秦煥美， 曹 靜， 高建強

(北京工業(yè)大學 北京市交通工程重點實驗室，北京 100124)

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基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學探討

秦煥美， 曹 靜， 高建強

(北京工業(yè)大學 北京市交通工程重點實驗室，北京 100124)

交通軟件實驗教學是學生實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，通過對交通領域用人單位的社會需求調研，獲得了用人單位對開展基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學的態(tài)度，以及對本科畢業(yè)生應掌握的專業(yè)軟件、交通軟件實驗教學的專業(yè)項目形式的建議。借鑒CDIO工程教育及項目教學法理念，論文提出了將其應用在交通軟件實驗教學中的實施內容和過程，以交通規(guī)劃和仿真軟件教學為例，對北京工業(yè)大學交通工程大三本科生應用了該教學模式，教學效果評價較好。研究結論對于開展基于項目的實踐教學具有一定的參考意義。

綜合專業(yè)項目； 交通軟件； 實驗教學； CDIO工程教育

0 引 言

國民經濟和交通的快速發(fā)展，對交通工程專業(yè)技術人才提出了更高的要求[1]，大量交通領域項目的工作需要本科畢業(yè)生知識面廣、靈活應變、上手快，同時具備豐富的工程知識和應用能力[2]，而目前交通專業(yè)課程體系仍存在基礎學科課程內容較多，實踐技能訓練不夠，基于項目的實踐經驗缺乏的現(xiàn)象，這樣會造成人才培養(yǎng)與市場需求的不相適應[3]。

交通軟件是借助先進的計算機技術來完成實際工程項目的專業(yè)工具，是學生實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，因此，對于基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程建設，以綜合性工程項目訓練為主線，支持學生參加實踐活動，強化實踐教學環(huán)節(jié)，是提高大學生人才培養(yǎng)質量的本質要求。它有助于探索和建立以問題和課題為核心的新的教學模式，有助于調動學生的主動性和積極性，更好地培養(yǎng)學生的專業(yè)技能和應用能力[4]。也有助于培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、工程素質，使得人才培養(yǎng)直接與社會需求相對接，從而縮小學生能力和企業(yè)需求之間的差距[5-6]。

1 交通軟件實驗課程教學特點

(1) 實踐性強。交通軟件主要面向實際城市交通工程需要開發(fā)的，它將一些復雜的工程模塊使用計算機技術、軟件工程技術實現(xiàn)自動化，具有很強的可視化功能和完善的空間數據分析處理功能，便于實際項目的分析評價，為各項交通分析提供了有力的工具，同時具有強大的處理復雜路網的能力，這是人工不可能做到的。實踐應用性強是交通軟件實踐課程的特點。

(2) 專業(yè)化要求高。交通軟件中的各個分析模塊及交通模型，涉及到眾多的專業(yè)術語、理論知識，例如：自由流時間、通行能力、綠信比，需要學習者具有一定的專業(yè)知識基礎，對交通工程的理論知識有充分的掌握。如果沒有專業(yè)知識背景，很難深入的掌握其軟件的設計理念，也影響其對操作方法、操作過程的學習。因此，交通軟件實踐教學需要在交通專業(yè)基礎理論課程開設之后開展。

2 交通軟件工程能力需求調查及建議

為了對基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程教學模式進行研究，對北京市交通領域的20家本科生用人單位進行了調研，時間為2014年12月，得到了用人單位對于本科畢業(yè)生能力的需求及對于實踐課程設置的相關建議。

從圖1中可以看出，用人單位對于交通專業(yè)本科畢業(yè)生所具備的能力中，主要看重的是實踐應用能力(知識應用、動手操作等)，占65%，這同調研中企業(yè)普遍反映交通工程專業(yè)本科畢業(yè)生存在的主要問題是相關工作實習與從業(yè)經驗貧乏相對應，因此，提高本科畢業(yè)生實踐應用能力對于促進學生的社會就業(yè)適應性有重要的作用。此外，用人單位對學習能力、組織協(xié)調能力和文字表達能力也比較關注，分別占59%、47%、47%。 從圖2中可以看出，除了基本的辦公軟件(Word、PPT)外，用人單位認為交通工程專業(yè)本科畢業(yè)生應掌握的專業(yè)軟件為基本畫圖軟件AutoCAD，占76%，其次為交通規(guī)劃軟件(TransCAD、Emme、Vissum等)、交通仿真軟件(Vissim、Paramics等)和數據分析軟件(SPASS、Excel等)，分別占65%、59%、59%。此外，也有一些單位認為需要掌握道路設計軟件和交通控制軟件等。

圖1 對交通工程本科畢業(yè)生的能力需求

圖2 需要掌握的專業(yè)軟件

從圖3中可以看出，用人單位對于本科生培養(yǎng)階段開展基于綜合專業(yè)項目的實驗教學(結合項目案例的實驗教學)的態(tài)度是均持贊同態(tài)度，其中持非常贊同意見的占76%、持贊同意見的占24%。

圖3 對基于綜合專業(yè)項目的實驗教學的態(tài)度

圖4顯示，59%的用人單位認為在基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學中，采用經過簡化處理后的項目案例會更有助于提高教學效果。而41%的用人單位認為采用原始項目案例更有助于提高教學效果。說明在基于綜合專業(yè)項目的軟件實驗教學中，應該根據教學目標和學生能力培養(yǎng)的需要，采用原始項目和簡化項目案例相結合的教學形式。

3 CDIO教育模式在交通軟件實驗教學中的應用

3.1 CDIO的概念

CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)，是由MIT和瑞典的查爾姆斯技術大學、林克平大學以及皇家技術學院等3所高校于2004年創(chuàng)立的一種全新國際工程教育理念和實施模式，該模式是“做中學”原則和“基于項目的教育和學習”的集中體現(xiàn)[7]。

圖4 對綜合專業(yè)項目教學形式的建議

CDIO的重要思想體現(xiàn)在以下幾點：以科研為動力，實現(xiàn)跨學科工程師人才的培養(yǎng)；以職業(yè)活動為導向，為學生提供未來職業(yè)適應能力與從業(yè)能力；以實踐問題為旨趣，讓學生在解決實際問題中學習知識和提升技能；強調學生主動學習，實現(xiàn)知能并舉；突顯學、教和能力評價一體化，實現(xiàn)專業(yè)評價循環(huán)機制[8]。

項目教學法是推行CDIO工程教育模式的重要內容，是一種行之有效的教學方法，在基礎教育、職業(yè)教育和高等教育中得到了廣泛的應用[9-10]。該方法是指師生通過共同實施一個完整的項目而進行的教學活動，通過任務驅動的方式調動學生主動獲取知識和解決問題[11]，增強理論與實踐的聯(lián)系，提高學生的動手能力、思維能力、探究能力、創(chuàng)新能力和從業(yè)能力[12]。

3.2 基于CDIO的項目教學法在實驗教學中的實施

基于CDIO工程教育及項目教學法理念，結合交通軟件實踐教學的特點，總結以下基于CDIO的項目教學法在交通軟件實驗教學中的實施內容和過程[13-15]。

3.2.1 綜合專業(yè)項目的選擇

依據學生的認知能力，并與企業(yè)工程技術人員進行討論，根據學生未來職業(yè)能力需求、課程目標和學生興趣，合理地把握項目的深度與廣度，確定能影響學生未來職業(yè)能力多方面發(fā)展的綜合專業(yè)項目案例，在交通軟件實驗教學中根據需要進行簡化。

3.2.2 交通軟件實驗教學的實施

具體的實施過程如下：

(1) 布置項目任務。根據確定的專業(yè)項目案例，向學生介紹項目基本情況及運用交通軟件要完成的內容模塊。必要時對一些交通數據還需要提前讓學生調查采集。

要求學生根據課程要求和項目情況制定項目工作計劃，進行任務分解，確定需要解決的實際問題、解決方案和思路。并將每一項工作任務分配到個人或小組，具體包括項目目標、進度、完成期限、成果形式、評價標準等。

(2) 教學實施。采用集中教學與分散指導相結合的方式，集中教學包括教師對項目所需要的一些專業(yè)基本理論知識進行簡單的回顧，如交通規(guī)劃四階段法、期望線、VC比、綠信比、交通延誤等，對軟件的設計理念以及利用軟件完成實際項目的過程和步驟進行詳細的講解，如利用軟件如何搭建路網、如何進行參數設置、如何運行程序和結果的評價等，以邊講邊練的形式進行講授，讓學生真正在“做中學”或者是在“邊做邊學”中學習理論，應用理論[16]。分散指導是針對學生在利用軟件完成專業(yè)項目中遇到的問題進行及時指導，以使得學生盡快熟悉軟件操作，順利完成實踐過程。

(3) 項目執(zhí)行與實現(xiàn)。學生按照工作計劃利用軟件完成項目內容，教師對學生軟件操作過程中的問題進行指導，并以問題引導學生思考并幫助其建構知識，對關鍵的操作步驟和設計方案、解決問題的方法組織學生進行討論和資源共享，開闊學生解決問題的思路和知識面。通過項目實踐過程中的相互協(xié)商、相互討論，帶動學生協(xié)作能力、團隊意識的提升。

(4) 項目成果交付與總結。整理與撰寫項目成果文檔，形成總結報告，重點對及項目實現(xiàn)的思路、設計方案和應用軟件操作實現(xiàn)的過程進行講解。匯報、交流和總結之后，根據教師的意見進行修改和完善形成最終成果。

3.2.3 教學考評和總結

教學評價是教學實施體系的最后一個環(huán)節(jié)，是對教師教學、學生學習效果的檢查與反饋，也是對教學實施體系有效性的驗證。

4 案例分析

借鑒CDIO的項目化實踐教學模式，以交通軟件實驗教學中的交通規(guī)劃和仿真軟件課程為例，通過對北京工業(yè)大學交通工程大三本科生班級的教學，進行教學模式的應用和教學效果評價。

4.1 綜合專業(yè)項目的選擇

本次交通規(guī)劃與仿真軟件教學采用實際項目和實地虛擬項目相結合的形式。課堂集中教學選擇了意露(北京)冷藏有限公司項目的交通影響評價，有交通相關基礎數據，之后學生根據課堂教學內容自主完成實地虛擬項目的訓練，該項目選擇了松榆北路片區(qū)作為訓練的案例，沒有交通相關的基礎數據。

實際項目意露(北京)冷藏有限公司項目為工業(yè)廠房項目，隸屬北京通州區(qū)，總用地面積33 050 m2，項目影響范圍北至南六環(huán)路，南到景盛南四街，東到京津塘高速，西到規(guī)劃的環(huán)景西二路，項目現(xiàn)狀路網如圖5所示。

圖5 實際項目現(xiàn)狀路網和流量圖

學生實地虛擬項目為松榆北路片區(qū)，如圖6所示，北至勁松路和南磨房路，西到二環(huán)路，東到四環(huán)路，南到大羊坊路，作為項目的研究區(qū)域。星形處為擬建商業(yè)設施，總用地面積102 567 m2，擬建成時間2017年，圓形為主要交叉口，基本任務是進行該項目的交通影響評價及項目周邊區(qū)域的交通仿真評價。

圖6 實地虛擬項目研究范圍圖

教學內容包括運用交通規(guī)劃軟件TransCAD和交通OD反推理論、交通四階段法進行給定項目建成前后的道路網絡流量、負荷度的對比分析，給出交通影響評價結果和改進方案，進而運用交通仿真軟件Syncho、Vissim進行項目及鄰近區(qū)域現(xiàn)狀和交通改造方案的交通仿真和評價。

4.2 交通軟件實驗教學的實施

在課程開始前一周，向學生布置課程任務，介紹所要完成項目的目標、范圍、數據資料準備、基本過程、內容，學生討論確定項目工作計劃、思路和方案，做好分組。組織學生利用課余時間采集自主完成的實地虛擬項目的交通現(xiàn)狀、路段流量和交叉口流量的調查，為課程教學做好數據準備。

課堂集中教學為期兩周，在專業(yè)具備微機和軟件的實驗室進行，采用結合實際項目邊講邊練的形式，將軟件操作分成幾個模塊，交通規(guī)劃軟件包括基本操作、路網小區(qū)搭建、路網小區(qū)屬性數據錄入、OD反推、交通生成預測、交通分布預測、交通分配。交通仿真軟件包括基本操作、路網搭建、路徑設置、沖突區(qū)設置、流量輸入、信號配時優(yōu)化和設置、程序運行和評價指標輸出。對每個模塊設計的專業(yè)知識點和軟件具體操作過程進行講解，然后留出一定的時間，就學生對該模塊和軟件操作存在的問題進行分散指導，及時解決學生的問題。

學生完成課堂教學中實際項目練習后，同步獨立自主開展實地虛擬項目的訓練，教師進行指導，但是以問題引導的方式，啟發(fā)學生獨立思考并通過與同學交流討論的方式解決問題，提升學生的主觀能動性、創(chuàng)新意識和實踐應用能力。同時通過自主完成項目使得學生進一步熟練軟件操作過程，加深印象。學生獨立完成的實地虛擬項目的輸出結果如圖7、8所示。

圖7 TransCAD交通分配輸出圖

圖8 Vissim交通仿真輸出圖

項目完成后，各組提交項目成果報告，并通過匯報交流的形式進行總結，存在問題及時修改完善。

4.3 教學考評和總結

為了評價基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學效果，結合問卷調查，從學生的認同度、綜合能力提升等方面進行評價。在課程結束后，2014年1月4日，對該班級同學進行調查，獲得有效問卷29份。

圖9顯示，對于本次基于綜合專業(yè)項目(將規(guī)劃和仿真軟件應用到一個綜合項目中完成相應的任務)的實驗教學的態(tài)度，69%的學生持非常贊同的意見，31%的學生持贊同意見。

圖9 對基于綜合專業(yè)項目的實驗教學的認同度

通過本次實驗教學，圖10顯示，學生認為主要在學習能力、實踐動手操作能力、專業(yè)知識應用能力、團隊協(xié)作能力方面有了很大的提升，分別占82%、86%、68%、61%。其中實踐動手操作能力比例最高。其次在鞏固專業(yè)基礎知識方面也有提升。

圖10 提升的能力方面

總體來說，借鑒CDIO工程教育及項目教學法理念，基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程，教學效果較好，學生認同度較高，學生在實踐能力方面有了很大的提升。

5 結 語

交通軟件實驗教學是學生實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗課程建設有助于培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和工程素質。

根據交通軟件實驗課程實踐性強、專業(yè)化要求高的特點，通過對交通領域用人單位的社會需求調研發(fā)現(xiàn)，用人單位對開展基于綜合專業(yè)項目的交通軟件實驗教學持贊同態(tài)度，實踐應用能力是用人單位最看重

的能力，用人單位認為交通工程本科畢業(yè)生應掌握的專業(yè)軟件為基本畫圖軟件、交通規(guī)劃軟件、交通仿真軟件和數據分析軟件。借鑒CDIO工程教育及項目教學法理念，提出了基于CDIO的項目教學法在實驗教學中的實施過程，以交通規(guī)劃和仿真軟件實驗教學為例，對交通工程大三本科生班級應用了該實踐教學模式，通過學生問卷反饋，教學效果評價較好。研究結論對于促進交通工程本科實驗教學模式改進和本科生專業(yè)實踐能力培養(yǎng)具有一定的參考意義。

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Discussion on Experimental Teaching of Traffic Software Based on Integrated Professional Projects

QINHuan-mei,CAOJing,GAOJian-qiang

(Beijing University of Technology, Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering，Beijing 100124, China)

Traffic software experimental teaching is an important part of cultivating students’ practical ability. Based on the social demand investigation for the employers in traffic field, an attitude to carry out traffic software experimental teaching based on integrated professional projects was obtained. The employers also gave some suggestions on what professional software should be mastered by graduates in traffic engineering and what professional project form should be better for the traffic software experimental teaching. Absorbing and profiting from the good thought of CDIO engineering education and the teaching method based on project, the implementing content and process were put forward with its application to traffic software experimental teaching. Taking traffic planning and simulation software teaching as an example, the above practical teaching mode was applied to juniors in traffic engineering major at Being University of Technology. Good teaching effect evaluation was obtained. The conclusions of this study have some reference for practice teaching based on project.

integrated professional projects; traffic software; experimental teaching; CDIO engineering education

2015-04-16

國家自然科學基金資助(51308016)

秦煥美(1980-)，女，吉林樺甸人，博士，講師，主要從事交通規(guī)劃、停車等研究。

Tel.: 13683253263; E-mail: hmqin@bjut.edu.cn

U 491.7

A

1006-7167(2016)03-0152-05