基于“以賽促學(xué)、以學(xué)促用”的交通工程專業(yè)研究生數(shù)據(jù)分析能力培養(yǎng)研究

劉晨輝 謝瑤

基金項目：湖南省學(xué)位與研究生教學(xué)改革研究項目“大數(shù)據(jù)時代研究生交通數(shù)據(jù)分析課程的教學(xué)改革”（2021JGYB043）

第一作者簡介：劉晨輝（1987-），男，漢族，山東濟(jì)寧人，博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向為交通大數(shù)據(jù)。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.19.022

摘? 要：大數(shù)據(jù)時代交通運(yùn)輸行業(yè)迫切需要具備一定數(shù)據(jù)分析技能的專業(yè)技術(shù)人才，這就要求高校加強(qiáng)對學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)。但目前我國高校交通運(yùn)輸專業(yè)研究生數(shù)據(jù)分析課程的教學(xué)過程中，還存在著專業(yè)結(jié)合性差、實踐結(jié)合性弱、教學(xué)工具與資源落后等問題。基于此，在分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)模式不足的基礎(chǔ)上，針對交通運(yùn)輸行業(yè)的特點，提出“以賽促學(xué)、以學(xué)促用”的教學(xué)模式，并結(jié)合實際競賽案例，闡述該教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力方面的獨(dú)特優(yōu)勢，以期為相關(guān)課程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：交通工程；研究生；數(shù)據(jù)分析能力；教學(xué)模式；數(shù)據(jù)競賽

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）19-0088-04

Abstract： In the era of big data， transportation engineers are expected to have solid data analytic skills， which requires universities to cultivate students' data analysis ability. However， there are still some problems in the teaching process of Data Analysis course of postgraduate students in transportation engineering， such as poor combination of major， weak combination of practice， backward teaching tools and resources. Therefore， after analyzing deficiencies of the existing data analysis courses， this paper proposes the teaching mode of "promoting learning through competition and promoting application through learning". Combined with some data competitions， this paper illustrates the unique advantages of this teaching mode in improving data analytic skills of students， which provides new insights for developing similar courses.

Keywords： traffic engineering; postgraduate; data analysis ability; teaching mode; data competition

在大數(shù)據(jù)時代，隨著數(shù)據(jù)采集、存儲、分析等技術(shù)的快速發(fā)展，各個行業(yè)對數(shù)據(jù)分析工作的依賴性越來越高，數(shù)據(jù)分析能力已經(jīng)是專業(yè)人才職業(yè)發(fā)展的必備技能之一[1]。在此背景下，中共中央、國務(wù)院在《中國教育現(xiàn)代化2035》[2]中明確指出要全面提升師生數(shù)據(jù)使用能力，并推動高校開設(shè)大數(shù)據(jù)等專業(yè)，培養(yǎng)信息時代數(shù)字經(jīng)濟(jì)復(fù)合型人才。因此，在大數(shù)據(jù)時代，如何精準(zhǔn)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力已經(jīng)成為高等教育領(lǐng)域的研究熱點[3]。

交通工程專業(yè)研究領(lǐng)域廣（公鐵空水）、范圍大（規(guī)劃、設(shè)計、安全、運(yùn)行等）、層次多（國際、國內(nèi)、地區(qū)等），需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析。隨著交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國綜合立體交通網(wǎng)不斷完善，采集到的交通運(yùn)輸數(shù)據(jù)數(shù)量不斷增多、質(zhì)量不斷提高，因此交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)臉I(yè)人員的數(shù)據(jù)分析能力要求也越來越高。為應(yīng)對日益復(fù)雜的交通問題，滿足行業(yè)發(fā)展需求，有必要對交通工程專業(yè)研究生強(qiáng)化對其數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)，提升其核心競爭力。

針對交通工程專業(yè)研究生，國內(nèi)眾多高校雖然已經(jīng)開設(shè)了一些數(shù)據(jù)分析課程，但仍存在較多不足。對此，提出“以賽促學(xué)、以學(xué)促用”的培養(yǎng)模式，通過引導(dǎo)學(xué)生參與各種基于實際交通問題的競賽活動，提高學(xué)生利用數(shù)據(jù)分析方法和工具解決實際問題的能力，最終達(dá)到提升學(xué)生核心競爭力的目的。

一? 現(xiàn)有課堂教學(xué)模式不足

針對交通工程專業(yè)的研究生，國內(nèi)高校普遍已經(jīng)認(rèn)識到了培養(yǎng)其數(shù)據(jù)分析能力的重要性，也在不斷探索開設(shè)相應(yīng)的課程[4]，但仍然存在明顯不足，主要體現(xiàn)為以下幾個方面。

（一）? 教學(xué)內(nèi)容偏通用知識，專業(yè)結(jié)合性差

目前，國內(nèi)眾多高校交通工程專業(yè)研究生多通過選修矩陣論、應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等理工類的通識課來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析知識。這些課程的授課教師多為數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、計算機(jī)等專業(yè)背景，其授課內(nèi)容偏向數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)理論知識，而缺乏對于交通工程專業(yè)研究人員來說至關(guān)重要的專項數(shù)據(jù)分析知識，從而導(dǎo)致學(xué)生在科研工作中面對實際交通問題時，缺乏開展數(shù)據(jù)分析所必要的知識技能。比如，對于交通安全研究來說，通過分析事故發(fā)生前的車輛軌跡數(shù)據(jù)可以明確駕駛員的駕駛行為特征，進(jìn)而精準(zhǔn)識別導(dǎo)致交通事故發(fā)生的關(guān)鍵因素，這就要求學(xué)生掌握必要的軌跡數(shù)據(jù)分析知識。然而，由于軌跡數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析中非常少見，現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析通識課程一般并不涉及軌跡數(shù)據(jù)分析相關(guān)知識，這使得學(xué)生在面對軌跡數(shù)據(jù)時不知道如何下手。因此，如何結(jié)合交通工程學(xué)科特點，幫助學(xué)生掌握交通運(yùn)輸行業(yè)所需要的數(shù)據(jù)分析知識至關(guān)重要。

（二）? 練習(xí)數(shù)據(jù)有限，實踐性弱問題突出

對于數(shù)據(jù)分析課程來說，利用大量的實際案例數(shù)據(jù)進(jìn)行練習(xí)對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、鞏固學(xué)習(xí)效果、提高其應(yīng)用知識解決實際問題的能力至關(guān)重要。然而，由于數(shù)據(jù)采集成本高昂等原因，多數(shù)課程缺乏大規(guī)模、高質(zhì)量的實際交通工程案例數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有課程練習(xí)數(shù)據(jù)普遍存在數(shù)量少、精度低、內(nèi)容簡單、時效性差等問題，且很多數(shù)據(jù)集本身并非交通類數(shù)據(jù)。課堂練習(xí)數(shù)據(jù)與行業(yè)實際數(shù)據(jù)的脫節(jié)導(dǎo)致學(xué)生缺乏對于實際工程問題的認(rèn)識，在面對實際問題時，缺乏數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用意識，無法開展有效的數(shù)據(jù)分析，傳統(tǒng)教學(xué)模式中課程理論性強(qiáng)、實踐性弱的問題突出[5]。比如，對交通事故進(jìn)行統(tǒng)計分析來識別事故特點是交通安全研究的核心內(nèi)容之一。然而，由于隱私保護(hù)等原因，國內(nèi)交通事故數(shù)據(jù)目前大多并不公開，這使得相關(guān)的課堂練習(xí)數(shù)據(jù)缺乏，進(jìn)一步導(dǎo)致學(xué)生未來在開展交通事故分析相關(guān)研究時，不知道如何對事故數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的建模分析。因此，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，如何結(jié)合實際的交通工程案例，幫助學(xué)生掌握應(yīng)用所學(xué)知識解決實際交通問題同樣迫在眉睫。

（三）? 授課模式落后，缺乏先進(jìn)技術(shù)工具

隨著科技的飛速發(fā)展，以云計算、大數(shù)據(jù)、高性能仿真等為代表的各種先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)工具層出不窮，并且已經(jīng)在包括交通行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。然而，目前國內(nèi)眾多高校數(shù)據(jù)分析課程的授課模式仍以講述經(jīng)典基礎(chǔ)理論為主，缺乏對這些先進(jìn)技術(shù)工具的介紹和實際操作。比如，云計算可以充分利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)巨大的數(shù)據(jù)計算資源，實現(xiàn)對于大規(guī)模數(shù)據(jù)的快速處理，用戶無需購買任何軟硬件設(shè)備即可開展大規(guī)模的計算分析工作，極大地減小了相應(yīng)的計算投入，因此眾多公司均已搭建相應(yīng)的云計算平臺。然而，由于云計算為付費(fèi)服務(wù)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析課程一般并不涉及云計算相關(guān)內(nèi)容。一旦學(xué)生在實際科研工作中需要用到云計算服務(wù)，其仍需要花費(fèi)大量時間自學(xué)。因此，如何結(jié)合交通工程專業(yè)的發(fā)展趨勢，幫助學(xué)生掌握利用各種先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)工具，也是現(xiàn)有課程面臨的一個重大挑戰(zhàn)。

二? “以賽促學(xué)、以學(xué)促用”內(nèi)涵

隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的快速發(fā)展，眾多機(jī)構(gòu)現(xiàn)在已采集了大量的交通數(shù)據(jù)，迫切需要外界力量幫助他們深入分析數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題，并提出相應(yīng)的解決方案。因此，越來越多的機(jī)構(gòu)開始舉辦各類數(shù)據(jù)分析競賽。所謂“以賽促學(xué)、以學(xué)促用”，是指將教學(xué)內(nèi)容同各類競賽相結(jié)合，鼓勵學(xué)生通過參加比賽來實踐所學(xué)課堂知識，提升學(xué)生專業(yè)實操技能，并針對學(xué)生展現(xiàn)出來的薄弱環(huán)節(jié)，提出相應(yīng)的改進(jìn)策略，進(jìn)一步提升學(xué)生核心競爭能力[6]。表1列舉了2023年國內(nèi)外部分交通數(shù)據(jù)分析競賽?？梢园l(fā)現(xiàn)，這些比賽的主題涉及交通工程各個領(lǐng)域，具有較好的代表性。

三? 以賽促學(xué)的優(yōu)點

相比傳統(tǒng)教學(xué)型數(shù)據(jù)分析培養(yǎng)模式，以賽促學(xué)的教學(xué)方式主要有如下優(yōu)點。

（一）? 有助于提高學(xué)生解決實際問題的能力

數(shù)據(jù)分析競賽題目一般來自于現(xiàn)實業(yè)務(wù)場景，直接服務(wù)于交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展需求。與課堂練習(xí)相比，這些競賽通常需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，完成數(shù)據(jù)采集、清洗、建模與分析等全過程工作，對學(xué)生來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。競賽的實戰(zhàn)性有助于學(xué)生快速掌握數(shù)據(jù)技能，并內(nèi)化為解決問題的思維方式，切實提高學(xué)生解決實際問題的能力。

以新能源汽車為例，針對新能源汽車快速發(fā)展所帶來的問題，2023數(shù)字汽車大賽旨在依托海量新能源汽車實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)算法創(chuàng)新和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用為重點，通過挖掘數(shù)據(jù)價值，探索創(chuàng)新應(yīng)用。在比賽中，學(xué)生首先需要對巨大的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，去掉不合理的數(shù)據(jù)，進(jìn)而從中選擇能夠影響動力電池健康狀態(tài)的因素進(jìn)行建模分析，根據(jù)建模結(jié)果選出最優(yōu)模型，并做出專業(yè)解釋。通過參加這類競賽，學(xué)生可以切實了解新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題，提升對行業(yè)的認(rèn)識，鍛煉自己利用數(shù)據(jù)分析技能解決實際問題的能力。

（二）? 有助于學(xué)生個性化發(fā)展

對于研究生來說，不同學(xué)生有不同的研究方向，因此其對于參加的競賽也可能存在一定的傾向性。表1所示競賽類型眾多，涉及交通安全、智能交通、自動駕駛、新能源汽車、地理空間分析等多個方向，完全可以滿足學(xué)生的個性化發(fā)展需要[7]。比如，地理空間類競賽可以鍛煉學(xué)生對于時空數(shù)據(jù)分析和ArcGIS等軟件的應(yīng)用能力；交通仿真大賽則可以鍛煉學(xué)生的交通仿真能力；新能源汽車競賽[8]可以鍛煉學(xué)生的統(tǒng)計分析與建模技術(shù)；自動駕駛競賽則可以鍛煉學(xué)生的編程技巧；軌道交通和航空交通方向?qū)W生同樣有合適的競賽參與。學(xué)生完全可以根據(jù)自己的特長和興趣選擇合適的競賽，也可以參加多個競賽，提高自己的綜合數(shù)據(jù)分析能力。通過參加競賽，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)勢和不足，從而進(jìn)行更有針對性的提高改進(jìn)。教師也可以根據(jù)學(xué)生專業(yè)背景特點，推薦他們參加合適的競賽項目，實現(xiàn)因材施教。

此外，科研是研究生的主要工作，而很多競賽提供的數(shù)據(jù)完全可以用于開展科研工作，有助于其開展科研工作。例如，俞蔣彬等[9]基于數(shù)字汽車大賽所提供的數(shù)據(jù)，建立了基于層次分析法-熵權(quán)法的動力電池風(fēng)險評價體系，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立故障等級預(yù)測隨機(jī)森林算法。盛裕杰等[10]基于上海新能源汽車比賽的數(shù)據(jù)，分析了電動汽車用戶群體的充電行為與選擇偏好，并基于決策樹模型實現(xiàn)了充電需求的預(yù)測，最后提出了充電設(shè)施規(guī)劃建議。李潔等[11]基于上海新能源汽車比賽數(shù)據(jù)，提出了基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，實現(xiàn)電動汽車故障的高效診斷。

（三）? 有助于充分發(fā)掘?qū)W生主觀能動性

與傳統(tǒng)教學(xué)相比，競賽的趣味性和挑戰(zhàn)性更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能[12]，學(xué)生需要發(fā)揮創(chuàng)造力，在有限時間內(nèi)設(shè)計創(chuàng)新性的數(shù)據(jù)處理和分析方案。學(xué)生從被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃舆\(yùn)用創(chuàng)新技能解決問題，數(shù)據(jù)分析能力也因此實現(xiàn)質(zhì)的提高。通過競賽把學(xué)生潛力轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新動力，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)技能突破的有效教學(xué)手段。

以地理空間分析類競賽為例，由于交通本質(zhì)是人和物在空間和時間上的移動，其研究會涉及到一系列的地理空間數(shù)據(jù)分析工作。與其他競賽相比，地理空間分析競賽選題開放，學(xué)生需要自己確定研究主題并開展相關(guān)的研究活動，這樣能夠充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動性，有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。以易智瑞杯中國大學(xué)生GIS軟件開發(fā)競賽為例，其劃分為地圖故事、地圖設(shè)計、GIS應(yīng)用開發(fā)以及遙感應(yīng)用四個賽道，每個賽道均需要學(xué)生自己確定研究主題，主辦方僅提供GeoScene軟件。2023年度比賽中，有學(xué)生開展了《基于GIS的城際客運(yùn)聯(lián)系與吸引力分析——以湖南省為例》《新能源汽車銷售的地區(qū)分布差異》《基于GIS分析的長沙市區(qū)充電站的分布研究》《城市公共交通結(jié)構(gòu)演化研究》《關(guān)于長沙市三甲醫(yī)院對老人的覆蓋率的研究》等多項研究，分別涉及城市客運(yùn)、城際客運(yùn)、高鐵客運(yùn)等多個方面。學(xué)生完全需要自己發(fā)現(xiàn)問題，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，分析問題，并提出解決方案，這大大調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

（四）? 有助于提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力

由于比賽難度或賽制等原因，數(shù)據(jù)分析競賽往往需要多人參賽，且有一定的比賽時間限制，這就對學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)調(diào)能力提出了較高的要求。團(tuán)隊成員需要在比賽期間密切配合，分工明確，互相支持，才能在有限時間內(nèi)高效完成數(shù)據(jù)采集、清洗、分析、建模和報告撰寫等各項工作。在此過程中，團(tuán)隊內(nèi)部需要不斷溝通交流思路，集思廣益解決遇到的難題，才能使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確完整。通過參與競賽，學(xué)生可以學(xué)習(xí)團(tuán)隊管理、協(xié)作和交流的相關(guān)技巧，在實踐中提高團(tuán)隊協(xié)作能力，這將對其個人成長和未來的職業(yè)發(fā)展都有著巨大的益處。

以中國機(jī)器人及人工智能大賽自動駕駛專項賽為例，參賽隊伍需要在有限的比賽時間內(nèi)，利用某仿真平臺，模擬解決自動駕駛汽車在實際運(yùn)營中可能遇到的多個問題，如避讓行人、借道繞行、慢速車?yán)@行等。這就要求團(tuán)隊成員必須緊密合作、密切溝通以提高工作效率，確保順利完成所有賽題。通過參加比賽，學(xué)生可以明確團(tuán)隊合作的重要性，切實提高團(tuán)隊協(xié)作能力，有利于學(xué)生日后的學(xué)術(shù)或職業(yè)發(fā)展。

（五）? 有助于實現(xiàn)學(xué)生與企業(yè)“雙向奔赴”

一方面，就業(yè)是民生之本，大學(xué)生就業(yè)是就業(yè)工作中的重中之重。通過參加數(shù)據(jù)競賽，學(xué)生可以切實提高利用數(shù)據(jù)分析知識解決實際問題的能力，并深入了解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，這將極大提高他們的求職競爭力，并且有機(jī)會直接獲得實習(xí)或工作機(jī)會；另一方面，優(yōu)秀的技術(shù)人才是企業(yè)的核心競爭力。通過贊助各類數(shù)據(jù)分析競賽，企業(yè)可以以極小的成本解決自身面臨的現(xiàn)實問題，并挖掘所需的優(yōu)秀人才。此外，企業(yè)也能夠樹立良好的品牌形象，讓學(xué)生更加了解企業(yè)文化與運(yùn)營，與企業(yè)建立緊密聯(lián)系，有助于企業(yè)招攬所需的優(yōu)秀人才。比如，數(shù)字汽車大賽的主辦方新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟由眾多車企組成，它們?yōu)閰①悓W(xué)生提供了大量的實習(xí)和就業(yè)崗位，優(yōu)秀學(xué)生可以甚至直接獲得相應(yīng)的工作機(jī)會。因此，競賽既幫助企業(yè)招募優(yōu)秀的技術(shù)人才，又可以幫助學(xué)生拓展新的就業(yè)機(jī)會，并深入了解數(shù)據(jù)分析在行業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展，從而進(jìn)一步明確自身職業(yè)發(fā)展目標(biāo)。

四? 結(jié)束語

隨著交通數(shù)據(jù)采集技術(shù)的飛速發(fā)展，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力對于交通工程專業(yè)研究生的職業(yè)發(fā)展愈加重要。它不僅能夠提升學(xué)生的批判思維和問題解決能力，培養(yǎng)科學(xué)精神和統(tǒng)計思維，還有助于發(fā)展信息素養(yǎng)和決策能力，同時也為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展提供了更多機(jī)會。高校作為人才培養(yǎng)的搖籃，理應(yīng)與時俱進(jìn)，培養(yǎng)符合社會需求、緊跟時代的人才。針對當(dāng)前眾多高校交通工程專業(yè)研究生數(shù)據(jù)分析能力培養(yǎng)不足的問題，對此展開了詳細(xì)分析，指出通過課堂理論學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)分析競賽相結(jié)合，可以有效提高教學(xué)效果，提升學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力，有助于培養(yǎng)滿足社會需求的交通數(shù)據(jù)分析人才。

“以賽促學(xué)，以學(xué)促用”這一新型教學(xué)模式，以學(xué)生積極參與數(shù)據(jù)分析競賽為依托，鼓勵學(xué)生在實戰(zhàn)中成長，充分發(fā)揮交通運(yùn)輸專業(yè)知識，實現(xiàn)學(xué)以致用，在拉近傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)實需求的同時，鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，以更好地符合實際人才市場的需求。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，數(shù)據(jù)分析競賽具有數(shù)據(jù)場景貼近現(xiàn)實、數(shù)據(jù)分析工具先進(jìn)、富有挑戰(zhàn)性等獨(dú)特優(yōu)勢，在提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析、團(tuán)隊協(xié)作和解決實際問題的能力、充分挖掘?qū)W生創(chuàng)新能力、助力學(xué)生個性化發(fā)展等方面都大有裨益。除此之外，科研方向相關(guān)的數(shù)據(jù)分析競賽也有助于學(xué)生科研工作的進(jìn)一步開展。對相關(guān)企業(yè)來說，舉辦類似競賽同樣也能為自身選拔優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)人才。此外，數(shù)據(jù)分析在環(huán)境保護(hù)、資源利用、城市規(guī)劃等其他行業(yè)領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用前景，在就業(yè)壓力日增的情況下，交通工程專業(yè)學(xué)生參加數(shù)據(jù)分析競賽，提升自身核心競爭力，也有助于其職業(yè)生涯的拓展與融合。

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