多學科交叉背景下交通仿真線上線下混合式一流課程建設探索與實踐

摘" 要：交通仿真作為交通運輸專業的核心課程，具有極強的理論性與實踐性，對交通管理與控制、交通規劃和交通設計等專業課程群的建設具有重要意義。在當前交通運輸多學科交叉滲透、前沿技術集中應用的背景下，交通仿真技術已經成為評價交通方案、衡量交通專業學生綜合能力的重要手段。該文通過分析交通仿真課程的教學現狀，結合國際前沿交通仿真研究動態，提出改善線上與線下結合的教學模式、優化課程體系、完善案例教學、改革課程考核方式以及融入思政教學等措施，旨在全面提升學生利用現代工具解決復雜交通工程問題的實踐能力，形成具有“北航特色”的優質課程，以適應國家“雙萬計劃”與交通強國戰略對未來交通專業人才培養的新要求。

關鍵詞：教學改革;交通仿真;教學模式;案例教學;技能培養

中圖分類號：G640" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）05-0041-04

Abstract： As a core course in the field of transportation engineering， traffic simulation possesses a strong theoretical and practical foundation， which is of significant importance in the construction of professional course groups such as traffic management and control， transportation planning， and traffic design. In the current context of interdisciplinary integration and concentrated application of cutting-edge technologies in transportation， traffic simulation technology has become an essential means of evaluating transportation plans and gauging the comprehensive capabilities of transportation majors. By analyzing the current teaching status of traffic simulation courses and in combination with international frontiers in traffic simulation research， this paper proposes measures including improving the teaching model that combines online and offline instruction， optimizing the curriculum system， perfecting case-based teaching， reforming course assessment methods， and integrating ideological and political education. These measures aim to comprehensively enhance students' practical abilities in using modern tools to solve complex traffic engineering problems and form a quality curriculum with \"Beihang characteristics\" to meet the new requirements of the national \"Double Ten-Thousand Plan\" and the strategy of building a strong transportation country for the cultivation of future transportation professionals.

Keywords： teaching reform; traffic simulation; teaching model; case teaching; skill training

交通仿真是交通運輸專業的核心課程，授課對象為交通運輸專業本科生，是一門理論性與實踐性均較強的基礎課程，支撐著交通管理與控制、交通規劃、交通設計等專業課程群的建設。

在交通運輸多學科交叉滲透、前沿技術集中應用的背景下[1]，交通仿真是對不可逆的交通方案進行評價的有效方法。交通仿真是評價交通規劃、設計及管控方案的重要手段，可為交通決策者提供可靠依據[2-3]。理解與掌握交通仿真相關理論，并據其選擇合理的交通仿真軟件，針對實際交通問題設計仿真評價方案，得出合理結論是交通運輸專業學生的必備能力[4]。因此，交通仿真能力的高低已成為衡量交通運輸專業學生綜合能力強弱的重要方面。

由“交通大國”邁向“交通強國”建設[5]，標志著交通運輸行業發展重點將由大規?；A設施建設轉向現代化運行管理與服務。為應對這一現代化的轉型戰略任務，在技術支撐和人才培養層面上，基于信息和系統科學的交通仿真技術的作用將越來越重要[6]，對復合型工程人才的培養也提出了需要更豐富的知識儲備、更強的創新能力和實踐能力等要求[7]。開設交通仿真課程絕非簡單地操作交通仿真軟件，而是從對交通工程理論的理解與應用，實際交通問題的分析、解決與方案評價，有效方案及結果得出等方面全維度塑造學生分析與解決復雜交通工程問題的能力，進而提升學生基于專業的社會實踐和服務能力[8]。同時，依據《高等學校課程思政建設指導綱要》，讓課程承載“思政”，以克服傳統教學模式“單一化”等問題[9]。通過本課程的改革，旨在解決傳統課程重理論、輕實踐現象，使學生掌握多種常用交通仿真軟件相關的理論及應用，全面提升學生應用現代工具解決復雜交通工程問題的思維方法、實踐能力和愛國情懷。

北京航空航天大學交通運輸專業是第一批進入國家“雙萬計劃”一流專業建設的專業。國家“雙萬計劃”[10]與交通強國戰略具有一定的導向作用，對北航交通運輸一流專業的人才培養提出了更高的要求。交通仿真作為交通運輸類專業的核心專業課程，更應主動積極適應新形勢和新要求，積極優化課程體系，完善案例教學，形成國內有影響力、具有“北航特色”的優質課程。

一" 國內外同類課程教學的優劣勢分析

交通仿真課程是以相似原理、信息技術、系統工程和交通工程領域的基本理論和專業知識為基礎，以計算機為工具，利用系統仿真模型模擬道路交通系統的運行狀態、采用數字圖形方式描述動態交通系統，以便更好地管控道路交通系統的一門實用課程。相比傳統交通理論課程，更加注重交通工程方案制定過程中交通仿真作用定位的辯證認知，更加注重仿真案例實操積累、項目討論探索、課外實踐培養等環節。對比國內外同類優質課程（表1），我國高校在課程體系建設中圍繞不同重點開展了多項探索，但仍存在一定問題，主要體現在以下三個方面。

第一，交通學科具有多學科交叉特點，交通仿真技術應用范圍廣闊，國內教學多局限于一般交通仿真原理及模型，缺少針對選課學生研究方向多樣化的基礎知識體系建設，缺乏交通仿真樣例練習及案例式研討教學探索。

第二，國內已有交通仿真教學多注重課堂線下教學，忽視線上資源協同，缺乏產業實際銜接與實踐動手能力，學生終期匯報多集中于拼湊理論或產業雜談，產學研孤立現象嚴重，導致無法有效培養學生實踐動手能力。

第三，國外交通仿真類課程雖廣泛推行小組討論式開放性展示等創新方法，但考核方式扁平化，缺乏立體性考核體系，易造成少數學生因抄襲、依靠組員等缺乏課堂收獲。

本課程的優勢和問題闡述如下。

（一）" 教學內容在系統性、高階性和挑戰性方面，優于同類課程

同類課程側重仿真技術的基礎知識或仿真軟件一般化應用能力培養，課堂講解與應用實踐相互獨立。本課程團隊在系統性上側重交通仿真全流程培養模式：聚焦智能網聯、數字城市、自動駕駛等新興產業對交通仿真技術的實際需求，以強化基礎理論為主線、以提升實踐能力為先導、以培養創新意識為目標，使學生掌握從交通仿真“概念—原理—模型—應用”全流程的仿真分析能力（圖1），更具系統性。

部分高校同類課程側重于傳統仿真技術在交通系統規劃設計、運行管理中的應用，忽略了交通仿真技術是數字孿生技術的重要組成部分。本課程引用SIL軟件在環、HIL硬件在環、MIL模型在環仿真測試技術，聯合交通行業領頭單位（PTV、TESS NG等，經緯恒潤），授權使用高精度微觀交通仿真軟件及車輛動力學仿真軟件進行案例分析，在課程中強化交通仿真在數字孿生及自動駕駛虛擬測試中的核心地位，更具有高階性與挑戰性。

（二）" 案例貫穿式教學模式的先進性優于同類課程

課程團隊負責人與成員熟悉交通仿真領域學術前沿，在課程多輪次的講授過程中，根據北航交通專業培養特色，結合交通系統仿真場景和內容梳理典型教學案例10余項，將案例貫穿于整個教學過程中，穿插交通流仿真模型及仿真參數設置方法，通過案例式教學克服單個章節教學知識片段化和不連續性的問題，增強學生對交通仿真通用技術的理解和掌握能力，做到學以致用，實現“仿真建?！獏递斎搿Y果輸出—反饋優化”四元耦合的案例貫穿式教學。

（三）" 在產教融合方面優于同類課程

國內交通仿真課程多數缺乏實際案例教學培養及行業項目支撐，與傳統交通課程同質化嚴重的特點更不利于實現學生獨立完成交通項目實例分析的教學目標。為此，課程團隊積極與國內交通仿真軟件公司、智能網聯高新技術企業聯合，提出并實踐了一套以“案例導向、校企共培”為特色的創新、高效教學體系：基于PTV與TESS NG的交通仿真軟件資源，共享仿真案例庫與代碼、公開教學資源。

二" 課程教學改革建設目標

突出北航交通“智能化、信息化”特色，理論課堂、產教實踐案例以及線上教學資源相輔相成、逐步遞進，分層次提升學生的動手極限和認知極限，輔以多場景交通仿真教學視頻，編制網上題庫和學科前沿討論話題，引導了解學科前沿，激發創新思維，為學生繼續深造和就業奠定良好基礎，具體目標如下。

第一，通過系統的教學內容優化，進一步提升課程的高階性。

第二，通過科教融合，更新教學案例庫，優化課程設計，提升課程的創新性。

第三，突出數字孿生、自動駕駛與交通仿真的有機融合，提升課程的挑戰性。

第四，應用網絡資源，進一步提升課程管理質量和影響力。

三" 課程教學改革建設思路、舉措和內容

（一）" 建設思路

課程團隊結合國際前沿交通仿真研究動態，按照“傳統交通仿真理論—數字孿生技術應用—基于仿真的交通解決方案”研討思路展開，在教學中分別采用講授、討論、練習和探究式教學法，通過提供隨堂練習仿真案例、課后實例仿真案例等，充實課程案例教學資源;積極發揮信息化教學平臺優勢，圍繞每章教學內容配套豐富資源以供學生課下線上自主學習，保障教學質量的同時針對性地滿足不同學生要求，緊抓多研究目標共同所需的交通仿真技能培養，提高課程受眾面。

（二）" 建設舉措

交通仿真課程按照“高階性、創新性和挑戰度”的標準繼續建設，力爭成為北航一流本科課程。

1" 高階性

課程針對學生個體學習差異，分為三個層次逐步拔高。

第一層次為線下授課和網上微課，一般學習難度。完善專業知識結構體系，滿足學生研究生入學考試要求，為學生繼續深造奠定基礎，培養優秀的交通仿真專業技術人才。

第二層次為創新試驗和課后大作業，中等學習難度。創新試驗要求學生根據試驗要求設計仿真試驗方案，對仿真試驗結果進行合理分析，提升學生的理論認知和動手能力;課后大作業要求學生掌握交通仿真軟件處理流程，將理論知識與行業規范相結合，利用仿真二次開發及統計學方法完成設計內容，進一步提升學生對理論知識的認知。此部分內容由學生按小組完成，通過分工協作，激發創新思維，為部分學生參加科技創新競賽奠定基礎。

第三層次為創新實踐工程案例與學科前沿話題討論，高等學習難度。通過融入智能網聯、數字城市、自動駕駛等案例，使學生了解行業前沿;結合課題組承擔的科研項目，提煉可供本科生討論的專業前沿話題，引導學生查閱文獻進行深入研究，對于能力突出的學生將提供參加研究生科研組會以及科研項目的機會，為學生本碩一體化培養提供支撐，培養創新型復合人才。

2" 創新性

課程依托北航交通“雙一流”學科優勢，繼續突出信息化特色，在以下環節不斷完善創新。

線下環節：構建以課堂基礎知識互動式講解、隨堂個人式仿真案例練習、課后小組討論式開放性案例探究和課終復雜工程應用案例分析等環繞、互補型考核體系，緩解研討式教學基礎缺失、小組式展示少數學生充數等缺點，發揮案例貫穿式教學模式的優勢，提高學生團隊協作能力的同時提升個人掌握程度。在課堂上教師進行課堂授課，處理網絡課程答疑，并進行課堂測試。

線上環節：對于重點知識點，錄制視頻，并定期發布視頻資料，布置作業和組織網上討論。學生在學習清單的引導下按照時間點完成視頻觀看、線上作業（編制線上習題庫）。依托PTV、TESS NG的交通仿真軟件資源，開發多個仿真教學案例，共享仿真源代碼與課程資料。

3" 挑戰度

課程注重學生能力的培養和提高，在滿足學生正常培養的要求下，分層次提高教學內容的挑戰度，主要包括以下內容。

中等挑戰度：創新試驗設計和課后大作業，其中創新試驗來源于實際交通仿真分析案例，學生需要學習相關軟件操作視頻，完成試驗方案設計，進行仿真試驗，并對試驗結果進行合理分析，提升學生的認知極限和動手極限。課后大作業則要求學生以交通工程理論方法為基礎、以計算機軟件為工具、利用仿真模擬道路交通系統各類復雜場景，培養學生“概念—原理—模型—應用”全流程的仿真分析能力。

高等挑戰度：創新工程案例與學科前沿話題討論，依托學科前沿案例和科研項目設置專業前沿討論話題，引導學生查閱文獻，追蹤研究脈絡進行深入研究，了解行業前沿，激發創新思維，適當參與科研工作。

（三）" 建設內容

基于北航一流本科課程“高階性、創新性和挑戰度”的標準，對交通仿真課程進行以下內容的詳細建設。

1" 開展專題調研，進一步優化課程定位及目標

充分調研北航交通運輸專業畢業生對交通仿真相關知識和理論的需求，分析該課程在人才培養體系和培養方案中的定位，結合一流本科建設和一流課程的要求，進一步明確課程定位及目標，有效滿足交通運輸專業對學生在知識、能力、實踐等方面的培養目標，以及對學生核心能力和高階能力的培養要求。

2" 圍繞教學難點和重點的案例收集及案例教學設計

圍繞教學難點和重點，重點收集以下教學案例：交通行為虛擬仿真案例、智能車聯網系統仿真案例、交通安全評價與設施優化仿真案例、宏-中-微觀一體化仿真案例和SIL軟件在環/HIL硬件在環/MIL模型在環自動駕駛仿真測試案例等。根據案例特點，把案例分為展示性案例、研討型案例和分析型案例，對不同類型的案例進行案例教學的設計。

3" 課內教學資源與課外教學材料的建設

建設完善電子教材、案例庫、電子教案、系列參考書和輔助教材，形成課外教學與課內教學相結合的教學材料體系，能夠完整支撐學生課內和課外學習的開展。主要包括以下內容。

擴充微觀交通行為仿真建模內容：錄制微課視頻;搭建機非混行、行人流模擬線上教學仿真案例及代碼，培養學生獨立科研能力。

擴充試驗設計案例：圍繞智能網聯全息路口、交叉口安全分析、交通仿真與駕駛模擬一體化仿真和自動駕駛與人工駕駛混行，錄制教學視頻，小組完成，培養學生的團隊協作能力以及創新能力。

編制創新工程仿真案例：例如以北京奧林匹克公園交通網絡服務水平提升為主題，完善課程大作業，提升學生理論聯系實際能力，激發學生創新思維。

4" 教學團隊定期研討與總結，不斷提升教學能力和教學水平

通過建設完善教學團隊，建立起青年教師幫扶機制，形成教學團隊的集中備課、定期研討與總結制度，建立教學質量保證機制，不斷提升團隊教學能力和教學水平。課程團隊成員在每次課程教學中，通過相互聽課提升課堂教學水平。課外，集中討論、總結課程進步和存在的問題，提出改進方案，推動教學質量持續改進。

5" 課程考核評價方式設計，建立科學的教學效果測量方法

針對交通仿真類課程特點和教學內容，優化課程考核評價方式，注重對高階能力的評測。在知識方面，主要通過隨堂考試測評，重點內容是宏觀、中觀、微觀交通仿真基礎理論和基本知識。在能力和思維方面，采用創新試驗設計和課后大作業聯合考核，重點是各類仿真模型構建、仿真模型參數標定、多分辨率一體化仿真等核心技術的應用能力。素質和思維主要通過課堂匯報與課堂討論進行考核。

6" 思政元素融入教學各環節的設計

結合世界領先的交通基礎設施建設，融入理想信念教育，增強學生的中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信。結合智能交通涉及國家安全與未來戰略性新興產業競爭，講解中國自主可控交通仿真系統研發背景，突破從0到1的技術難題。在課程作業和課程報告中融入學術規范與學術道德教育。

四" 結束語

總體而言，在交通仿真課程教學目標的基礎上，以高階性、創新性、挑戰度為標準，構建了一個將理論教學與案例教學緊密結合的綜合性課程教學體系，該教學體系不僅涵蓋了教學的難點和重點，還通過線上線下相結合的方式，提供了豐富而完備的教學資料。此外，教學團隊創新了教學效果考核方式，并將思政教學與該課程有機融合，使其能更好地滿足新時代的教學需求。上述改革措施充分彰顯了北航交通學科在智能化、信息化領域的“雙一流”特色，顯著增強了交通仿真課程的實用性，使該課程在同類專業課程中脫穎而出，具備顯著優勢。

此外，隨著對該課程改革的持續深化，教學團隊在注重夯實學生專業基礎的同時，也致力于全面強化運用仿真工具解決實際問題的能力。最終目標是培養出既具備深厚理論基礎又有卓越實踐能力的交通領域人才，為社會交通領域的發展貢獻智慧和力量。

參考文獻：

[1] 姚佼，戴亞軒，韓印，等.新工科背景下多學科交叉融合的交通工程人才培養模式研究[J].物流科技，2019，42（10）：159-163.

[2] 任其亮，劉博航.交通仿真[M].北京：人民交通出版社，2013.

[3] 孫劍.微觀交通仿真分析指南[M].上海：同濟大學出版社，2014.

[4] 馬健，張麗巖.校企合作模式下交通仿真教學探索[J].高教學刊，2019（5）：68-70.

[5] 中共中央國務院印發《交通強國建設綱要》[N].人民日報，2019-09-20（004）.

[6] 孟鴻程.交通大數據的應用現狀與未來發展方向[J].科技資訊，2023，21（4）：10-14.

[7] 張望，白英，梁麗芳.面向新工科的高校創新型人才培養路徑探究[J].高教學刊，2019（7）：4-7.

[8] 程琳，王煒，過秀成.交通工程專業人才培養模式研究[J].高教發展與評估，2006（2）：58-61.

[9] 高寧，王喜忠.全面把握《高等學校課程思政建設指導綱要》的理論性、整體性和系統性[J].中國大學教學，2020（9）：17-22.

[10] 王建華.關于一流本科專業建設的思考——兼評“雙萬計劃”[J].重慶高教研究，2019，7（4）：122-128.

基金項目：北京市高等教育學會面上課題“交通運輸專業科教融匯、產教融合創新人才培養模式研究”（MS2024271）;北京航空航天大學校教改重點項目“面向兩性一度的交通管理與控制課程教學探索”（無編號）

第一作者簡介：陳鵬（1982-），男，漢族，河南濮陽人，博士，副教授，博士研究生導師。研究方向為智能交通運行與控制。