学科交叉融合视角下的交通安全心理学实验教学设计

史 磊

（西南交通大学交通运输与物流学院综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室，成都610031）

0 引 言

目前，我国将学科交叉融合上升到支撑国家创新驱动发展的战略高度，成为增强高校、高等教育乃至国家整体核心竞争力的重要动力［1］。在“双一流”战略中，学科交叉融合成为提升人才培养质量的基础和关键路径。在高校实验教学改革中，也将学科交叉融合建设放在重要位置。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》就明确提出，高校要加强实验室、校内外实习基地建设，支持学生参与科学研究，强化实践教学环节，促进多学科交叉融合，重点推进具有多学科背景的应用型、复合型、技能型人才培养［2］。经过多年实践和摸索，学科交叉推进实施为高校实验教学创新工作的开展创造了良好的氛围，大大提高了实验学科交叉融合后的整体教学水平［3］。本文结合“交通安全心理学实验”这门实验课程的开展，探索学科交叉融合视角下的实验教学开展，将学科交叉融合建设引向深入。

交通安全心理学实验是依托学校交通运输国家级实验教学示范中心开设的一门重要实验课程，是面向交通运输与物流学院安全工程专业本科二年级学生设置的独立实验课程，是人因安全实验教学体系中的一门核心实验课程。针对交通运输特色的安全工程专业的学生，开设的交通心理学实验课学科交叉特征明显。学生在交通驾驶模拟仿真场景下，结合心理学实验设计、研究范式和心理统计学，开展对交通参与者心理特点、行为特征和人因失误机制的研究。在此过程中，学生摸索和实践跨学科研究的思维，将心理学的理论和方法灵活运用于交通运输领域研究中，训练学生动手实践能力，提升理论对实际的迁移应用能力，培养出具备较高科学素养的综合创新型人才。

1 多学科交叉融合的交通安全心理学仿真实验平台

1.1 平台三大实验系统

交通安全心理学仿真实验平台由三大实验系统构成，包括交通驾驶仿真模拟系统、驾驶适应性检测系统和计算机化交通心理测试系统。

（1）交通驾驶仿真模拟系统。交通驾驶仿真模拟系统（见图1）采用运动模拟和视景仿真系统营造不同道路条件和不同气候条件下虚拟驾驶环境，可以分析驾驶员在不同环境下的驾驶行为特征、评价道路安全特性。在进行模拟驾驶的时候，可以人为地诱发驾驶员的驾驶疲劳临界状态［4］，利用脑电仪采集脑电波数据，利用眼动仪采集眼球位置与运动、瞳孔大小数据等［5］，从而科学分析驾驶行为安全性和评价道路设计安全性［6-8］，培养和训练学生交通安全分析和安全评价的能力。在本实验课中，该系统用于在特定的驾驶仿真环境下诱发驾驶员的驾驶疲劳状态。

图1 交通驾驶仿真模拟系统

（2）驾驶适应性检测系统。驾驶适应性检测系统（见图2）包含了生理水平检测和部分基本认知能力测评，用于检测和评价机动车驾驶员的职业适应性和驾驶安全可靠性。该系统基于教师的科研结论，筛选出动视力、暗适应、速度判断、手指灵活性等10多项身心条件指标，开发出相应的检测技术，从机动车驾驶员的生理和心理两个方面对其驾驶适应性进行定量检测和科学评价。在本实验课中，生理水平检测设备选取了动视力检测仪、暗适应检测仪、听力检测仪；部分基本认知能力测评设备选取了深度知觉检测仪、速度估计检测仪和复杂反应判断检测仪。

图2 驾驶适应性检测系统

（3）计算机化交通心理测试系统。计算机化交通心理测试系统（见图3）是基于国际通用的心理测试量表和经典的认知研究范式，由专业教师自主开发的计算机化的实验教学系统。该测试在计算机界面下进行心理测试和认知能力测评，软件将自动记录下相关数据，实现数据的转化和导出功能。在本实验课中，主要利用该系统提供的“简易疲劳量表BFI”测试驾驶员疲劳状态诱发情况，并对驾驶员的记忆和注意两方面的认知能力进行测评。

图3 计算机化交通心理测试系统

1.2 实验设备介绍

交通安全心理学实验课的3个系统主要涉及如表1所示的实验设备。

表1 交通安全心理实验设备

2 学科交叉视角的实验项目设计

2.1 设计原则

本实验从学科交叉思维和创新能力培养角度出发，紧扣培养方案和课程大纲，结合交通心理学仿真实验平台，立足轨道交通行业人才培养需求，建立了跨学科、层次化、主题式的实验教学理念，旨在启发学生的创新思维、培养学生创新实践能力和动手实操能力，为进一步的科研综合能力训练奠定基础。为了更好地开发实验项目，实现项目的系统性、个性化和协同性特点，实验教师对各个实验项目的实验原理、实验内容、实验步骤及实验考核不断完善，形成了较科学合理的实验课程设计。

2.2 实验内容与设计

2.2.1 实验内容

本实验课程属于综合创新型实验课，实验学分为1学分，实验学时为16学时。教学内容包括实验理论、实验操作方法和实验技能。教师在课程开展之初强调实验室安全操作规范和实验守则，详细讲解并示范驾驶模拟器、生理心理检测设备的使用和数据收集流程，教授交通作业人员的生理测量基础方法和基本认知能力测量技术，使学生掌握交通安全实验的设计方法和实验数据的处理分析方法。教师讲授的部分约占课程总学时的20%，其余时间均安排学生进行分组实验，教师在旁观察与指导。

2.2.2 实验项目设计

本课程包含两组实验项目，第1组实验项目旨在让学生学会使用相关检测设备和认识计算机化的认知能力检测方式，掌握经典的心理学测试任务在交通运输领域的应用，了解国家标准的设定；第2组实验项目旨在让学生实践交通安全心理学实证研究的全过程，对学科交叉研究思想有更深入的认识。实验流程设计如图4所示。每个实验项目的具体设计如下：

（1）实验项目1。学生分组，每组4或5人。教师为每1组分配检测设备，要求按照实验指导书操作，记录每1次的实验数据，随后各组自行交换设备；全体学生进入机房，进行计算机化的基本认知能力测试，在这里测试的认知能力是“注意”和“记忆”；将自己的数据与国家标准GB18463“机动车驾驶员身体条件及其测评要求”进行对照，判断自身情况是否符合驾驶员的能力要求。

（2）实验项目2。每组选出1名同学作为驾驶员进行连续性驾驶作业，作业任务为连续120 min以上的高速公路仿真场景的驾驶；驾驶作业结束后采用“简易疲劳量表BFI”进行疲劳的主观评估，根据量表计分结果比照常模，如果没有达到疲劳状态则再进行1 h的驾驶作业；如果已进入疲劳状态，则马上进行基本认知能力测评。将疲劳驾驶前后的测评得分进行统计分析，用SPSS软件进行t检验，对比正常状态和疲劳状态的基本认知能力是否存在显著性差异。

2.3 实验目标

通过实验教学的开展，学生不但要学会使用实验设备和掌握基本实验技能，强化动手和解决问题的能力，更重要的是培养科学严谨的思维与学术态度，用学科交叉的思维解决实际问题。本实验课将心理学的实验设计和研究范式，与交通运输作业任务相结合。指导学生完成交通从实验设计、研究方法选择、方案实施、数据分析处理到撰写实验报告的全过程。具体而言，本课程学习包含以下4项目标：

（1）学习驾驶适应性紧密相关的各项生理、心理指标的测试机理与测试方法。

（2）掌握安全生理与心理检测的常用设备，包括视觉、听觉、注意力、记忆的测量仪器等设备的使用方法。

（3）了解计算机化的基本认知能力和心理测试技术。

（4）掌握交通安全行为实验数据处理的技术与方法。

3 交叉学科实验教学实践

3.1 实验准备与训练

在实验准备阶段，实验教师检查驾驶仿真模拟器和检测设备是否运行良好，开启并调试好设备，向学生详细介绍实验的流程、设备操作方法和注意事项，并做好学生实验签到登记和设备使用登记。

随后学生分组，每组学生在正式实验开始之前，对每个检测设备进行3次训练［10］，训练内容包括设备操作和数据记录；对于计算机化的认知能力测试，也同样进行1遍软件设定好的训练程序，学会导出实验数据；对于驾驶仿真模拟器，要求每组进行模拟驾驶的学生熟悉控制界面，进行至少15 min的驾驶操作练习。

3.2 实验测试与数据收集

在实验开始时，每个实验小组分配到2或3台检测设备，这样就能让1名学生进行测试，1名学生记录数据。然后组内交换设备，全部实验完成后再在组间交换设备，交换之前将参数重置。表2所示为实验小组1在实验项目1中的测试数据。

表2 实验小组1的实验数据（实验项目1）

3.3 统计分析

对于实验数据的统计和分析，课程采用在心理学实证研究中广泛使用SPSS（Statistical Product and Service Solutions）统计分析软件进行数据分析处理。学生根据前置课程的学习和本实验课程的实验指导书要求，自行尝试操作软件，包括新建数据视图、变量定义、输入数据、选择分析方法和读取结果。

在本课程中，主要将正常状态下和驾驶疲劳状态下的基本认知能力进行对比，观测其是否达到统计学意义上的显著性差异。表3所示为安全工程专业1个班级学生的实验数据统计分析结果。

表3 正常状态下和驾驶疲劳状态下的基本认知能力匹配值（M±SD）

由t检验结果得出，本实验所选取的动视力、复杂反应判断、持续性注意、注意分配、视觉工作记忆广度和工作记忆这6项基本认知能力指标，在驾驶疲劳状态下与正常状态下出现显著差异。

3.4 实验报告与课程考核

本课程考核评分由“出勤率（20%）＋实验操作（20%）＋实验报告（60%）”3部分构成，除了要求学生必须到场实践操作以外，更加注重考查学生对心理学原理与范式的了解、设备的基本操作、实验数据采集的严谨性与客观性以及数据处理的科学性［11］。在实验报告中，要求学生必须报告实验目的、主要仪器设备、实验原理、实验内容及步骤（可画图示意）、实验数据计算分析、结果讨论等。尤其要在实验内容中报告自己在实验小组中的分工与作用，并要求在结果讨论中论述学科交叉思想在实验中的体现。

4 教学效果

本实验课程的设计具有跨学科、综合性、层次性的特点，既能让学生掌握基本的实验操作技能、验证前置课程的理论知识，也能引导学生以问题为主线开展实验研究，自主摸索解决问题的思路，培养科学思维和科学素养，取得较好的教学效果。

（1）学习兴趣和自主性增强。在实验过程中，教师除了一开始向学生讲授实验室安全守则和设备使用方法，其余时间都交给学生自己探索研究。当学生在操作遇到困难，教师会首先鼓励学生根据实验指导书自行摸索，或在组内展开讨论，而不是一味依靠教师的示范；对于实验设计，也鼓励学生根据兴趣自行设计和规划，但是要提供文献支撑。允许学生不断扩展学科交叉的深度和范围，并在最终考核中根据标准予以加分。

（2）综合素质提高。基于学科交叉视角的综合创新型实验教学在培养学生自主实验意识及动手能力上成效显著［12］。在参加课外实践和学科竞赛方面，经过交叉学科实验锻炼的学生，面对项目设计和设备操作的时候都更加从容，特别是现场竞赛中学生的心理素质和应变能力都得到加强，团队协作意识也不断增强，在近3年的“全国交通规划设计大赛”等学生课外实践竞赛中，无论是集体奖项还是个人奖项都取得了优异成绩；在论文发表中，参加了交叉学科实验教学训练的学生，发表论文的数量和层次都有很大进步。

在实验教学中由于打破学科知识界限、促进多个学科知识技能的深度融合，对进一步培养学生综合素质与协同创新能力具有积极作用［13］。

5 结 语

在交通安全心理学实验教学中，训练学生运用学科交叉思维，从对检测设备和驾驶模拟器的基础认知开始，到结合理论知识开展课题综合设计、到最终实现从问题着手进行深入实验研究，学生的创新能力、团队协作能力、独立思考和动手实践等基本科学研究素养都得到了发展和提高。本课程只是人因安全实验教学体系中的其中一门实验课，随着学生前置课程的学习和积累，还要进行更复杂和严谨的交通心理学实验设计，学会运用眼动仪、脑电仪、多导生理仪等实验设备采集和分析数据。

课程组还要不断改进实验教学设计，增加网络在线互动内容，如录制相关微课和微视频，并上传到专门网站上供学生预习，学生可根据预习内容在网站上与教师进行反馈与互动［14］。探索利用翻转课堂的教学模式，不断提高学生自主学习的能力，提升实验教学效率。课题组将不断改进实验内容与交通运输行业现场的契合度，深度融合多学科的知识技能，打破学科知识边界，进一步提高学生综合素质与协同创新能力［15］。