交通运输专业课程教学改革与探索——以《人车路协同运行理论与技术》课程为例

徐进，曾粤

（重庆交通大学 交通运输学院，重庆）

一 引言

当今时代，交通运输业蓬勃发展，为适应交通运输业的飞速发展，培养交通运输行业人才迫在眉睫，越来越多高等院校开设交通运输专业。截止2016年底，在全国高等院校中，已设交通运输专业的院校达200余所[1]，截止2017年，共有15所院校的交通运输专业通过了工程教育专业认证[2]，其中以东南大学、西南交通大学、同济大学、北京交通大学、长安大学等高校为主要代表学校。

自动驾驶的出现以及智能交通技术的演变发展，使得交通运输逐渐向智能网联交通系统发展[3]。智能网联汽车的出现以及汽车产业结构的优化调整，以及构建现代综合交通运输体系和“一带一路”倡议的提出，当今时代对交通运输行业的工作者以及学生的技术能力需求也发生了变化[4,5]。高等院校中交通运输工程的专业的建设和发展也在随之升华[6]。“互联网+”时代的到来更使得教育理念和教学模式发生深刻变革[7,8]。

二 浅谈交通运输专业发展现状

1963年10月，原国家计委、教育部发布了修订后的《高等学校通用专业目录》，设置运输类专业；1998年，中华人民共和国教育部颁布《普通高等学校本科专业目录》，将交通运输专业代码由081701更改为081201；2012年，中华人民共和国教育部发布的《普通高等学校本科专业目录 （2012年）》中将总图设计与工业运输（部分）和原交通运输合并入交通运输专业。交通运输工程专业为一级学科，下设交通信息工程及控制、交通运输规划与管理和载运工具与工程等二级学科。根据中国学位与研究生教育信息网中的教育部第四次学科评估结果，交通运输工程学科在全国具有“博士学位授权”的高校共27所，具有“硕士学位授权”的高校数量较多，目前大部分具有“硕士学位授权”的高校交通运输工程专业开设的专业必修课主要包括：“数值分析”、“数理统计”、“外国语英语”、“自然辩证法概论”和“中国特色社会主义理论与实践研究”等；开设的专业选修课有：“交通流理论”、“交通运输经济学”、“综合运输枢纽与场站运输组织优化”、“交通管理与控制”等。

随着科技的发展和大数据时代的来临，智能交通成为交通运输发展的方向，其中数据驱动的交通管理与控制也是智能交通发挥作用的关键，智能交通既包括便捷安全的交通出行服务，也包含了对交通精细、动态、智能的管理与控制。交通运输专业的教学应紧紧围绕交通运输发展行业的热点问题进行展开，使学生能成为应用型人才。

三 交通运输专业课程教学改革方法

交通运输专业的课堂不仅应围绕交通运输发展行业的热点问题进行展开，也应该在课堂上调动学生学习的积极性，让课堂氛围更加活跃，老师讲解更生动，使学生能用拓展性思维和长远的眼光看待这个专业的问题，真正掌握知识的真谛。当今社会已进入人工智能和“互联网+”时代，结合人工智能和“互联网+”，使教学课堂更加高效便捷有趣。下面从以下几个方面描述课程教学改革的内容：

（一） 利用互联网进行课前预习

在这门课程开始以前，通过互联网建立学习群，明确每次课前的教学内容，提出下次课程相关的思考题，学生通过学习群的学习，也提出在预习中较难理解的内容并反馈给老师，使老师在下次课堂能着重描述和讲解与该内容有关的知识，做到有针对性的教学，并能使学生加深对该学习内容的印象。

（二） 提高学生课堂讨论的积极性

在课堂上，采取老师和学生共同完成课堂学习的模式，鼓励学生积极发言，留出课堂一部分的时间给学生表达他们对这节学习内容的理解和想法。并且老师在讲解时，不只是一昧地照着教材讲解，而是与当今行业发展动态结合，引入相关案例，结合自身相关的工作和学习经验，使得学生更能理解这些学习内容的内在涵义，而不是为了考试而学习。老师在讲述的过程中抛出与之相关的思考题，让学生大胆思考，调动学生课堂讨论的积极性。

（三） 加强课后学习的主动性

课后可让学习该课程的学生自由分组，针对与该课程相关的内容，自由选择主题。通过互联网查询资料，得出如何解决交通运输工程实际问题，一些人工智能技术能否运用到交通运输实际操作中，是否能将一些技术进行改进、能得到什么预期成果，并制作成演示文稿，在下次课堂中，由学生将自己课后准备和查询的资料讲解给大家听，使学生由被动式灌输转换为主动式学习，并提高学生们的表达能力和加深对该课程内容的理解。

四 《人车路协同运行理论与技术》课程的改革实践

《人车路协同运行理论与技术》（以下简称人车路协同）是一门实用、新型、前沿的交通运输专业课程。本课程面向交通运输工程专业研究生开设，是交通运输工程专业学生的专业基础选修课。随着道路交通网络的发展，交通事故数量和日益严重的交通拥堵已经成为倍受关注的社会问题，传统的交通管理模式也因此面临严峻的挑战。

而道路交通安全是中国一直以来面临的一项非常严峻的问题，因此道路交通安全一直是交通运输、交通工程、道路工程以及汽车工程等专业的核心课程之一。在学科性质方面，道路安全是一门典型的综合交叉学科，从人-车-路（环境）系统角度来解决交通安全问题会取得较有成效的效果，这也是一直提倡人-车-路（环境）系统的原因和动力。但在现有的相关专业课程中，人、车、路（环境）和管理这几个对道路安全有影响的因素没有形成有机结合的整体，一直都是分别阐述并且泛泛而谈，内容空洞、松散，这种情况不符合现代道路交通安全科学发展的内在规律，不能适应人才培养、就业市场对交通运输大类专业人才的要求。

人、车、路、环境是交通系统4个最主要的构成要素，因此从“人-车-路（环境）”系统角度来研究、分析和阐述道路交通安全已经成为交通运输领域近年来的主流思路。但遗憾的是，虽然“人-车-路（环境）”系统这一概念在我国的交通安全、道路设计、车辆设计、交通工程、驾驶行为等研究领域已经提倡了很多年，但目前仍基本停留在概念阶段，并未取得太多实质性的进展。

体现在教材上，目前的关于汽车安全、道路交通安全相关教材不下数十种版本，每一个版本在开篇时都强调了“人-车-路（环境）”系统在交通安全研究以及安全治理中的重要性，但在随后的具体章节内容中，仍是分开处理，即按人的因素、车辆因素、道路因素以及管理因素分别介绍，没有形成有效的联系。使用现有的教材，任课教师无法掌握和了解“人-车-路（环境）”系统的安全运行机理、各组成要素之间的耦合影响以及这种影响在系统安全上的表现，学生上课听讲以及课后复习更是达不到利用系统工程思想和手段来分析和改善道路交通安全的教学目的。

因此在重庆交通大学开设了这门课程，并在近年来，根据最新的研究生培养目标，对该课程教学进行了全面的改革创新。本课程在整合原有的汽车安全、道路交通安全、运输安全管理等课程内容基础上，将安排创新性和前沿性内容。从整体上，改善了传统教学方式存在的弊端，提高了研究生课堂的积极性，获得了良好的教学效果。具体的做法如下：

（一） 建立学习小组

全班同学自由组队，分成若干个小组，每个小组约4-5人，分组布置学习任务和研究课题，各小组通过检索、查阅文献，发放调查问卷，进行数据分析等方式，完成学习任务和研究课题，再做成演示文稿向老师和其他小组的同学展示，研究课题包括“车辆协作式安全应用”、“基于系统思维的道路交通安全管理体系研究”、“基于高德地图的交通路况”等，这些研究课题与实际生活息息相关，有助于学生把课上学到的知识应用在实际生活中，并激发学生对本专业学习的兴趣，提高学生的创新思维。最后每人写一份与本课题相关论文，将小组展示的演示文稿和论文作为本节课最终成绩的重要组成部分。

（二） 优化课堂学习内容

课题组每年专门组织一次讨论会，就教学内容的顺序安排、难点重点问题进行讨论，以便在教学过程中获得更好的教学效果。授课时强调重点，在难点上加以引导。同时，确定学生在课后能积极在网上寻找课程的相关资料，调动学生的学习积极性，锻炼学生获取新知识的能力。此外，结合自身在山区道路环境人车路协同安全领域的研究成果和深厚积累，为学生们讲授仿真系统开发、系统耦合与集成、大规模数值仿真实验等相关知识。不再以特定的单一教材为主进行教学，而是紧密结合前沿的工程实际应用技术，加上传统交通运输理论知识，做成演示文稿，传授给学生。

在该课程中讲述人-车-路（环境）协同仿真系统的系统架构、建模原理、建模技术、联合仿真以及系统应用的内容，重点包括不同道路行驶环境、不同车型的驾驶员驾驶行为模式，每类驾驶模式自身以及对道路系统中其它道路用户的安全性，“运行轨迹-运行速度”决策技术，车路协同技术等；并且讲解了人车路协同技术在公路限速中的应用——目前限速值与道路条件不协调是我国公路和城市道路交通管理中的主要矛盾和不协调因素，深入分析目前我国公路速度管理中存在的问题和原因，然后讲述使用汽车运行轨迹和运行速度对山区公路设计安全性、运营道路安全性进行评判和辨识、安全改进的相关内容，以及基于汽车性能和驾驶人自然习惯的山区公路限速理念与方法手段。

在课堂教学中除了深入浅出讲解主要知识点和基本规律之外，同时贯穿大量的案例对主要知识点进行配合对照讲解，包括图片形式和视频形式，生动、形象、直观地为学生们解说和点评，加深学生们的印象。例如在讲述车路协同系统时，也向学生拓展车路协同在当今时代的应用领域和一些典型应用场景等，如“交叉口辅助驾驶”、“弯道车速预警”和“匝道控制”等。同时在授课时，可结合网络视频、动画进行讲解，使知识点更容易被学生理解。例如在讲述某道路交通事故发生的原因时，可播放相关的交通事故视频辅助教学。

（三） 强化师生课堂互动，注重实践教学环节

在课堂上以讨论的方式进行教授，以提高学生的科研思维能力。课堂上不再是老师的独角戏，鼓励学生多在课堂与老师、其他同学交流对学习内容的理解和看法，大胆发言，并将此纳入课程最终考核成绩的一部分。通过相互交流师生间对人车路协同运行理论与技术的见解来相互学习，有助于加深学生对人车路协同知识的印象，并且增强学生的表达能力。

为了让研究生掌握山区公路运行的第一手情况，了解道路交通系统的运行机制，获得山区道路的汽车运行状态和驾驶行为特征，找到事故高发路段以及典型事故的形成机制，安排研究生轮换加入道路实测实验，如图1所示。根据实时采集的实验参数现场讲解车辆运行特性、行驶舒适性、车路协调性的分析和判断方法。带领研究生在艰险山区公路开展自然驾驶实车实验，采集驾驶行为数据，在道路实验现场指导研究生，使其深入研究人-车-路系统的运行机制。

图1 在山区道路实车实验现场指导研究生

五 结语

交通运输专业是一个多学科交叉且理论与实践并行的专业，专业特点之一是其系统复杂性，且涉及许多学科。随着科学技术的不断发展，使得一系列前沿交叉学科在交通运输领域中应用发展。因此加强交通运输工程专业理论体系建设显得十分必要，本文从利用互联网进行课前学习、提高学生课堂讨论的积极性和加强课后学习的主动性三方面来论述交通运输专业课程教学改革方法，并论述交通运输专业选修课《人车路协同运行理论与技术》课程的改革实践，为新时代下交通运输工程专业建设和课程改革提供参考。