“交通控制技术”课程教学改革思考与探讨

陈昱光 肖海承 成卫

[摘要]“交通控制技术”是交通信息工程及控制专业核心课程，对培养研究生专业素养，提升科研能力具有重要意义。本文总结了“交通控制技术”课程主要特点，指出了以往教学过程中存在的不足，提出了在构建综合性实验平台基础上的实践教学思想，详细介绍了“交通控制技术”课程教学体系设计及教学改革措施。

[关键词]交通控制 交通管理 交通信息 交通工程

一、引言

随着我国城市化进程不断加快，机动车保有量飞速增加，城市交通拥堵问题日趋突出，改善交通运行环境、提升交通流运行效率的需求变得更加迫切。解决交通问题可以分为建设和管理两个层次：道路网络等基础设施建设可以在总体上增加交通供给能力，但由于土地、资金及建设周期等原因，从建设层面上解决交通问题是基础性和长远性的，对于目前我国城市面临的严峻交通状况，更多的需要从管理控制角度来考虑；交通控制可以为交通流运行设计合理的运行秩序、对交通系统资源进行科学分配，从经济性和时间性来讲，从管理控制的角度解决交通问题更符合我国目前大部分城市的现状，因此，具备现代交通管理控制技术的专业人才需要也在不断增加。

交通控制技术伴随现代城市交通系统的产生和发展，是培养现代化交通系统管理者和交通工程师的重要内容之一[1]。“交通控制技术”课程在昆明理工大学开设多年，是交通工程专业、交通运输专业本科生和交通信息与控制工程、载运工具运用工程硕士研究生的专业课之一，2012年我校将“交通控制技术”作为研究生核心课程进行重点建设，课程建设团队根据多年教学经验，从多方面对该课程进行了教学改革思考与实践探索。

二、课程教学理念与特点

“交通控制技术”作为培养交通工程专业技能的主要课程，其研究对象包括人、车、路、环境，研究方法注重结合实际，培养手段应充分利用立体化多种教学，紧密结合当前我国城市交通现状，对不断出现的热点问题与时俱进、追踪研究，才能培养出真正适应现代化交通发展的交通专业人才。“交通控制技术”课程研究对象决定了课程教学思想上必须能够密切联系实际，在理论知识学习的基础上不断加强解决实际问题的能力，真正提高工程实践和创新能力的同时提高。这些教学理念要求在进行具体的教学设计中，注重为学生提供良好的工程实践实验体系平台，构建实践性教学体系。

同时，随着城市化水平的不断提高，道路网络复杂度不断提升，对于交通人才的专业素质要求也在不断加强。特别是在新一代交通管理系统中，计算机、通讯、数据处理及人工智能等技术的重要性逐渐突显，交通仿真等技术也成为交通控制技术的重要实现手段。针对研究生开设的“交通控制技术”课程教学对象是已经具备一定理论知识储备的研究生，因此在教学中应采用差异化教育和整体管理相结合的模式。既保证总体教学目标的实现，同时又允许学生有差异性的发展，为研究生进一步提升专业素质，培养创新性提供平台。所谓差异化教育策略，是根据学生自身特点和未来发展规划，有针对性的提供其发展可能，注重启发式和案例教学方法的使用；整体管理策略要求所有学生能够对课程基础内容有全面把握，通过合理的考核体系将两者有机的联合起来。笔者通过总结发现，“交通控制技术”课程主要有以下特点：

1.实践性

交通控制的最终目的是服务于实际的交通管理系统，交通控制技术的发展也是伴随着城市交通管理系统而不断完善的。“交通控制技术”课程理论基础来源于实际交通问题，通过抽象、升华、总结后建立的交通控制理论的应用对象仍然是城市交通系统。因此“交通控制技术”课程的学习和教授需要紧密结合实际交通问题进行。

2.教学信息量大

“交通控制技术”课程内容的理论与实践包含了多个学科理论知识及众多的实际问题。它以交通工程学为基础，涉及到交通规划、智能化交通、系统工程等多个学科，要对“交通控制技术”课程形成深刻掌握，需要对相关知识有较好的储备，对老师和学生综合素质要求较高。同时交通控制技术对应的实际交通管理系统包括众多现实课题，如慢行交通、公共交通、停车管理、单个交叉口的交通组织与信号控制、区域交通组织与信号控制等，都包含在“交通控制技术”课程的核心范围中，而要对这些问题有深入的认识和理解，必须通过大量的实践和案例分析才可能掌握，因此教学信息量较大[2]。

3.理论与实践紧密相连

“交通控制技术”课程理论来源于实践的交通工程活动，同时为交通管理控制提供指导。这个特性使得本课程理论学习与实践必须紧密相连，通过理论学习掌握系统性知识，通过现场观测调研获得交通问题的感性认识，之后才可能利用交通控制技术为解决实际问题提供合理的策略和方案，最后还要通过实际应用效果进一步发现理论应用于实践中的问题，进而升华完善理论知识[3]。比如交通控制中要解决的交通组织、交通渠化、交通信号配时等核心问题，都需要在上述过程中不断加深对理论知识的认识，培养专业技能。

4.个性化突出

由于自然环境、经济人口水平、路网规模、交通参与者的随机性等原因，不同城市的交通问题往往各不相同，重点问题和主要矛盾也不一而足，需要具体问题具体分析。交通控制技术理论知识是解决具体问题的基础，它为解决交通问题提供了基础的模型和公式，但在实际中，需要根据实际情况提出有针对性的方案才能获得较好的控制效果，达到理论学习为工程实践服务的目的。

三、“交通控制技术”课程存在的问题

1.偏重理论，缺乏实践

“交通控制技术”是一门服务与实际交通管理，面向工程应用的专业技术课程。但是传统的教学中，实际上并没有很好的体现出理论联系实际的特点，缺乏对理论知识应用的实践教学。本门课程对研究生和本科生教学没有很好的区分，甚至于在某些时候针对研究生的课程内容与本科生教学时基本雷同。交通工程相关专业研究生，本科生阶段一般已经学习过“交通控制技术”课程，对于基础理论已有了一定掌握，在研究生阶段后，更需要的对理论知识与实践相结合，通过实践真正理解交通控制技术的精髓，达到学以致用的效果，培养扎实的专业技能。

2.教学手法单一，教学实验较少

由于客观条件限制等原因，传统“交通控制技术”课程教学手段单一，以教师为中心，学生处于被动接受状态，不利于学生主动性的发挥和独立性的锻炼。教学实验以现场观测为主，由于涉及到室外调查安全性等问题，教学实验安排的较少，且没有针对性，难以体现不同学生特点的差异性教学方法。

3.缺少综合性实验平台

“交通控制技术”大部分理论知识需要通过实践才能较好的掌握和理解，一个良好的综合性实验平台能够方便的为学生提供应用理论知识解决实际问题的环境。仿真软件、信号模型控制系统、交警指挥中心相结合的综合性平台是目前“交通控制技术”教学中所缺乏的。

四、“交通控制技术”课程教学改革设计

笔者在“交通控制技术”核心课程建设中，将该课程的教学指导思想定位为“在构建完善的工程实践实验教学平台基础上，以理论技术指导实践，实践反馈加深理论掌握，采用理论与实践教学有机结合、相互促进的教学方法，构建注重实践的教学体系”。针对“交通控制技术”课程特点与以往教学中存在的不足，以上述教学思想为指导，设计的教学体系如图1所示，在具体的教学过程中，采取了以下几点改革措施：

图1：“交通控制技术”课程教学体系设计

1.构建综合性交通实验平台，为实践性教学创造良好条件

根据“交通控制技术”课程来源于实际、服务于实践的基本思想，在教学过程中充分说明课程实践的重要性，为了给学生创造良好的实验条件，能够获取实际交通控制经验，笔者建立了包括交警信号控制终端、视频监控系统、信号控制模拟系统、城市交通仿真平台等多个子系统的综合性交通实验实践平台。笔者通过与昆明市公安局交通警察支队合作，在学校实验室内建立昆明市交通信号控制终端、接入视频监控系统，实现了在实验室内即可实时获取昆明市道路交通流参数（流量、速度等）；建立了交通仿真平台，可以进行宏观、微观仿真和实时仿真运算；通过与交通控制设备企业合作，建立了交通信号控制模拟系统。

综合性交通实验实践平台的建立，使学生能够在实验室内直观观测交通信号控制方案运行过程；获取建立交通控制算法及模型所需的大量基础数据；实现了在实验室内通过视频监控进行某些交通调查，与现场调查效果进行比较；通过对仿真平台提供的综合性、全面的分析报告和仿真信息输出的统计分析，评价不同控制方案的优劣；通过信号控制终端优化调节交叉口信号配时，使学生获得宝贵的实际控制经验及控制技术效果反馈。通过综合性交通实验实践平台，保证“交通控制技术”课程教学真正达到理论与实践紧密联系、相互促进的效果。

图2 “交通控制技术”课程教学实验平台

2.充分开展学术及实践管理交流，多角度了解交通控制系统

“交通控制技术”课程的理论知识主要通过课堂教学完成，但在实际中交通控制系统的运行不仅需要掌握交通控制技术理论，还需要能够对交通系统运行有全面的把握，特别是对于有志于从事交通管理工作的研究生，能够获得实际交通管理控制经验尤为重要。因此笔者邀请一线经验丰富的交通管理人员开展讲座及交流，让学生可以从交通系统管理人员的角度，分析、探讨交通问题的根源所在，明确交通管理工作对交通控制技术的实际需求；邀请国内外知名交通信号控制系统设备企业（如SCATS、SCOOT、海信等）人员对学生讲解交通控制系统设计理念及实际方案设计、建设、调试、使用等经验，让学生开阔视野、提升专业素质、增加管理应用经验，培养能力全面的交通控制技术人才。

3.多形式交通调查与仿真软件学习结合

交通控制技术理论应用的基础是能够获取大量控制模型、算法所需的交通流等基础信息。一般来讲，交通控制技术应用所需数据需要由交通调查提供，在某种程度上，交通调查结果决定了交通控制技术应用的效果。因此，在“交通控制技术”课程教学中应充分强调交通调查的重要性。为了让学生能够对交通调查的重要性有直观感受，将交通调查与仿真软件学习相结合。通过对比不同小组调查人员获得的基础数据制定相应的控制策略和方案，并进行交通控制仿真参数标定，在仿真软件中控制方案运行效果与实际交通流运行对比，直观感受交通调查结果对交通控制设计的影响。

传统的交通调查方法需要大量人力物力在现场进行，由于受到调查人员精力、经费等条件限制，特别是由于交通现场的不可重复性，现场交通调查方法得到的数据在某些时候误差较大。笔者构建的综合性交通实验平台中的视频监控子系统在一定程度上可以弥补现场调查的缺陷。因此在“交通控制技术”课程教学中，通过对同一交通节点分别进行现场调查和视频监控调查，让学生充分比较两种调查方法的优劣，为不同条件下采用不同调查方法提供选择。

图3：“交通控制技术”课程视频交通调查与仿真软件

4.案例教学法的应用

案例教学法是由师生共同参与，能够充分调动学生积极性的互动式问题分析与讨论教学法[4]。案例教学法的核心在于培养学生分析与决策技巧，而不仅仅是获得理论技术等形式上的知识。由于城市交通问题具有个性化突出、随机性强、复杂度高等特点，理论知识的具体应用一直是“交通控制技术”课程的难点。案例教学法具有教学目的性强、情景真实度高的优点，使学生能够对典型交通问题进行具体分析，开阔思路，深化对交通控制涉及的各因素理解，训练其发现问题、分析问题、提供合理方案的能力，将理论联系实际落到实处。案例库的建设案例教学法成功的关键，笔者通过多年的项目实践，积累了丰富的交通控制技术应用案例，在云南省内基本各个城市均有一定的交通控制项目经验，建设了包含各种交通问题及解决方案的交通控制技术案例库。

五、结语

“交通控制技术”课程是培养交通工程专业人才的重要课程之一，由于现代化城市交通的飞速发展，交通专业人才的需求也日益迫切，并要求交通专业人员即具备理论知识又能解决实际问题。社会需求及交通专业的实践特性决定了“交通控制技术”课程教学必须强化学生实践能力。笔者在“交通控制技术”课程教学改革中的实践发现：提高学生交通控制技术应用能力的关键在于建立完善的综合性交通实验平台，配合合理的交通控制系统人员交流及案例教学方法，将有效提高学生的专业素质，培养较强的工程实践能力。

[参考文献]

[1]吴兵，李晔.交通管理与控制[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]张国强，陈峻，王昊.“交通管理与控制”课程实践环节教学改革[J].东南大学学报（哲学社会科学版），2011，（13）：134-136.

[3]孙耀东，冯建栋，赵晓晴.交通工程理论与实践互动教学探析[J].高等建筑教育.2006，15（1）：77～79.

[4]王秀芝.案例教学中需要研究的几个问题[J].中国高教研究，2006（12）：44-45.

（作者单位：1昆明理工大学云南省（高校）智能交通系统工程研究中心 云南昆明）