交通管理工程專業虛擬仿真實驗中心建設的探析

何烈云

摘要：實踐教學是培養大學生的創新精神和實踐動手能力不可或缺的教學模式，要想提高公安交通管理工程專業人才培養質量，解決傳統實踐教學受到時間、空間、安全等因素制約的困境，在教學中采用虛擬仿真實驗環境不失為一種有效的途徑。本文以浙江警察學院為例，從公安交通管理工程專業建設虛擬仿真實驗中心的必要性、可行性和應用前景出發，提出了公安交通管理工程專業實驗教學改革的發展方向和虛擬仿真實驗中心建設的思路。

關鍵詞：職業院校；實訓室；信息化；管理；策略

中圖分類號：D412.62 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）21-0094-05

教育部教育管理信息中心計劃在2015年度繼續建設100個左右的國家級虛擬仿真實驗教學中心，重點開展資源、平臺、隊伍和制度等方面的建設，形成持續服務實驗教學，保證優質實驗教學資源開放共享的有機整體。[1]浙江省教育廳劉希平廳長指出，信息化是教育現代化的必要條件，教學環境虛擬化是信息化教育的特征之一。[2]教師在教學過程中，通過創建一個不受時間、空間限制的虛擬化的實驗環境，來提高學生的學習興趣，加深學生對課程內容的理解；同時這樣能夠使課程教學與實際道路交通管理和交通工程問題有機結合，提高學生分析和解決實際問題的能力，對培養交通管理工程專業學生的工程思維能力和創新精神起著重要的作用。

建設交通管理工程專業虛擬實驗中心的必要性

實驗教學是高等教育教學體系中的一個重要環節，并且越來越成為高等教育的重要組成部分，是提高學生創新精神和實踐能力的重要途徑。[3]在從事道路交通管理工程專業課程教學過程中，教師不僅應強調對道路交通管理基礎知識和道路交通工程基本原理的掌握，更要重視學生實踐能力的培養。但在日常的教學中，由于受到時間、空間、成本、安全因素的限制，學生實踐能力的培養無法充分進行。

1.交通管理工程專業課程體系的內在需要

浙江警察學院交通管理專業開設的核心模塊課程包括道路交通秩序管理、道路交通事故處理、交通事故再現、車輛與駕駛人管理、汽車構造、車輛安全鑒定技術、道路工程基礎、交通工程學、道路交通控制學、交通規劃與組織等。

交通事故碰撞模型是道路交通安全研究的理論基礎，其主要內容涉及到動力學理論、汽車構造理論、人體生物力學理論、材料力學理論等。交通流理論則是交通工程與交通控制的理論基礎，其主要內容涉及交通流的概率統計論、車輛跟馳理論、車流波理論、車輛排隊理論和控制論等。[4]上述諸多理論是以實驗為基礎，通過大量的實踐總結而形成的，學生在理論學習過程中往往感到晦澀難懂、枯燥抽象，不能把所學的知識融會貫通。因此，交通管理工程專業課程教學改革的一個重要目標是向學生展現理論知識的形成過程，讓學生真正參與到發現和總結規律的過程中來，培養學生的探究能力和創新意識，幫助他們理解并掌握知識。

2.交通管理工程專業實踐教學體系的外在需要

近年來，公安院校為了更好地培養應用型警務人才，加大實踐教學的課時比例，開展校局合作和院校合作，邀請基層教官參與教學活動及教師下基層鍛煉，在一定程度上提高了學生的公安實踐業務能力。但基層用人單位普遍反映，公安院校實習生和畢業生的動手能力不足，公安業務水平操作不高，無法將在校期間所學到的理論知識與實踐工作有機結合，甚至不具備獨立完成交通執法案卷基本業務的能力，在交通工程、交通控制方面能力更加欠缺，滿足不了基層對公安交通管理人才的需求。造成上述現象的原因有以下四個方面：

一是教師教學方法單一，實踐教學缺乏。目前，教師教學主要采用“PPT+講授”教學方法，注重理論知識的灌輸，實踐教學課時數仍然偏少，公安交通管理工程專業尚未建立起系統的實驗實訓教學體系。

二是教師對實踐教學具有畏難情緒，不愿開展實踐教學。實踐教學相對理論教學而言對教師的要求更高，整個教學過程更加復雜。實踐教學前要進行大量的準備工作，實踐教學中要分組指導，實踐教學后又要批改學生實驗（實訓）報告，增加了工作量。

三是傳統實踐教學受到諸多因素制約，實踐教學開展難度大。例如，在開展道路交通安全研究實踐教學時，由于受場地條件和資金限制，無法采用實車碰撞試驗；在開展道路交通工程內容實踐教學時，為了準確得到交通流特征，必須選擇在受外界干擾因素較少的高速公路或城市快速路進行觀察，然而由于實驗環境具有高危性，實驗參數不可控或不可逆，實施難度很大。

四是專業實習考核體系不完善，學生基層實習效果不佳。當前交通管理工程專業學生在專業實習時，由于基層單位安排實習崗位不夠合理、實習崗位相對固定，無法接觸到豐富全面的公安交通管理業務。

建設交通管理工程專業虛擬仿真實驗中心的可行性

1.VR技術和交通安全領域相結合，為建設虛擬仿真實驗中心提供了平臺

利用VR技術開展虛擬仿真教學，可以解決理論和實驗不能解決的問題。[5]汽車駕駛模擬機是VR技術和交通安全領域相結合的產物，在教學中學生可以通過模擬器的操作部件與虛擬的環境進行交互，研究駕駛人的心理變化和應急處置要求，進而提高人、車、路和環境交通系統的安全性，并在此基礎上研究如何科學地設置駕駛人考試測試方法和規則，完善交通安全宣傳與教育的原則和手段。

2.計算機仿真技術為建設虛擬仿真實驗中心提供了軟件支持

隨著計算機仿真技術的發展，越來越多與交通管理專業課程相關的仿真軟件研發并投入使用，為開展虛擬化實驗教學提供了方便。到目前為止，國內外已經推出了幾百種交通流模擬仿真軟件，這些交通模擬軟件所基于的模擬模型中既有宏觀方面的，也有微觀方面的和中觀方面的。宏觀仿真的軟件包括TranStar、CORFLO、TRANSTY、TranCAD；中觀的模擬軟件包括DYNAMIT、DYNEMO、DYNASMAR和METROPOLIS；微觀的交通模擬軟件包括VISSIM、TSIS、COSIM、TRANSYT。交通事故分析與再現仿真軟件類型也有很多，當前比較成熟的：有美國道路交通安全局NHTSA資助研究出的SMAC、CRASH、HVOSM交通事故再現軟件，美國Livermore軟件技術公司LSTC開發的LS-DYNA3D以及法國ESI公司的PAM-CRASH交通事故再現軟件；荷蘭TNO開發的針對碰撞安全工程的仿真軟件MADYMO，奧地利刑事研究所開發的PC-Crash車輛碰撞模擬軟件。如果教師在開展交通管理專業課程教學時根據不同的課程、教學內容需要，靈活選取以上不同的教學仿真軟件，則可以滿足日常實踐教學中虛擬仿真的需求。endprint

3.公安交通管理信息化推進，為建設虛擬仿真實驗中心提供外部環境支持

2010年，公安部交通管理局作出了對交通管理信息系統實施大整合，在全國開展公安交通管理綜合應用平臺（以下簡稱“綜合應用平臺”）建設的重大決定，當前該平臺已在全國各地建成使用。綜合應用平臺將機動車和駕駛人資源庫建設以及機動車登記、駕駛證管理、交通違法處理、交通事故處理等六大業務系統整合在一起，是目前基層交警部門最重要的工作平臺。另外，它也是虛擬化實驗教學平臺，能夠方便專業教師開展車駕管理業務、交通秩序管理和交通事故處理課程的教學授課。浙江警察學院交通管理工程系在2015年研發了綜合應用平臺教學版軟件，極大地方便了教師在交通管理類課堂中使用虛擬化實驗教學手段。同時，學生也可借助該平臺模擬開展違法交通事故案件辦理及車輛和駕駛人業務辦理。

交通管理工程專業虛擬仿真實驗中心建設的思路

浙江警察學院道路交通管理工程系在建設虛擬仿真實驗中心的過程中，充分利用現有實驗室建設優勢條件，根據學科教學內容確定虛擬實驗教學體系，改革現有的實驗管理體制，不斷提高虛擬仿真實驗中心在教學中的強大作用，實現虛擬仿真教學資源的開放和共享。虛擬仿真實驗中心建設框架如下圖所示。

1.利用現有的專業實驗室資源，搭建虛擬仿真實驗中心平臺

浙江警察學院交通管理工程系實驗室建設位居全國同類院校的前列，實驗室配備的軟件和硬件較為先進。目前，建成或正在建設的實驗室有交通事故勘查、機動車安全技術檢驗鑒定、交通管理信息系統、智能交通、駕駛適應性、交通工程與控制、交通事故再現、交通仿真等實驗室，并擁有獨立的實驗實訓教學大樓。2013年10月，浙江警察學院的“基于大數據架構的公安信息化應用實驗室”被評為公安部重點實驗室，其中智能交通是公安部重點實驗室四個研究方向之一。以上這些有利條件，為建設虛擬仿真實驗教學中心奠定了基礎。同時，在虛擬實驗中心建設時，還對現有的資源進行梳理分類，根據學科內容和特點將其劃分為交通安全和管理、交通工程和控制兩大課程群，形成了交通仿真工程軟件、交通安全仿真軟件、交通執法模擬平臺、汽車駕駛模擬VR技術四類仿真工具，并為不同課程提供理論教學和實踐教學，開設了虛擬仿真項目。

2.堅持“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則，開發虛擬實驗教學項目

在日常的教學活動中，如果教師能學會靈活運用，仿真軟件就能發揮出意想不到的效果。例如，事故再現實驗室所配備的PC-crash仿真軟件，不僅能夠在線仿真各類道路交通事故，還可以仿真機動車行駛特性、駕駛人的應急處置、環境對駕駛的影響、交通事故人體傷害特征、機動車安全技術等相關實驗，進而為《交通秩序管理》《交通事故處理》《汽車構造》《道路工程》《交通工程》《車輛和駕駛人管理》等課程理論教學和實踐教學服務。交通工程與控制所配置的Vissim交通仿真軟件，可以從微觀領域對道路上的交通運行情況進行模擬，教師還可以利用該軟件研究交通流三參數之間的相互關系、機動車跟馳特點車道變換基本原則、交通信號控制路口交通流特點等內容。實踐表明，教師在開展交通管理專業課程教學時，若能根據不同的課程教學內容需要，堅持“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則[6]，確定虛擬仿真實驗教學項目，則可以有效提高教學效率。

3.改變現有的實驗室管理體系，提供虛擬仿真實驗中心高效運行的制度保障

科學的實驗管理體系、完備的規章制度是虛擬仿真實驗中心有序高效運行的保障。當前浙江警察學院交通管理工程專業的所有實驗室日常管理和教學保障工作，全部由學校現代教育技術實驗中心負責，中心實驗員承擔著教學實驗、科研實驗以及實驗室的日常管理三項任務。這種統一管理模式從某種程度上整合了資源，減輕了各系部的工作量。但這種管理模式也存在很大弊端，主要表現在兩個方面：一是教師開展實踐教學手續繁瑣，要在開學前提出實驗項目申請并經過層層審批，如果不同專業的實驗教學時間有沖突還要反復調整，甚至重新申報調整。因此，教師往往因為太復雜的審批流程而不愿開展實驗教學項目，如果教師想開展超過教學范圍的科研實驗，難度就更大了，且學生借用實驗室平臺開展科研更是難以保證。二是教師開展實驗教學時，工作量非常大。正常情況下，實驗員應該有扎實的專業知識和實驗技術水平，而當前實驗中心所配備的管理員往往專業知識缺乏，對實驗教學的輔助作用不大。同時，交通管理工程專業的實驗室專業性特強，除機房以外其他專業基本不能共享，造成了實驗室利用率低。如果上述模式不改變，一定會給虛擬仿真實驗中心建設帶來制度上的阻礙。因此，虛擬仿真實驗中心工作人員需要有扎實的專業知識，具備從事虛擬仿真實驗教學指導工作的能力，并掌握從事相應的實驗案例開發工作的技能。

4.依托校園網絡平臺，實現虛擬仿真實驗中心資源開放共享

國家級虛擬仿真實驗教學中心建設通知提出明確要求，虛擬仿真實驗教學中心的建設應“按照服務與資源相結合的原則，建設學校統一的具有開放性、擴展性、兼容性、前瞻性的虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺，高效管理實驗教學資源，全面提供搜索導航服務，及時發布資源應用信息，切實擴大資源影響力度，實現校內外、本地區及更大范圍內的實驗教學資源共享，滿足多學科專業、多學校和多地區開展虛擬仿真實驗教學的需要”。[7]信息化平臺的搭建與互聯可以使學生有更多機會參加高水平的實驗，滿足虛擬仿真實驗教學對信息技術的要求，并使更多的學生隨時隨地地享用優質實驗教學資源，進而提高其實踐能力和創新精神；同時，也可以使教師的教學理念得到更新，教學能力得到提升，教學水平進一步提高。因此，如何科學合理地搭建實驗室信息化平臺尤為重要。

目前，各實驗室所配備的虛擬仿真資源尚處于“信息孤島”狀態，無法支持課程和相應實驗的擴展。因此，我們要借助現有的校園網絡和實驗管理平臺，構建滿足課堂教學和師生科研的開放式虛擬仿真實驗網絡共享平臺，實現虛擬仿真實驗校內共享，最終達到本地區及更廣泛圍內的資源共享，滿足跨校區、多學科專業、多學校的虛擬仿真實驗教學的需求。

結語

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設的重要內容，體現了信息技術與教育教學的融合發展，以及與學科專業深度融合帶來的實驗教學改革與創新。為更好地進行交通管理工程專業課程教學，教師可以基于虛擬仿真實驗中心平臺開展教學活動，并用深入淺出的生動語言和有趣的虛擬仿真實驗，把教學內容中的概念、規律和模型以新奇的方式呈現給學生，使課堂氣氛活躍、引人入勝，從而提高學生的創新意識和創新能力，培養更多、更好的應用型警務人才。endprint