大數據背景下交通仿真實踐教學改革與探索

摘要：交通仿真實踐教學是交通工程專業高質量人才培養的重要環節，在交通大數據背景下對該課程提出了更高的要求。分析了傳統交通仿真實踐教學的不足，從教學內容建設、教學方式創新、教學考核方式改進等三個方面提出改革措施，解決了該課程教學體系無法適應新時代的人才培養需求與學生創新能力培養等問題，為大數據背景下交通工程專業建設提供新的思路。

關鍵詞：大數據；交通仿真；實踐教學；教學改革

一、前言

2019年9月，我國發布了《交通強國建設綱要》，推動交通發展由追求速度規模向更加注重質量效益轉變，特別提出推進數據資源賦能交通發展，構建綜合交通大數據中心體系[1]。交通仿真實踐教學作為交通工程專業的重要組成部分，對于培養學生的實踐能力、創新能力和解決問題能力具有重要意義。隨著大數據技術的快速發展和廣泛應用，交通領域也迎來了新的機遇和挑戰。大數據技術的快速發展和廣泛應用為交通工程領域帶來了革命性的影響。交通仿真作為一種重要的工具和方法，可以模擬和分析復雜的交通系統行為，為交通規劃、運營和決策提供有力支持。然而，當前的交通仿真教學往往無法充分適應大數據時代的需求和挑戰。在大數據背景下，交通仿真實踐教學亟須進行改革與探索，以適應時代的發展需求，推動人才培養與學科發展的深入融合[2]。

目前，國內學者就交通大數據背景下的交通仿真實踐教學體系進行了一定的探索。研究者們提出了基于大數據的交通仿真課程框架，將大數據技術和應用納入教學內容，以培養學生的數據處理和分析能力[3]。此外，利用開放數據集和真實交通數據，引導學生通過實際仿真實驗來探索城市交通擁堵、公共交通優化等實際問題也被相關學者進行研究討論[4]。同時，有部分學者探索了基于虛擬仿真和在線教學平臺的交互式教學，使學生能夠在虛擬環境中進行實踐操作和實驗設計[5]。雖然學者們在課程設計、實踐案例、教學方法等方面進行了改革與探索，旨在提高交通仿真教學的實用性和學生能力培養效果。然而，仍然存在進一步研究的空間，特別是在實踐案例的豐富性和教學技術的創新性方面，還有待進一步深入探索和發展。

本文探討如何通過改革與探索，使交通仿真實踐教學更好地適應大數據背景下的高質量人才培養需求。首先，本文將分析傳統交通仿真實踐教學所面臨的問題和不足之處，如缺乏大數據處理分析方法、實踐教學內容過于單一、實踐教學內容與工程實際脫節等。其次，本文提出教學改革的方向和探索的路徑，包括教學內容建設、教學方式創新、教學考核方式改進等。最后，本文對教學改革成效進行總體評價。本研究為交通工程專業實踐教學提供有效的教學模式和教育手段，通過深入研究和探索，為交通工程教育的發展注入新的活力和動力。

二、 傳統交通仿真與大數據背景下交通仿真特點分析

（一）傳統交通仿真實踐教學存在的問題

1.缺乏大數據的處理分析方法

傳統的交通仿真實踐教學側重軟件的操作，如宏觀的交通規劃軟件Transcad，微觀交通仿真軟件VISSIM等，缺乏對仿真模型原始數據的采集及處理過程。如今的智能交通系統平臺中，視頻監控數據、手機信令數據、公交出行數據、共享單車數據、自動售檢票系統數據，每天都會產生PB級的交通數據。在大數據背景下，學生需要具備處理和分析大規模交通數據的能力，以便從中提取有價值的信息，并對交通系統做出合理的決策。交通數據的處理是重現交通場景的重要依據，也是交通仿真模型準確性的關鍵環節。

2.實踐教學內容過于單一

交通仿真涉及多個學科領域，包括交通工程、數據分析、計算機科學等。首先，傳統交通仿真實踐教學往往只注重交通工程方面的內容，而忽略了與其他學科的融合。這導致學生在實踐中缺乏對跨學科問題的處理能力和綜合思維能力。大數據背景下的交通仿真實踐教學，應調動學生的積極性，鼓勵學生協同創新，發掘探索實際交通工程實踐中存在的問題，并利用交通仿真的手段解決問題。其次，傳統交通仿真實踐教學存在實驗項目機械訓練，內容形式單一，學生之間各自完成實踐項目，沒有合作創新等問題。

3.實踐教學內容與工程實際脫節

在大數據背景下，交通仿真實踐教學應該與實際工程項目相結合，以便學生能夠將理論應用到大數據交通仿真中。然而，傳統交通仿真實踐教學往往過于側重理論知識的傳授，而忽視了實際應用和實踐操作的培養。學生在課堂上學習了大量的交通流理論和仿真模型，但缺乏機會將這些理論應用到實際案例中。傳統教學往往將教學和工程實踐分隔開來，導致學生缺乏將理論知識應用到實際場景中的能力。

（二）大數據背景下交通仿真特點

大數據背景下的交通仿真通過利用大規模、真實、實時的交通數據，可以提供更準確、精細、動態的交通模擬和決策支持，為交通規劃、運營和決策提供更好的工具和方法。

1.數據驅動

大數據背景下的交通仿真依賴于大規模的、真實的交通數據。傳感器、攝像頭、智能設備等的廣泛應用使得我們能夠獲取大量的交通相關數據，包括交通流量、速度、車輛位置、乘客行為等。這些數據被用作交通仿真模型的輸入，以提高仿真的準確性和真實性。

2.精細化模型

大數據提供了更多細粒度的數據，使得交通仿真模型能夠更準確地模擬交通系統的細節。傳統的交通仿真模型通常基于宏觀的交通流理論，而大數據背景下的交通仿真可以考慮更多微觀因素，例如個體車輛的行為、交通信號的控制策略等。這樣的精細化模型可以更好地反映真實交通系統的運行情況。

3.實時性和動態性

大數據背景下的交通仿真能夠利用實時的交通數據，使得仿真模型可以進行實時交通狀態監測和預測。通過實時獲取的數據，交通仿真可以反映交通狀況的動態變化，幫助決策者更準確地了解和應對交通擁堵、事故等突發事件。

4.決策支持

大數據背景下的交通仿真可以提供更多的決策支持信息。通過對大數據進行分析，交通仿真可以評估不同交通策略的效果，優化交通規劃和運營決策。交通仿真可以幫助決策者預測交通擁堵、優化交通信號配時、評估公共交通線路等，以提高交通系統的效率和可持續性。

三、交通仿真實踐教學改革措施

（一）教學內容建設

1.引入大數據分析技術

學生應該學習如何獲取交通系統中的大數據，包括交通流量數據、車輛位置數據、乘客行為數據等。他們需要了解各種數據采集技術設備，如傳感器、攝像頭、智能設備等，以及如何對采集到的數據進行處理和清洗，以確保數據的質量和可用性。將大數據分析技術應用于交通仿真實踐教學中，通過收集、整理和分析真實交通數據，學生們可以更真實、更貼近實際的學習體驗，能夠更好地理解交通系統的復雜性和挑戰性，并培養學生在處理大規模數據集和應用數據分析工具方面的能力。

2.典型交通仿真案例設計

設計典型仿真案例，如交通設施方案評價、交通樞紐客流疏散評價、道路網交通評價等，讓學生可以模擬和探索各種交通場景，并根據實際工程案例提供反饋，通過實踐來理解交通仿真的原理和技術，將其應用到實際的大數據交通問題中，培養學生解決實際問題的能力。這種綜合實踐教學方法有助于學生培養數據分析、問題解決和決策能力，并將所學知識與大數據背景下的交通仿真應用緊密結合。

3.配套專業教材，引進國際知識

選擇與交通仿真實踐教學內容相匹配的專業教材。這些教材應該包含交通仿真原理、模型建立和分析方法等基礎知識，以及與大數據、智能交通等相關的國際前沿知識。通過引入國際上的交通仿真案例和實例，使學生能夠了解和分析國際上的交通問題和解決方案。這些案例應涵蓋不同的國家和城市，不同的交通模式和挑戰，幫助學生拓寬視野、培養跨文化交流和合作的能力。同時，引入國際交通仿真領域的學術資源和文獻，包括研究論文、國際會議和期刊等。學生可以通過閱讀和研究這些文獻，了解最新的研究成果、方法和技術，以及國際交通仿真領域的發展趨勢和前沿問題。

（二）教學方式創新

1.團隊合作，協作創新

將學生組織成小組或團隊，要求他們合作完成一個交通仿真項目。每個小組負責不同的任務，如數據收集、模型建立、實驗設計和結果分析等。通過團隊項目，學生需要相互合作、協調工作，并共同解決問題和取得成果。同時，在團隊中明確每個成員的角色和責任。例如，可以指定一個小組成員負責數據收集和處理，另一個負責建立仿真模型，還有一個負責實驗設計和結果分析。通過明確分工，促進團隊成員之間的相互依賴和協作。鼓勵團隊成員之間進行討論和分享，分享各自的觀點、經驗和發現。定期組織團隊會議，討論遇到的問題、解決方案和進展情況，這種互動和交流有助于激發學生的創新思維和合作精神。

2.科教融合，以賽促教

強調實踐和應用，將理論知識與實際問題相結合。通過引入真實的交通數據和案例，讓學生親自參與數據處理、模型建立和實驗設計等實踐環節。學生可以從實踐中獲得對交通問題的深入理解，并將理論知識應用到實際解決方案中。組織學生以團隊形式參加挑戰杯、全國交通科技大賽和互聯網+等競賽。這些競賽和挑戰的形式可以激發學生的創造力和競爭意識，推動他們在交通仿真實踐中不斷探索和突破。通過科教融合和以賽促教的方式，交通仿真實踐教學可以更加生動有趣，不斷激發學生的學習熱情和創新潛力。

3.創建校外學堂，提供專業實踐機會

與校外實習基地共同制定實習計劃，安排學生到校外學堂進行實踐，與專業人士一起工作，參與實際的交通仿真項目，確保項目與大數據背景下的交通仿真技術和實際需求緊密結合，使學生能夠在項目中應用所學知識和技能。同時，與校外學堂合作，共同開展交通仿真項目。可以將課程項目與校外學堂的項目結合起來，實現校內外教學聯動。校外課堂實踐經驗有助于學生的職業發展，提升他們的就業競爭力，并增加學校與行業合作伙伴的聯系與合作機會。

（三）教學考核方式與改進

1.多樣化考核方式

考核方式包括實踐項目報告、模擬仿真演示、實際數據分析、小組討論、學術論文等多個方面，以全面評估學生在交通仿真實踐中的綜合能力。通過實踐項目報告，學生能夠展示他們在實際項目中的仿真操作和問題解決能力。模擬仿真演示是另一種有效的考核方式，學生可以通過展示他們在仿真軟件中設計的交通模型和仿真結果，展示他們對交通流動和系統優化的理解和應用能力。實際數據分析是考核學生對大數據處理和分析技術應用能力的重要方式。小組討論是促進學生合作與交流的考核方式，學生可以在小組中就特定的交通仿真問題展開討論，并提出解決方案。此外，學術論文的撰寫也是一種重要的考核方式，學生可以通過撰寫學術論文，深入研究特定的交通仿真問題，并提出自己的觀點和解決方案。通過采用多樣化的考核方式可以有效避免傳統考核方式使學生陷入考前突擊的誤區。將考核貫穿于學生的學習過程，實時掌握學生的學習狀況，培養他們的學習自主性、創新思維意識和動手實踐能力。這樣，學生能夠更全面地展示他們的實踐能力和知識水平，真正掌握和應用交通仿真實踐所需的技能。

2.實際案例考核方式

通過實際案例考核方式，學生能夠鍛煉其分析思維和實踐能力。他們需要理解和評估案例中的交通系統，分析其中存在的問題和挑戰，考慮不同的解決方案，并提出具體可行的方案。這種考核方式有助于培養學生的綜合能力、創新思維和團隊合作能力，使他們能夠更好地應對復雜的交通仿真實踐問題。此外，實際案例考核方式還可以讓學生在真實案例中體驗實際工程項目的情境，將理論知識與實際問題相結合。這樣的學習體驗能夠增強學生對交通仿真實踐的理解和應用意識，并為他們未來從事相關工作做好準備。實際案例考核方式是一種能夠評估學生問題解決能力和實際應用能力的有效方法。通過分析和解決與大數據背景下交通仿真相關的真實案例，學生能夠鍛煉分析思維和實踐能力，培養綜合能力和創新能力，并更好地理解和應用交通仿真實踐的技能。

3.團隊合作項目考核方式

將學生組織成小組進行團隊合作的實踐項目，并對團隊的合作能力和成果進行評估。通過團隊合作項目的考核，不僅可以評估學生的團隊合作能力，還能夠培養學生的團隊合作精神和協作能力。學生在團隊合作項目中需要與他人合作、協調沖突、分享資源和共同解決問題，從而提高他們的團隊合作技能和社交能力。此外，團隊合作項目的考核還能夠培養學生的領導能力、組織能力和問題解決能力。學生需要在團隊中扮演不同的角色，學會有效地分配任務，激發成員的潛力，并解決團隊在實踐過程中遇到的問題和挑戰。團隊合作項目考核方式能夠評估學生的團隊合作能力和成果，并培養他們的團隊合作精神和協作能力。通過實踐項目的合作，學生能夠提高協作和溝通能力，培養領導和問題解決能力，為未來的工作和交通仿真實踐做好準備。

四、教學改革成效評價

大數據背景下，交通仿真實踐教學改革與探索的研究在人才培養、提升學生創新實踐能力、發揚學生協作意識等方面具有重要意義。

（一）符合新工科背景下的人才培養需求

在交通仿真實踐教學中，學生通過實際項目的參與和團隊合作，能夠全面發展自身的技能和知識，提升綜合素質。而且，交通仿真實踐教學可以通過引入創新項目和真實案例分析，激發學生的創新思維和解決問題的能力。大數據背景下，通過綜合素質提升、創新能力培養，交通仿真實踐教學的教學改革成效符合新工科背景下的人才培養需求。這種教學改革能夠培養出具備綜合能力、實踐導向和創新思維的學生，使他們能夠適應新工科的多元要求，為交通工程領域的發展作出貢獻。

（二）學生協作意識得到了發揚

大數據背景下的交通仿真實踐教學，強調協作創新，團隊合作精神。學生之間相互協作，將各自的專長與觀點結合起來，促進知識的交流和共享。這種合作環境培養了學生之間互相尊重和傾聽的意識，鼓勵他們在集體智慧的框架下尋求解決方案。同時，學生在團隊中共同探索和發現解決方案，通過集思廣益和多方面思考，提出創新的解決方案。這種協作環境激發了學生的創造力和創新潛力，為他們未來的職業發展奠定了堅實的基礎。

（三）學生創新能力得到了提升

交通仿真實踐教學提供了一個開放的環境，鼓勵學生自由思考和獨立探索。學生被賦予了解決復雜交通問題的任務，并鼓勵他們尋找創新的方法和技術。這激發了學生的創造力，使他們能夠提出獨特的觀點和解決方案。通過實際項目和案例分析，學生有機會將理論知識應用到實際情境中，面對真實的挑戰，在解決實際問題的過程中，學生需要運用創造性思維，提出新穎的解決方案，并進行實驗和驗證。這種實踐過程培養了學生的創新意識和能力。此外，交通仿真實踐教學注重培養學生的團隊合作精神和多元思維，在團隊合作中，學生可以相互啟發和借鑒彼此的創新思想，促進創新能力的互補和提升。

五、結語

通過對傳統的交通仿真實踐教學中存在的問題進行分析，提出了教學內容建設、教學方式創新、教學考核方式改進等改革措施，進一步優化交通仿真實踐教學體系，以適應大數據背景下的人才培養需求。通過改革現在的交通仿真實踐教學體系，夯實了學生的理論知識，也培養了學生協作創新的能力，為培養高素質交通工程人才提供新的思路。

參考文獻

[1]謝綜文.《交通強國建設綱要》正式印發[J].廣東交通，2019（05）：40.

[2]陳茜，陳淑燕，陳峻.“交通仿真技術與應用”教學中的合作創新[J].東南大學學報（哲學社會科學版），2014，16（S1）：194-196.

[3]陳鵬，于濱.新工科背景下交通仿真課程教學探索與實踐[J].教育教學論壇，2022（30）：104-107.

[4]唐進君，高凡，彭勇，等.大數據背景下交通類專業實踐教學改革[J].中國冶金教育，2020（06）：59-61.

[5]孟鴻程.交通大數據的應用現狀與未來發展方向[J].科技資訊，2023，21（04）：10-14.

基金項目：1.廣東省教育廳青年創新人才項目“軌道綜合交通樞紐集散行為建模與仿真研究”（課題編號：2021KQNC068）；2.廣州大學探索性實驗項目“智慧交通大數據分析探索性實驗項目研究”（課題編號：223040101）

作者單位：廣州大學土木工程學院

責任編輯：周航