“雙碳” 背景下交通仿真課程教學改革與探索

尹超英，馬健霄，陸 濤

（南京林業大學汽車與交通工程學院 江蘇 南京 210037）

2021年中共中央、國務院印發了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，早日實現 “碳達峰、碳中和” 的理念逐漸受到各行各業的關注。目前，我國正經歷規模最大、速度最快的城市化進程，迅速推進的城市化使我國城市呈現出蔓延式的發展態勢，出行者的機動化出行需求也呈現快速增長的趨勢，從而導致了大量溫室氣體排放，而交通運輸領域溫室氣體排放已成為我國城市碳排放的三大源頭之一。中共中央、國務院于2021年印發的《國家綜合立體交通網規劃綱要》要求交通行業要 “加快推進綠色低碳發展，交通領域二氧化碳排放盡早達峰，降低污染物及溫室氣體排放強度” 。為此，交通運輸行業也成為我國碳達峰碳中和關注的重點領域[1，2]。

交通設計與仿真能力是交通工程專業本科生培養最重要的環節之一，需要持續改進的實踐教學組織和教學環節設計，以最大限度地獲得專業的教育效果[3]。為助力我國實現碳達峰碳中和的目標，交通仿真課程立足于交通工程專業本科生低碳交通設計與仿真能力的養成，培養具備健全人格和社會責任感、基礎扎實、實踐能力強、具有創新創業意識和國際視野的高素質人才和精英人才。為加快推進我國低碳交通運輸體系建設的新形勢，必須針對交通仿真課程積極探索基于學習產出教育（Outcomes-based Education，OBE）理念的低碳交通設計與仿真教學的新模式和新方法[4]。

因此，本文基于OBE產出導向教育的設計理念，以 “學生為中心” “成果為導向” “持續改進為過程” ，旨在引導學生運用交通仿真技術解決低碳交通設計及仿真中存在的復雜專業問題，從而全面培養學生的綜合素質。

1 課程建設與教學設計

交通仿真課程建設與教學設計要體現以學生為中心的教育理念，同時兼顧低碳交通的時代特色，我國的城市交通研究已經步入全新時代，原有的交通規劃、組織與管理等技術方法無法完全適應我國當前發展低碳交通運輸體系的需求。因此，在本課程建設與教學設計改革中需將低碳交通的理念融入對學生的教育教學過程中，為國家培養適應時代需求、能夠解決實際工程問題、具有良好知識運用能力的交通人才。具體課程改革思路與建設方案如下。

1.1 建設方案

1.1.1 教學模式建設

以交通仿真教學大綱的要求和深度為前提，以南京林業大學交通工程學院的實驗平臺和研究基礎為特色，收集國內交通仿真授課的相關教學資料與實踐案例，通過問卷調查、教學效果反饋與評價機制，制訂基于碳達峰碳中和理念的交通仿真教學模式和方案，形成和完善符合交通工程專業本科生培養目標的授課教學模式。

1.1.2 教學材料建設

基于研究型教學模式，根據交通仿真課程的專業設計特點和聽課學生的學習特點，凝練教學內容和梳理邏輯關系，將碳達峰碳中和相關教學內容轉化為淺顯易懂、容易接受的討論話題和主題；同時，收集國內外交通工程領域的經典交通與碳排放工程案例、前沿研究熱點、時效性話題，形成全面完善的討論式與實踐式相結合的教學材料，通過啟發性討論與針對性指導加強學生對科學研究和工程應用精神的培養。

1.1.3 碳達峰碳中和理念滲透設計

以南京林業大學交通工程專業的本科生培養目標和交通仿真教學大綱為基礎，把碳達峰碳中和等國家戰略與交通仿真相關專業知識有機融合，將低碳交通設計與仿真的理念融入專業知識的教學內容中，使學生在掌握交通仿真的操作技巧和對交通環境的仿真實現，能夠運用仿真軟件VISSIM分析常見的交通管理、通行能力、信號配時等問題的同時，結合國內外先進工程實踐案例，在交通工程專業的學科背景下注重對低碳交通設計與仿真能力的引導和培養。

1.2 “雙碳” 背景下交通仿真課程改革方案

交通仿真課程是一門理論與實踐相結合的課程，在講授交通基礎理論知識的基礎上，注重對學生實踐動手能力的培養。因此，在進行教學內容安排時，要將交通工程領域的前沿問題引入課堂教學中。本課程的改革方案擬將低碳思路融合到課程設計中，通過對交通仿真基礎、十字信號交叉口及非機動車與行人等章節內容的重新設計，以強化實踐訓練的方式擴展學生對交通工程基礎理論的理解與應用。

①在交通仿真基礎章節中，在我國提出發展低碳交通體系促進低碳經濟發展戰略的大背景下，將低碳交通理念融入交通設計與仿真基礎理論中，明確交通仿真在雙碳背景下的重要作用。

②在十字信號交叉口章節中，增加對不同交通信號協調控制策略方案碳排放評價的內容。交叉口的信號控制方案是影響交叉口運行效率的關鍵指標，對交通碳排放具有顯著影響，通過模擬不同信號配時方案下的交通污染物排放情況，從低碳角度優化交叉口信號配時方案。

③在非機動車與行人章節中，增加出行結構優化的減排效果模擬與評價等相關內容。通過提高公共交通和主動交通的服務水平，進而提高減排效應，深入理解交通結構與交通碳排放的相互影響關系[5]。

④在有關城市干道信號協調及公交優先的內容中，利用仿真平臺測試設置公交專用道的減排效應。在已有仿真內容的基礎上，通過對有無公交專用道方案的機動車污染物排放量進行仿真模擬，深入分析兩種仿真方案的碳排放指標，并對其進行對比、分析和評價。

2 典型案例設計

通過設計案例可讓學生對所學知識點進行整合和理解，將理論知識與工程應用聯系，從而全方位提升學生的科學素養和職業使命感。

2.1 中國特色化的城市交通仿真案例設計

在快速城鎮化的背景下，我國城市正呈現出蔓延式的發展態勢，城市規模不斷擴張，大街區和寬馬路成為諸多新城和郊區規劃的顯著特征，摒棄了以步行和公交為導向的城市發展目標，導致居民小汽車依賴的快速增長[6]。雖然上述特征與美國20世紀下半葉城市蔓延式發展特征相似，但我國城市具有密度高、規模大及更新快等獨特特征，使得我國城市的交通發展不能照搬發達國家的交通規劃設計。因此，需在設計交通仿真案例過程中選擇符合我國城市交通特征的仿真參數，將我國電動車使用比例及公交車分擔率較高等特點融入課堂的實踐教學中，提高學生解決我國實際交通問題的思維能力，為我國城市交通建設培養后備力量。

2.2 基于低碳理念的交通仿真案例設計

在交通仿真課程案例選擇上，重點圍繞我國提出的 “加快推進低碳交通運輸體系建設，積極引導低碳出行” 理念，將交通仿真的低碳策略分析與評價融入課堂研討中。從實踐調查獲取實際數據入手，引導學生自主選取仿真模型、搭建仿真平臺，從交通規劃、管理及控制策略的角度，構建基于低碳策略的仿真評價案例，對不同交通情境的交通碳排放進行測算與比較，注重對低碳交通設計與仿真能力的引導和培養[7，8]。

3 課程效果評價及改進措施

經過教學團隊一系列的摸索，交通仿真課程改革方案已被南京林業大學列為一流課程建設—— “碳中和” 課程建設項目。通過對南京林業大學交通工程專業近100位學生進行訪談，了解課程教育教學成效，梳理學生反饋信息，教學團隊形成了以下教學改進措施。

3.1 融合工程實踐項目元素

本課程建設依托于南京林業大學公路隧道運營安全虛擬仿真實驗教學平臺，該國家級虛擬仿真平臺積累了大量的工程實踐項目資源。教學團隊成員需進一步通過共享教學資源和補充工程實踐案例，共同搭建仿真實驗數據庫，包括教學方案、教學課件、教學視頻及可供學生進行仿真訓練的實際工程項目案例等。通過豐富的工程實踐案例，結合低碳交通設計與仿真的視角，培養學生解決實際交通工程問題的思維[9，10]。

3.2 進一步增加實踐教學環節

本課程目前的理論學時和實踐學時分別占比為60%和40%，通過對學生的訪談和調研，為進一步強化學習效果，加強學生的動手能力，在后續的課程改革與調整過程中，將探索更科學的課堂討論與實踐模式，優化學生分組制度，增加仿真實踐學時所占比例，提升學生團隊協作能力和專業實踐能力，從而讓學生在本課程學習過程中完成專業知識和自身素質的提升。

3.3 教學與科研相結合

為提升學生的創新思維和科研能力，將教學團隊最新科研成果融入本課程的課堂教學中，激發學生的科研興趣，同時結合國家雙碳和交通強國戰略，在課堂中介紹最新、最前沿的低碳交通設計與仿真成果。引導學生積極參加各類學科競賽（交通科技大賽、挑戰杯等），由于交通設計與仿真能力是解決各類交通問題的基礎，達到 “以戰養學” 、反哺課堂的目的。在此過程中不僅可以培養學生的科研思維，同時還可促進科技成果的轉化。

4 結語

本課程在教育部提出 “加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設” 的背景下，提出將低碳理念融入交通工程的專業實踐課程——交通仿真課程中。根據交通仿真課程的專業特點，通過典型案例設計將具有中國特色和基于低碳理念的仿真案例植入教學內容中；注重培養學生的工程實踐項目經驗，引導學生參與各類學科競賽，從實踐中激發學生的創新思維和科研能力。該課程在 “雙碳” 背景下的課程改革方面進行了初步探索，但仍有很大改進空間。未來需進一步與國家戰略需求相結合，動態調整交通仿真課程的建設方案，培養 “雙碳” 戰略背景下交通工程專業人才。