交通管理工程专业虚拟仿真实验中心建设的探析

何烈云

摘要：实践教学是培养大学生的创新精神和实践动手能力不可或缺的教学模式，要想提高公安交通管理工程专业人才培养质量，解决传统实践教学受到时间、空间、安全等因素制约的困境，在教学中采用虚拟仿真实验环境不失为一种有效的途径。本文以浙江警察学院为例，从公安交通管理工程专业建设虚拟仿真实验中心的必要性、可行性和应用前景出发，提出了公安交通管理工程专业实验教学改革的发展方向和虚拟仿真实验中心建设的思路。

关键词：职业院校；实训室；信息化；管理；策略

中图分类号：D412.62 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）21-0094-05

教育部教育管理信息中心计划在2015年度继续建设100个左右的国家级虚拟仿真实验教学中心，重点开展资源、平台、队伍和制度等方面的建设，形成持续服务实验教学，保证优质实验教学资源开放共享的有机整体。[1]浙江省教育厅刘希平厅长指出，信息化是教育现代化的必要条件，教学环境虚拟化是信息化教育的特征之一。[2]教师在教学过程中，通过创建一个不受时间、空间限制的虚拟化的实验环境，来提高学生的学习兴趣，加深学生对课程内容的理解；同时这样能够使课程教学与实际道路交通管理和交通工程问题有机结合，提高学生分析和解决实际问题的能力，对培养交通管理工程专业学生的工程思维能力和创新精神起着重要的作用。

建设交通管理工程专业虚拟实验中心的必要性

实验教学是高等教育教学体系中的一个重要环节，并且越来越成为高等教育的重要组成部分，是提高学生创新精神和实践能力的重要途径。[3]在从事道路交通管理工程专业课程教学过程中，教师不仅应强调对道路交通管理基础知识和道路交通工程基本原理的掌握，更要重视学生实践能力的培养。但在日常的教学中，由于受到时间、空间、成本、安全因素的限制，学生实践能力的培养无法充分进行。

1.交通管理工程专业课程体系的内在需要

浙江警察学院交通管理专业开设的核心模块课程包括道路交通秩序管理、道路交通事故处理、交通事故再现、车辆与驾驶人管理、汽车构造、车辆安全鉴定技术、道路工程基础、交通工程学、道路交通控制学、交通规划与组织等。

交通事故碰撞模型是道路交通安全研究的理论基础，其主要内容涉及到动力学理论、汽车构造理论、人体生物力学理论、材料力学理论等。交通流理论则是交通工程与交通控制的理论基础，其主要内容涉及交通流的概率统计论、车辆跟驰理论、车流波理论、车辆排队理论和控制论等。[4]上述诸多理论是以实验为基础，通过大量的实践总结而形成的，学生在理论学习过程中往往感到晦涩难懂、枯燥抽象，不能把所学的知识融会贯通。因此，交通管理工程专业课程教学改革的一个重要目标是向学生展现理论知识的形成过程，让学生真正参与到发现和总结规律的过程中来，培养学生的探究能力和创新意识，帮助他们理解并掌握知识。

2.交通管理工程专业实践教学体系的外在需要

近年来，公安院校为了更好地培养应用型警务人才，加大实践教学的课时比例，开展校局合作和院校合作，邀请基层教官参与教学活动及教师下基层锻炼，在一定程度上提高了学生的公安实践业务能力。但基层用人单位普遍反映，公安院校实习生和毕业生的动手能力不足，公安业务水平操作不高，无法将在校期间所学到的理论知识与实践工作有机结合，甚至不具备独立完成交通执法案卷基本业务的能力，在交通工程、交通控制方面能力更加欠缺，满足不了基层对公安交通管理人才的需求。造成上述现象的原因有以下四个方面：

一是教师教学方法单一，实践教学缺乏。目前，教师教学主要采用“PPT+讲授”教学方法，注重理论知识的灌输，实践教学课时数仍然偏少，公安交通管理工程专业尚未建立起系统的实验实训教学体系。

二是教师对实践教学具有畏难情绪，不愿开展实践教学。实践教学相对理论教学而言对教师的要求更高，整个教学过程更加复杂。实践教学前要进行大量的准备工作，实践教学中要分组指导，实践教学后又要批改学生实验（实训）报告，增加了工作量。

三是传统实践教学受到诸多因素制约，实践教学开展难度大。例如，在开展道路交通安全研究实践教学时，由于受场地条件和资金限制，无法采用实车碰撞试验；在开展道路交通工程内容实践教学时，为了准确得到交通流特征，必须选择在受外界干扰因素较少的高速公路或城市快速路进行观察，然而由于实验环境具有高危性，实验参数不可控或不可逆，实施难度很大。

四是专业实习考核体系不完善，学生基层实习效果不佳。当前交通管理工程专业学生在专业实习时，由于基层单位安排实习岗位不够合理、实习岗位相对固定，无法接触到丰富全面的公安交通管理业务。

建设交通管理工程专业虚拟仿真实验中心的可行性

1.VR技术和交通安全領域相结合，为建设虚拟仿真实验中心提供了平台

利用VR技术开展虚拟仿真教学，可以解决理论和实验不能解决的问题。[5]汽车驾驶模拟机是VR技术和交通安全领域相结合的产物，在教学中学生可以通过模拟器的操作部件与虚拟的环境进行交互，研究驾驶人的心理变化和应急处置要求，进而提高人、车、路和环境交通系统的安全性，并在此基础上研究如何科学地设置驾驶人考试测试方法和规则，完善交通安全宣传与教育的原则和手段。

2.计算机仿真技术为建设虚拟仿真实验中心提供了软件支持

随着计算机仿真技术的发展，越来越多与交通管理专业课程相关的仿真软件研发并投入使用，为开展虚拟化实验教学提供了方便。到目前为止，国内外已经推出了几百种交通流模拟仿真软件，这些交通模拟软件所基于的模拟模型中既有宏观方面的，也有微观方面的和中观方面的。宏观仿真的软件包括TranStar、CORFLO、TRANSTY、TranCAD；中观的模拟软件包括DYNAMIT、DYNEMO、DYNASMAR和METROPOLIS；微观的交通模拟软件包括VISSIM、TSIS、COSIM、TRANSYT。交通事故分析与再现仿真软件类型也有很多，当前比较成熟的：有美国道路交通安全局NHTSA资助研究出的SMAC、CRASH、HVOSM交通事故再现软件，美国Livermore软件技术公司LSTC开发的LS-DYNA3D以及法国ESI公司的PAM-CRASH交通事故再现软件；荷兰TNO开发的针对碰撞安全工程的仿真软件MADYMO，奥地利刑事研究所开发的PC-Crash车辆碰撞模拟软件。如果教师在开展交通管理专业课程教学时根据不同的课程、教学内容需要，灵活选取以上不同的教学仿真软件，则可以满足日常实践教学中虚拟仿真的需求。endprint

3.公安交通管理信息化推进，为建设虚拟仿真实验中心提供外部环境支持

2010年，公安部交通管理局作出了对交通管理信息系统实施大整合，在全国开展公安交通管理综合应用平台（以下简称“综合应用平台”）建设的重大决定，当前该平台已在全国各地建成使用。综合应用平台将机动车和驾驶人资源库建设以及机动车登记、驾驶证管理、交通违法处理、交通事故处理等六大业务系统整合在一起，是目前基层交警部门最重要的工作平台。另外，它也是虚拟化实验教学平台，能够方便专业教师开展车驾管理业务、交通秩序管理和交通事故处理课程的教学授课。浙江警察学院交通管理工程系在2015年研发了综合应用平台教学版软件，极大地方便了教师在交通管理类课堂中使用虚拟化实验教学手段。同时，学生也可借助该平台模拟开展违法交通事故案件办理及车辆和驾驶人业务办理。

交通管理工程专业虚拟仿真实验中心建设的思路

浙江警察学院道路交通管理工程系在建设虚拟仿真实验中心的过程中，充分利用现有实验室建设优势条件，根据学科教学内容确定虚拟实验教学体系，改革现有的实验管理体制，不断提高虚拟仿真实验中心在教学中的强大作用，实现虚拟仿真教学资源的开放和共享。虚拟仿真实验中心建设框架如下图所示。

1.利用现有的专业实验室资源，搭建虚拟仿真实验中心平台

浙江警察学院交通管理工程系实验室建设位居全国同类院校的前列，实验室配备的软件和硬件较为先进。目前，建成或正在建设的实验室有交通事故勘查、机动车安全技术检验鉴定、交通管理信息系统、智能交通、驾驶适应性、交通工程与控制、交通事故再现、交通仿真等实验室，并拥有独立的实验实训教学大楼。2013年10月，浙江警察学院的“基于大数据架构的公安信息化应用实验室”被评为公安部重点实验室，其中智能交通是公安部重点实验室四个研究方向之一。以上这些有利条件，为建设虚拟仿真实验教学中心奠定了基础。同时，在虚拟实验中心建设时，还对现有的资源进行梳理分类，根据学科内容和特点将其划分为交通安全和管理、交通工程和控制两大课程群，形成了交通仿真工程软件、交通安全仿真软件、交通执法模拟平台、汽车驾驶模拟VR技术四类仿真工具，并为不同课程提供理论教学和实践教学，开设了虚拟仿真项目。

2.坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，开发虚拟实验教学项目

在日常的教学活动中，如果教师能学会灵活运用，仿真软件就能发挥出意想不到的效果。例如，事故再现实验室所配备的PC-crash仿真软件，不仅能够在线仿真各类道路交通事故，还可以仿真机动车行驶特性、驾驶人的应急处置、环境对驾驶的影响、交通事故人体伤害特征、机动车安全技术等相关实验，进而为《交通秩序管理》《交通事故处理》《汽车构造》《道路工程》《交通工程》《车辆和驾驶人管理》等课程理论教学和实践教学服务。交通工程与控制所配置的Vissim交通仿真软件，可以从微观领域对道路上的交通运行情况进行模拟，教师还可以利用该软件研究交通流三参数之间的相互关系、机动车跟驰特点车道变换基本原则、交通信号控制路口交通流特点等内容。实践表明，教师在开展交通管理专业课程教学时，若能根据不同的课程教学内容需要，坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则[6]，确定虚拟仿真实验教学项目，则可以有效提高教学效率。

3.改变现有的实验室管理体系，提供虚拟仿真实验中心高效运行的制度保障

科学的实验管理体系、完备的规章制度是虚拟仿真实验中心有序高效运行的保障。当前浙江警察学院交通管理工程专业的所有实验室日常管理和教学保障工作，全部由学校现代教育技术实验中心负责，中心实验员承担着教学实验、科研实验以及实验室的日常管理三项任务。这种统一管理模式从某种程度上整合了资源，减轻了各系部的工作量。但这种管理模式也存在很大弊端，主要表现在两个方面：一是教师开展实践教学手续繁琐，要在开学前提出实验项目申请并经过层层审批，如果不同专业的实验教学时间有冲突还要反复调整，甚至重新申报调整。因此，教师往往因为太复杂的审批流程而不愿开展实验教学项目，如果教师想开展超过教学范围的科研实验，难度就更大了，且学生借用实验室平台开展科研更是难以保证。二是教师开展实验教学时，工作量非常大。正常情况下，实验员应该有扎实的专业知识和实验技术水平，而当前实验中心所配备的管理员往往专业知识缺乏，对实验教学的辅助作用不大。同时，交通管理工程专业的实验室专业性特强，除机房以外其他专业基本不能共享，造成了实验室利用率低。如果上述模式不改变，一定会给虚拟仿真实验中心建设带来制度上的阻碍。因此，虚拟仿真实验中心工作人员需要有扎实的专业知识，具备从事虚拟仿真实验教学指导工作的能力，并掌握从事相应的实验案例开发工作的技能。

4.依托校园网络平台，实现虚拟仿真實验中心资源开放共享

国家级虚拟仿真实验教学中心建设通知提出明确要求，虚拟仿真实验教学中心的建设应“按照服务与资源相结合的原则，建设学校统一的具有开放性、扩展性、兼容性、前瞻性的虚拟仿真实验教学管理和共享平台，高效管理实验教学资源，全面提供搜索导航服务，及时发布资源应用信息，切实扩大资源影响力度，实现校内外、本地区及更大范围内的实验教学资源共享，满足多学科专业、多学校和多地区开展虚拟仿真实验教学的需要”。[7]信息化平台的搭建与互联可以使学生有更多机会参加高水平的实验，满足虚拟仿真实验教学对信息技术的要求，并使更多的学生随时随地地享用优质实验教学资源，进而提高其实践能力和创新精神；同时，也可以使教师的教学理念得到更新，教学能力得到提升，教学水平进一步提高。因此，如何科学合理地搭建实验室信息化平台尤为重要。

目前，各实验室所配备的虚拟仿真资源尚处于“信息孤岛”状态，无法支持课程和相应实验的扩展。因此，我们要借助现有的校园网络和实验管理平台，构建满足课堂教学和师生科研的开放式虚拟仿真实验网络共享平台，实现虚拟仿真实验校内共享，最终达到本地区及更广泛围内的资源共享，满足跨校区、多学科专业、多学校的虚拟仿真实验教学的需求。

结语

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容，体现了信息技术与教育教学的融合发展，以及与学科专业深度融合带来的实验教学改革与创新。为更好地进行交通管理工程专业课程教学，教师可以基于虚拟仿真实验中心平台开展教学活动，并用深入浅出的生动语言和有趣的虚拟仿真实验，把教学内容中的概念、规律和模型以新奇的方式呈现给学生，使课堂气氛活跃、引人入胜，从而提高学生的创新意识和创新能力，培养更多、更好的应用型警务人才。endprint