交通仿真场景式案例教学模式改革与实践

邴其春，陈秀锋，曲大义，魏金丽

（青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520）

《交通仿真》是交通工程专业的主干课程，在交通工程本科专业的培养目标中，交通仿真课程的教学质量对于完成交通工程本科专业的培养目标具有非常重要的意义。交通仿真的作用在于对现有系统或未来系统的交通运行状况进行再现或预先把握，从而对复杂的交通现象进行解释、分析、找出问题的症结，最终对所研究的交通系统进行优化[1]。针对该课程的特点，通过引入场景式案例教学模式，有效激发学生解决实际交通问题的欲望，力求在实践中提升课堂教学实效。

1 场景式案例教学模式的意义

场景式案例教学模式，是以案例为主线，以学生为主体，以教师为核心，以实验室为环境的教学模式，其对促进教学工作、提高教学质量具有重要意义。

1.1 能够有效提升授课效果

在场景式案例教学过程中，将以教师讲授为主逐渐转变为以学生动手实践为主，将学生被动接受知识转变为主动掌握知识解决实际交通问题，学生能够在课堂上更好地发挥主观能动性，积极主动地学习和思考。这种教学模式不但提高了学生对交通仿真软件的操作水平，同时也加深了学生对交通流基本参数的认识。

1.2 能够有效提高学生的动手能力和解决实际交通问题的能力

场景式案例教学模式以实际工程仿真案例为载体，能够很好地实现理论学习与实践操作相结合，有效提高学生的动手能力，使学生具备解决交通规划设计、交通组织优化等领域实际工程问题的能力[2]。

1.3 能够有效提高学生的创新能力

通过场景式案例教学，学生能够更为深入地思考并解决交通技术问题，将计算机技术与仿真技术相结合进行二次开发，真正做到学有所用、学有所长，逐步将交通仿真应用到横纵向科研项目中。

2 场景式教学案例库设计

案例教学最早是由哈佛大学法学院前院长Christopher Columbus Langdell教授提出的一种理论教学与实践相结合的教学方法。根据实际的工程场景案例，引导学生独立思考、自主学习，以提高运用理论知识解决实际问题的能力[3]。教学案例库的设计是场景式教学模式的核心，教学案例库设计的合理与否直接影响着交通仿真课程的教学效果。结合实际工程场景，设计如下教学案例库：

场景案例1：单点交叉口信号控制仿真。

选取青岛理工大学嘉陵江路校区附近嘉陵江东路-衡山路交叉口作为仿真对象，主要步骤包括添加路段、设置连接器、设置进口道展宽、设置左转待行区、设置车辆输入、设置路径决策、设置交通冲突、设置减速区、设置信号控制参数、添加检测器、设置节点评价、输出评价数据等，使学生掌握VISSIM交通仿真软件的基本操作。

场景案例2：干线交叉口协调控制仿真。

选取济宁市城市主干道洸河路沿线洸河路-共青团路、洸河路-浣笔泉路、洸河路-建设街、洸河路-供销路、洸河路-琵琶山路5个连续交叉口进行干线交叉口协调控制仿真。在单点交叉口信号控制仿真操作的基础上，通过调节相位差和相位相序实现洸河路沿线交叉口的单向绿波协调控制和双向绿波协调控制，并设置行程时间检测器、排队长度检测器等评价信号协调控制的效果。

场景案例3：立体交叉口仿真。

选取青岛市海尔路-银川东路交叉口立交改造工程作为仿真对象，项目可行性研究报告中给出了四类立交方案，如图1所示（P187）。按照方案给出的具体参数，利用VISSSIM软件搭建立体交叉口仿真模型，并设置数据检测点、行程时间检测器、排队长度检测器、节点检测器等评价不同立交方案的实施效果。

图1 海尔路-银川东路交叉口立交改造方案

场景案例4：公交车辆运行仿真。

选取青岛市隧道公交1号线嘉陵江路沿线作为仿真对象，分别构建港湾式公交停靠站仿真模型和直接式公交停靠站仿真模型。在仿真建模过程中，需要创建公交线路、设置公交车站、输入交通流量、设置期望车速分布、公交车辆发车间隔、公交站点乘客数、交叉口信号配时等参数，仿真评价隧道公交运行特性。

3 改革实践方案设计

场景式案例教学并不单纯是一种教学方法，而是涉及师生定位、教学组织、教学内容、综合评价等多个层面的全新教学模式。

3.1 学生主体、教师引导

场景式案例教学完全重置传统讲授式教学模式中师生的角色定位。教师不再是单纯的知识教授者，而是发挥学生主观能动性的引导者、促进者和合作者。教师通过场景式教学案例激发学生的求知欲、探索欲和好奇心。场景式案例作为理论知识的载体，能够引导学生整合课程知识点，在探索和解决实际工程问题的过程中对知识进行消化吸收，真正发挥学生的主体地位。

3.2 合作协商、共同提升

每5名学生划分为一个学习小组，每位小组成员具有不同的学科基础背景和实践认知层次，小组式合作学习一方面可以互补小组成员之间的认知差异，充分发挥学生的个体智慧和潜力；另一方面，学生之间的交流探讨也有助于知识的消化吸收和团队观念的训练。根据专业基础和接受能力的差异，学生分组完成案例库中的项目案例，在教师讲授相关基础理论知识的基础上，学生针对项目案例进行讨论交流，将理论知识和实践操作融会贯通，进一步提升学生对交通仿真的认识和理解。

3.3 真实案例、多元场景

在教学任务设计过程中，真实场景有助于激发学生解决实际问题的强烈欲望。在构建多场景教学案例库的基础上，学生从仿真路网搭建、仿真参数设置、仿真模型标定、仿真数据输出、仿真效果展示等方面全过程完成实际工程项目的交通仿真。最后，每个小组需要提交一份交通仿真报告，报告的撰写需要小组成员全员参与，标注每名成员提出的技术性方案和所作的贡献。在对项目研究报告进行逐轮修改完善之后，每个小组制作PPT进行汇报展示，接受老师同学的提问。

3.4 问题导向、循环建构

在以学生为中心的教学过程中，教师抛出需要解决的实际交通仿真场景，学生通过合作探究、交流碰撞、资料搜索、师生互动等形式对交通仿真基础知识和操作流程进行建构和再建构，使学生在知识的重构过程中不断增强知识的掌握程度，形成“教为主导，学为主体，疑为主轴，练为主线”的新型教学模式。每个小组完成交通仿真报告答辩之后，老师和全体学生需要对教学整个过程中的各个要素进行综合评价，对照评价指标体系逐项打分，对案例教学模式的实施效果给出一个客观公正的评价结果。