邢璐，吳偉，柳伍生，龍科軍，郝威

（長沙理工大學(xué)，湖南長沙 410114）

1 背景

黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)：“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。”2019 年9 月，國務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，明確提出將智慧交通作為交通強(qiáng)國建設(shè)四大發(fā)展方向之一。智慧交通逐漸發(fā)展成為解決交通問題的必由之路，隨著智慧交通的快速發(fā)展，原有傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀脫節(jié)，使得人才培養(yǎng)無法滿足就業(yè)需求。楊敏等（2021）認(rèn)為：交通強(qiáng)國建設(shè)與“智能網(wǎng)聯(lián)”信息化趨勢下的交通運(yùn)輸行業(yè)轉(zhuǎn)型離不開交通人才隊(duì)伍的有力支撐，如何為交通強(qiáng)國建設(shè)培養(yǎng)符合新時期要求的創(chuàng)新人才，是當(dāng)下高等教育亟須解決的問題[1]。因此，面對智慧交通發(fā)展帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，如何改革教學(xué)模式與方法，適應(yīng)新環(huán)境和新要求，成為高等教育面對的一項(xiàng)重要課題。

當(dāng)前，交通運(yùn)輸工程學(xué)科研究生課堂教學(xué)多數(shù)仍采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，課程教學(xué)內(nèi)容脫離實(shí)際交通系統(tǒng)，弱化實(shí)踐教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力、解決實(shí)際交通問題能力不強(qiáng)，課程整體在創(chuàng)新實(shí)踐、前沿技術(shù)的敏銳度方面存在不足。而對于大多數(shù)研究生課程，由于技術(shù)的快速發(fā)展，課堂內(nèi)容更新快，技術(shù)方法創(chuàng)新多，不同領(lǐng)域觀點(diǎn)多，需要著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力。因此，亟須對教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)模式進(jìn)行改革，打通理論知識學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用之間的環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，以大量實(shí)踐思考為途徑，提高課程教學(xué)質(zhì)量[2]。隨著智慧交通的不斷發(fā)展，新的理論知識不斷產(chǎn)生，而教材的更新速度較慢，一些知識已經(jīng)不能滿足時代快速發(fā)展的需求，只有培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生才能善于從教材之外汲取各方面的新知識，開闊自己的視野，增加知識積累。因此，這也就要求課程教學(xué)內(nèi)容和方法應(yīng)采取適應(yīng)性改革，面向智慧交通做出創(chuàng)新性更新，注重培養(yǎng)學(xué)生對于行業(yè)發(fā)展趨勢的理解和技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用能力。

鑒于此，本文基于交通運(yùn)輸工程學(xué)科研究生課程教學(xué)體系改革的迫切需求，積極探索交通強(qiáng)國與新工科建設(shè)背景下改進(jìn)研究生培養(yǎng)能力結(jié)構(gòu)、課程體系及課程內(nèi)容的新方法，并以交通系統(tǒng)分析與建模課程為例，介紹課程面向智慧交通的改革與實(shí)踐，旨在為交通運(yùn)輸工程學(xué)科研究生培養(yǎng)與課程改革提供新思路。

2 交通運(yùn)輸工程學(xué)科課程教學(xué)方法探索

許多學(xué)者對交通運(yùn)輸工程學(xué)科的教學(xué)進(jìn)行了深入探索，并分別從人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)課程體系、教學(xué)實(shí)施手段、教學(xué)模式、具體課程教學(xué)方法等方面研究了交通工程學(xué)科教學(xué)的改革和實(shí)踐。首先，隨著智慧交通的發(fā)展及交通強(qiáng)國建設(shè)的需求，人才培養(yǎng)呈現(xiàn)多元化、創(chuàng)新型趨勢。蔣瑋等（2022）提出要培養(yǎng)具有多學(xué)科交叉復(fù)合知識背景的人才[3]；丁川等（2022）面向交通強(qiáng)國建設(shè)需求，提出強(qiáng)化立德樹人、學(xué)科交叉、五育并舉以及科教融合的智能交通創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系[4]；馬永鋒等（2021）以國際化人才培養(yǎng)為目標(biāo)，探索交通運(yùn)輸國際化復(fù)合人才培養(yǎng)方法[5]；李燁（2023）以競賽為切入點(diǎn)，提出賽教融合教學(xué)方式，基于興趣驅(qū)動提升學(xué)生的探索能力和創(chuàng)新能力[6]；董澤蛟等（2023）將智慧交通及交通基礎(chǔ)設(shè)施融合，探索了智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施交叉方向研究生培養(yǎng)模式，提出理論知識、實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和國際視野是人才培養(yǎng)的核心內(nèi)容[7]。

在課程體系探索方面：翟婉明等（2021）提出在當(dāng)前交通新技術(shù)迭代更新不斷加速的背景下，要樹立“以學(xué)生的成長與發(fā)展為中心”的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力[8]；任剛等（2020）強(qiáng)調(diào)要以培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，重構(gòu)課程體系結(jié)構(gòu)與課程教學(xué)內(nèi)容[9]；陳嘉祺等（2021）分析培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉與創(chuàng)新創(chuàng)造能力的要求，對道路工程課程進(jìn)行基于研究導(dǎo)向型教學(xué)方式探索[10]；曹倩霞等（2020）對交通調(diào)查課程進(jìn)行深入研究，提出了整體項(xiàng)目驅(qū)動下的交通調(diào)查實(shí)踐教學(xué)模式，拓展學(xué)生整體項(xiàng)目高階思維[11]。也有學(xué)者將交通課程教育與思政教學(xué)融合，分別將思想政治教育融入交通工程學(xué)，對專業(yè)課課程思政建設(shè)進(jìn)行了全方位的對策研究和有效設(shè)計(jì)[12]。

雖然已經(jīng)有眾多研究成果為交通工程學(xué)科課程改革和實(shí)踐提供了理論支撐，但隨著教育理念與思維的不斷更新，仍需要將更多新的教育理念引入交通運(yùn)輸工程學(xué)科教學(xué)中，例如面向新工科的“虛擬現(xiàn)實(shí)+先進(jìn)制造”協(xié)同創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方法[13]、“人工智能+”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方法等[14]，這些方法已經(jīng)在部分專業(yè)課程開展實(shí)踐并驗(yàn)證有效，同時也為智慧交通課程的改革和建設(shè)提供了新的思路。

3 面向智慧交通的研究生能力結(jié)構(gòu)探索與課程體系重構(gòu)

3.1 面向智慧交通的研究生能力結(jié)構(gòu)探索

作為交通領(lǐng)域的未來發(fā)展方向，智慧交通對研究生能力培養(yǎng)結(jié)構(gòu)提出了新的要求，如何在研究生培養(yǎng)過程中構(gòu)建與智慧交通匹配的學(xué)生能力結(jié)構(gòu)，成為交通專業(yè)研究生培養(yǎng)和課程教學(xué)面臨的緊迫問題。為厘清課程建設(shè)方向及內(nèi)容，本文采用成果導(dǎo)向的分析方法（OBE理念），基于具有前瞻性和引領(lǐng)性的國家或地區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略，分析智慧交通行業(yè)對研究生培養(yǎng)的新要求，剖析現(xiàn)有研究生培養(yǎng)方案的滯后點(diǎn)，以“以學(xué)生為中心”和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，重構(gòu)面向智慧交通的研究生能力結(jié)構(gòu)和知識架構(gòu)，探索過程如圖1 所示。

圖1 基于發(fā)展戰(zhàn)略對面向智慧交通的研究生能力結(jié)構(gòu)改革的探索過程（以湖南省為例）

圖2 智慧交通課程體系重構(gòu)方法及內(nèi)容示意圖

在此基礎(chǔ)上，聚焦課程建設(shè)，以“交通系統(tǒng)分析與建?！闭n程為例，結(jié)合現(xiàn)有課程培養(yǎng)目標(biāo)和內(nèi)容的解析，從智慧交通領(lǐng)軍企業(yè)、智慧交通先進(jìn)科學(xué)技術(shù)以及創(chuàng)新示范項(xiàng)目出發(fā)，挖掘行業(yè)對研究生能力培養(yǎng)的需求，探索并重構(gòu)交通運(yùn)輸工程學(xué)科研究生培養(yǎng)能力結(jié)構(gòu)，為課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等提供新的改革思路。

3.2 課程體系重構(gòu)

智慧交通作為應(yīng)用型研究領(lǐng)域，其核心技術(shù)廣泛應(yīng)用到交通工程實(shí)踐中，如城市道路、高速公路等。由于交通涵蓋范圍廣，因此，研究及工程實(shí)踐范圍可大可小，結(jié)合系統(tǒng)工程相關(guān)理念，目前通常采用系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分，將整個大交通系統(tǒng)分成若干個交通子系統(tǒng)。基于面向智慧交通的研究生能力結(jié)構(gòu)的探索結(jié)果，結(jié)合單門研究生課程內(nèi)容特點(diǎn)，本文以交通系統(tǒng)研究為核心，提取代表性交通系統(tǒng)，重構(gòu)課程教學(xué)體系。

通過案例式教學(xué)方法，以代表性交通系統(tǒng)為課程的主要組成單元，通過對特征道路或交通狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)建模與分析，可以更直觀地教授學(xué)生交通系統(tǒng)相關(guān)知識，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容，提高應(yīng)用能力。具體包含：城市道路網(wǎng)、智能網(wǎng)聯(lián)公交、高速公路、城市停車系統(tǒng)等代表性交通系統(tǒng)。另外，結(jié)合國家或者所在省市的創(chuàng)新示范項(xiàng)目，例如“長沙智慧公交”以及“兩個100 公里智能網(wǎng)聯(lián)高速”，對課程教學(xué)案例及內(nèi)容進(jìn)行更新，緊密契合行業(yè)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢，提高教學(xué)質(zhì)量。

4 探索“理論實(shí)踐一體化”的智慧交通實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

研究生教學(xué)重在將理論科研知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐成果，因此，可依托所在學(xué)校的相關(guān)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真教學(xué)中心等實(shí)驗(yàn)平臺，以先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，重點(diǎn)建設(shè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，探索“理論實(shí)踐一體化”的智慧交通實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高學(xué)生實(shí)踐能力和應(yīng)對實(shí)際交通問題的能力。

4.1 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的智慧交通教學(xué)方法

課程教學(xué)體系重構(gòu)，將課程細(xì)分為不同代表性交通系統(tǒng)單元，對不同交通系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生快速了解獨(dú)立交通系統(tǒng)的特性。構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以讓學(xué)生快速理解學(xué)習(xí)內(nèi)容及場景，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量與鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的目的。以交通系統(tǒng)為組成單元的課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊可構(gòu)建為兩層次：一是基礎(chǔ)型交通系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，構(gòu)建目的是深化學(xué)生對交通系統(tǒng)組成、交通系統(tǒng)建模方法等基礎(chǔ)性知識的理解；二是專業(yè)型交通系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，該模塊以實(shí)際交通問題為導(dǎo)向，鍛煉學(xué)生對交通問題的思考、分析以及解決能力，提高學(xué)生專業(yè)知識的應(yīng)用能力。同時，各個實(shí)驗(yàn)?zāi)K根據(jù)交通行業(yè)科技發(fā)展前沿更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與行業(yè)科技發(fā)展的緊密結(jié)合。

課程中涉及的交通系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)主要為交通微觀仿真實(shí)驗(yàn)，可采用軟件引進(jìn)、自主開發(fā)相結(jié)合的方式開展。首先，采用國際上經(jīng)典的VISSIM、SUMO 軟件實(shí)現(xiàn)微觀交通仿真，虛擬再現(xiàn)不同交通狀態(tài)下的運(yùn)行規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生掌握獲取交通流運(yùn)行特征和規(guī)律的方法，學(xué)習(xí)分析交通問題的原因，對城市規(guī)劃、交通工程和交通管理的有關(guān)方案進(jìn)行比較和評價；其次，面向智慧交通發(fā)展趨勢，結(jié)合微觀交通仿真實(shí)驗(yàn)，采用智慧城市仿真軟件Unity 對車路協(xié)同環(huán)境進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。該仿真教學(xué)方法能夠?qū)崿F(xiàn)車路協(xié)同虛擬實(shí)驗(yàn)，從而使智慧交通場景在課程中再現(xiàn)，更新學(xué)生知識體系，緊密貼合產(chǎn)業(yè)發(fā)展新趨勢。

4.2 基于實(shí)驗(yàn)平臺的“實(shí)景化”智慧交通教學(xué)方法

雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在一定程度上能夠模擬交通系統(tǒng)并培養(yǎng)學(xué)生分析交通系統(tǒng)問題的能力，但由于仿真模型的假設(shè)性前提，并不能夠做到完全的交通系統(tǒng)場景再現(xiàn)。在以往的研究生教育中，通常采取交通調(diào)查或參觀實(shí)習(xí)的方法幫助學(xué)生增強(qiáng)對交通物理現(xiàn)實(shí)場景的理解，但這種方法并不能測試及對比交通管理方案的效果。為了彌補(bǔ)以上不足，可采用“實(shí)景化”智慧交通實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，基于校內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺，打造交通運(yùn)輸工程學(xué)科研究生課程的“實(shí)景化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)移到物理真實(shí)場景，將教學(xué)與工程實(shí)踐結(jié)合，提高課程內(nèi)容的易理解性與實(shí)用性，提高學(xué)生進(jìn)行實(shí)際交通系統(tǒng)分析、交通系統(tǒng)優(yōu)化的能力。

為緊密貼合智慧交通，“實(shí)景化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊主要選取車路協(xié)同與自動駕駛方向的實(shí)景實(shí)驗(yàn)，借助先進(jìn)的車輛及交通管控實(shí)驗(yàn)平臺，將課程實(shí)驗(yàn)拓展到實(shí)際的操作，將書本的知識真實(shí)展示在學(xué)生面前。“實(shí)景化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊主要包含兩個部分：一是車路協(xié)同實(shí)景化實(shí)驗(yàn)，借助室內(nèi)車路協(xié)同半實(shí)物仿真系統(tǒng)、校園道路車路協(xié)同設(shè)施，進(jìn)行車路協(xié)同交通系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，通過探究道路交通系統(tǒng)的信號控制算法、安全分析與預(yù)警算法，培養(yǎng)學(xué)生從車路協(xié)同的角度解決實(shí)際交通問題的能力；二是自動駕駛汽車實(shí)景化實(shí)驗(yàn)，借助自動駕駛實(shí)驗(yàn)車、封閉性自動駕駛測試道路，構(gòu)建具有自動駕駛汽車功能的交通系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，填補(bǔ)研究生課程中對自動駕駛影響下交通系統(tǒng)建模部分內(nèi)容的缺失。

5 貫通“產(chǎn)學(xué)研”的智慧交通教學(xué)示范

科研是研究生培養(yǎng)的核心內(nèi)容，但以往課程與科研脫節(jié)，并不能培養(yǎng)研究生的科研能力，使得課程的吸引力較弱，教學(xué)效果欠佳。為提高研究生科研能力和實(shí)踐工程能力，提升課程教學(xué)效果，可將“產(chǎn)學(xué)研”貫通，從產(chǎn)業(yè)和科研兩個角度開展智慧交通教學(xué)示范。

首先，探索產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向的校企聯(lián)合課程培養(yǎng)方法，一方面，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展和研究生就業(yè)為導(dǎo)向，緊密聯(lián)系智慧交通領(lǐng)域的企業(yè)及研究院等，實(shí)現(xiàn)學(xué)校、交通行業(yè)主管部門及一線運(yùn)營交通企業(yè)等多方面優(yōu)勢資源的有效整合，強(qiáng)化課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建校內(nèi)+校外的復(fù)合型實(shí)踐教學(xué)方法，將研究生課程涉及的校內(nèi)知識與校外企業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)合；另一方面，為了使學(xué)生加強(qiáng)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的了解，使其能夠真切參與和感受智慧交通趨勢下交通系統(tǒng)的變化，需依托國家智能網(wǎng)聯(lián)車輛測試區(qū)、智慧公交示范線等智能交通行業(yè)示范項(xiàng)目，針對當(dāng)前新興智能交通技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用需求，基于“產(chǎn)學(xué)研”貫通的教學(xué)改革思路，更新研究生課程的教學(xué)單元和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以產(chǎn)業(yè)實(shí)踐促進(jìn)課程學(xué)習(xí)及科學(xué)研究。

其次，以校內(nèi)導(dǎo)師或授課教師的科研項(xiàng)目為依托，開展基于科研項(xiàng)目的智慧交通教學(xué)示范。選擇具有示范性的科研項(xiàng)目，在課程教學(xué)環(huán)節(jié)增加探討與實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生依托課程內(nèi)所學(xué)的知識及技術(shù)，解決實(shí)際科研問題，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果與應(yīng)用能力。針對培養(yǎng)過程各環(huán)節(jié)，完善過程質(zhì)量評價管理措施，構(gòu)建能及時根據(jù)社會需求進(jìn)行調(diào)整和完善的多元化學(xué)生學(xué)習(xí)效果CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）考核和評價方法，鍛煉學(xué)生在課程中的創(chuàng)新、構(gòu)思、交流能力，以及運(yùn)用課程知識內(nèi)容進(jìn)行交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行的能力。

6 結(jié)語

智慧交通的發(fā)展為傳統(tǒng)交通行業(yè)注入了新的動力，但同時也對交通運(yùn)輸工程學(xué)科的研究生高等教育提出更高要求。行業(yè)的變革必將引發(fā)教育的變革，如何在變革過程中適應(yīng)新要求是當(dāng)前交通類專業(yè)人才培養(yǎng)亟須解決的問題。因此，傳統(tǒng)交通課程面向智慧交通的改革和升級成為交通類高等教育的重要任務(wù)。在推動學(xué)科交叉和學(xué)科融合的同時，注重對傳統(tǒng)課程的改造，從人才培養(yǎng)能力結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用先進(jìn)的教學(xué)理念和方法，重構(gòu)理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)體系，能夠有效助力智慧交通人才培養(yǎng)，具有較大的理論和應(yīng)用價值。