何烈云
摘要:實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐動(dòng)手能力不可或缺的教學(xué)模式,要想提高公安交通管理工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量,解決傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)受到時(shí)間、空間、安全等因素制約的困境,在教學(xué)中采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境不失為一種有效的途徑。本文以浙江警察學(xué)院為例,從公安交通管理工程專業(yè)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的必要性、可行性和應(yīng)用前景出發(fā),提出了公安交通管理工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展方向和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)的思路。
關(guān)鍵詞:職業(yè)院校;實(shí)訓(xùn)室;信息化;管理;策略
中圖分類(lèi)號(hào):D412.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 論文編號(hào):1674-2117(2017)21-0094-05
教育部教育管理信息中心計(jì)劃在2015年度繼續(xù)建設(shè)100個(gè)左右的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,重點(diǎn)開(kāi)展資源、平臺(tái)、隊(duì)伍和制度等方面的建設(shè),形成持續(xù)服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué),保證優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開(kāi)放共享的有機(jī)整體。[1]浙江省教育廳劉希平廳長(zhǎng)指出,信息化是教育現(xiàn)代化的必要條件,教學(xué)環(huán)境虛擬化是信息化教育的特征之一。[2]教師在教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)不受時(shí)間、空間限制的虛擬化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解;同時(shí)這樣能夠使課程教學(xué)與實(shí)際道路交通管理和交通工程問(wèn)題有機(jī)結(jié)合,提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,對(duì)培養(yǎng)交通管理工程專業(yè)學(xué)生的工程思維能力和創(chuàng)新精神起著重要的作用。
建設(shè)交通管理工程專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)中心的必要性
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育教學(xué)體系中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),并且越來(lái)越成為高等教育的重要組成部分,是提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。[3]在從事道路交通管理工程專業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中,教師不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)道路交通管理基礎(chǔ)知識(shí)和道路交通工程基本原理的掌握,更要重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。但在日常的教學(xué)中,由于受到時(shí)間、空間、成本、安全因素的限制,學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)無(wú)法充分進(jìn)行。
1.交通管理工程專業(yè)課程體系的內(nèi)在需要
浙江警察學(xué)院交通管理專業(yè)開(kāi)設(shè)的核心模塊課程包括道路交通秩序管理、道路交通事故處理、交通事故再現(xiàn)、車(chē)輛與駕駛?cè)斯芾怼⑵?chē)構(gòu)造、車(chē)輛安全鑒定技術(shù)、道路工程基礎(chǔ)、交通工程學(xué)、道路交通控制學(xué)、交通規(guī)劃與組織等。
交通事故碰撞模型是道路交通安全研究的理論基礎(chǔ),其主要內(nèi)容涉及到動(dòng)力學(xué)理論、汽車(chē)構(gòu)造理論、人體生物力學(xué)理論、材料力學(xué)理論等。交通流理論則是交通工程與交通控制的理論基礎(chǔ),其主要內(nèi)容涉及交通流的概率統(tǒng)計(jì)論、車(chē)輛跟馳理論、車(chē)流波理論、車(chē)輛排隊(duì)理論和控制論等。[4]上述諸多理論是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),通過(guò)大量的實(shí)踐總結(jié)而形成的,學(xué)生在理論學(xué)習(xí)過(guò)程中往往感到晦澀難懂、枯燥抽象,不能把所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通。因此,交通管理工程專業(yè)課程教學(xué)改革的一個(gè)重要目標(biāo)是向?qū)W生展現(xiàn)理論知識(shí)的形成過(guò)程,讓學(xué)生真正參與到發(fā)現(xiàn)和總結(jié)規(guī)律的過(guò)程中來(lái),培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新意識(shí),幫助他們理解并掌握知識(shí)。
2.交通管理工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的外在需要
近年來(lái),公安院校為了更好地培養(yǎng)應(yīng)用型警務(wù)人才,加大實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)比例,開(kāi)展校局合作和院校合作,邀請(qǐng)基層教官參與教學(xué)活動(dòng)及教師下基層鍛煉,在一定程度上提高了學(xué)生的公安實(shí)踐業(yè)務(wù)能力。但基層用人單位普遍反映,公安院校實(shí)習(xí)生和畢業(yè)生的動(dòng)手能力不足,公安業(yè)務(wù)水平操作不高,無(wú)法將在校期間所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)踐工作有機(jī)結(jié)合,甚至不具備獨(dú)立完成交通執(zhí)法案卷基本業(yè)務(wù)的能力,在交通工程、交通控制方面能力更加欠缺,滿足不了基層對(duì)公安交通管理人才的需求。造成上述現(xiàn)象的原因有以下四個(gè)方面:
一是教師教學(xué)方法單一,實(shí)踐教學(xué)缺乏。目前,教師教學(xué)主要采用“PPT+講授”教學(xué)方法,注重理論知識(shí)的灌輸,實(shí)踐教學(xué)課時(shí)數(shù)仍然偏少,公安交通管理工程專業(yè)尚未建立起系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。
二是教師對(duì)實(shí)踐教學(xué)具有畏難情緒,不愿開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)相對(duì)理論教學(xué)而言對(duì)教師的要求更高,整個(gè)教學(xué)過(guò)程更加復(fù)雜。實(shí)踐教學(xué)前要進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作,實(shí)踐教學(xué)中要分組指導(dǎo),實(shí)踐教學(xué)后又要批改學(xué)生實(shí)驗(yàn)(實(shí)訓(xùn))報(bào)告,增加了工作量。
三是傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)受到諸多因素制約,實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展難度大。例如,在開(kāi)展道路交通安全研究實(shí)踐教學(xué)時(shí),由于受場(chǎng)地條件和資金限制,無(wú)法采用實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn);在開(kāi)展道路交通工程內(nèi)容實(shí)踐教學(xué)時(shí),為了準(zhǔn)確得到交通流特征,必須選擇在受外界干擾因素較少的高速公路或城市快速路進(jìn)行觀察,然而由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境具有高危性,實(shí)驗(yàn)參數(shù)不可控或不可逆,實(shí)施難度很大。
四是專業(yè)實(shí)習(xí)考核體系不完善,學(xué)生基層實(shí)習(xí)效果不佳。當(dāng)前交通管理工程專業(yè)學(xué)生在專業(yè)實(shí)習(xí)時(shí),由于基層單位安排實(shí)習(xí)崗位不夠合理、實(shí)習(xí)崗位相對(duì)固定,無(wú)法接觸到豐富全面的公安交通管理業(yè)務(wù)。
建設(shè)交通管理工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的可行性
1.VR技術(shù)和交通安全領(lǐng)域相結(jié)合,為建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心提供了平臺(tái)
利用VR技術(shù)開(kāi)展虛擬仿真教學(xué),可以解決理論和實(shí)驗(yàn)不能解決的問(wèn)題。[5]汽車(chē)駕駛模擬機(jī)是VR技術(shù)和交通安全領(lǐng)域相結(jié)合的產(chǎn)物,在教學(xué)中學(xué)生可以通過(guò)模擬器的操作部件與虛擬的環(huán)境進(jìn)行交互,研究駕駛?cè)说男睦碜兓蛻?yīng)急處置要求,進(jìn)而提高人、車(chē)、路和環(huán)境交通系統(tǒng)的安全性,并在此基礎(chǔ)上研究如何科學(xué)地設(shè)置駕駛?cè)丝荚嚋y(cè)試方法和規(guī)則,完善交通安全宣傳與教育的原則和手段。
2.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心提供了軟件支持
隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多與交通管理專業(yè)課程相關(guān)的仿真軟件研發(fā)并投入使用,為開(kāi)展虛擬化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了方便。到目前為止,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)推出了幾百種交通流模擬仿真軟件,這些交通模擬軟件所基于的模擬模型中既有宏觀方面的,也有微觀方面的和中觀方面的。宏觀仿真的軟件包括TranStar、CORFLO、TRANSTY、TranCAD;中觀的模擬軟件包括DYNAMIT、DYNEMO、DYNASMAR和METROPOLIS;微觀的交通模擬軟件包括VISSIM、TSIS、COSIM、TRANSYT。交通事故分析與再現(xiàn)仿真軟件類(lèi)型也有很多,當(dāng)前比較成熟的:有美國(guó)道路交通安全局NHTSA資助研究出的SMAC、CRASH、HVOSM交通事故再現(xiàn)軟件,美國(guó)Livermore軟件技術(shù)公司LSTC開(kāi)發(fā)的LS-DYNA3D以及法國(guó)ESI公司的PAM-CRASH交通事故再現(xiàn)軟件;荷蘭TNO開(kāi)發(fā)的針對(duì)碰撞安全工程的仿真軟件MADYMO,奧地利刑事研究所開(kāi)發(fā)的PC-Crash車(chē)輛碰撞模擬軟件。如果教師在開(kāi)展交通管理專業(yè)課程教學(xué)時(shí)根據(jù)不同的課程、教學(xué)內(nèi)容需要,靈活選取以上不同的教學(xué)仿真軟件,則可以滿足日常實(shí)踐教學(xué)中虛擬仿真的需求。endprint
3.公安交通管理信息化推進(jìn),為建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心提供外部環(huán)境支持
2010年,公安部交通管理局作出了對(duì)交通管理信息系統(tǒng)實(shí)施大整合,在全國(guó)開(kāi)展公安交通管理綜合應(yīng)用平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“綜合應(yīng)用平臺(tái)”)建設(shè)的重大決定,當(dāng)前該平臺(tái)已在全國(guó)各地建成使用。綜合應(yīng)用平臺(tái)將機(jī)動(dòng)車(chē)和駕駛?cè)速Y源庫(kù)建設(shè)以及機(jī)動(dòng)車(chē)登記、駕駛證管理、交通違法處理、交通事故處理等六大業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合在一起,是目前基層交警部門(mén)最重要的工作平臺(tái)。另外,它也是虛擬化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),能夠方便專業(yè)教師開(kāi)展車(chē)駕管理業(yè)務(wù)、交通秩序管理和交通事故處理課程的教學(xué)授課。浙江警察學(xué)院交通管理工程系在2015年研發(fā)了綜合應(yīng)用平臺(tái)教學(xué)版軟件,極大地方便了教師在交通管理類(lèi)課堂中使用虛擬化實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。同時(shí),學(xué)生也可借助該平臺(tái)模擬開(kāi)展違法交通事故案件辦理及車(chē)輛和駕駛?cè)藰I(yè)務(wù)辦理。
交通管理工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)的思路
浙江警察學(xué)院道路交通管理工程系在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的過(guò)程中,充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室建設(shè)優(yōu)勢(shì)條件,根據(jù)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容確定虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,改革現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)管理體制,不斷提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心在教學(xué)中的強(qiáng)大作用,實(shí)現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)資源的開(kāi)放和共享。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)框架如下圖所示。
1.利用現(xiàn)有的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室資源,搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)
浙江警察學(xué)院交通管理工程系實(shí)驗(yàn)室建設(shè)位居全國(guó)同類(lèi)院校的前列,實(shí)驗(yàn)室配備的軟件和硬件較為先進(jìn)。目前,建成或正在建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室有交通事故勘查、機(jī)動(dòng)車(chē)安全技術(shù)檢驗(yàn)鑒定、交通管理信息系統(tǒng)、智能交通、駕駛適應(yīng)性、交通工程與控制、交通事故再現(xiàn)、交通仿真等實(shí)驗(yàn)室,并擁有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)大樓。2013年10月,浙江警察學(xué)院的“基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的公安信息化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室”被評(píng)為公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,其中智能交通是公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室四個(gè)研究方向之一。以上這些有利條件,為建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心奠定了基礎(chǔ)。同時(shí),在虛擬實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)時(shí),還對(duì)現(xiàn)有的資源進(jìn)行梳理分類(lèi),根據(jù)學(xué)科內(nèi)容和特點(diǎn)將其劃分為交通安全和管理、交通工程和控制兩大課程群,形成了交通仿真工程軟件、交通安全仿真軟件、交通執(zhí)法模擬平臺(tái)、汽車(chē)駕駛模擬VR技術(shù)四類(lèi)仿真工具,并為不同課程提供理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué),開(kāi)設(shè)了虛擬仿真項(xiàng)目。
2.堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則,開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目
在日常的教學(xué)活動(dòng)中,如果教師能學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用,仿真軟件就能發(fā)揮出意想不到的效果。例如,事故再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室所配備的PC-crash仿真軟件,不僅能夠在線仿真各類(lèi)道路交通事故,還可以仿真機(jī)動(dòng)車(chē)行駛特性、駕駛?cè)说膽?yīng)急處置、環(huán)境對(duì)駕駛的影響、交通事故人體傷害特征、機(jī)動(dòng)車(chē)安全技術(shù)等相關(guān)實(shí)驗(yàn),進(jìn)而為《交通秩序管理》《交通事故處理》《汽車(chē)構(gòu)造》《道路工程》《交通工程》《車(chē)輛和駕駛?cè)斯芾怼返日n程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)服務(wù)。交通工程與控制所配置的Vissim交通仿真軟件,可以從微觀領(lǐng)域?qū)Φ缆飞系慕煌ㄟ\(yùn)行情況進(jìn)行模擬,教師還可以利用該軟件研究交通流三參數(shù)之間的相互關(guān)系、機(jī)動(dòng)車(chē)跟馳特點(diǎn)車(chē)道變換基本原則、交通信號(hào)控制路口交通流特點(diǎn)等內(nèi)容。實(shí)踐表明,教師在開(kāi)展交通管理專業(yè)課程教學(xué)時(shí),若能根據(jù)不同的課程教學(xué)內(nèi)容需要,堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則[6],確定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,則可以有效提高教學(xué)效率。
3.改變現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室管理體系,提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心高效運(yùn)行的制度保障
科學(xué)的實(shí)驗(yàn)管理體系、完備的規(guī)章制度是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心有序高效運(yùn)行的保障。當(dāng)前浙江警察學(xué)院交通管理工程專業(yè)的所有實(shí)驗(yàn)室日常管理和教學(xué)保障工作,全部由學(xué)?,F(xiàn)代教育技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé),中心實(shí)驗(yàn)員承擔(dān)著教學(xué)實(shí)驗(yàn)、科研實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室的日常管理三項(xiàng)任務(wù)。這種統(tǒng)一管理模式從某種程度上整合了資源,減輕了各系部的工作量。但這種管理模式也存在很大弊端,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是教師開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)手續(xù)繁瑣,要在開(kāi)學(xué)前提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申請(qǐng)并經(jīng)過(guò)層層審批,如果不同專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間有沖突還要反復(fù)調(diào)整,甚至重新申報(bào)調(diào)整。因此,教師往往因?yàn)樘珡?fù)雜的審批流程而不愿開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,如果教師想開(kāi)展超過(guò)教學(xué)范圍的科研實(shí)驗(yàn),難度就更大了,且學(xué)生借用實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)開(kāi)展科研更是難以保證。二是教師開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí),工作量非常大。正常情況下,實(shí)驗(yàn)員應(yīng)該有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平,而當(dāng)前實(shí)驗(yàn)中心所配備的管理員往往專業(yè)知識(shí)缺乏,對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助作用不大。同時(shí),交通管理工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室專業(yè)性特強(qiáng),除機(jī)房以外其他專業(yè)基本不能共享,造成了實(shí)驗(yàn)室利用率低。如果上述模式不改變,一定會(huì)給虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)帶來(lái)制度上的阻礙。因此,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心工作人員需要有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí),具備從事虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)工作的能力,并掌握從事相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)案例開(kāi)發(fā)工作的技能。
4.依托校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心資源開(kāi)放共享
國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)通知提出明確要求,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)應(yīng)“按照服務(wù)與資源相結(jié)合的原則,建設(shè)學(xué)校統(tǒng)一的具有開(kāi)放性、擴(kuò)展性、兼容性、前瞻性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái),高效管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,全面提供搜索導(dǎo)航服務(wù),及時(shí)發(fā)布資源應(yīng)用信息,切實(shí)擴(kuò)大資源影響力度,實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更大范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享,滿足多學(xué)科專業(yè)、多學(xué)校和多地區(qū)開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要”。[7]信息化平臺(tái)的搭建與互聯(lián)可以使學(xué)生有更多機(jī)會(huì)參加高水平的實(shí)驗(yàn),滿足虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)信息技術(shù)的要求,并使更多的學(xué)生隨時(shí)隨地地享用優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,進(jìn)而提高其實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神;同時(shí),也可以使教師的教學(xué)理念得到更新,教學(xué)能力得到提升,教學(xué)水平進(jìn)一步提高。因此,如何科學(xué)合理地搭建實(shí)驗(yàn)室信息化平臺(tái)尤為重要。
目前,各實(shí)驗(yàn)室所配備的虛擬仿真資源尚處于“信息孤島”狀態(tài),無(wú)法支持課程和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展。因此,我們要借助現(xiàn)有的校園網(wǎng)絡(luò)和實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái),構(gòu)建滿足課堂教學(xué)和師生科研的開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái),實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)校內(nèi)共享,最終達(dá)到本地區(qū)及更廣泛圍內(nèi)的資源共享,滿足跨校區(qū)、多學(xué)科專業(yè)、多學(xué)校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。
結(jié)語(yǔ)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容,體現(xiàn)了信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合發(fā)展,以及與學(xué)科專業(yè)深度融合帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新。為更好地進(jìn)行交通管理工程專業(yè)課程教學(xué),教師可以基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng),并用深入淺出的生動(dòng)語(yǔ)言和有趣的虛擬仿真實(shí)驗(yàn),把教學(xué)內(nèi)容中的概念、規(guī)律和模型以新奇的方式呈現(xiàn)給學(xué)生,使課堂氣氛活躍、引人入勝,從而提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)更多、更好的應(yīng)用型警務(wù)人才。endprint