎng)質(zhì)量的本質(zhì)要求。它有助于探索和建立以問題和課題為核心的新的教學(xué)模式，有助于調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和應(yīng)用能力[4]。也有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、工程素質(zhì)，使得人才培養(yǎng)直接與社會需求相對接，從而縮小學(xué)生能力和企業(yè)需求之間的差距[5-6]。

1 交通軟件實驗課程教學(xué)特點

(1) 實踐性強。交通軟件主要面向?qū)嶋H城市交通工程需要開發(fā)的，它將一些復(fù)雜的工程模塊使用計算機技術(shù)、軟件工程技術(shù)實現(xiàn)自動化，具有很強的可視化功能和完善的空間數(shù)據(jù)分析處理功能，便于實際項目的分析評價，為各項交通分析提供了有力的工具，同時具有強大的處理復(fù)雜路網(wǎng)的能力，這是人工不可能做到的。實踐應(yīng)用性強是交通軟件實踐課程的特點。

(2) 專業(yè)化要求高。交通軟件中的各個分析模塊及交通模型，涉及到眾多的專業(yè)術(shù)語、理論知識，例如：自由流時間、通行能力、綠信比，需要學(xué)習(xí)者具有一定的專業(yè)知識基礎(chǔ)，對交通工程的理論知識有充分的掌握。如果沒有專業(yè)知識背景，很難深入的掌握其軟件的設(shè)計理念，也影響其對操作方法、操作過程的學(xué)習(xí)。因此，交通軟件實踐教學(xué)需要在交通專業(yè)基礎(chǔ)理論課程開設(shè)之后開展。

2 交通軟件工程能力需求調(diào)查及建議

為了對基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程教學(xué)模式進行研究，對北京市交通領(lǐng)域的20家本科生用人單位進行了調(diào)研，時間為2014年12月，得到了用人單位對于本科畢業(yè)生能力的需求及對于實踐課程設(shè)置的相關(guān)建議。

從圖1中可以看出，用人單位對于交通專業(yè)本科畢業(yè)生所具備的能力中，主要看重的是實踐應(yīng)用能力(知識應(yīng)用、動手操作等)，占65%，這同調(diào)研中企業(yè)普遍反映交通工程專業(yè)本科畢業(yè)生存在的主要問題是相關(guān)工作實習(xí)與從業(yè)經(jīng)驗貧乏相對應(yīng)，因此，提高本科畢業(yè)生實踐應(yīng)用能力對于促進學(xué)生的社會就業(yè)適應(yīng)性有重要的作用。此外，用人單位對學(xué)習(xí)能力、組織協(xié)調(diào)能力和文字表達能力也比較關(guān)注，分別占59%、47%、47%。 從圖2中可以看出，除了基本的辦公軟件(Word、PPT)外，用人單位認(rèn)為交通工程專業(yè)本科畢業(yè)生應(yīng)掌握的專業(yè)軟件為基本畫圖軟件AutoCAD，占76%，其次為交通規(guī)劃軟件(TransCAD、Emme、Vissum等)、交通仿真軟件(Vissim、Paramics等)和數(shù)據(jù)分析軟件(SPASS、Excel等)，分別占65%、59%、59%。此外，也有一些單位認(rèn)為需要掌握道路設(shè)計軟件和交通控制軟件等。

圖1 對交通工程本科畢業(yè)生的能力需求

圖2 需要掌握的專業(yè)軟件

從圖3中可以看出，用人單位對于本科生培養(yǎng)階段開展基于綜合專業(yè)項目的實驗教學(xué)(結(jié)合項目案例的實驗教學(xué))的態(tài)度是均持贊同態(tài)度，其中持非常贊同意見的占76%、持贊同意見的占24%。

圖3 對基于綜合專業(yè)項目的實驗教學(xué)的態(tài)度

圖4顯示，59%的用人單位認(rèn)為在基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學(xué)中，采用經(jīng)過簡化處理后的項目案例會更有助于提高教學(xué)效果。而41%的用人單位認(rèn)為采用原始項目案例更有助于提高教學(xué)效果。說明在基于綜合專業(yè)項目的軟件實驗教學(xué)中，應(yīng)該根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生能力培養(yǎng)的需要，采用原始項目和簡化項目案例相結(jié)合的教學(xué)形式。

3 CDIO教育模式在交通軟件實驗教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 CDIO的概念

CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)，是由MIT和瑞典的查爾姆斯技術(shù)大學(xué)、林克平大學(xué)以及皇家技術(shù)學(xué)院等3所高校于2004年創(chuàng)立的一種全新國際工程教育理念和實施模式，該模式是“做中學(xué)”原則和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)[7]。

圖4 對綜合專業(yè)項目教學(xué)形式的建議

CDIO的重要思想體現(xiàn)在以下幾點：以科研為動力，實現(xiàn)跨學(xué)科工程師人才的培養(yǎng)；以職業(yè)活動為導(dǎo)向，為學(xué)生提供未來職業(yè)適應(yīng)能力與從業(yè)能力；以實踐問題為旨趣，讓學(xué)生在解決實際問題中學(xué)習(xí)知識和提升技能；強調(diào)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，實現(xiàn)知能并舉；突顯學(xué)、教和能力評價一體化，實現(xiàn)專業(yè)評價循環(huán)機制[8]。

項目教學(xué)法是推行CDIO工程教育模式的重要內(nèi)容，是一種行之有效的教學(xué)方法，在基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育和高等教育中得到了廣泛的應(yīng)用[9-10]。該方法是指師生通過共同實施一個完整的項目而進行的教學(xué)活動，通過任務(wù)驅(qū)動的方式調(diào)動學(xué)生主動獲取知識和解決問題[11]，增強理論與實踐的聯(lián)系，提高學(xué)生的動手能力、思維能力、探究能力、創(chuàng)新能力和從業(yè)能力[12]。

3.2 基于CDIO的項目教學(xué)法在實驗教學(xué)中的實施

基于CDIO工程教育及項目教學(xué)法理念，結(jié)合交通軟件實踐教學(xué)的特點，總結(jié)以下基于CDIO的項目教學(xué)法在交通軟件實驗教學(xué)中的實施內(nèi)容和過程[13-15]。

3.2.1 綜合專業(yè)項目的選擇

依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知能力，并與企業(yè)工程技術(shù)人員進行討論，根據(jù)學(xué)生未來職業(yè)能力需求、課程目標(biāo)和學(xué)生興趣，合理地把握項目的深度與廣度，確定能影響學(xué)生未來職業(yè)能力多方面發(fā)展的綜合專業(yè)項目案例，在交通軟件實驗教學(xué)中根據(jù)需要進行簡化。

3.2.2 交通軟件實驗教學(xué)的實施

具體的實施過程如下：

(1) 布置項目任務(wù)。根據(jù)確定的專業(yè)項目案例，向?qū)W生介紹項目基本情況及運用交通軟件要完成的內(nèi)容模塊。必要時對一些交通數(shù)據(jù)還需要提前讓學(xué)生調(diào)查采集。

要求學(xué)生根據(jù)課程要求和項目情況制定項目工作計劃，進行任務(wù)分解，確定需要解決的實際問題、解決方案和思路。并將每一項工作任務(wù)分配到個人或小組，具體包括項目目標(biāo)、進度、完成期限、成果形式、評價標(biāo)準(zhǔn)等。

(2) 教學(xué)實施。采用集中教學(xué)與分散指導(dǎo)相結(jié)合的方式，集中教學(xué)包括教師對項目所需要的一些專業(yè)基本理論知識進行簡單的回顧，如交通規(guī)劃四階段法、期望線、VC比、綠信比、交通延誤等，對軟件的設(shè)計理念以及利用軟件完成實際項目的過程和步驟進行詳細(xì)的講解，如利用軟件如何搭建路網(wǎng)、如何進行參數(shù)設(shè)置、如何運行程序和結(jié)果的評價等，以邊講邊練的形式進行講授，讓學(xué)生真正在“做中學(xué)”或者是在“邊做邊學(xué)”中學(xué)習(xí)理論，應(yīng)用理論[16]。分散指導(dǎo)是針對學(xué)生在利用軟件完成專業(yè)項目中遇到的問題進行及時指導(dǎo)，以使得學(xué)生盡快熟悉軟件操作，順利完成實踐過程。

(3) 項目執(zhí)行與實現(xiàn)。學(xué)生按照工作計劃利用軟件完成項目內(nèi)容，教師對學(xué)生軟件操作過程中的問題進行指導(dǎo)，并以問題引導(dǎo)學(xué)生思考并幫助其建構(gòu)知識，對關(guān)鍵的操作步驟和設(shè)計方案、解決問題的方法組織學(xué)生進行討論和資源共享，開闊學(xué)生解決問題的思路和知識面。通過項目實踐過程中的相互協(xié)商、相互討論，帶動學(xué)生協(xié)作能力、團隊意識的提升。

(4) 項目成果交付與總結(jié)。整理與撰寫項目成果文檔，形成總結(jié)報告，重點對及項目實現(xiàn)的思路、設(shè)計方案和應(yīng)用軟件操作實現(xiàn)的過程進行講解。匯報、交流和總結(jié)之后，根據(jù)教師的意見進行修改和完善形成最終成果。

3.2.3 教學(xué)考評和總結(jié)

教學(xué)評價是教學(xué)實施體系的最后一個環(huán)節(jié)，是對教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)效果的檢查與反饋，也是對教學(xué)實施體系有效性的驗證。

4 案例分析

借鑒CDIO的項目化實踐教學(xué)模式，以交通軟件實驗教學(xué)中的交通規(guī)劃和仿真軟件課程為例，通過對北京工業(yè)大學(xué)交通工程大三本科生班級的教學(xué)，進行教學(xué)模式的應(yīng)用和教學(xué)效果評價。

4.1 綜合專業(yè)項目的選擇

本次交通規(guī)劃與仿真軟件教學(xué)采用實際項目和實地虛擬項目相結(jié)合的形式。課堂集中教學(xué)選擇了意露(北京)冷藏有限公司項目的交通影響評價，有交通相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，之后學(xué)生根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容自主完成實地虛擬項目的訓(xùn)練，該項目選擇了松榆北路片區(qū)作為訓(xùn)練的案例，沒有交通相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

實際項目意露(北京)冷藏有限公司項目為工業(yè)廠房項目，隸屬北京通州區(qū)，總用地面積33 050 m2，項目影響范圍北至南六環(huán)路，南到景盛南四街，東到京津塘高速，西到規(guī)劃的環(huán)景西二路，項目現(xiàn)狀路網(wǎng)如圖5所示。

圖5 實際項目現(xiàn)狀路網(wǎng)和流量圖

學(xué)生實地虛擬項目為松榆北路片區(qū)，如圖6所示，北至勁松路和南磨房路，西到二環(huán)路，東到四環(huán)路，南到大羊坊路，作為項目的研究區(qū)域。星形處為擬建商業(yè)設(shè)施，總用地面積102 567 m2，擬建成時間2017年，圓形為主要交叉口，基本任務(wù)是進行該項目的交通影響評價及項目周邊區(qū)域的交通仿真評價。

圖6 實地虛擬項目研究范圍圖

教學(xué)內(nèi)容包括運用交通規(guī)劃軟件TransCAD和交通OD反推理論、交通四階段法進行給定項目建成前后的道路網(wǎng)絡(luò)流量、負(fù)荷度的對比分析，給出交通影響評價結(jié)果和改進方案，進而運用交通仿真軟件Syncho、Vissim進行項目及鄰近區(qū)域現(xiàn)狀和交通改造方案的交通仿真和評價。

4.2 交通軟件實驗教學(xué)的實施

在課程開始前一周，向?qū)W生布置課程任務(wù)，介紹所要完成項目的目標(biāo)、范圍、數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)備、基本過程、內(nèi)容，學(xué)生討論確定項目工作計劃、思路和方案，做好分組。組織學(xué)生利用課余時間采集自主完成的實地虛擬項目的交通現(xiàn)狀、路段流量和交叉口流量的調(diào)查，為課程教學(xué)做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

課堂集中教學(xué)為期兩周，在專業(yè)具備微機和軟件的實驗室進行，采用結(jié)合實際項目邊講邊練的形式，將軟件操作分成幾個模塊，交通規(guī)劃軟件包括基本操作、路網(wǎng)小區(qū)搭建、路網(wǎng)小區(qū)屬性數(shù)據(jù)錄入、OD反推、交通生成預(yù)測、交通分布預(yù)測、交通分配。交通仿真軟件包括基本操作、路網(wǎng)搭建、路徑設(shè)置、沖突區(qū)設(shè)置、流量輸入、信號配時優(yōu)化和設(shè)置、程序運行和評價指標(biāo)輸出。對每個模塊設(shè)計的專業(yè)知識點和軟件具體操作過程進行講解，然后留出一定的時間，就學(xué)生對該模塊和軟件操作存在的問題進行分散指導(dǎo)，及時解決學(xué)生的問題。

學(xué)生完成課堂教學(xué)中實際項目練習(xí)后，同步獨立自主開展實地虛擬項目的訓(xùn)練，教師進行指導(dǎo)，但是以問題引導(dǎo)的方式，啟發(fā)學(xué)生獨立思考并通過與同學(xué)交流討論的方式解決問題，提升學(xué)生的主觀能動性、創(chuàng)新意識和實踐應(yīng)用能力。同時通過自主完成項目使得學(xué)生進一步熟練軟件操作過程，加深印象。學(xué)生獨立完成的實地虛擬項目的輸出結(jié)果如圖7、8所示。

圖7 TransCAD交通分配輸出圖

圖8 Vissim交通仿真輸出圖

項目完成后，各組提交項目成果報告，并通過匯報交流的形式進行總結(jié)，存在問題及時修改完善。

4.3 教學(xué)考評和總結(jié)

為了評價基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學(xué)效果，結(jié)合問卷調(diào)查，從學(xué)生的認(rèn)同度、綜合能力提升等方面進行評價。在課程結(jié)束后，2014年1月4日，對該班級同學(xué)進行調(diào)查，獲得有效問卷29份。

圖9顯示，對于本次基于綜合專業(yè)項目(將規(guī)劃和仿真軟件應(yīng)用到一個綜合項目中完成相應(yīng)的任務(wù))的實驗教學(xué)的態(tài)度，69%的學(xué)生持非常贊同的意見，31%的學(xué)生持贊同意見。

圖9 對基于綜合專業(yè)項目的實驗教學(xué)的認(rèn)同度

通過本次實驗教學(xué)，圖10顯示，學(xué)生認(rèn)為主要在學(xué)習(xí)能力、實踐動手操作能力、專業(yè)知識應(yīng)用能力、團隊協(xié)作能力方面有了很大的提升，分別占82%、86%、68%、61%。其中實踐動手操作能力比例最高。其次在鞏固專業(yè)基礎(chǔ)知識方面也有提升。

圖10 提升的能力方面

總體來說，借鑒CDIO工程教育及項目教學(xué)法理念，基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程，教學(xué)效果較好，學(xué)生認(rèn)同度較高，學(xué)生在實踐能力方面有了很大的提升。

5 結(jié) 語

交通軟件實驗教學(xué)是學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程建設(shè)有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)。

根據(jù)交通軟件實驗課程實踐性強、專業(yè)化要求高的特點，通過對交通領(lǐng)域用人單位的社會需求調(diào)研發(fā)現(xiàn)，用人單位對開展基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學(xué)持贊同態(tài)度，實踐應(yīng)用能力是用人單位最看重

的能力，用人單位認(rèn)為交通工程本科畢業(yè)生應(yīng)掌握的專業(yè)軟件為基本畫圖軟件、交通規(guī)劃軟件、交通仿真軟件和數(shù)據(jù)分析軟件。借鑒CDIO工程教育及項目教學(xué)法理念，提出了基于CDIO的項目教學(xué)法在實驗教學(xué)中的實施過程，以交通規(guī)劃和仿真軟件實驗教學(xué)為例，對交通工程大三本科生班級應(yīng)用了該實踐教學(xué)模式，通過學(xué)生問卷反饋，教學(xué)效果評價較好。研究結(jié)論對于促進交通工程本科實驗教學(xué)模式改進和本科生專業(yè)實踐能力培養(yǎng)具有一定的參考意義。

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Discussion on Experimental Teaching of Traffic Software Based on Integrated Professional Projects

QINHuan-mei,CAOJing,GAOJian-qiang

(Beijing University of Technology, Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering，Beijing 100124, China)

Traffic software experimental teaching is an important part of cultivating students’ practical ability. Based on the social demand investigation for the employers in traffic field, an attitude to carry out traffic software experimental teaching based on integrated professional projects was obtained. The employers also gave some suggestions on what professional software should be mastered by graduates in traffic engineering and what professional project form should be better for the traffic software experimental teaching. Absorbing and profiting from the good thought of CDIO engineering education and the teaching method based on project, the implementing content and process were put forward with its application to traffic software experimental teaching. Taking traffic planning and simulation software teaching as an example, the above practical teaching mode was applied to juniors in traffic engineering major at Being University of Technology. Good teaching effect evaluation was obtained. The conclusions of this study have some reference for practice teaching based on project.

integrated professional projects; traffic software; experimental teaching; CDIO engineering education

2015-04-16

國家自然科學(xué)基金資助(51308016)

秦?zé)?1980-)，女，吉林樺甸人，博士，講師，主要從事交通規(guī)劃、停車等研究。

Tel.: 13683253263; E-mail: hmqin@bjut.edu.cn

U 491.7

A

1006-7167(2016)03-0152-05