毋妙麗 段曉英

同濟(jì)大學(xué)道路與交通教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201804

交通工程專業(yè)在本科生的畢業(yè)目標(biāo)中要求學(xué)生具有一定的研究能力、使用現(xiàn)代工具的能力以及工程設(shè)計(jì)等解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，同時(shí)要求學(xué)生成為有多學(xué)科交叉融合和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的高素質(zhì)復(fù)合型人才。綜合能力的培養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)備、人員及技術(shù)技能相關(guān)，只有對(duì)原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，才能滿足學(xué)生認(rèn)知、自主和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的要求。近年來(lái)，為適應(yīng)學(xué)科發(fā)展需要，道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已投入了大量資金，購(gòu)置高精尖的科研平臺(tái)，指導(dǎo)教師也積累了大量實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。已制訂一系列的管理制度和合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式將先進(jìn)的大型科研儀器有計(jì)劃地應(yīng)用在本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。借鑒國(guó)內(nèi)外高校在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)策略，重視學(xué)生的技能培養(yǎng)及數(shù)據(jù)信息處理手段的鍛煉[1]，通過(guò)高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，力爭(zhēng)滿足學(xué)生能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。本文將以道路安全實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探索闡述科研平臺(tái)對(duì)本科生能力的提升作用。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的總體思想

道路交通安全與人、車、路和環(huán)境等交通綜合因素是分不開(kāi)的。傳統(tǒng)的道路安全實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括對(duì)某一路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查、交通環(huán)境認(rèn)知及汽車行駛機(jī)理等方便調(diào)查及評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。受到場(chǎng)地、環(huán)境及學(xué)生外出安全等因素的影響，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查有相當(dāng)?shù)睦щy，實(shí)驗(yàn)效率低。隨著汽車保有量的增加，人—車—路之間的矛盾變得更加尖銳。我國(guó)交警每年接報(bào)事故的總量在500萬(wàn)起左右，并且通過(guò)對(duì)交通事故原因的分析可知，在引起交通事故的因素中人的因素占有相當(dāng)大的比例，約為40%[2]。人在交通環(huán)境中對(duì)外界條件有限的適應(yīng)能力與現(xiàn)在交通工具的高速發(fā)展之間的矛盾也使得事故頻發(fā)；國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)車道變換時(shí)駕駛員的行為進(jìn)行了諸多研究[3-6]；在負(fù)載環(huán)境下駕駛?cè)说男穆?、視覺(jué)動(dòng)態(tài)、駕駛操作行為等變化都對(duì)行車安全性造成影響[7,8]。以前由于儀器設(shè)備限制，無(wú)法進(jìn)行實(shí)車駕駛時(shí)駕駛員的心理和生理監(jiān)測(cè)，學(xué)生對(duì)特定環(huán)境下的駕駛行為沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)。為改善復(fù)雜環(huán)境下的道路實(shí)驗(yàn)，借助實(shí)驗(yàn)室科研平臺(tái)—8自由高仿真駕駛平臺(tái)及心生理分析儀，對(duì)道路設(shè)計(jì)、人的因素、氣候環(huán)境等模擬現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。相對(duì)于實(shí)車實(shí)驗(yàn)，駕駛模擬實(shí)驗(yàn)具有更安全、影響因素更可控、實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性高及更易獲得大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等優(yōu)勢(shì)。平臺(tái)自2011年建成以來(lái)在道路安全科研實(shí)驗(yàn)方面積累了多種經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合心理和生理的分析儀可進(jìn)行人為因素研究、先進(jìn)的車輛安全系統(tǒng)認(rèn)知回應(yīng)研究、身體損傷研究、分心駕駛研究等多種影響安全項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，將先進(jìn)的科研平臺(tái)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)學(xué)生的技能培養(yǎng)和思維訓(xùn)練起到積極的推動(dòng)作用。

2 實(shí)驗(yàn)類型的設(shè)置

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在設(shè)置時(shí)從道路安全影響因素出發(fā)，采用階段遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。在考慮所有學(xué)生受益同時(shí)結(jié)合因人施教的個(gè)性化實(shí)驗(yàn)研究需求，我們采用兩種實(shí)驗(yàn)類型：認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)和研究探索型實(shí)驗(yàn)。

2.1 認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)

認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)并不是走馬觀花形式上的參觀，其基于專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生知識(shí)能力的要求，即需要有寬廣的專業(yè)知識(shí)面和各種技能的訓(xùn)練。通過(guò)認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)展學(xué)生的視野，體驗(yàn)到真實(shí)的科研環(huán)境和先進(jìn)的科研裝備；了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，如何應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行道路安全評(píng)價(jià)。用于道路安全實(shí)驗(yàn)的科研儀器設(shè)備有：8自由度駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、眼動(dòng)儀、血氧儀等，如圖1所示。自由度模擬平臺(tái)可模擬各種道路線形和各種氣候環(huán)境；血氧儀主要用于分析測(cè)試環(huán)境下的生理變化；眼動(dòng)儀記錄駕駛?cè)嗽谛惺惯^(guò)程中的注視點(diǎn)及眼球的運(yùn)動(dòng)變化。有課時(shí)限制的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)將由指導(dǎo)教師給定一個(gè)特定的道路場(chǎng)景，按實(shí)際情況進(jìn)行分組駕駛實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括駕駛?cè)嗽隈{駛過(guò)程中的道路信息、車輛數(shù)據(jù)、心率和血氧濃度數(shù)據(jù)、眼動(dòng)儀等數(shù)據(jù)。要求學(xué)生從海量數(shù)據(jù)中根據(jù)自己關(guān)注的問(wèn)題提取多組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析，研究道路、氣候環(huán)境及駕駛行為的關(guān)系，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析并形成報(bào)告。對(duì)于有能力進(jìn)行更深入的或課外創(chuàng)新的同學(xué)可參加開(kāi)放型研究探索型實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2.2 研究探索型實(shí)驗(yàn)

研究探索型實(shí)驗(yàn)是從訓(xùn)練學(xué)生研究能力，多學(xué)科交叉技能和團(tuán)隊(duì)合作精神出發(fā)，學(xué)生可根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)和興趣選題，或由指導(dǎo)教師凝練實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生組隊(duì)完成復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)程。所用的儀器與圖1相同。實(shí)驗(yàn)室提供一個(gè)開(kāi)放自主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，盡可能地釋放學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從驗(yàn)證、設(shè)計(jì)為主的實(shí)驗(yàn)向科研探索實(shí)驗(yàn)的逐步轉(zhuǎn)變[9]。研究探索實(shí)驗(yàn)采用因人施教的原則對(duì)學(xué)生有多方面的要求。相對(duì)于認(rèn)知實(shí)驗(yàn)學(xué)生需要了解平臺(tái)的原理，學(xué)習(xí)該平臺(tái)集道路、交通、信息通信、機(jī)械及汽車等交叉學(xué)科知識(shí)。要求學(xué)生參加儀器使用培訓(xùn)并能獨(dú)立操作，熟悉使用模擬軟件并正確提取分析數(shù)據(jù)。學(xué)生可借用或自主設(shè)計(jì)測(cè)試場(chǎng)景，在多次討論實(shí)驗(yàn)方案可行后方可進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生要有道路設(shè)計(jì)能力，3D模型制作、信息處理機(jī)數(shù)據(jù)分析方法等交叉學(xué)科的知識(shí)，要有一定的組織能力招募駕駛?cè)耍O(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查等，最后根據(jù)多種信息完成對(duì)道路安全的評(píng)價(jià)，凝練完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

圖2為兩種實(shí)驗(yàn)的過(guò)程流程圖，由圖可見(jiàn)，探究探索型實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、技能需求、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面比認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)要求要高得多。很顯然，經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的研究能力的到很大提高。

圖2 兩種實(shí)驗(yàn)的過(guò)程流程圖

近兩年，在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐中，多組學(xué)生參加“大創(chuàng)”“交科”等競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)并取得了多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)教師在指導(dǎo)學(xué)生過(guò)程中以研究的態(tài)度和眼光開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和建設(shè)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升了教學(xué)技術(shù)手段和實(shí)驗(yàn)效果。

3 實(shí)驗(yàn)效果分析

認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)和研究探究型實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)兩年的探索與實(shí)踐，各有千秋。認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生掌握理論基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上，將先進(jìn)的儀器應(yīng)用在本科教學(xué)，開(kāi)闊學(xué)生視野和使用新技術(shù)的能力，課程的所有學(xué)生均可受益，體現(xiàn)以學(xué)生為中心公平教育。探究探索型實(shí)驗(yàn)以啟發(fā)式、互動(dòng)式、研究式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，對(duì)部分有興趣和有一定研究能力的學(xué)生開(kāi)放，培養(yǎng)他們科學(xué)研究能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，體現(xiàn)以學(xué)生為主體實(shí)行因材施教的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[10]。這兩種實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用也符合學(xué)院構(gòu)建的“基礎(chǔ)—訓(xùn)練—交流—競(jìng)技”的大學(xué)生科技創(chuàng)新平臺(tái)，在先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支撐下引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的科研熱情和創(chuàng)新思維能力的要求。在道路安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上將逐步開(kāi)發(fā)其他設(shè)備在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)

[1]叢培盛,柴曉蘭.大型分析儀器實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2017(5):268-270.

[2]劉炳華,閆新勇.淺析山區(qū)高速公路道路交通安全的影響因素[J].河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2017(1):52-55.

[3]Salvucci D D,Liu A. The time course of a lane change: driver control and eye-movement behavior[J]. Transportation Research Part F:Traffic Psychology and Behaviour,2002,5(2):123-132.

[4]郭應(yīng)時(shí),郭艷君,付銳.車道變換過(guò)程中駕駛?cè)瞬僮骱妥⒁曅袨閇J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào),2014(4):115-119.

[5]袁偉,徐遠(yuǎn)新,郭應(yīng)時(shí).車道變換與直行時(shí)的駕駛?cè)俗⒁曓D(zhuǎn)移特性[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào),2015(5):124-130.

[6]Olsen E. C. B, Lee. S. E, Wierwille W. W. Eye Glance Behavior During Lane Changes and Straight- ahead Driving[J].Transportation Research Record, 2005,1937(1):44-50.

[7]Andra Kemeny. Virtual testing with driving simulators, DSC 2008 Europe Driving simulation conference[R]. 2008:17-20.

[8]Salvucci D D, Liu A. The time course of a lane change: driver control and eye-movement behavior [J]. Transportation Research Part F: Traffic Psychol- ogy and Behavior, 2002,5(2):123-132.

[9]白立飛,方夏,杜攀.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].江蘇教育學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,29(4):41-43.

[10]蒲賢潔,歐增福,韓忠.基于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目實(shí)例[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2017(3):237-241.