交通运行仿真的交通管理工程专业实践教学模式创新与实践

□张雪梅，沈文超，朱 伟

(1.山西警察学院，山西 太原 030401；2.广州学塾加软件科技有限公司，广东 广州 510640)

随着城市规模扩大、汽车工业发展、物流需求剧增，道路交通需求将持续增长，交通拥堵、交通事故等交通问题将日益严重，道路交通行业在需求与供给的矛盾中保持持续发展态势。随着“粗放型”的交通工程“硬”建设已逐步完成，精细型的交通管理“软”服务日趋突出。公安部交通管理局发布的《关于推进城市道路交通信号灯配时智能化和交通标志标线标准化的通知》(公交管〔2016〕230号)以及《推进城市道路交通信号灯配时智能化工作方案》对交通警察提出更专业的工程技术要求，也对交通管理工程专业人才培养提出了更高技术能力要求。强化实践教学环节是提升交通管理工程专业人才能力培养的重要手段，但受校内实验设备、专业师资等方面的局限，目前大多数公安院校交通管理工程专业的实践教学效果不够理想，特别是工程技术类课程实践教学相对薄弱。建立校局合作机制是保障和提高实践教学效果的有效措施，但往往很难解决专业实践方法落后、双师型师资紧缺、创新能力不足等问题。本文在分析交通管理工程专业工程实践教学现状基础上，结合道路交通运行仿真实验平台建设，以交通运行仿真为基础的课程实验项目和综合实验项目的开发与教学实践，提出基于产教融合的交通运行仿真实践教学创新模式。

习近平总书记在党的十九大报告中提出“完善职业教育和培训体系，深化产教融合、校企合作”。2017年12月,国务院办公厅印发了《关于深化产教融合的若干意见》。产教融合已成为近年来促进高等教育发展，加强创新型人才和技术技能人才培养的一项重要方针。[1]产教融合人才培养模式可以有效解决当前职业教育人才培养中遇到的问题，有助于提高学校的人才培养质量和效率。[2]为了提升人才培养质量，基于双师型教师紧缺、专职实验员缺失的现状短期之内无法解决，我校各专业教师在上述实验室建设和实验项目开发的基础上，积极探索基于校企合作的实践教学模式，特别是产教融合的交通运行仿真实践教学模式的创新与实践。制度建立是校企合作长效运行机制的保障。[3]为此，在道路交通运行仿真实验平台建设过程中，通过双方的共同努力进一步补充和完善了校企合作协议，促进了产教深度融合。

一、交通管理工程专业实践教学现状分析

交通管理工程是公安技术类专业之一，主要以交通组织规划、交通监控指挥、交通设施设置、车辆查验布控以及交通事故处理与防范等工程与执法技术作为专业人才培养与教学领域。其人才培养目标是培养具备从事公安交通管理工作所需要的交通组织与管控、交通安全管理与执法、交通事故处理与防控等专业能力和研究创新能力，能够胜任基层公安机关道路交通管理等工作的高素质应用型公安专门技术人才。人才培养课程体系的实践教学环节除了岗位见习、毕业实习和社会实践外，主要由专业课程实验实训、专业综合实训、毕业论文(设计)和创新训练等。虽然根据《公安技术类教学质量国家标准》要求，实践教学课时占总学分比例不低于35%，但在具体实践中交通管理工程专业的实践教学并未达到预期的教学效果，往往存在有实践教学方法传统、实验设备不足、实训项目与内容有偏差等突出问题。下面具体从实践教学方法落后、动手实操设备不足、专职实验员缺失等方面加以分析。

(一)实践教学方法相对落后

交通管理工程专业的主要实验对象与场景是道路交通系统，一些实践教学内容与方法需要到实际道路上开展，但具体实施过程中由于容易产生安全隐患、实验组织困难、无法干预道路交通等原因，往往难以达到理论联系实际的预期目标。例如在《道路交通工程》课程教学中，教师通常组织学生到实际道路进行交通调查实验实训，为保障实验质量，需将学生分组安排到不同的断面、路段或交叉口，而分组越多、持续越久、频次越高则安全隐患越大，调查结果的核验难度也越大。因此该实验实训项目往往流于形式，无法应用于交通流参数等模型的验证。

(二)动手实操设备配备不足

目前交通管理工程专业采用的实践教学设备(含软件)通常有工程和模拟两类。工程实验设备具有与实际应用一致的优势，但由于设备大、价格高、依赖于实际场景等原因通常只用于教师操作演示实验，难以用于多个学生同时进行动手实践。而实物模拟类设备可用于学生掌握设备操作，但不能模拟交通流，无法形成“观察-动手-反馈”的实践闭环，难以帮助学生形成实战技能、培养创新能力。例如在《道路交通控制》课程中，学生无法通过以上设备的实践教学验证Webster最佳周期模型等理论模型在实战应用中是否适合及应用要求。

(三)专职实验员普遍缺失

交通管理工程专业是实战性与应用性很强的专业，而同时具有工程师、教师素养的双师型教师普遍紧缺。另一方面，国内各地的智慧交通建设如火如荼地开展，也带动了交通管理工程专业实验设备日新月异地发展。新设备的使用和应用对教师也提出了更高的要求。因此专职实验员的配备有利于实验室建设、实验项目开发与实践教学的开展。而目前大部分公安院校的交通管理工程专业缺少专职实验员，无法协助专业课程教师更好地应用实验设备开展课程实验项目。

二、道路交通运行仿真实验平台与实验项目开发

根据目前交通管理工程专业实践教学存在实践教学方法落后、动手实操设备不足等问题，需要从校内实验方法的改善和专业教师实践能力的培养两方面推进。为此，我校各专业教师对于如何提高实践教学效果进行了一些尝试和探索，特别是借助道路交通运行仿真实验平台建设和实验项目开发，对于工程技术类课程的实践教学进行了一些创新和实践。

道路交通运行仿真实验平台通过构建虚拟实验路网、提供实验工具软件等方式，开展交通工程技术相关课程实验教学，让学生在实验教学过程中“眼到、手到、心到”，从而达到巩固理论知识、提升实践技能的效果。平台具有微观交通仿真、路网资源管理、交通信息采集、交通运行评价、交通场景设计、交通信号控制方案设计、实验过程组织与管理等功能。平台由微观交通仿真软件、交通电子沙盘服务软件、交通运行监测实验软件、交通信号控制实验软件、干道信号协调优化仿真软件、交通电子沙盘服务器、拼接屏、拼接屏控制机、教师控制台、实验计算机等构成，如图1所示。

道路交通运行仿真实验平台能为交通工程、交通信号控制等专业工程技术类课程提供微课视频、教学演示、课程实验、综合实验等，还能为交通管理工程专业学生开展毕业设计提供支撑。目前平台可开设的实验项目不少于16个，包含课程实验项目和综合实验项目，如图2所示。

图1 实验平台物理结构示意图

图2 平台实验项目开发

(一)课程实验项目开发

1．交通工程基础课程实验是道路交通运行仿真实验平台为专业基础课《道路交通工程》开发的实践教学实验项目。该系列实验以交通流流量、速度、密度三个参数的认识为基础，逐步获取断面、路段、交叉口等交通对象的交通流数据而开展数据分析实验。该系列实验名称及实训目的与内容如表1。

表1 交通工程系列实验

例如交叉口流量调查实验，课程正式开始之前，实验课程老师通过交通运行监测实验软件设计实验背景，包括输入交通需求方案、交通信号控制方案、交通组织管理方案等。实验课程中，当学生均已登录交通运行监测实验软件后，课程老师通过对象分配功能为学生分配观测交叉口(建议每个学生负责一个交叉口)，并向学生讲授数据收集的类型、方法及作用，完成后即可开始运行仿真实验，实验中课程老师可以在仿真软件路网中选择某个路口对实验课程内外的知识做一些扩展。仿真运行结束后，学生使用数据导出功能导出交叉口分车型、分转向的车流量，并以此数据为基础，整理、分析和绘制交叉口流量流向图、车型分布图、各进口流量时空分布图等，为保证实验数据的严谨性，可取几次实验数据的平均值。

2．交通信号控制系列实验是道路交通运行仿真实验平台为专业课《道路交通控制》开发的实践教学实验项目。该系列实验以道路交通信号控制为核心，递进地开展无控制、点控制、干道协调控制等相关道路交通控制方法实验。该系列实验项目的名称及实训目的与内容如表2。通过仿真实验项目完成课程实训项目，在一定程度上了克服动手实操设备不足对实践教学的影响。

表2 交通控制系列实验

(二)综合实验项目开发

综合实验项目是道路交通运行仿真实验平台针对工程技术类课程设计、学员毕业设计开发的实验项目，集分析、设计、实操能力于一体。综合实验项目除单交叉口交通分析及优化实验、干道交通分析及优化实验、区域交通分析及优化实验以外，还支持专业教师根据实际案例开发扩展实验项目。

综合实验项目重点在于考查学员对所学知识的综合掌握和运用能力，以单交叉口交通分析及优化实验为例，教师从平台的仿真路网中为学生指定交叉口，要求学生给出该交叉口的交通运行分析及优化报告。学生可首先通过平台获取所需的交通数据，并以此数据分析交叉口的交通运行水平，提出优化或整改建议(交叉口渠化设计、信号控制方案等)，最后通过平台测试提供方案的优化效果。该实验的全过程以学生为主，由学生思考数据收集类型及处理方式、交叉口评价结论、交叉口优化方案等。

三、基于产教融合的交通运行仿真实践教学模式创新与实践

(一)通过产教融合开发交通运行仿真实践教学资源

第一，共同制定实验指导书。在道路交通运行仿真实验平台建设与实施过程中，积极探索校企双方合作、共同开发可直接用于实践教学开展的实验指导书。具体产教融合过程包括:首先由建设企业结合平台的功能和特性提供实验指导书初稿，由专业授课教师审核修订后开展试验教学，根据实验教学中存在的问题和不足反馈给企业进一步调整和优化实验指导书，通过多次循环修改最终定稿。

第二，共同开发专业课程教学资源包。为了进一步促进专业课程教学，保障工程技术类实验项目的开出率并提升课程实验效果，道路交通运行仿真实验平台建设产教融合的另一个探索是共同开发专业课程教学资源包。在开发过程中课程教学资源包采用分析、提炼、打碎、拓展的原则，在分析各相关课程在专业能力培养方面需求的基础上，提炼各课程在专业知识通用的内容，然后针对知识点进行碎片化处理，最后针对专业能力需求对课程进行拓展，最终形成系列微课视频、教学演示文档、实验项目清单、实验视频等教学资源。该专业课程教学资源包开发可由专业教师根据教学需要列出目录，以企业为主根据实验平台逐一开发，并在后期教学运用中由双方不断更新、补充和完善。同时，也能及时解决“双师型”教师不足的问题。

(二)通过校企合作仿真竞赛拓展交通运行仿真实践教学内容

为了培养具有创新性的公安专门技术人才，开拓学员的创新性思维，通过校企合作进一步开发相关竞赛软件的基础上，使道路交通运行仿真实验平台可在上述综合实验项目基础上，通过改变交通流量、控制目标等方式进一步拓展学生实验项目和竞赛题目。借助竞赛题目的综合性和内容拓展，培养学生处理交通管理工程技术方面问题的能力和全面性。以此为基础可便捷地开展校内交通管理技能竞赛(包含单人赛和团队赛)，从而提升学生的实战技能。随着产教融合的不断推进，进一步可以考虑通过校企合作提升仿真竞赛的规模和实战水平，不断拓展相关实践教学内容。不断拓展交通管理工程技术相关实践教学内容。