虚实结合的驾驶人风险感知能力评测教学实验设计与实践

郭凤香 和文耀 万华森 蔡晶 贾现广 熊坚

摘  要：驾驶人风险感知能力评测教学实验立足于我国高质量人才培养课程这一核心要素，充分考虑不同道路交通因素对驾驶人安全驾驶的影响，致力于打造虚实结合的线上线下混合式一流教学实验课程。该教学实验基于交通仿真技术，通过线上实验与线下仿真模拟实验相结合的方式，在任课教师的指导下，由学生自主完成课程学习、场景设计、线上或线下实验和实验报告等实验流程。培养学生在课程学习与实验中的创新性与主观能动性，提升学生综合素质与团队协作能力，综合考量学生对道路交通多项学科专业课的掌握情况，并基于现阶段的教学情况对未来提出展望。

关键词：交通仿真；实验教学；风险感知；驾驶模拟；线上教学

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）09-0046-04

Abstract： The teaching experiment of driver 's risk perception ability evaluation is based on the core element of high-quality talent training course in China， fully considering the influence of different road traffic factors on driver 's safe driving， and is committed to creating an online and offline hybrid first-class teaching experiment course combining virtual and real. The teaching experiment is based on traffic simulation technology. Through the combination of online experiment and offline simulation experiment， under the guidance of the teacher， the students independently complete the experimental process of course learning， scene design， online or offline experiment， experimental report and so on. To cultivate students' innovation and subjective initiative in course learning and experiment， improve students' comprehensive quality and team cooperation ability， comprehensively consider students' mastery of professional courses in many disciplines of road traffic， and put forward prospects for the future based on the current teaching situation.

Keywords： traffic simulation; experimental teaching; risk perception; driving simulation; online teaching

道路风险感知被定义为驾驶人在车辆驾驶过程中对道路风险的感受和认知能力，驾驶人经验、驾龄、性格特点和道路交通环境等都会影响驾驶人的风险感知能力，进而影响驾驶行为的安全性[1]。国内外许多研究者基于驾驶人的风险感知能力开展了许多研究。Borowsky等[2]、王丰元等[3]分析了不同驾驶经验与驾龄对驾驶人风险感知能力的影响，发现在面对突发情况时驾龄长的驾驶人对风险的感知能力更强，关注的危险区域范围更广。Stern等[4]通过评估老年驾驶人实际驾驶能力，证实驾驶人的年龄与视力会影响风险感知能力。除了应用于科学研究，随着社会与经济的发展，为深入推动教学实验改革与实验室建设，教育部《关于一流本科课程建设的实施意见》（教高〔2019〕 8号）文件中将虚拟仿真实验教学课程定为五大“金课”之一[5]。中共中央、国务院于2019年印发《中国教育现代化2035》也有效促进了高校对虚拟仿真实验教学项目建设的投入[6]。可以发现，驾驶模拟器对于部分风险场景的实验开展具有重要作用，仿真实验教学也已成为培养高质量人才的重要手段。

通过创建驾驶人风险感知能力测评教学实验，探究驾驶人对道路交通环境中各项风险因素的感知情况，不仅可以分析如驾龄、性别、视力等不同因素对驾驶人风险感知能力的影响，还可以通过实验教学对学生掌握交通工程、交通仿真、道路交通安全和交通心理学等课程的理论知识的情况进行综合考察，在实践中锻炼学生的各项能力，从而提升学生的综合能力与主观能动性。

一  教学目的

针对当前交通运输专业教学中存在的实践教学场地限制大、实际道路危险性高、难以开展等问题，从道路交通安全中的驾驶人风险感知这一研究热点入手，应用由昆明理工大学自主研发的驾驶模拟系统与三维虚拟技术开设驾驶人风险感知能力测评实验。以驾驶模拟器为实验平台，三维虚拟仿真技术为手段，在保证师生安全性的前提下，构建存在不同交通风险的道路场景，帮助学生直观地感受道路交通安全中的各类风险因素，体验虚拟仿真技术先进性。

以实践教学为主，充分发挥驾驶模拟器虚实结合的特点，在实验室已有实验设备的基础上，开设适用于交通仿真、交通安全等课程实验的教学实验，并充分考虑疫情因素对实验教学的影响，采用线上与线下兩种教学方式，锻炼学生的实践动手能力与团队合作能力，考核学生对道路交通安全、交通系统仿真技术、交通心理学等不同交通专业课程的掌握情况，学生通过学习虚拟场景设计软件开发实验场景，利用驾驶模拟设备开展虚拟仿真实验，提升对专业的兴趣。

二  本科教学案例

本教学实验的授课方式为线上教学与线下实验两种方式，首先由任课教师在课堂上讲授驾驶人风险感知、场景设计软件等的相关知识。然后任课教师示范相关软件与工具的操作流程，包括三维虚拟场景设计软件的具体操作流程与驾驶模拟器的使用方法，最后学生分组完成实验并撰写实验报告。其中，实验分为两个部分，分别为应用道路交通安全虚拟仿真实验平台软件的线上实验，以及使用三维虚拟软件与驾驶模拟器的仿真模拟实验。

（一）  线上实验教学

线上实验主要使用道路交通安全虚拟仿真实验平台RTSTest中的驾驶人风险感知能力测评模块，在电脑显示屏上点击风险点的方式完成实验。学生可以通过对多名不同类型（如性别、年龄、驾龄等）被试驾驶人（可以为有无驾驶执照的学生）评测实验数据的分析，了解驾驶人特性与风险感知能力的关系，探究驾驶人注意力对风险感知的影响，并分析对比风险感知能力的差异性。

在完成设备调试后，被试者选择图1中的“开始测试”按钮，开始风险感知测评实验，每个场景必须点击一次才算完成该题的测试并通过点击“下一题”按钮切换场景，共需要完成五个场景的测试，点击“结束测试”按钮查看综合测评结果。测试过程中，驾驶人主要通过视觉观察场景中的交通状况，场景中会设计多个具有潜在风险的危险源，其中只有一部分是真正的风险因素，受试驾驶人通过鼠标点击来标识其所认为的真正风险，如果判别错误则会导致行进车辆停止运行或发生事故。系统会根据被试者在不同测试场景中点击危险源的位置、点击时刻实时对每一次风险识别给出评分，按照不同的场景复杂度与道路中存在的干扰因素，每个场景的分数占比也不同，最终汇总为一百分制的总分，作为被试者本次风险感知测试实验的得分。

完成实验后，学生可以从平台导出测试数据（表1），并根据不同类型驾驶人鼠标点击的时间及对象、受试者获得的打分等参数，进行数据处理与数据分析。可以使用SPSS软件进行显著性分析，探讨不同因素对不同驾驶人的影响程度，也可使用stata软件，构建逻辑回归模型等，学生可以自行选择分析方法完成实验报告。

（二）  线下仿真模拟实验教学

仿真模拟实验与线上实验存在差异，其更注重考核学生的综合能力和专业知识运用能力。以昆明理工大学（简称“我校”）交通仿真课程中的一个基于驾驶模拟器的实验项目为例进行具体的教学方法展示，课程中的实验项目设计为基于驾驶模拟器的道路风险感知能力评测。实验的目的是为了让学生直观感受机动车驾驶过程中所面临的风险，以道路建模与仿真模拟实验为手段，强化学生对相关知识的掌握，并进一步提升学生综合能力。

线下实验教学主要分为五个部分：①任课教师在课堂上讲述实验的具体流程与相关知识，如三维虚拟软件的使用方法；②任课教师带领学生使用驾驶模拟器完成一次教学实验示范；③学生在参考已完成实验报告的基础上，分组完成实验方案的设计、仿真模型的构建以及被试者招募，一般为五人左右一组；④各组学生完成预实验后，在任课教师的监督下，使用驾驶模拟器完成仿真实验并记录数据；⑤学生按照分组撰写并提交实验报告。

首先，由任课教师在课堂上讲述实验的具体流程与相关知识，并带领学生使用驾驶模拟器完成一次实验示范，如图2所示。其次，学生分组完成实验方案设计、仿真模型建立与被试者招募，其中，各小组同学自主设计构建的虚拟仿真场景，可以是现实中的实际道路交通场景，也可以是完全自主设计的合理道路交通场景，例如一些典型的事故场景，并在设计场景中添加数个潜伏风险点和实际风险点。潜伏风险点为保持潜在状态的风险，如路侧静止的行人，仅仅会分散驾驶人注意力而不会对正常驾驶造成威胁，而实际风险点则为突然出现的横穿行人、紧急刹车的前方车辆或者是前方十字路口出现碰撞车辆等，会使车辆改变行驶速度、方向或者停止运行的风险点。

完成场景设计后，将实验场景导入驾驶模拟系统并进行仿真测试，仿真测试可由小组人员负责，主要保证场景运行流畅、各风险点的触发正常，以及帮助学生熟悉实验中的设备。实验要求被试驾驶人根据感知到的交通信息，结合自己已有的驾驶知识与经验，对道路线形、前车距离、车速等进行判断，并针对风险因素做出判断决策。

最后，在任课教师的监督下，学生招募被试驾驶人进行驾驶模拟实验。其中，实验被试驾驶人的招募、数据的记录、设备的使用均需在教师的监督下进行，以保证实验的顺利进行，并在紧急情况发生时可以及时且安全地处理。

实验结束后，各组整理并分析数据，撰写最终的实验报告，报告包括实验目的、虚拟场景建模、实验流程、参数选择、数据分析，以及代码附錄等。指导教师通过综合五个部分的评分给出实验课程的最终成绩，分别为：①学生上课积极性与参与度的考勤评分；②按照虚拟仿真场景设计时每位同学的实际工作情况的评分；③实验场景设计完成后，根据小组设计场景的合理性、道路线形的科学性、风险场景的真实性等进行场景评分；④实验过程中各小组的表现，包括对突发情况的处理、实验流程的合理性等方面进行实践评分；⑤实验结束后所提交实验报告的评分。

三  课程优势

自2020年初新型冠状病毒感染（COVID-19）在全球爆发以来，我国虽然通过封闭与隔离管理基本控制了国内疫情，但反弹往复的疫情仍会影响学校的开学和授课进度，也迫使许多学校选取线上教学的方式。线上授课虽然增强了学生与教师的互动性，但由于受场地、条件、设备的限制，各类实践课程无法顺利开展，如何保证学生无论是否在校都可以正常进行课程实验，从而在实验教学中进一步提升学生的实践能力与综合素质，已经成为各大高校的重要课题。本文提出的虚实结合的驾驶人风险感知能力评测教学实验具有线上与线下实验结合的特点，不仅适用于疫情下实验教学，还可以充分锻炼学生综合能力。

（一）  教学自由

线上实验教学课程采用道路交通安全虚拟仿真实验平台RTSTest中的驾驶人风险感知能力测评模块，与线下实验不同，线上教学实验避免了疫情等特殊情况的影响，没有时间与空间的限制，学生在家亦可在完成相关教学后通过网络登录指定网页完成实验，并通过分析实验数据撰写相关实验报告。相对于线下实验，线上教学实验具有教学简单方便、实验条件宽松和实验难度适中等优点，适用于疫情影响下的线上教学，减少了教学场地的限制。

（二）  资源共享

本课程相对于以往的课程教学，具有实验资源与数据共享的特点。该课程使用的平台部署在我校道路交通运输虚拟仿真实验教学中心的教学管理平台上，由专门的教师负责维护，可直接由网页登录。相较于线下实验学生需要申请实验室与特定设备的使用资格，线上实验学生仅需要进入固定网络页面，便可通过模块选取进行相关实验，做到了实验资源的实时共享。其次，通过登录特定网址，所有人都可以下载全部相关的线上实验数据，做到了实验数据的无差别共享。

（三）  激发学生思维

线下实验课程的教学从实验方案的设计，各类风险因素与道路因素的选取，到最终的被试驾驶人招募与实验进行，所有的实验流程均由学生负责和完成，任课教师仅提出指导性意见，学生可以充分地发挥主观能动性，在实验中发散思维。同时，道路建模与设计等方面的挑战，也可以促使学生在不断探索与解决困难的过程中，提升对专业的兴趣，验证并启发思维。

（四）  多科目综合教学考察

本实验教学采取线上线下混合教学的方式，综合考量学生对交通仿真、道路交通安全、道路工程和交通规划等不同课程的知识掌握情况，对不同道路交通课程学习情况进行综合考察。其中的实验总体方案的设计是对仿真道路交通安全课程知识的考察，仿真实验场景设计是对交通仿真课程知识的考察，场景中道路及路线的设计是对道路工程、交通规划课程的考察等。将不同的道路交通运输学科综合到一门实验教学课程中，在更全面地培养学生综合素质，锻炼团队协作能力的同时，也减少了学生以通过考试作为学习目标的弊端。

（五）  完整的评价体系

不同于普通课程仅以考试成绩作为评价依据，本实验依托的虚拟仿真实验教学平台可自动收集学生实验前辅助学习、实验过程指导、答疑、实验成绩相关数据，同时根据课后调查问卷，收集学生对实验系统、实验设计、学习效果等方面的评价与反馈信息，进行统计与分析，以便于教师进一步对实验项目进行改进，提高虚拟实验教学的质量。

四  教学分析与展望

课程结束后，对上课学生进行问询，发现实验教学课程存在的问题表现在几个方面。首先，学生采用分组合作的方式完成实验，一方面是为了锻炼学生的团队合作能力与实践能力，另一方面也是为了尽可能地控制课程的难度。但部分学生反映在实验工作分组中存在不平衡现象，如何平衡每位学生的工作量与工作难度，完善实验评分体系，是课程面临的首要问题。其次，线上教学实验是为了实现疫情状态下开展课程实验，减少空间与时间因素对实验开展的限制，但进行线上教学实验时如何保证每位同学的课堂参与度与专注度，确保每一位学生可以专心听讲，提升线上教学实验的学习效果，是本课程面临的第二个问题。

在未来，实验教学仍将以学生实践能力的提升作为核心，充分发挥驾驶模拟器虚实结合的特点，在推进线上线下混合实验课程教学的同时，完善虚拟仿真实验教学的教学计划，明确和建立合理全面的实验考核流程与完整的考核方案，以发展学生创新性与主观能动性为主体，着重于不同实验室资源的共享，发挥不同实验室的特点与优势，构建共享实验平台与不同实验室间的联合实验教学课程，全面提升学生的综合素质。

参考文献：

[1] 艾倩楠.基于驾驶员指标的驾驶员风险感知水平评价[J].中国安全科学学报，2018，28（12）：144-149.

[2] BOROWSKY A， SHINAR D， ORON-GILAD T. Age， skill， and hazard perception in driving[J].Accident Analysis & Prevention， 2010，42（4）：1240-1249.

[3] 王豐元，陈晓婷.虚拟试验下驾龄对驾驶人危险感知特性的影响[J].现代交通技术，2018，15（1）：61-64.

[4] STERN R A， ABULARACH L M， SEICHEPINE D R， et al. Office-based assessment of at-risk driving in older adults with and without cognitive impairment[J]. Journal of geriatric psychiatry and neurology， 2016，29（6）：352-360.

[5] 教育部关于一流本科课程建设的实施意见（教高〔2019〕 8号）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

[6] 中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》[N].人民日报，2019-02-24（001）.