史 磊

（西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院綜合交通運(yùn)輸智能化國家地方聯(lián)合工程實驗室，成都610031）

0 引 言

目前，我國將學(xué)科交叉融合上升到支撐國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的戰(zhàn)略高度，成為增強(qiáng)高校、高等教育乃至國家整體核心競爭力的重要動力［1］。在“雙一流”戰(zhàn)略中，學(xué)科交叉融合成為提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的基礎(chǔ)和關(guān)鍵路徑。在高校實驗教學(xué)改革中，也將學(xué)科交叉融合建設(shè)放在重要位置?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》就明確提出，高校要加強(qiáng)實驗室、校內(nèi)外實習(xí)基地建設(shè)，支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強(qiáng)化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合，重點(diǎn)推進(jìn)具有多學(xué)科背景的應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)［2］。經(jīng)過多年實踐和摸索，學(xué)科交叉推進(jìn)實施為高校實驗教學(xué)創(chuàng)新工作的開展創(chuàng)造了良好的氛圍，大大提高了實驗學(xué)科交叉融合后的整體教學(xué)水平［3］。本文結(jié)合“交通安全心理學(xué)實驗”這門實驗課程的開展，探索學(xué)科交叉融合視角下的實驗教學(xué)開展，將學(xué)科交叉融合建設(shè)引向深入。

交通安全心理學(xué)實驗是依托學(xué)校交通運(yùn)輸國家級實驗教學(xué)示范中心開設(shè)的一門重要實驗課程，是面向交通運(yùn)輸與物流學(xué)院安全工程專業(yè)本科二年級學(xué)生設(shè)置的獨(dú)立實驗課程，是人因安全實驗教學(xué)體系中的一門核心實驗課程。針對交通運(yùn)輸特色的安全工程專業(yè)的學(xué)生，開設(shè)的交通心理學(xué)實驗課學(xué)科交叉特征明顯。學(xué)生在交通駕駛模擬仿真場景下，結(jié)合心理學(xué)實驗設(shè)計、研究范式和心理統(tǒng)計學(xué)，開展對交通參與者心理特點(diǎn)、行為特征和人因失誤機(jī)制的研究。在此過程中，學(xué)生摸索和實踐跨學(xué)科研究的思維，將心理學(xué)的理論和方法靈活運(yùn)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域研究中，訓(xùn)練學(xué)生動手實踐能力，提升理論對實際的遷移應(yīng)用能力，培養(yǎng)出具備較高科學(xué)素養(yǎng)的綜合創(chuàng)新型人才。

1 多學(xué)科交叉融合的交通安全心理學(xué)仿真實驗平臺

1.1 平臺三大實驗系統(tǒng)

交通安全心理學(xué)仿真實驗平臺由三大實驗系統(tǒng)構(gòu)成，包括交通駕駛仿真模擬系統(tǒng)、駕駛適應(yīng)性檢測系統(tǒng)和計算機(jī)化交通心理測試系統(tǒng)。

（1）交通駕駛仿真模擬系統(tǒng)。交通駕駛仿真模擬系統(tǒng)（見圖1）采用運(yùn)動模擬和視景仿真系統(tǒng)營造不同道路條件和不同氣候條件下虛擬駕駛環(huán)境，可以分析駕駛員在不同環(huán)境下的駕駛行為特征、評價道路安全特性。在進(jìn)行模擬駕駛的時候，可以人為地誘發(fā)駕駛員的駕駛疲勞臨界狀態(tài)［4］，利用腦電儀采集腦電波數(shù)據(jù)，利用眼動儀采集眼球位置與運(yùn)動、瞳孔大小數(shù)據(jù)等［5］，從而科學(xué)分析駕駛行為安全性和評價道路設(shè)計安全性［6-8］，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生交通安全分析和安全評價的能力。在本實驗課中，該系統(tǒng)用于在特定的駕駛仿真環(huán)境下誘發(fā)駕駛員的駕駛疲勞狀態(tài)。

圖1 交通駕駛仿真模擬系統(tǒng)

（2）駕駛適應(yīng)性檢測系統(tǒng)。駕駛適應(yīng)性檢測系統(tǒng)（見圖2）包含了生理水平檢測和部分基本認(rèn)知能力測評，用于檢測和評價機(jī)動車駕駛員的職業(yè)適應(yīng)性和駕駛安全可靠性。該系統(tǒng)基于教師的科研結(jié)論，篩選出動視力、暗適應(yīng)、速度判斷、手指靈活性等10多項身心條件指標(biāo)，開發(fā)出相應(yīng)的檢測技術(shù)，從機(jī)動車駕駛員的生理和心理兩個方面對其駕駛適應(yīng)性進(jìn)行定量檢測和科學(xué)評價。在本實驗課中，生理水平檢測設(shè)備選取了動視力檢測儀、暗適應(yīng)檢測儀、聽力檢測儀；部分基本認(rèn)知能力測評設(shè)備選取了深度知覺檢測儀、速度估計檢測儀和復(fù)雜反應(yīng)判斷檢測儀。

圖2 駕駛適應(yīng)性檢測系統(tǒng)

（3）計算機(jī)化交通心理測試系統(tǒng)。計算機(jī)化交通心理測試系統(tǒng)（見圖3）是基于國際通用的心理測試量表和經(jīng)典的認(rèn)知研究范式，由專業(yè)教師自主開發(fā)的計算機(jī)化的實驗教學(xué)系統(tǒng)。該測試在計算機(jī)界面下進(jìn)行心理測試和認(rèn)知能力測評，軟件將自動記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和導(dǎo)出功能。在本實驗課中，主要利用該系統(tǒng)提供的“簡易疲勞量表BFI”測試駕駛員疲勞狀態(tài)誘發(fā)情況，并對駕駛員的記憶和注意兩方面的認(rèn)知能力進(jìn)行測評。

圖3 計算機(jī)化交通心理測試系統(tǒng)

1.2 實驗設(shè)備介紹

交通安全心理學(xué)實驗課的3個系統(tǒng)主要涉及如表1所示的實驗設(shè)備。

表1 交通安全心理實驗設(shè)備

2 學(xué)科交叉視角的實驗項目設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

本實驗從學(xué)科交叉思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)角度出發(fā)，緊扣培養(yǎng)方案和課程大綱，結(jié)合交通心理學(xué)仿真實驗平臺，立足軌道交通行業(yè)人才培養(yǎng)需求，建立了跨學(xué)科、層次化、主題式的實驗教學(xué)理念，旨在啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和動手實操能力，為進(jìn)一步的科研綜合能力訓(xùn)練奠定基礎(chǔ)。為了更好地開發(fā)實驗項目，實現(xiàn)項目的系統(tǒng)性、個性化和協(xié)同性特點(diǎn)，實驗教師對各個實驗項目的實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗步驟及實驗考核不斷完善，形成了較科學(xué)合理的實驗課程設(shè)計。

2.2 實驗內(nèi)容與設(shè)計

2.2.1 實驗內(nèi)容

本實驗課程屬于綜合創(chuàng)新型實驗課，實驗學(xué)分為1學(xué)分，實驗學(xué)時為16學(xué)時。教學(xué)內(nèi)容包括實驗理論、實驗操作方法和實驗技能。教師在課程開展之初強(qiáng)調(diào)實驗室安全操作規(guī)范和實驗守則，詳細(xì)講解并示范駕駛模擬器、生理心理檢測設(shè)備的使用和數(shù)據(jù)收集流程，教授交通作業(yè)人員的生理測量基礎(chǔ)方法和基本認(rèn)知能力測量技術(shù)，使學(xué)生掌握交通安全實驗的設(shè)計方法和實驗數(shù)據(jù)的處理分析方法。教師講授的部分約占課程總學(xué)時的20%，其余時間均安排學(xué)生進(jìn)行分組實驗，教師在旁觀察與指導(dǎo)。

2.2.2 實驗項目設(shè)計

本課程包含兩組實驗項目，第1組實驗項目旨在讓學(xué)生學(xué)會使用相關(guān)檢測設(shè)備和認(rèn)識計算機(jī)化的認(rèn)知能力檢測方式，掌握經(jīng)典的心理學(xué)測試任務(wù)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用，了解國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定；第2組實驗項目旨在讓學(xué)生實踐交通安全心理學(xué)實證研究的全過程，對學(xué)科交叉研究思想有更深入的認(rèn)識。實驗流程設(shè)計如圖4所示。每個實驗項目的具體設(shè)計如下：

（1）實驗項目1。學(xué)生分組，每組4或5人。教師為每1組分配檢測設(shè)備，要求按照實驗指導(dǎo)書操作，記錄每1次的實驗數(shù)據(jù)，隨后各組自行交換設(shè)備；全體學(xué)生進(jìn)入機(jī)房，進(jìn)行計算機(jī)化的基本認(rèn)知能力測試，在這里測試的認(rèn)知能力是“注意”和“記憶”；將自己的數(shù)據(jù)與國家標(biāo)準(zhǔn)GB18463“機(jī)動車駕駛員身體條件及其測評要求”進(jìn)行對照，判斷自身情況是否符合駕駛員的能力要求。

（2）實驗項目2。每組選出1名同學(xué)作為駕駛員進(jìn)行連續(xù)性駕駛作業(yè)，作業(yè)任務(wù)為連續(xù)120 min以上的高速公路仿真場景的駕駛；駕駛作業(yè)結(jié)束后采用“簡易疲勞量表BFI”進(jìn)行疲勞的主觀評估，根據(jù)量表計分結(jié)果比照常模，如果沒有達(dá)到疲勞狀態(tài)則再進(jìn)行1 h的駕駛作業(yè)；如果已進(jìn)入疲勞狀態(tài)，則馬上進(jìn)行基本認(rèn)知能力測評。將疲勞駕駛前后的測評得分進(jìn)行統(tǒng)計分析，用SPSS軟件進(jìn)行t檢驗，對比正常狀態(tài)和疲勞狀態(tài)的基本認(rèn)知能力是否存在顯著性差異。

2.3 實驗?zāi)繕?biāo)

通過實驗教學(xué)的開展，學(xué)生不但要學(xué)會使用實驗設(shè)備和掌握基本實驗技能，強(qiáng)化動手和解決問題的能力，更重要的是培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S與學(xué)術(shù)態(tài)度，用學(xué)科交叉的思維解決實際問題。本實驗課將心理學(xué)的實驗設(shè)計和研究范式，與交通運(yùn)輸作業(yè)任務(wù)相結(jié)合。指導(dǎo)學(xué)生完成交通從實驗設(shè)計、研究方法選擇、方案實施、數(shù)據(jù)分析處理到撰寫實驗報告的全過程。具體而言，本課程學(xué)習(xí)包含以下4項目標(biāo)：

（1）學(xué)習(xí)駕駛適應(yīng)性緊密相關(guān)的各項生理、心理指標(biāo)的測試機(jī)理與測試方法。

（2）掌握安全生理與心理檢測的常用設(shè)備，包括視覺、聽覺、注意力、記憶的測量儀器等設(shè)備的使用方法。

（3）了解計算機(jī)化的基本認(rèn)知能力和心理測試技術(shù)。

（4）掌握交通安全行為實驗數(shù)據(jù)處理的技術(shù)與方法。

3 交叉學(xué)科實驗教學(xué)實踐

3.1 實驗準(zhǔn)備與訓(xùn)練

在實驗準(zhǔn)備階段，實驗教師檢查駕駛仿真模擬器和檢測設(shè)備是否運(yùn)行良好，開啟并調(diào)試好設(shè)備，向?qū)W生詳細(xì)介紹實驗的流程、設(shè)備操作方法和注意事項，并做好學(xué)生實驗簽到登記和設(shè)備使用登記。

隨后學(xué)生分組，每組學(xué)生在正式實驗開始之前，對每個檢測設(shè)備進(jìn)行3次訓(xùn)練［10］，訓(xùn)練內(nèi)容包括設(shè)備操作和數(shù)據(jù)記錄；對于計算機(jī)化的認(rèn)知能力測試，也同樣進(jìn)行1遍軟件設(shè)定好的訓(xùn)練程序，學(xué)會導(dǎo)出實驗數(shù)據(jù)；對于駕駛仿真模擬器，要求每組進(jìn)行模擬駕駛的學(xué)生熟悉控制界面，進(jìn)行至少15 min的駕駛操作練習(xí)。

3.2 實驗測試與數(shù)據(jù)收集

在實驗開始時，每個實驗小組分配到2或3臺檢測設(shè)備，這樣就能讓1名學(xué)生進(jìn)行測試，1名學(xué)生記錄數(shù)據(jù)。然后組內(nèi)交換設(shè)備，全部實驗完成后再在組間交換設(shè)備，交換之前將參數(shù)重置。表2所示為實驗小組1在實驗項目1中的測試數(shù)據(jù)。

表2 實驗小組1的實驗數(shù)據(jù)（實驗項目1）

3.3 統(tǒng)計分析

對于實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，課程采用在心理學(xué)實證研究中廣泛使用SPSS（Statistical Product and Service Solutions）統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。學(xué)生根據(jù)前置課程的學(xué)習(xí)和本實驗課程的實驗指導(dǎo)書要求，自行嘗試操作軟件，包括新建數(shù)據(jù)視圖、變量定義、輸入數(shù)據(jù)、選擇分析方法和讀取結(jié)果。

在本課程中，主要將正常狀態(tài)下和駕駛疲勞狀態(tài)下的基本認(rèn)知能力進(jìn)行對比，觀測其是否達(dá)到統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著性差異。表3所示為安全工程專業(yè)1個班級學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果。

表3 正常狀態(tài)下和駕駛疲勞狀態(tài)下的基本認(rèn)知能力匹配值（M±SD）

由t檢驗結(jié)果得出，本實驗所選取的動視力、復(fù)雜反應(yīng)判斷、持續(xù)性注意、注意分配、視覺工作記憶廣度和工作記憶這6項基本認(rèn)知能力指標(biāo)，在駕駛疲勞狀態(tài)下與正常狀態(tài)下出現(xiàn)顯著差異。

3.4 實驗報告與課程考核

本課程考核評分由“出勤率（20%）＋實驗操作（20%）＋實驗報告（60%）”3部分構(gòu)成，除了要求學(xué)生必須到場實踐操作以外，更加注重考查學(xué)生對心理學(xué)原理與范式的了解、設(shè)備的基本操作、實驗數(shù)據(jù)采集的嚴(yán)謹(jǐn)性與客觀性以及數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性［11］。在實驗報告中，要求學(xué)生必須報告實驗?zāi)康?、主要儀器設(shè)備、實驗原理、實驗內(nèi)容及步驟（可畫圖示意）、實驗數(shù)據(jù)計算分析、結(jié)果討論等。尤其要在實驗內(nèi)容中報告自己在實驗小組中的分工與作用，并要求在結(jié)果討論中論述學(xué)科交叉思想在實驗中的體現(xiàn)。

4 教學(xué)效果

本實驗課程的設(shè)計具有跨學(xué)科、綜合性、層次性的特點(diǎn)，既能讓學(xué)生掌握基本的實驗操作技能、驗證前置課程的理論知識，也能引導(dǎo)學(xué)生以問題為主線開展實驗研究，自主摸索解決問題的思路，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)素養(yǎng)，取得較好的教學(xué)效果。

（1）學(xué)習(xí)興趣和自主性增強(qiáng)。在實驗過程中，教師除了一開始向?qū)W生講授實驗室安全守則和設(shè)備使用方法，其余時間都交給學(xué)生自己探索研究。當(dāng)學(xué)生在操作遇到困難，教師會首先鼓勵學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書自行摸索，或在組內(nèi)展開討論，而不是一味依靠教師的示范；對于實驗設(shè)計，也鼓勵學(xué)生根據(jù)興趣自行設(shè)計和規(guī)劃，但是要提供文獻(xiàn)支撐。允許學(xué)生不斷擴(kuò)展學(xué)科交叉的深度和范圍，并在最終考核中根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)予以加分。

（2）綜合素質(zhì)提高。基于學(xué)科交叉視角的綜合創(chuàng)新型實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生自主實驗意識及動手能力上成效顯著［12］。在參加課外實踐和學(xué)科競賽方面，經(jīng)過交叉學(xué)科實驗鍛煉的學(xué)生，面對項目設(shè)計和設(shè)備操作的時候都更加從容，特別是現(xiàn)場競賽中學(xué)生的心理素質(zhì)和應(yīng)變能力都得到加強(qiáng)，團(tuán)隊協(xié)作意識也不斷增強(qiáng)，在近3年的“全國交通規(guī)劃設(shè)計大賽”等學(xué)生課外實踐競賽中，無論是集體獎項還是個人獎項都取得了優(yōu)異成績；在論文發(fā)表中，參加了交叉學(xué)科實驗教學(xué)訓(xùn)練的學(xué)生，發(fā)表論文的數(shù)量和層次都有很大進(jìn)步。

在實驗教學(xué)中由于打破學(xué)科知識界限、促進(jìn)多個學(xué)科知識技能的深度融合，對進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)與協(xié)同創(chuàng)新能力具有積極作用［13］。

5 結(jié) 語

在交通安全心理學(xué)實驗教學(xué)中，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用學(xué)科交叉思維，從對檢測設(shè)備和駕駛模擬器的基礎(chǔ)認(rèn)知開始，到結(jié)合理論知識開展課題綜合設(shè)計、到最終實現(xiàn)從問題著手進(jìn)行深入實驗研究，學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、獨(dú)立思考和動手實踐等基本科學(xué)研究素養(yǎng)都得到了發(fā)展和提高。本課程只是人因安全實驗教學(xué)體系中的其中一門實驗課，隨著學(xué)生前置課程的學(xué)習(xí)和積累，還要進(jìn)行更復(fù)雜和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕煌ㄐ睦韺W(xué)實驗設(shè)計，學(xué)會運(yùn)用眼動儀、腦電儀、多導(dǎo)生理儀等實驗設(shè)備采集和分析數(shù)據(jù)。

課程組還要不斷改進(jìn)實驗教學(xué)設(shè)計，增加網(wǎng)絡(luò)在線互動內(nèi)容，如錄制相關(guān)微課和微視頻，并上傳到專門網(wǎng)站上供學(xué)生預(yù)習(xí)，學(xué)生可根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容在網(wǎng)站上與教師進(jìn)行反饋與互動［14］。探索利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，不斷提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提升實驗教學(xué)效率。課題組將不斷改進(jìn)實驗內(nèi)容與交通運(yùn)輸行業(yè)現(xiàn)場的契合度，深度融合多學(xué)科的知識技能，打破學(xué)科知識邊界，進(jìn)一步提高學(xué)生綜合素質(zhì)與協(xié)同創(chuàng)新能力［15］。