學科交叉融合視角下的交通安全心理學實驗教學設計

史 磊

（西南交通大學交通運輸與物流學院綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室，成都610031）

0 引 言

目前，我國將學科交叉融合上升到支撐國家創新驅動發展的戰略高度，成為增強高校、高等教育乃至國家整體核心競爭力的重要動力［1］。在“雙一流”戰略中，學科交叉融合成為提升人才培養質量的基礎和關鍵路徑。在高校實驗教學改革中，也將學科交叉融合建設放在重要位置。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》就明確提出，高校要加強實驗室、校內外實習基地建設，支持學生參與科學研究，強化實踐教學環節，促進多學科交叉融合，重點推進具有多學科背景的應用型、復合型、技能型人才培養［2］。經過多年實踐和摸索，學科交叉推進實施為高校實驗教學創新工作的開展創造了良好的氛圍，大大提高了實驗學科交叉融合后的整體教學水平［3］。本文結合“交通安全心理學實驗”這門實驗課程的開展，探索學科交叉融合視角下的實驗教學開展，將學科交叉融合建設引向深入。

交通安全心理學實驗是依托學校交通運輸國家級實驗教學示范中心開設的一門重要實驗課程，是面向交通運輸與物流學院安全工程專業本科二年級學生設置的獨立實驗課程，是人因安全實驗教學體系中的一門核心實驗課程。針對交通運輸特色的安全工程專業的學生，開設的交通心理學實驗課學科交叉特征明顯。學生在交通駕駛模擬仿真場景下，結合心理學實驗設計、研究范式和心理統計學，開展對交通參與者心理特點、行為特征和人因失誤機制的研究。在此過程中，學生摸索和實踐跨學科研究的思維，將心理學的理論和方法靈活運用于交通運輸領域研究中，訓練學生動手實踐能力，提升理論對實際的遷移應用能力，培養出具備較高科學素養的綜合創新型人才。

1 多學科交叉融合的交通安全心理學仿真實驗平臺

1.1 平臺三大實驗系統

交通安全心理學仿真實驗平臺由三大實驗系統構成，包括交通駕駛仿真模擬系統、駕駛適應性檢測系統和計算機化交通心理測試系統。

（1）交通駕駛仿真模擬系統。交通駕駛仿真模擬系統（見圖1）采用運動模擬和視景仿真系統營造不同道路條件和不同氣候條件下虛擬駕駛環境，可以分析駕駛員在不同環境下的駕駛行為特征、評價道路安全特性。在進行模擬駕駛的時候，可以人為地誘發駕駛員的駕駛疲勞臨界狀態［4］，利用腦電儀采集腦電波數據，利用眼動儀采集眼球位置與運動、瞳孔大小數據等［5］，從而科學分析駕駛行為安全性和評價道路設計安全性［6-8］，培養和訓練學生交通安全分析和安全評價的能力。在本實驗課中，該系統用于在特定的駕駛仿真環境下誘發駕駛員的駕駛疲勞狀態。

圖1 交通駕駛仿真模擬系統

（2）駕駛適應性檢測系統。駕駛適應性檢測系統（見圖2）包含了生理水平檢測和部分基本認知能力測評，用于檢測和評價機動車駕駛員的職業適應性和駕駛安全可靠性。該系統基于教師的科研結論，篩選出動視力、暗適應、速度判斷、手指靈活性等10多項身心條件指標，開發出相應的檢測技術，從機動車駕駛員的生理和心理兩個方面對其駕駛適應性進行定量檢測和科學評價。在本實驗課中，生理水平檢測設備選取了動視力檢測儀、暗適應檢測儀、聽力檢測儀；部分基本認知能力測評設備選取了深度知覺檢測儀、速度估計檢測儀和復雜反應判斷檢測儀。

圖2 駕駛適應性檢測系統

（3）計算機化交通心理測試系統。計算機化交通心理測試系統（見圖3）是基于國際通用的心理測試量表和經典的認知研究范式，由專業教師自主開發的計算機化的實驗教學系統。該測試在計算機界面下進行心理測試和認知能力測評，軟件將自動記錄下相關數據，實現數據的轉化和導出功能。在本實驗課中，主要利用該系統提供的“簡易疲勞量表BFI”測試駕駛員疲勞狀態誘發情況，并對駕駛員的記憶和注意兩方面的認知能力進行測評。

圖3 計算機化交通心理測試系統

1.2 實驗設備介紹

交通安全心理學實驗課的3個系統主要涉及如表1所示的實驗設備。

表1 交通安全心理實驗設備

2 學科交叉視角的實驗項目設計

2.1 設計原則

本實驗從學科交叉思維和創新能力培養角度出發，緊扣培養方案和課程大綱，結合交通心理學仿真實驗平臺，立足軌道交通行業人才培養需求，建立了跨學科、層次化、主題式的實驗教學理念，旨在啟發學生的創新思維、培養學生創新實踐能力和動手實操能力，為進一步的科研綜合能力訓練奠定基礎。為了更好地開發實驗項目，實現項目的系統性、個性化和協同性特點，實驗教師對各個實驗項目的實驗原理、實驗內容、實驗步驟及實驗考核不斷完善，形成了較科學合理的實驗課程設計。

2.2 實驗內容與設計

2.2.1 實驗內容

本實驗課程屬于綜合創新型實驗課，實驗學分為1學分，實驗學時為16學時。教學內容包括實驗理論、實驗操作方法和實驗技能。教師在課程開展之初強調實驗室安全操作規范和實驗守則，詳細講解并示范駕駛模擬器、生理心理檢測設備的使用和數據收集流程，教授交通作業人員的生理測量基礎方法和基本認知能力測量技術，使學生掌握交通安全實驗的設計方法和實驗數據的處理分析方法。教師講授的部分約占課程總學時的20%，其余時間均安排學生進行分組實驗，教師在旁觀察與指導。

2.2.2 實驗項目設計

本課程包含兩組實驗項目，第1組實驗項目旨在讓學生學會使用相關檢測設備和認識計算機化的認知能力檢測方式，掌握經典的心理學測試任務在交通運輸領域的應用，了解國家標準的設定；第2組實驗項目旨在讓學生實踐交通安全心理學實證研究的全過程，對學科交叉研究思想有更深入的認識。實驗流程設計如圖4所示。每個實驗項目的具體設計如下：

（1）實驗項目1。學生分組，每組4或5人。教師為每1組分配檢測設備，要求按照實驗指導書操作，記錄每1次的實驗數據，隨后各組自行交換設備；全體學生進入機房，進行計算機化的基本認知能力測試，在這里測試的認知能力是“注意”和“記憶”；將自己的數據與國家標準GB18463“機動車駕駛員身體條件及其測評要求”進行對照，判斷自身情況是否符合駕駛員的能力要求。

（2）實驗項目2。每組選出1名同學作為駕駛員進行連續性駕駛作業，作業任務為連續120 min以上的高速公路仿真場景的駕駛；駕駛作業結束后采用“簡易疲勞量表BFI”進行疲勞的主觀評估，根據量表計分結果比照常模，如果沒有達到疲勞狀態則再進行1 h的駕駛作業；如果已進入疲勞狀態，則馬上進行基本認知能力測評。將疲勞駕駛前后的測評得分進行統計分析，用SPSS軟件進行t檢驗，對比正常狀態和疲勞狀態的基本認知能力是否存在顯著性差異。

2.3 實驗目標

通過實驗教學的開展，學生不但要學會使用實驗設備和掌握基本實驗技能，強化動手和解決問題的能力，更重要的是培養科學嚴謹的思維與學術態度，用學科交叉的思維解決實際問題。本實驗課將心理學的實驗設計和研究范式，與交通運輸作業任務相結合。指導學生完成交通從實驗設計、研究方法選擇、方案實施、數據分析處理到撰寫實驗報告的全過程。具體而言，本課程學習包含以下4項目標：

（1）學習駕駛適應性緊密相關的各項生理、心理指標的測試機理與測試方法。

（2）掌握安全生理與心理檢測的常用設備，包括視覺、聽覺、注意力、記憶的測量儀器等設備的使用方法。

（3）了解計算機化的基本認知能力和心理測試技術。

（4）掌握交通安全行為實驗數據處理的技術與方法。

3 交叉學科實驗教學實踐

3.1 實驗準備與訓練

在實驗準備階段，實驗教師檢查駕駛仿真模擬器和檢測設備是否運行良好，開啟并調試好設備，向學生詳細介紹實驗的流程、設備操作方法和注意事項，并做好學生實驗簽到登記和設備使用登記。

隨后學生分組，每組學生在正式實驗開始之前，對每個檢測設備進行3次訓練［10］，訓練內容包括設備操作和數據記錄；對于計算機化的認知能力測試，也同樣進行1遍軟件設定好的訓練程序，學會導出實驗數據；對于駕駛仿真模擬器，要求每組進行模擬駕駛的學生熟悉控制界面，進行至少15 min的駕駛操作練習。

3.2 實驗測試與數據收集

在實驗開始時，每個實驗小組分配到2或3臺檢測設備，這樣就能讓1名學生進行測試，1名學生記錄數據。然后組內交換設備，全部實驗完成后再在組間交換設備，交換之前將參數重置。表2所示為實驗小組1在實驗項目1中的測試數據。

表2 實驗小組1的實驗數據（實驗項目1）

3.3 統計分析

對于實驗數據的統計和分析，課程采用在心理學實證研究中廣泛使用SPSS（Statistical Product and Service Solutions）統計分析軟件進行數據分析處理。學生根據前置課程的學習和本實驗課程的實驗指導書要求，自行嘗試操作軟件，包括新建數據視圖、變量定義、輸入數據、選擇分析方法和讀取結果。

在本課程中，主要將正常狀態下和駕駛疲勞狀態下的基本認知能力進行對比，觀測其是否達到統計學意義上的顯著性差異。表3所示為安全工程專業1個班級學生的實驗數據統計分析結果。

表3 正常狀態下和駕駛疲勞狀態下的基本認知能力匹配值（M±SD）

由t檢驗結果得出，本實驗所選取的動視力、復雜反應判斷、持續性注意、注意分配、視覺工作記憶廣度和工作記憶這6項基本認知能力指標，在駕駛疲勞狀態下與正常狀態下出現顯著差異。

3.4 實驗報告與課程考核

本課程考核評分由“出勤率（20%）＋實驗操作（20%）＋實驗報告（60%）”3部分構成，除了要求學生必須到場實踐操作以外，更加注重考查學生對心理學原理與范式的了解、設備的基本操作、實驗數據采集的嚴謹性與客觀性以及數據處理的科學性［11］。在實驗報告中，要求學生必須報告實驗目的、主要儀器設備、實驗原理、實驗內容及步驟（可畫圖示意）、實驗數據計算分析、結果討論等。尤其要在實驗內容中報告自己在實驗小組中的分工與作用，并要求在結果討論中論述學科交叉思想在實驗中的體現。

4 教學效果

本實驗課程的設計具有跨學科、綜合性、層次性的特點，既能讓學生掌握基本的實驗操作技能、驗證前置課程的理論知識，也能引導學生以問題為主線開展實驗研究，自主摸索解決問題的思路，培養科學思維和科學素養，取得較好的教學效果。

（1）學習興趣和自主性增強。在實驗過程中，教師除了一開始向學生講授實驗室安全守則和設備使用方法，其余時間都交給學生自己探索研究。當學生在操作遇到困難，教師會首先鼓勵學生根據實驗指導書自行摸索，或在組內展開討論，而不是一味依靠教師的示范；對于實驗設計，也鼓勵學生根據興趣自行設計和規劃，但是要提供文獻支撐。允許學生不斷擴展學科交叉的深度和范圍，并在最終考核中根據標準予以加分。

（2）綜合素質提高。基于學科交叉視角的綜合創新型實驗教學在培養學生自主實驗意識及動手能力上成效顯著［12］。在參加課外實踐和學科競賽方面，經過交叉學科實驗鍛煉的學生，面對項目設計和設備操作的時候都更加從容，特別是現場競賽中學生的心理素質和應變能力都得到加強，團隊協作意識也不斷增強，在近3年的“全國交通規劃設計大賽”等學生課外實踐競賽中，無論是集體獎項還是個人獎項都取得了優異成績；在論文發表中，參加了交叉學科實驗教學訓練的學生，發表論文的數量和層次都有很大進步。

在實驗教學中由于打破學科知識界限、促進多個學科知識技能的深度融合，對進一步培養學生綜合素質與協同創新能力具有積極作用［13］。

5 結 語

在交通安全心理學實驗教學中，訓練學生運用學科交叉思維，從對檢測設備和駕駛模擬器的基礎認知開始，到結合理論知識開展課題綜合設計、到最終實現從問題著手進行深入實驗研究，學生的創新能力、團隊協作能力、獨立思考和動手實踐等基本科學研究素養都得到了發展和提高。本課程只是人因安全實驗教學體系中的其中一門實驗課，隨著學生前置課程的學習和積累，還要進行更復雜和嚴謹的交通心理學實驗設計，學會運用眼動儀、腦電儀、多導生理儀等實驗設備采集和分析數據。

課程組還要不斷改進實驗教學設計，增加網絡在線互動內容，如錄制相關微課和微視頻，并上傳到專門網站上供學生預習，學生可根據預習內容在網站上與教師進行反饋與互動［14］。探索利用翻轉課堂的教學模式，不斷提高學生自主學習的能力，提升實驗教學效率。課題組將不斷改進實驗內容與交通運輸行業現場的契合度，深度融合多學科的知識技能，打破學科知識邊界，進一步提高學生綜合素質與協同創新能力［15］。