交通仿真場景式案例教學(xué)模式改革與實(shí)踐

邴其春，陳秀鋒，曲大義，魏金麗

（青島理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，山東 青島 266520）

《交通仿真》是交通工程專業(yè)的主干課程，在交通工程本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)中，交通仿真課程的教學(xué)質(zhì)量對于完成交通工程本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)具有非常重要的意義。交通仿真的作用在于對現(xiàn)有系統(tǒng)或未來系統(tǒng)的交通運(yùn)行狀況進(jìn)行再現(xiàn)或預(yù)先把握，從而對復(fù)雜的交通現(xiàn)象進(jìn)行解釋、分析、找出問題的癥結(jié)，最終對所研究的交通系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[1]。針對該課程的特點(diǎn)，通過引入場景式案例教學(xué)模式，有效激發(fā)學(xué)生解決實(shí)際交通問題的欲望，力求在實(shí)踐中提升課堂教學(xué)實(shí)效。

1 場景式案例教學(xué)模式的意義

場景式案例教學(xué)模式，是以案例為主線，以學(xué)生為主體，以教師為核心，以實(shí)驗(yàn)室為環(huán)境的教學(xué)模式，其對促進(jìn)教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

1.1 能夠有效提升授課效果

在場景式案例教學(xué)過程中，將以教師講授為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生動手實(shí)踐為主，將學(xué)生被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃诱莆罩R解決實(shí)際交通問題，學(xué)生能夠在課堂上更好地發(fā)揮主觀能動性，積極主動地學(xué)習(xí)和思考。這種教學(xué)模式不但提高了學(xué)生對交通仿真軟件的操作水平，同時也加深了學(xué)生對交通流基本參數(shù)的認(rèn)識。

1.2 能夠有效提高學(xué)生的動手能力和解決實(shí)際交通問題的能力

場景式案例教學(xué)模式以實(shí)際工程仿真案例為載體，能夠很好地實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，有效提高學(xué)生的動手能力，使學(xué)生具備解決交通規(guī)劃設(shè)計(jì)、交通組織優(yōu)化等領(lǐng)域?qū)嶋H工程問題的能力[2]。

1.3 能夠有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

通過場景式案例教學(xué)，學(xué)生能夠更為深入地思考并解決交通技術(shù)問題，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行二次開發(fā)，真正做到學(xué)有所用、學(xué)有所長，逐步將交通仿真應(yīng)用到橫縱向科研項(xiàng)目中。

2 場景式教學(xué)案例庫設(shè)計(jì)

案例教學(xué)最早是由哈佛大學(xué)法學(xué)院前院長Christopher Columbus Langdell教授提出的一種理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法。根據(jù)實(shí)際的工程場景案例，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)，以提高運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力[3]。教學(xué)案例庫的設(shè)計(jì)是場景式教學(xué)模式的核心，教學(xué)案例庫設(shè)計(jì)的合理與否直接影響著交通仿真課程的教學(xué)效果。結(jié)合實(shí)際工程場景，設(shè)計(jì)如下教學(xué)案例庫：

場景案例1：單點(diǎn)交叉口信號控制仿真。

選取青島理工大學(xué)嘉陵江路校區(qū)附近嘉陵江東路-衡山路交叉口作為仿真對象，主要步驟包括添加路段、設(shè)置連接器、設(shè)置進(jìn)口道展寬、設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)、設(shè)置車輛輸入、設(shè)置路徑?jīng)Q策、設(shè)置交通沖突、設(shè)置減速區(qū)、設(shè)置信號控制參數(shù)、添加檢測器、設(shè)置節(jié)點(diǎn)評價、輸出評價數(shù)據(jù)等，使學(xué)生掌握VISSIM交通仿真軟件的基本操作。

場景案例2：干線交叉口協(xié)調(diào)控制仿真。

選取濟(jì)寧市城市主干道洸河路沿線洸河路-共青團(tuán)路、洸河路-浣筆泉路、洸河路-建設(shè)街、洸河路-供銷路、洸河路-琵琶山路5個連續(xù)交叉口進(jìn)行干線交叉口協(xié)調(diào)控制仿真。在單點(diǎn)交叉口信號控制仿真操作的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)相位差和相位相序?qū)崿F(xiàn)洸河路沿線交叉口的單向綠波協(xié)調(diào)控制和雙向綠波協(xié)調(diào)控制，并設(shè)置行程時間檢測器、排隊(duì)長度檢測器等評價信號協(xié)調(diào)控制的效果。

場景案例3：立體交叉口仿真。

選取青島市海爾路-銀川東路交叉口立交改造工程作為仿真對象，項(xiàng)目可行性研究報(bào)告中給出了四類立交方案，如圖1所示（P187）。按照方案給出的具體參數(shù)，利用VISSSIM軟件搭建立體交叉口仿真模型，并設(shè)置數(shù)據(jù)檢測點(diǎn)、行程時間檢測器、排隊(duì)長度檢測器、節(jié)點(diǎn)檢測器等評價不同立交方案的實(shí)施效果。

圖1 海爾路-銀川東路交叉口立交改造方案

場景案例4：公交車輛運(yùn)行仿真。

選取青島市隧道公交1號線嘉陵江路沿線作為仿真對象，分別構(gòu)建港灣式公交停靠站仿真模型和直接式公交停靠站仿真模型。在仿真建模過程中，需要創(chuàng)建公交線路、設(shè)置公交車站、輸入交通流量、設(shè)置期望車速分布、公交車輛發(fā)車間隔、公交站點(diǎn)乘客數(shù)、交叉口信號配時等參數(shù)，仿真評價隧道公交運(yùn)行特性。

3 改革實(shí)踐方案設(shè)計(jì)

場景式案例教學(xué)并不單純是一種教學(xué)方法，而是涉及師生定位、教學(xué)組織、教學(xué)內(nèi)容、綜合評價等多個層面的全新教學(xué)模式。

3.1 學(xué)生主體、教師引導(dǎo)

場景式案例教學(xué)完全重置傳統(tǒng)講授式教學(xué)模式中師生的角色定位。教師不再是單純的知識教授者，而是發(fā)揮學(xué)生主觀能動性的引導(dǎo)者、促進(jìn)者和合作者。教師通過場景式教學(xué)案例激發(fā)學(xué)生的求知欲、探索欲和好奇心。場景式案例作為理論知識的載體，能夠引導(dǎo)學(xué)生整合課程知識點(diǎn)，在探索和解決實(shí)際工程問題的過程中對知識進(jìn)行消化吸收，真正發(fā)揮學(xué)生的主體地位。

3.2 合作協(xié)商、共同提升

每5名學(xué)生劃分為一個學(xué)習(xí)小組，每位小組成員具有不同的學(xué)科基礎(chǔ)背景和實(shí)踐認(rèn)知層次，小組式合作學(xué)習(xí)一方面可以互補(bǔ)小組成員之間的認(rèn)知差異，充分發(fā)揮學(xué)生的個體智慧和潛力；另一方面，學(xué)生之間的交流探討也有助于知識的消化吸收和團(tuán)隊(duì)觀念的訓(xùn)練。根據(jù)專業(yè)基礎(chǔ)和接受能力的差異，學(xué)生分組完成案例庫中的項(xiàng)目案例，在教師講授相關(guān)基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)上，學(xué)生針對項(xiàng)目案例進(jìn)行討論交流，將理論知識和實(shí)踐操作融會貫通，進(jìn)一步提升學(xué)生對交通仿真的認(rèn)識和理解。

3.3 真實(shí)案例、多元場景

在教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)過程中，真實(shí)場景有助于激發(fā)學(xué)生解決實(shí)際問題的強(qiáng)烈欲望。在構(gòu)建多場景教學(xué)案例庫的基礎(chǔ)上，學(xué)生從仿真路網(wǎng)搭建、仿真參數(shù)設(shè)置、仿真模型標(biāo)定、仿真數(shù)據(jù)輸出、仿真效果展示等方面全過程完成實(shí)際工程項(xiàng)目的交通仿真。最后，每個小組需要提交一份交通仿真報(bào)告，報(bào)告的撰寫需要小組成員全員參與，標(biāo)注每名成員提出的技術(shù)性方案和所作的貢獻(xiàn)。在對項(xiàng)目研究報(bào)告進(jìn)行逐輪修改完善之后，每個小組制作PPT進(jìn)行匯報(bào)展示，接受老師同學(xué)的提問。

3.4 問題導(dǎo)向、循環(huán)建構(gòu)

在以學(xué)生為中心的教學(xué)過程中，教師拋出需要解決的實(shí)際交通仿真場景，學(xué)生通過合作探究、交流碰撞、資料搜索、師生互動等形式對交通仿真基礎(chǔ)知識和操作流程進(jìn)行建構(gòu)和再建構(gòu)，使學(xué)生在知識的重構(gòu)過程中不斷增強(qiáng)知識的掌握程度，形成“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體，疑為主軸，練為主線”的新型教學(xué)模式。每個小組完成交通仿真報(bào)告答辯之后，老師和全體學(xué)生需要對教學(xué)整個過程中的各個要素進(jìn)行綜合評價，對照評價指標(biāo)體系逐項(xiàng)打分，對案例教學(xué)模式的實(shí)施效果給出一個客觀公正的評價結(jié)果。