基于交通仿真的道路交通控制技術理論與實驗教學融合探析

摘要 為適應交通行業(yè)的智能化發(fā)展，滿足企業(yè)對應用型人才的需求，道路交通控制技術課程建設需要引入交通仿真技術，促進理論教學和實驗教學融合。文章以交通仿真為基點，以“認識-實踐”為教學主線，通過對教學內(nèi)容、實驗項目、課堂教學互動及教學安排進行分析，挖掘理論與實驗教學的融合點，促進理論與實踐不斷交互融合，從而探析理論教學和實驗教學融合的新模式。

關鍵詞 交通仿真；理實融合；道路交通控制；交通管理

中圖分類號 U491 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0183-03

0 引言

道路交通控制是維持正常交通秩序，保證交通安全和提高通行效率的重要手段，是交通系統(tǒng)發(fā)展需要及控制理論和技術在交通系統(tǒng)中的應用結果[1]。我國道路交通控制可以分為機械化、電氣化、信息化和智能化等發(fā)展階段[2]。早期的道路交通控制通過切換交通信號燈對交通流進行控制，從而保證交通安全，提高通行效率。隨著智能交通技術的發(fā)展和廣泛應用，我國城市道路交通控制已進入以智能化為核心的控制階段，逐漸強調人、車、路三者之間的協(xié)同，當前道路交通控制不僅要保障安全和效率，也要提高出行舒適度。面對增加的交通需求、復雜的交通流及轉變的被控主體，交通管理部門和智能交通行業(yè)對具有豐富理論知識、扎實操作技能的復合型人才的需求日益迫切。

1 道路交通控制技術教學的現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)教學的問題

道路交通控制技術是交通管理專業(yè)本科教育的核心課程，具有政策性強、技術性強、實踐性強、綜合性強等特點。在傳統(tǒng)的教學中，道路交通控制技術課程主要以理論教學為主，實驗教學為輔，通常只通過課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)，安排少量簡單的實驗項目與理論教學關聯(lián)，由于實驗項目較少，且與知識點聯(lián)系不緊密，導致理論教學與實驗教學融合度較低，學生無法通過實驗應用交通組織優(yōu)化和道路交通信號控制等理論知識。在線下教學中，由于受教學場地、課程學時、控制設備等條件的限制，道路交通控制技術課程很難在實地進行，教師往往選擇在室內(nèi)開展教學活動，由于課程具有較強的專業(yè)性和應用性，學生僅靠課堂理論學習無法對交通控制相關的理論知識和技術有深刻的認識和理解。道路交通控制技術課程涉及交通管理、交通控制、交通設計、交通組織等專業(yè)內(nèi)容，雖然知識點繁多，但不同知識點之間關聯(lián)性較強。在傳統(tǒng)教學中，教師往往無法有效地將各知識點串聯(lián)起來進行講解，導致學生學習興趣下降，課堂參與度較低，師生無法形成良好互動，最終使課堂教學效果達不到預期目標。

1.2 交通仿真的應用優(yōu)勢

交通仿真是采用計算機數(shù)字模型反映復雜交通現(xiàn)象的交通分析技術和方法，能夠直觀地展現(xiàn)交通流在時間和空間的變化[3]。2020年，公安部交管局發(fā)布《公安交通管理科技發(fā)展規(guī)劃（2021—2023年）》，提出要探索使用在線交通仿真技術，評價和預測道路點段實時的交通運行狀態(tài)，因地制宜科學優(yōu)化信號配時、交通組織方案，緩解城市交通擁堵。針對道路交通控制技術課程教學，交通仿真因其經(jīng)濟、安全、可重復、開放等特點，具備連接理論教學和實驗教學之間的優(yōu)勢。

仿真軟件是進行交通仿真的系統(tǒng)，能夠通過計算機對交通系統(tǒng)中的人、車、路等因素進行模擬，并使其與實際相符。當前，常用的交通仿真軟件包括VISSIM、AIMSUN、DynaCHINA、Synchro等[4]，道路交通控制技術課程教學主要應用的是VISSIM仿真軟件。利用交通仿真軟件，學生能夠在課堂上和課后對道路、行人、車輛進行建模仿真，并通過交通仿真對交通組織優(yōu)化、交通信號配時設計、沖突點等知識進行分析和應用；教師也可以利用交通仿真軟件豐富教學內(nèi)容，通過交通仿真的演示，激發(fā)學生的學習興趣，提升實驗教學的訓練強度。通過引入交通仿真，能夠促進理論知識和實踐技能的融合，提升學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，進一步推進道路交通控制技術應用型課程的建設。

2 理論教學與實驗教學融合的模式

2.1 交通仿真與理論知識點對點融合

學生在課堂上學習知識的過程，就是對專業(yè)知識認知的過程。認知過程包括感覺、知覺、記憶、想象、思維等。通過對課程中交通控制的基礎原理和問題進行整理，根據(jù)認知過程，將理論知識點與交通仿真相融合，豐富知識的表現(xiàn)形式，從而提高學生對基礎原理的掌握，強化對理論知識和交通現(xiàn)象之間關系的認識。課程理論知識點與交通仿真對應如表1所示。交通控制的基本原理所對應的知識點包括交叉口范圍及形式、交通沖突和視距三角形、交叉口交通控制原理和方法等。在交叉口范圍及形式方面，通過建立不同形式的交叉口模型，并通過仿真展示，提高學生對交叉口分類和定義的認識；在交通沖突方面，通過建立無信號交通控制交叉口，強調沖突區(qū)域的設置，讓學生通過觀察認識交叉沖突點、合流沖突點和分流沖突點的特點，加深對交通沖突的理解；在視距三角形方面，通過建立單向交通交叉口和雙向交通交叉口兩種模型，結合車流運行特點，通過仿真介紹視距的組成和視距三角形的繪制過程；在交叉口交通控制原理和方法方面，通過對比交通標線標志控制、交通信號燈控制的評估數(shù)據(jù)，結合沖突點從安全、高效等角度對其進行定性和定量評價，加深學生對交通控制原理的認識和理解。交通控制的基礎問題可以分為靜態(tài)交通控制和動態(tài)交通控制兩種基礎問題。在靜態(tài)交通控制的基礎問題方面，通過VISSIM中多車道的建立，強調白色實線和虛線在約束車輛移動范圍的作用，從而突出交通標志標線在交通控制中的作用和特點；在動態(tài)交通控制的基礎問題方面，圍繞交通信號控制的重要參數(shù)，通過信號控制仿真對交通信號的相位、相序、階段及配時進行演示，結合參數(shù)定義直觀展示不同參數(shù)在交通信號控制中的作用。

2.2 交通仿真實驗項目與多元知識融合

交通管理是以交通發(fā)展理念為指引，掌握道路交通系統(tǒng)內(nèi)部的基本關系與規(guī)律，采用科學理論和方法，實施3E（Enforcement、Education、Engineering）策略，對構成道路交通系統(tǒng)的人、車、路、環(huán)境等要素進行管理，達到維護道路交通秩序、安全與暢通及可持續(xù)發(fā)展的目的[5]。交通管理是交通工程學知識的綜合應用，包含交通控制、交通規(guī)劃、交通設計、交通組織等知識。交通控制作為交通管理中具有“工程”屬性的手段，其目的和對象與交通管理保持一致，所以學生需要有較強的專業(yè)素養(yǎng)，通過綜合運用不同知識從而達到交通控制的目的。在交叉口定時信號控制設計方面，依據(jù)設計流程，組織學生開展交通調查，觀察現(xiàn)實中信號燈控制交叉口的交通運行狀態(tài)，通過交通調查增加學生對交通管理和控制的理解和認識，并為之后的配時設計奠定基礎。交叉口仿真分析分為單信號交叉口交通仿真分析和干道協(xié)調交通仿真分析兩部分內(nèi)容，通過VISSIM仿真模型對其進行優(yōu)化，分析不同控制方案下交叉口的各項評估指標，從而訓練學生掌握知識的綜合應用能力。在實驗教學中，利用交通仿真的優(yōu)點，結合現(xiàn)行國家標準、行業(yè)標準及政策法規(guī)，通過具體項目任務，以“實踐-理論-實踐”的認知規(guī)律，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。部分實驗內(nèi)容如表2所示：

2.3 利用交通仿真促進課堂教學互動

課堂教學互動是教學環(huán)境中活動主體間有意識相互作用的教學過程[6]。教師在課程教學中講授時間越長，則師生互動時間越少，往往導致學生學習興趣下降、抬頭率低、教學效果差。道路交通控制技術是一門應用性較強的課程，利用交通仿真構建不同類型的任務情景，通過設置任務目標，能夠有效增加師生互動和生生互動，從而激發(fā)學生的認知興趣，提高學生自主思考和團隊協(xié)作能力。在理論教學中，根據(jù)理論知識的難易和重要度，創(chuàng)設具有關聯(lián)性的問題和不同任務情景，通過仿真進行展示，由教師引導學生通過仿真進行討論和分析，為課堂教學互動創(chuàng)造條件。在實驗教學中，利用交通仿真增加探索性實驗環(huán)節(jié)，以學生自主動手學習為主，教師指導為輔，構建“互動式”教學情景。教師將所需要的理論知識與建模操作相結合，逐步進行講解，并根據(jù)學生在操作和建模時的反饋，掌握學生的學習情況，便于及時調整教學內(nèi)容和進度；學生需要親自進行操作，主動完成建模前、初始建模、仿真模型檢驗、仿真模型應用等多個環(huán)節(jié)內(nèi)容，利用每個環(huán)節(jié)之間的關聯(lián)性和復雜性，促使學生進行團隊協(xié)作，并在仿真模型應用中增加模型展示和結論匯報環(huán)節(jié)，增加學生之間的交流和討論。此外，篩選與交通控制相關的熱點事件，建立道路交通控制典型案例庫，例如新疆伊利州特克斯縣八卦城、濟南聯(lián)動式掉頭等，結合課程內(nèi)容不斷引導學生課后組隊進行建模仿真，針對熱點事件進行討論和分析，鼓勵學生在課堂上發(fā)表自己的看法和觀點。

2.4 理論教學與實驗教學課程進度交叉融合

道路交通控制技術課程由理論和實驗兩部分組成。在傳統(tǒng)教學中，往往在理論課程結束后，集中安排實驗教學，容易使學生在上課過程中產(chǎn)生負面情緒，發(fā)揮不出實驗教學的過程體驗優(yōu)勢。為了使理論教學和實驗教學相輔相成，首先教師需要對課程理論教學和實驗教學進度統(tǒng)一安排，保證其能夠在兩種教學活動中隨時銜接和切換；其次，針對課程內(nèi)容和學生學習情況，利用交通仿真，圍繞“實踐—認識—實踐”“認識—實踐—認識”優(yōu)化教學計劃，合理安排教學進度；最后，在授課教師方面，保證理論教學和實驗教學的授課教師一致，使教師能夠準確了解不同教學環(huán)節(jié)的教學效果，并掌握學生的學習情況，從而對理論教學和實驗教學的整體性有一定把控。對于應用性較強的內(nèi)容，在理論課程周次之前，安排實驗教學，使學生在實驗項目中通過所提供的交通仿真模型，發(fā)現(xiàn)交通系統(tǒng)中存在的問題；在理論課程周次之后，再次安排實驗教學，使學生通過理論學習后，能夠針對問題提出對應的優(yōu)化方案，回歸應用實踐，解決問題；對于理論性較強的內(nèi)容，在實驗課程周次之前，安排理論教學，使學生在初步學習理論知識后，具有一定的理論基礎和專業(yè)認識；在實驗課程周次之后，根據(jù)實驗內(nèi)容，再次安排理論教學，使學生帶著問題和觀點，通過理論學習查缺補漏，不斷鞏固理論知識。利用交通仿真，通過理論教學與實驗教學的交叉安排，能夠提高學生的學習興趣，促使學生在學習中發(fā)現(xiàn)問題，在問題中強化應用，使學生能夠在理論教學和實驗教學中不斷提高對專業(yè)知識的理解和認識。

3 結語

隨著交通仿真技術在精細化交通管理中的不斷應用，在道路交通控制技術課程建設中，以“認識—實踐—再認識—再實踐”為教學主線，將交通仿真應用到各個教學環(huán)節(jié)中，加強理論和實驗之間的聯(lián)系，可以有效地將課程內(nèi)容與交通管理市場需求相結合，為培養(yǎng)高素質的應用型人才創(chuàng)造條件。同時，通過交通仿真，打破理論教學與實驗教學之間的壁壘，將兩者融合，能夠激發(fā)學生學習興趣，使學生在不斷的實踐中掌握必要的理論知識和扎實的應用技能，進一步提高學生的就業(yè)能力和綜合素質。

參考文獻

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[6]吳華君，潘云.課堂革命背景下高職課堂教學互動行為研究[J].職教通訊， 2024（4）：62-72.