交通工程教學中虛實結(jié)合的探索與實踐

吳建清，王婕，葛智，田 源

(山東大學 齊魯交通學院，濟南 250003)

在交通強國建設目標下，為積極促進新一代信息技術、人工智能等與交通行業(yè)的融合并行，共同致力于智慧交通領域的快速發(fā)展，教育部發(fā)布了開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知[1]，旨在推動高校建立相關虛擬仿真實驗教學中心[2]，更好地培養(yǎng)在校學生的工程實踐和創(chuàng)新能力。但是，交通專業(yè)的教學存在一些行業(yè)特殊性，實踐教學無法利用實地公路開展，使得學生只能“看得見”，但“摸不著”。所以積極開展交通學科虛擬教學與工程實踐的結(jié)合迫在眉睫[3]。

一 交通教學存在的問題

（一）學生積極性不高

一些傳統(tǒng)交通學科理論知識只能進行傳統(tǒng)教室教學的單一模式，以教師講解課本知識為主，內(nèi)容固化，形式單一，缺乏教學趣味性，難以引起學生興趣并滿足教學成果對實踐能力的指導要求。另外，高校學生的學習以自我探索為主，經(jīng)過傳統(tǒng)那種“千軍萬馬過獨木橋”的巨大升學壓力后來到高校，學生缺乏引導，沒有明確學習目標，學習自覺性、自制性及堅持性等意志品質(zhì)較差，認知發(fā)展水平的相對滯后再加上學習內(nèi)容具有一定的難度，造成其學習效率低下，對自己專業(yè)課學習的最終落腳點不太明確，使學習知識的興趣和動力急劇下降。

（二）學生理論知識理解不透徹

由于缺少社會實踐經(jīng)驗，學生權衡處理學用結(jié)合關系比較薄弱，對傳統(tǒng)理論體系把握不準確，無法“融會貫通”地運用理論學習成果去指導實踐，造成理論知識的來龍去脈剖析不準確。學貴有疑，古人云：“疑是思之始，學之端”“大疑則大進，小疑則小進”。理論知識存在枯燥乏味的特點，再加上理解不準確、不透徹，很難使學生從小樹立由愿學、樂學、學會到會學的思維方式，學生的創(chuàng)造潛能比較薄弱。

（三）現(xiàn)實交通工程接觸局限大

交通工程相關課程大都在課堂內(nèi)進行，而工程現(xiàn)場實踐教學更多的是去接觸真正的公路、車輛及施工現(xiàn)場，存在危險系數(shù)高、實驗周期長、試件體量大、過程不可逆和實驗場地限制等難題[4]，也存在交通態(tài)勢推演過程難以再現(xiàn)的困難，一些重大實際災害，如崩塌、滑坡和突涌水等地質(zhì)災害，以及交通形態(tài)演變復雜，惡劣天氣、交通事故等不可預測的極端事件對交通系統(tǒng)的影響無法重復觀測、時空演化過程難以再現(xiàn)與安全直觀展示，如圖1 和圖2 所示，嚴重影響實驗教學效果。

圖1 交通事故

圖2 隧道坍塌事故

交通建筑等施工周期長，造成學生無法全面深入地體驗建筑產(chǎn)品全生命周期的建設過程。另外，大型工程的參與方較多，學生實習過程中只能參加其中一方的實踐，無法全部全方位多角度參加體驗，參與建設周期全過程，無法從不同參與方的角度去體驗和經(jīng)歷施工過程。

二 教學改革

我國著名教育家、華東師范大學終身教授葉瀾曾經(jīng)對傳統(tǒng)的課堂教學模式作過精辟論述。她認為：過去的課堂教學主要是關注教師的教，忽視學生的學；重視知識的傳遞，忽視能力的培養(yǎng)；忽視學生學習中的非智力因素等。課程是實現(xiàn)教育目的的重要途徑，是組織教育教學活動的最主要依據(jù)，是集中體現(xiàn)和反映教育思想和教育觀念的載體，因此，課程教學居于教育的核心地位。基礎教育課程改革，不是純粹主觀意志的產(chǎn)物，而是人們對特定社會政治經(jīng)濟發(fā)展的客觀需要所作的主觀反應。因此，社會政治經(jīng)濟發(fā)展的客觀需要，不僅決定了一定社會中的教育是否要進行改革，而且也從根本上決定了改革的方向、目標乃至規(guī)模。

全面深化教育領域綜合改革，必須始終堅持教育優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略，結(jié)合交通學科的一些局限性，加快交通工程學科改革，通過課堂實踐取得了良好的效果。

（一）加強翻轉(zhuǎn)課堂建設，提升學習興趣

蘇霍姆林斯基說：“沒有歡欣鼓舞的心情，學習就會成為學生沉重的負擔。”認知心理學也指出，積極的情感體驗能夠使學生對學習產(chǎn)生積極的影響。

“興趣是最好的老師”。教學時老師要重視情感的誘發(fā)，對學生的提問給予充分的認可和肯定，對某些問題上自己的失察甚至無知絕不掩飾，采取平等、開放、誠實的態(tài)度，使學生產(chǎn)生強烈的求知欲，產(chǎn)生樂于提問的情感體驗。學生作為課堂的主體，教師在深入開展課堂教學時，開辟一條“自己講知識—自己聽知識—自己學知識”的路線。翻轉(zhuǎn)課堂把“灌輸式”教學、無論基礎差異只能被動接受的現(xiàn)狀轉(zhuǎn)變?yōu)樽屆棵麑W生找到自己的學習方式和節(jié)奏，循序漸進，良性提高，讓好成績水到渠成。翻轉(zhuǎn)課堂讓老師的作用從單一的傳授知識向喚醒學生學習動力、激活學習興趣轉(zhuǎn)化，結(jié)合教材內(nèi)容結(jié)合學生心理發(fā)展方向，培養(yǎng)學生的自主學習能力，讓學生學會學習，愛上學習，提高學習效率。同時可以鍛煉學生語言組織能力，講課時邏輯思維能力和管理課堂紀律組織能力，以及小組討論時積極踴躍的主觀能動性。

（二）創(chuàng)新課程考核方式

傳統(tǒng)的考核，多是自上而下，由教師對學生的結(jié)課考試成績以及課堂出勤率進行的單向評定，而這種方式已經(jīng)被證明是片面的不科學的，無法培養(yǎng)出全面發(fā)展的人，無法實現(xiàn)德育育人、實踐育人和文化育人新的核心評價格局。各高校十分重視學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的課程改革和學生綜合評的價改革等，學生成績不再僅僅是一紙試卷能夠體現(xiàn)的。在交通工程學科教學中提出積極做好課堂總結(jié)，重點引導學生對課堂內(nèi)容的總結(jié)，包括課程課本的知識總結(jié)及課堂呈現(xiàn)方式的總結(jié)，學生對交通工程學科重難點的理解以“問題+答案”的方式進行提交，對有創(chuàng)新性想法的學生及時提出表揚，并在學生課程考核綜合評價中有所體現(xiàn)。利用此種方式，學生總結(jié)的知識點細節(jié)和教師把握的重點方向相互融合，針對性融入課程的考核范疇中，一方面，可以考察學生是否快速地把握課堂重點，對知識有的放矢，明確突出學習重點；另一方面，教師根據(jù)學生掌握情況，合理安排課堂講解進度，創(chuàng)新改革授課方式和結(jié)課考核方向，做知識的引路人，重視學生終身發(fā)展。

（三）構建虛實結(jié)合教學模式

科技發(fā)展的最終目的，改善人民的生活。大學生是未來發(fā)展和科技走向的重要力量，將科技和高校學生需求緊密結(jié)合，才能讓科技真正成為學生提高能力的重要推手[5]。

圍繞工程現(xiàn)場實踐教學存在危險性高、實驗周期長、試件體量大、成本費用高及過程不可逆等難題，堅持“以實為本、虛實融合、能實不虛、相互補充”的理念，構建交互式、體驗式、自主性和創(chuàng)新性實踐教學體系，明確了實體實驗和虛擬實驗的定位，以“實”為目標、“虛”為手段，揚長避短，以“虛”來加強理論知識與實踐動手操作的聯(lián)系，以“實”來提高學生解決工程實際問題的能力。通過虛擬仿真技術的交互性優(yōu)勢，給學生呈現(xiàn)三維動態(tài)全真模擬過程，同時注重對學生利用仿真平臺進行自主實驗、互動交流過程的考核。

仿真教學功能全，操作性高，趣味橫生。針對交通類學科的特點，提出模擬駕駛實踐教學輔助理論知識學習的理念，利用Unity3D 虛擬現(xiàn)實仿真駕駛車輛通行手段，構造鍵盤模擬駕駛軟件系統(tǒng)，學以致用，實現(xiàn)將理論快速運用于實驗和實踐的目的。將虛擬現(xiàn)實技術應用于汽車駕駛系統(tǒng)，通過Unity3D 技術建立行駛過程的全時視景，學生更能沉浸其中，體會課堂理論中的交通駕駛、道路建設規(guī)則。該虛擬仿真的實踐教學系統(tǒng)由仿真建模單元、車輛行駛行為分析數(shù)據(jù)單元和駕駛者生理現(xiàn)象輸出單元等組成，學生可以自主設計車輛運行軌跡和道路信息，為學習交通學科建設理論、維護道路安全、遵守交通規(guī)則奠定基礎(圖3)。

圖3 模擬駕駛平臺

改變傳統(tǒng)教學，平臺開發(fā)還原度高。公路網(wǎng)交通運行狀態(tài)存在不可逆轉(zhuǎn)性，使得交通事故的起因和過程具有不可還原性，所以作為交通學科理論研究者，根據(jù)虛實模擬交通事故成因以及交通行為的微觀影響，結(jié)合模擬駕駛功能和參數(shù)調(diào)試，高精度還原突發(fā)事故現(xiàn)場，能指導調(diào)節(jié)現(xiàn)實駕駛行為，規(guī)避行車事故發(fā)生。加入虛擬仿真實踐教學能為單一的課堂教育提供更多實驗環(huán)境，具有擴充實驗內(nèi)容，還原公路交通現(xiàn)場，開闊學生視野的多維度優(yōu)勢(圖4)。

圖4 3D 駕駛模型搭建

操作安全系數(shù)高。該虛擬仿真平臺雖模擬室外道路行駛，但系統(tǒng)于室內(nèi)模擬駕駛，學生在學習和實踐并行的同時又能保障安全。

虛實結(jié)合的教學模式，極大激發(fā)了學生的實踐興趣，發(fā)揮課堂學習的主觀能動性，課堂氛圍積極良好。提升高校科研能力，開發(fā)交通模擬駕駛的虛擬仿真實踐教學系統(tǒng)，學生可以通過教學平臺，結(jié)合課堂理論延伸，開拓創(chuàng)新性思維，自主設計個性化模擬實驗，為學校科創(chuàng)活動提供更好的實驗支撐。

（四）加強思政教學

高校是重要的教育陣地，也是重要的思想文化陣地。思想進步引領社會發(fā)展。從五四運動拉開中華民族偉大復興的帷幕，到“四有”新人勇立改革巨浪的潮頭，留給我們的啟發(fā)是加強思想政治建設，可以推進時代建設的步伐。要加強課堂課外的思想政治教育，教師在課堂實踐教學中充分發(fā)揮黃大年精神，根據(jù)交通學科建設特點，積極為學生傳道授業(yè)解惑，認真聽取各方意見和批評。同時在教學模式轉(zhuǎn)變的過程中，學生也應積極提升自身知識素養(yǎng)，加強思想建設，多交流自己的困惑，刻苦鉆研，培養(yǎng)工匠精神，為積極發(fā)展成為交通技能型人才蓄力。高校應不斷培養(yǎng)理想信念堅定、政治站位準確且有責任擔當?shù)臅r代新人，讓廣大青年成為國家和民族發(fā)展有用的棟梁之才(圖5)。

圖5 思政建設團課

三 結(jié)束語

“致天下之治者在人才，成天下之才者在教化”。大數(shù)據(jù)與人工智能時代，建設交通強國的國家戰(zhàn)略方向，高校將培養(yǎng)時代新人為己任，不僅僅是教育界的目標，更是整個國家和民族的要求。構建交通學科的虛擬教學發(fā)展勢在必行，將虛擬仿真和真實課堂教學結(jié)合起來，加強學生為主體的翻轉(zhuǎn)課堂教學，加強以實為主、虛實結(jié)合的實踐教學，在理論和實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，建設創(chuàng)新協(xié)同、融合開放的智慧交通學科建設。信息科技與現(xiàn)代交通行業(yè)的交叉結(jié)合，虛擬仿真教學必定引領發(fā)展，既可以為虛擬仿真系統(tǒng)的研發(fā)拓展更廣闊的空間，又能為國家企業(yè)培養(yǎng)更實用的技能型專業(yè)人才。