交通運行仿真的交通管理工程專業(yè)實踐教學(xué)模式創(chuàng)新與實踐

□張雪梅，沈文超，朱 偉

(1.山西警察學(xué)院，山西 太原 030401；2.廣州學(xué)塾加軟件科技有限公司，廣東 廣州 510640)

隨著城市規(guī)模擴大、汽車工業(yè)發(fā)展、物流需求劇增，道路交通需求將持續(xù)增長，交通擁堵、交通事故等交通問題將日益嚴(yán)重，道路交通行業(yè)在需求與供給的矛盾中保持持續(xù)發(fā)展態(tài)勢。隨著“粗放型”的交通工程“硬”建設(shè)已逐步完成，精細型的交通管理“軟”服務(wù)日趨突出。公安部交通管理局發(fā)布的《關(guān)于推進城市道路交通信號燈配時智能化和交通標(biāo)志標(biāo)線標(biāo)準(zhǔn)化的通知》(公交管〔2016〕230號)以及《推進城市道路交通信號燈配時智能化工作方案》對交通警察提出更專業(yè)的工程技術(shù)要求，也對交通管理工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高技術(shù)能力要求。強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是提升交通管理工程專業(yè)人才能力培養(yǎng)的重要手段，但受校內(nèi)實驗設(shè)備、專業(yè)師資等方面的局限，目前大多數(shù)公安院校交通管理工程專業(yè)的實踐教學(xué)效果不夠理想，特別是工程技術(shù)類課程實踐教學(xué)相對薄弱。建立校局合作機制是保障和提高實踐教學(xué)效果的有效措施，但往往很難解決專業(yè)實踐方法落后、雙師型師資緊缺、創(chuàng)新能力不足等問題。本文在分析交通管理工程專業(yè)工程實踐教學(xué)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，結(jié)合道路交通運行仿真實驗平臺建設(shè)，以交通運行仿真為基礎(chǔ)的課程實驗項目和綜合實驗項目的開發(fā)與教學(xué)實踐，提出基于產(chǎn)教融合的交通運行仿真實踐教學(xué)創(chuàng)新模式。

習(xí)近平總書記在黨的十九大報告中提出“完善職業(yè)教育和培訓(xùn)體系，深化產(chǎn)教融合、校企合作”。2017年12月,國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見》。產(chǎn)教融合已成為近年來促進高等教育發(fā)展，加強創(chuàng)新型人才和技術(shù)技能人才培養(yǎng)的一項重要方針。[1]產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式可以有效解決當(dāng)前職業(yè)教育人才培養(yǎng)中遇到的問題，有助于提高學(xué)校的人才培養(yǎng)質(zhì)量和效率。[2]為了提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，基于雙師型教師緊缺、專職實驗員缺失的現(xiàn)狀短期之內(nèi)無法解決，我校各專業(yè)教師在上述實驗室建設(shè)和實驗項目開發(fā)的基礎(chǔ)上，積極探索基于校企合作的實踐教學(xué)模式，特別是產(chǎn)教融合的交通運行仿真實踐教學(xué)模式的創(chuàng)新與實踐。制度建立是校企合作長效運行機制的保障。[3]為此，在道路交通運行仿真實驗平臺建設(shè)過程中，通過雙方的共同努力進一步補充和完善了校企合作協(xié)議，促進了產(chǎn)教深度融合。

一、交通管理工程專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

交通管理工程是公安技術(shù)類專業(yè)之一，主要以交通組織規(guī)劃、交通監(jiān)控指揮、交通設(shè)施設(shè)置、車輛查驗布控以及交通事故處理與防范等工程與執(zhí)法技術(shù)作為專業(yè)人才培養(yǎng)與教學(xué)領(lǐng)域。其人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具備從事公安交通管理工作所需要的交通組織與管控、交通安全管理與執(zhí)法、交通事故處理與防控等專業(yè)能力和研究創(chuàng)新能力，能夠勝任基層公安機關(guān)道路交通管理等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型公安專門技術(shù)人才。人才培養(yǎng)課程體系的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)除了崗位見習(xí)、畢業(yè)實習(xí)和社會實踐外，主要由專業(yè)課程實驗實訓(xùn)、專業(yè)綜合實訓(xùn)、畢業(yè)論文(設(shè)計)和創(chuàng)新訓(xùn)練等。雖然根據(jù)《公安技術(shù)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》要求，實踐教學(xué)課時占總學(xué)分比例不低于35%，但在具體實踐中交通管理工程專業(yè)的實踐教學(xué)并未達到預(yù)期的教學(xué)效果，往往存在有實踐教學(xué)方法傳統(tǒng)、實驗設(shè)備不足、實訓(xùn)項目與內(nèi)容有偏差等突出問題。下面具體從實踐教學(xué)方法落后、動手實操設(shè)備不足、專職實驗員缺失等方面加以分析。

(一)實踐教學(xué)方法相對落后

交通管理工程專業(yè)的主要實驗對象與場景是道路交通系統(tǒng)，一些實踐教學(xué)內(nèi)容與方法需要到實際道路上開展，但具體實施過程中由于容易產(chǎn)生安全隱患、實驗組織困難、無法干預(yù)道路交通等原因，往往難以達到理論聯(lián)系實際的預(yù)期目標(biāo)。例如在《道路交通工程》課程教學(xué)中，教師通常組織學(xué)生到實際道路進行交通調(diào)查實驗實訓(xùn)，為保障實驗質(zhì)量，需將學(xué)生分組安排到不同的斷面、路段或交叉口，而分組越多、持續(xù)越久、頻次越高則安全隱患越大，調(diào)查結(jié)果的核驗難度也越大。因此該實驗實訓(xùn)項目往往流于形式，無法應(yīng)用于交通流參數(shù)等模型的驗證。

(二)動手實操設(shè)備配備不足

目前交通管理工程專業(yè)采用的實踐教學(xué)設(shè)備(含軟件)通常有工程和模擬兩類。工程實驗設(shè)備具有與實際應(yīng)用一致的優(yōu)勢，但由于設(shè)備大、價格高、依賴于實際場景等原因通常只用于教師操作演示實驗，難以用于多個學(xué)生同時進行動手實踐。而實物模擬類設(shè)備可用于學(xué)生掌握設(shè)備操作，但不能模擬交通流，無法形成“觀察-動手-反饋”的實踐閉環(huán)，難以幫助學(xué)生形成實戰(zhàn)技能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力。例如在《道路交通控制》課程中，學(xué)生無法通過以上設(shè)備的實踐教學(xué)驗證Webster最佳周期模型等理論模型在實戰(zhàn)應(yīng)用中是否適合及應(yīng)用要求。

(三)專職實驗員普遍缺失

交通管理工程專業(yè)是實戰(zhàn)性與應(yīng)用性很強的專業(yè)，而同時具有工程師、教師素養(yǎng)的雙師型教師普遍緊缺。另一方面，國內(nèi)各地的智慧交通建設(shè)如火如荼地開展，也帶動了交通管理工程專業(yè)實驗設(shè)備日新月異地發(fā)展。新設(shè)備的使用和應(yīng)用對教師也提出了更高的要求。因此專職實驗員的配備有利于實驗室建設(shè)、實驗項目開發(fā)與實踐教學(xué)的開展。而目前大部分公安院校的交通管理工程專業(yè)缺少專職實驗員，無法協(xié)助專業(yè)課程教師更好地應(yīng)用實驗設(shè)備開展課程實驗項目。

二、道路交通運行仿真實驗平臺與實驗項目開發(fā)

根據(jù)目前交通管理工程專業(yè)實踐教學(xué)存在實踐教學(xué)方法落后、動手實操設(shè)備不足等問題，需要從校內(nèi)實驗方法的改善和專業(yè)教師實踐能力的培養(yǎng)兩方面推進。為此，我校各專業(yè)教師對于如何提高實踐教學(xué)效果進行了一些嘗試和探索，特別是借助道路交通運行仿真實驗平臺建設(shè)和實驗項目開發(fā)，對于工程技術(shù)類課程的實踐教學(xué)進行了一些創(chuàng)新和實踐。

道路交通運行仿真實驗平臺通過構(gòu)建虛擬實驗路網(wǎng)、提供實驗工具軟件等方式，開展交通工程技術(shù)相關(guān)課程實驗教學(xué)，讓學(xué)生在實驗教學(xué)過程中“眼到、手到、心到”，從而達到鞏固理論知識、提升實踐技能的效果。平臺具有微觀交通仿真、路網(wǎng)資源管理、交通信息采集、交通運行評價、交通場景設(shè)計、交通信號控制方案設(shè)計、實驗過程組織與管理等功能。平臺由微觀交通仿真軟件、交通電子沙盤服務(wù)軟件、交通運行監(jiān)測實驗軟件、交通信號控制實驗軟件、干道信號協(xié)調(diào)優(yōu)化仿真軟件、交通電子沙盤服務(wù)器、拼接屏、拼接屏控制機、教師控制臺、實驗計算機等構(gòu)成，如圖1所示。

道路交通運行仿真實驗平臺能為交通工程、交通信號控制等專業(yè)工程技術(shù)類課程提供微課視頻、教學(xué)演示、課程實驗、綜合實驗等，還能為交通管理工程專業(yè)學(xué)生開展畢業(yè)設(shè)計提供支撐。目前平臺可開設(shè)的實驗項目不少于16個，包含課程實驗項目和綜合實驗項目，如圖2所示。

圖1 實驗平臺物理結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 平臺實驗項目開發(fā)

(一)課程實驗項目開發(fā)

1．交通工程基礎(chǔ)課程實驗是道路交通運行仿真實驗平臺為專業(yè)基礎(chǔ)課《道路交通工程》開發(fā)的實踐教學(xué)實驗項目。該系列實驗以交通流流量、速度、密度三個參數(shù)的認(rèn)識為基礎(chǔ)，逐步獲取斷面、路段、交叉口等交通對象的交通流數(shù)據(jù)而開展數(shù)據(jù)分析實驗。該系列實驗名稱及實訓(xùn)目的與內(nèi)容如表1。

表1 交通工程系列實驗

例如交叉口流量調(diào)查實驗，課程正式開始之前，實驗課程老師通過交通運行監(jiān)測實驗軟件設(shè)計實驗背景，包括輸入交通需求方案、交通信號控制方案、交通組織管理方案等。實驗課程中，當(dāng)學(xué)生均已登錄交通運行監(jiān)測實驗軟件后，課程老師通過對象分配功能為學(xué)生分配觀測交叉口(建議每個學(xué)生負(fù)責(zé)一個交叉口)，并向?qū)W生講授數(shù)據(jù)收集的類型、方法及作用，完成后即可開始運行仿真實驗，實驗中課程老師可以在仿真軟件路網(wǎng)中選擇某個路口對實驗課程內(nèi)外的知識做一些擴展。仿真運行結(jié)束后，學(xué)生使用數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能導(dǎo)出交叉口分車型、分轉(zhuǎn)向的車流量，并以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，整理、分析和繪制交叉口流量流向圖、車型分布圖、各進口流量時空分布圖等，為保證實驗數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，可取幾次實驗數(shù)據(jù)的平均值。

2．交通信號控制系列實驗是道路交通運行仿真實驗平臺為專業(yè)課《道路交通控制》開發(fā)的實踐教學(xué)實驗項目。該系列實驗以道路交通信號控制為核心，遞進地開展無控制、點控制、干道協(xié)調(diào)控制等相關(guān)道路交通控制方法實驗。該系列實驗項目的名稱及實訓(xùn)目的與內(nèi)容如表2。通過仿真實驗項目完成課程實訓(xùn)項目，在一定程度上了克服動手實操設(shè)備不足對實踐教學(xué)的影響。

表2 交通控制系列實驗

(二)綜合實驗項目開發(fā)

綜合實驗項目是道路交通運行仿真實驗平臺針對工程技術(shù)類課程設(shè)計、學(xué)員畢業(yè)設(shè)計開發(fā)的實驗項目，集分析、設(shè)計、實操能力于一體。綜合實驗項目除單交叉口交通分析及優(yōu)化實驗、干道交通分析及優(yōu)化實驗、區(qū)域交通分析及優(yōu)化實驗以外，還支持專業(yè)教師根據(jù)實際案例開發(fā)擴展實驗項目。

綜合實驗項目重點在于考查學(xué)員對所學(xué)知識的綜合掌握和運用能力，以單交叉口交通分析及優(yōu)化實驗為例，教師從平臺的仿真路網(wǎng)中為學(xué)生指定交叉口，要求學(xué)生給出該交叉口的交通運行分析及優(yōu)化報告。學(xué)生可首先通過平臺獲取所需的交通數(shù)據(jù)，并以此數(shù)據(jù)分析交叉口的交通運行水平，提出優(yōu)化或整改建議(交叉口渠化設(shè)計、信號控制方案等)，最后通過平臺測試提供方案的優(yōu)化效果。該實驗的全過程以學(xué)生為主，由學(xué)生思考數(shù)據(jù)收集類型及處理方式、交叉口評價結(jié)論、交叉口優(yōu)化方案等。

三、基于產(chǎn)教融合的交通運行仿真實踐教學(xué)模式創(chuàng)新與實踐

(一)通過產(chǎn)教融合開發(fā)交通運行仿真實踐教學(xué)資源

第一，共同制定實驗指導(dǎo)書。在道路交通運行仿真實驗平臺建設(shè)與實施過程中，積極探索校企雙方合作、共同開發(fā)可直接用于實踐教學(xué)開展的實驗指導(dǎo)書。具體產(chǎn)教融合過程包括:首先由建設(shè)企業(yè)結(jié)合平臺的功能和特性提供實驗指導(dǎo)書初稿，由專業(yè)授課教師審核修訂后開展試驗教學(xué)，根據(jù)實驗教學(xué)中存在的問題和不足反饋給企業(yè)進一步調(diào)整和優(yōu)化實驗指導(dǎo)書，通過多次循環(huán)修改最終定稿。

第二，共同開發(fā)專業(yè)課程教學(xué)資源包。為了進一步促進專業(yè)課程教學(xué)，保障工程技術(shù)類實驗項目的開出率并提升課程實驗效果，道路交通運行仿真實驗平臺建設(shè)產(chǎn)教融合的另一個探索是共同開發(fā)專業(yè)課程教學(xué)資源包。在開發(fā)過程中課程教學(xué)資源包采用分析、提煉、打碎、拓展的原則，在分析各相關(guān)課程在專業(yè)能力培養(yǎng)方面需求的基礎(chǔ)上，提煉各課程在專業(yè)知識通用的內(nèi)容，然后針對知識點進行碎片化處理，最后針對專業(yè)能力需求對課程進行拓展，最終形成系列微課視頻、教學(xué)演示文檔、實驗項目清單、實驗視頻等教學(xué)資源。該專業(yè)課程教學(xué)資源包開發(fā)可由專業(yè)教師根據(jù)教學(xué)需要列出目錄，以企業(yè)為主根據(jù)實驗平臺逐一開發(fā)，并在后期教學(xué)運用中由雙方不斷更新、補充和完善。同時，也能及時解決“雙師型”教師不足的問題。

(二)通過校企合作仿真競賽拓展交通運行仿真實踐教學(xué)內(nèi)容

為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新性的公安專門技術(shù)人才，開拓學(xué)員的創(chuàng)新性思維，通過校企合作進一步開發(fā)相關(guān)競賽軟件的基礎(chǔ)上，使道路交通運行仿真實驗平臺可在上述綜合實驗項目基礎(chǔ)上，通過改變交通流量、控制目標(biāo)等方式進一步拓展學(xué)生實驗項目和競賽題目。借助競賽題目的綜合性和內(nèi)容拓展，培養(yǎng)學(xué)生處理交通管理工程技術(shù)方面問題的能力和全面性。以此為基礎(chǔ)可便捷地開展校內(nèi)交通管理技能競賽(包含單人賽和團隊賽)，從而提升學(xué)生的實戰(zhàn)技能。隨著產(chǎn)教融合的不斷推進，進一步可以考慮通過校企合作提升仿真競賽的規(guī)模和實戰(zhàn)水平，不斷拓展相關(guān)實踐教學(xué)內(nèi)容。不斷拓展交通管理工程技術(shù)相關(guān)實踐教學(xué)內(nèi)容。