跨學(xué)科、數(shù)智化賦能“智能交通”教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐研究

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿科技在社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的快速滲透，交通領(lǐng)域正迎來(lái)前所未有的智能化變革浪潮。這些先進(jìn)技術(shù)為交通出行的便利化、高效化提供了可能，但同時(shí)也對(duì)交通行業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。2022年，筆者團(tuán)隊(duì)牽頭國(guó)家中職新專(zhuān)業(yè)“智能交通技術(shù)應(yīng)用”的申報(bào)工作，同年獲教育部批復(fù)進(jìn)入國(guó)家專(zhuān)業(yè)目錄，在新專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)與建設(shè)的過(guò)程中，重點(diǎn)開(kāi)展了數(shù)智化賦能教學(xué)創(chuàng)新的實(shí)踐研究。

一、組建跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)的必要性、具體實(shí)施方法和建議

（一）跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)組建的必要性

智能交通技術(shù)應(yīng)用涉及交通工程、信號(hào)控制、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)、人工智能等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。在人才培養(yǎng)實(shí)踐中，師生需要綜合運(yùn)用多種知識(shí)和技能，才能有效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。職業(yè)院校中單一專(zhuān)業(yè)系部的教師對(duì)于涉及跨學(xué)科的智能交通類(lèi)課程很難開(kāi)展有效的備課與資源建設(shè)。

跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)由來(lái)自不同學(xué)科領(lǐng)域的教師組成，他們各自具備專(zhuān)業(yè)學(xué)科知識(shí)背景和技術(shù)能力。多元化結(jié)構(gòu)有助于團(tuán)隊(duì)在教學(xué)和科研過(guò)程中形成對(duì)智能交通更全面、更深入的理解，從而為學(xué)生提供更豐富、更有深度的教學(xué)內(nèi)容。團(tuán)隊(duì)注重不同學(xué)科之間的交叉融合，鼓勵(lì)教師打破傳統(tǒng)學(xué)科界限，共同探索新的教學(xué)方法和手段。強(qiáng)調(diào)教師之間的協(xié)同合作，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員相互學(xué)習(xí)、相互借鑒，共同解決教學(xué)和科研過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

（二）具體實(shí)施方法和建議

以課程為紐帶，教學(xué)資源（實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目）開(kāi)發(fā)為抓手，推動(dòng)跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)共同進(jìn)行課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，將不同學(xué)科的知識(shí)和技能有機(jī)融合到教學(xué)資源中。注重課程的實(shí)用性和創(chuàng)新性，確保教學(xué)資源與智能交通領(lǐng)域的實(shí)際需求緊密相連。以實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作、問(wèn)題解決等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)教師的跨學(xué)科思維和實(shí)踐能力，鼓勵(lì)教師團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目過(guò)程中進(jìn)行學(xué)術(shù)研究和成果轉(zhuǎn)化。與企業(yè)、高職等建立緊密的產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，共同推進(jìn)智能交通領(lǐng)域的技術(shù)研究和人才培養(yǎng)工作。組織教師參與企業(yè)項(xiàng)目研發(fā)、技術(shù)講座等活動(dòng)，利用開(kāi)源社區(qū)與項(xiàng)目共享提升團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐能力和影響力。

建立科學(xué)的跨學(xué)科教學(xué)評(píng)價(jià)體系，對(duì)跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)的教學(xué)質(zhì)量、研究成果等進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。完善激勵(lì)機(jī)制，為跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)提供必要的支持和保障，激發(fā)團(tuán)隊(duì)成員的積極性和創(chuàng)造力。

二、數(shù)智化賦能教學(xué)資源建設(shè)

在跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)的支持下，運(yùn)用多種前沿?cái)?shù)字化、人工智能技術(shù)賦能教學(xué)資源建設(shè)成為可能。在充分尊重學(xué)生職業(yè)成長(zhǎng)規(guī)律、認(rèn)知規(guī)律及職業(yè)教育特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)著眼于新形態(tài)教材、數(shù)字資源和智能交通仿真教具等方面的開(kāi)發(fā)建設(shè)，以此為教學(xué)創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（一）教學(xué)資源建設(shè)內(nèi)容

1.編寫(xiě)新形態(tài)教材，聯(lián)動(dòng)智能交通場(chǎng)景

針對(duì)中職學(xué)段的教學(xué)需求，團(tuán)隊(duì)編寫(xiě)了新形態(tài)的《智能交通概論》教材。摒棄了以系統(tǒng)技術(shù)為模塊的傳統(tǒng)編寫(xiě)方式，轉(zhuǎn)而從學(xué)生日常生活中能接觸到的智能交通場(chǎng)景切入，闡述城市道路交叉口交通信號(hào)控制、衛(wèi)星導(dǎo)航、智能停車(chē)場(chǎng)等九種智能交通場(chǎng)景。在內(nèi)容架構(gòu)上，為每個(gè)場(chǎng)景都精心設(shè)計(jì)了知識(shí)模塊和模擬實(shí)驗(yàn)部分。這兩部分內(nèi)容既相互關(guān)聯(lián)又逐步深入，旨在引導(dǎo)學(xué)生由表及里地探究智能交通場(chǎng)景的工作機(jī)制與技術(shù)內(nèi)核。此外，還通過(guò)整合實(shí)驗(yàn)工作頁(yè)、現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)指南等多樣化輔助資料，利用二維碼鏈接外部數(shù)字化資源，有效提升教材的功能性和趣味性。

2.開(kāi)發(fā)智能化教學(xué)道具，深化教學(xué)層次

針對(duì)抽象且難以理解的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論，我們借助各類(lèi)開(kāi)源社區(qū)、學(xué)習(xí)網(wǎng)站及標(biāo)準(zhǔn)化硬件，結(jié)合跨學(xué)科知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)出與課程內(nèi)容高度相關(guān)的智慧路口、智能停車(chē)場(chǎng)、遠(yuǎn)程駕駛、自動(dòng)駕駛等智能交通認(rèn)知與模擬搭建教學(xué)道具。以遠(yuǎn)程駕駛項(xiàng)目為例，教師引導(dǎo)學(xué)生挑選功能適配的電子模塊，從拼接遙控器開(kāi)始，到改造RC模型車(chē)，隨后學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)搭建與部署，最終通過(guò)遠(yuǎn)程遙控車(chē)輛完成相關(guān)的任務(wù)獲得課程成績(jī)。項(xiàng)目匯集了單片機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、C語(yǔ)言、交通車(chē)輛控制等領(lǐng)域的知識(shí)技能。

3.整合數(shù)字化資源，支撐混合教學(xué)

運(yùn)用先進(jìn)的在線課程構(gòu)建技術(shù)和方法論，我們秉承“線上+線下”混合教學(xué)的理念，自主開(kāi)發(fā)并完善了一系列數(shù)字化課程資源，包括教學(xué)視頻、在線測(cè)試題圖、教學(xué)文檔等，從而完善在線課程體系建設(shè)，教學(xué)中利用MOOC平臺(tái)進(jìn)行課程的前置學(xué)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)以及課后延伸拓展，形成了一套完整的教學(xué)閉環(huán)。

依托交通控制虛擬仿真軟件，將交通數(shù)據(jù)模型具象化，使學(xué)生在宏觀環(huán)境中能夠以高緯度視角進(jìn)行城市道路的設(shè)計(jì)與分析，模擬交通控制、違法處理以及自主設(shè)計(jì)道路交通路線、綠信比、交通樞紐等復(fù)雜場(chǎng)景，模擬不同人流量和車(chē)流量狀態(tài)下的交通負(fù)荷情況，從而加深學(xué)生對(duì)實(shí)際交通狀況的理解。

4.私有化部署開(kāi)源大模型，拓寬“智-教”融合新范式

團(tuán)隊(duì)積極探索并實(shí)踐人工智能開(kāi)源大模型與教育教學(xué)的深度融合。利用Langchain-Chatchat框架，緊密結(jié)合“智能交通”數(shù)字化資源，成功在本地電腦上實(shí)現(xiàn)“通問(wèn)千義”開(kāi)源大模型與智能交通數(shù)據(jù)集的融合。這一舉措為教學(xué)資源的智能化整合提供了新范式，為教育教學(xué)注入了強(qiáng)大的智能動(dòng)力。

（二）教學(xué)資源構(gòu)建模式

智能交通教學(xué)資源建設(shè)通過(guò)深度融合虛擬仿真軟件Linkboy、Arduino開(kāi)源環(huán)境等先進(jìn)工具，并與MOOC平臺(tái)和新形態(tài)教材（工作頁(yè)）緊密對(duì)接，形成了一種創(chuàng)新性的“線上+線下”“虛擬+實(shí)物”“理論+實(shí)操”相互支撐聯(lián)動(dòng)的構(gòu)建模式，我們將這種模式命名為“X-D-I模式”。

“X”代表交叉（Cross）和融合（Blend）的跨學(xué)科概念，意味著不同教學(xué)元素和模式的交匯與融合。這種交叉融合不僅體現(xiàn)在不同學(xué)科知識(shí)的整合上，還體現(xiàn)在教學(xué)方法、教學(xué)資源以及教學(xué)環(huán)境的多元化配置上。通過(guò)“X”的引領(lǐng)，我們能夠打破傳統(tǒng)學(xué)科的界限，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)的有機(jī)結(jié)合，從而培養(yǎng)學(xué)生具備跨學(xué)科的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

“D-I”是對(duì)數(shù)字化（Digitalization）和智能化（Intelligence）賦能過(guò)程的精準(zhǔn)概括。在數(shù)字化方面，我們利用先進(jìn)的虛擬仿真軟件、開(kāi)源環(huán)境等工具，將傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為數(shù)字化資源，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)信息的高效傳遞和共享。這不僅豐富了教學(xué)手段，還提高了教學(xué)效率。在智能化方面，我們借助人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，使得教學(xué)更加貼近學(xué)生的實(shí)際需求，有效提升了教學(xué)質(zhì)量。

“X-D-I模式”在智能交通教學(xué)資源建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。它通過(guò)交叉融合的跨學(xué)科理念，打破了傳統(tǒng)教學(xué)的束縛，實(shí)現(xiàn)了多元化教學(xué)資源的優(yōu)化配置；同時(shí)，通過(guò)數(shù)字化和智能化的賦能過(guò)程，推動(dòng)了教學(xué)的創(chuàng)新升級(jí)，為培養(yǎng)具備跨學(xué)科素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的人才提供了有力支撐。

三、“智能交通”教學(xué)創(chuàng)新

1.智能助手引領(lǐng)課堂教學(xué)變革

在開(kāi)源大模型私有化部署與本地知識(shí)庫(kù)結(jié)合的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了智能交通課程教學(xué)問(wèn)答助手。這一智能化工具的出現(xiàn)，在教育領(lǐng)域中變革出一種全新的教學(xué)互動(dòng)關(guān)系，打破了傳統(tǒng)課堂教師與學(xué)生的二元教學(xué)結(jié)構(gòu)，形成一種更加動(dòng)態(tài)、多元和交互式的教學(xué)環(huán)境。

在這種新型教學(xué)環(huán)境中，智能教學(xué)問(wèn)答助手充當(dāng)了一個(gè)智能中介的角色，它不僅能夠快速地回答學(xué)生的問(wèn)題，提供準(zhǔn)確的知識(shí)點(diǎn)解析，還能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和反饋，進(jìn)行智能化的教學(xué)建議和資源推薦。同時(shí)，智能助手還可以協(xié)助教師進(jìn)行跨學(xué)科備課，從而減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，提高教學(xué)效率。

教學(xué)環(huán)境的變革，帶來(lái)了多方面的積極影響。首先，它增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和探究能力。學(xué)生可以通過(guò)與智能助手的互動(dòng)，自主地探索知識(shí)、解決問(wèn)題，從而培養(yǎng)起獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的能力。其次，教師可以借助智能助手，更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和困惑，提供更有針對(duì)性的指導(dǎo)和幫助。最后，它推動(dòng)了教育的個(gè)性化和智能化發(fā)展。

2.開(kāi)源汲取與共享反哺相互促進(jìn)

課程團(tuán)隊(duì)秉承“開(kāi)放、共享、協(xié)作、創(chuàng)新”的理念，從開(kāi)源社區(qū)中汲取靈感與幫助用于課程數(shù)智化資源的建設(shè)，同時(shí)也積極反饋社區(qū)，貢獻(xiàn)力量。將專(zhuān)業(yè)課程中多個(gè)實(shí)驗(yàn)案例的開(kāi)源代碼與硬件清單進(jìn)行優(yōu)化整合，形成一批獨(dú)具特色的交通場(chǎng)景搭建案例并上傳至知名開(kāi)源社區(qū)CSDN，供全球的學(xué)習(xí)者與開(kāi)發(fā)者免費(fèi)下載與使用。通過(guò)這一舉措，能夠促進(jìn)智能交通技術(shù)教育的普及與發(fā)展，激發(fā)更多人的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新熱情。

3.創(chuàng)新“MEIS”混合教學(xué)模式

以MOOC為核心的混合教學(xué)模式在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中正逐漸展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和潛力。這種教學(xué)模式巧妙地結(jié)合了在線學(xué)習(xí)與線下實(shí)踐，打破了傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制，為不同教學(xué)主體提供了更加靈活、高效的學(xué)習(xí)路徑。

智能交通教師團(tuán)隊(duì)通過(guò)把優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源整合為在線課程，學(xué)生可以隨時(shí)隨地獲取高質(zhì)量的教育資源，自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)，MOOC的開(kāi)放性和共享性使得不同學(xué)校、個(gè)人都能輕松獲取到這些寶貴的教學(xué)資源，從而極大地促進(jìn)了教育公平和普及。

但線下實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)一直是線上線下混合教學(xué)模式中的難點(diǎn)：非在線課程建課主體所在校的師生，如何將線上資源與自身的線下實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)硬件進(jìn)行教學(xué)適配？團(tuán)隊(duì)通過(guò)統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)低成本和易得性，優(yōu)化軟硬件匹配，開(kāi)源共享、完善技術(shù)支持等方式，在實(shí)踐中高效地解決了這一難點(diǎn)。不同的教學(xué)主體（學(xué)校和個(gè)人）間非常便捷地構(gòu)建起一種從在線課程獲取理論知識(shí)“MOOC”（實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)）→線下開(kāi)展實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)“Experiment”（免費(fèi)仿真系統(tǒng)與低成本標(biāo)準(zhǔn)化零件）→線上交流進(jìn)階“Interaction”（互動(dòng)平臺(tái)）→線下拓展創(chuàng)新“Stretch”（標(biāo)準(zhǔn)化智能教具）的創(chuàng)新“MEIS”教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空多地共研共育。

[課題來(lái)源：廣州市教育科學(xué)規(guī)劃2022年度課題；課題類(lèi)別：教育科研創(chuàng)新 團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；課題名稱(chēng)：“智能交通”跨學(xué)科協(xié)作教學(xué)創(chuàng)新的實(shí)踐研究（課題編號(hào)202213870）。]

責(zé)任編輯 朱守鋰