毋妙丽 段晓英

同济大学道路与交通教育部重点实验室 上海 201804

交通工程专业在本科生的毕业目标中要求学生具有一定的研究能力、使用现代工具的能力以及工程设计等解决复杂问题的能力，同时要求学生成为有多学科交叉融合和团队协作精神的高素质复合型人才。综合能力的培养与实验教学的设备、人员及技术技能相关，只有对原有实验进行调整，才能满足学生认知、自主和创新实验的要求。近年来，为适应学科发展需要，道路与交通工程教育部重点实验室已投入了大量资金，购置高精尖的科研平台，指导教师也积累了大量实验经验。已制订一系列的管理制度和合理的实验教学模式将先进的大型科研仪器有计划地应用在本科生的实验教学中。借鉴国内外高校在创新性人才培养策略，重视学生的技能培养及数据信息处理手段的锻炼[1]，通过高效的实验教学手段，力争满足学生能力培养的实验教学的需求。本文将以道路安全实验的教学探索阐述科研平台对本科生能力的提升作用。

1 实验设计的总体思想

道路交通安全与人、车、路和环境等交通综合因素是分不开的。传统的道路安全实验项目包括对某一路段进行现场勘查、交通环境认知及汽车行驶机理等方便调查及评价实验。受到场地、环境及学生外出安全等因素的影响，进行实地调查有相当的困难，实验效率低。随着汽车保有量的增加，人—车—路之间的矛盾变得更加尖锐。我国交警每年接报事故的总量在500万起左右，并且通过对交通事故原因的分析可知，在引起交通事故的因素中人的因素占有相当大的比例，约为40%[2]。人在交通环境中对外界条件有限的适应能力与现在交通工具的高速发展之间的矛盾也使得事故频发；国内外研究人员对车道变换时驾驶员的行为进行了诸多研究[3-6]；在负载环境下驾驶人的心率、视觉动态、驾驶操作行为等变化都对行车安全性造成影响[7,8]。以前由于仪器设备限制，无法进行实车驾驶时驾驶员的心理和生理监测，学生对特定环境下的驾驶行为没有直观的认识。为改善复杂环境下的道路实验，借助实验室科研平台—8自由高仿真驾驶平台及心生理分析仪，对道路设计、人的因素、气候环境等模拟现场进行安全评价。相对于实车实验，驾驶模拟实验具有更安全、影响因素更可控、实验可重复性高及更易获得大量数据进行分析等优势。平台自2011年建成以来在道路安全科研实验方面积累了多种经验，结合心理和生理的分析仪可进行人为因素研究、先进的车辆安全系统认知回应研究、身体损伤研究、分心驾驶研究等多种影响安全项目的教学实验。实验表明，将先进的科研平台应用到实验教学改革对学生的技能培养和思维训练起到积极的推动作用。

2 实验类型的设置

实验项目在设置时从道路安全影响因素出发，采用阶段递进式的实验教学模式。在考虑所有学生受益同时结合因人施教的个性化实验研究需求，我们采用两种实验类型：认知型实验和研究探索型实验。

2.1 认知型实验

认知型实验并不是走马观花形式上的参观，其基于专业认证对学生知识能力的要求，即需要有宽广的专业知识面和各种技能的训练。通过认知型实验，扩展学生的视野，体验到真实的科研环境和先进的科研装备；了解实验过程，如何应用数据进行道路安全评价。用于道路安全实验的科研仪器设备有：8自由度驾驶模拟实验平台、眼动仪、血氧仪等，如图1所示。自由度模拟平台可模拟各种道路线形和各种气候环境；血氧仪主要用于分析测试环境下的生理变化；眼动仪记录驾驶人在行使过程中的注视点及眼球的运动变化。有课时限制的认知实验将由指导教师给定一个特定的道路场景，按实际情况进行分组驾驶实验，每次实验数据包括驾驶人在驾驶过程中的道路信息、车辆数据、心率和血氧浓度数据、眼动仪等数据。要求学生从海量数据中根据自己关注的问题提取多组数据进行数值分析，研究道路、气候环境及驾驶行为的关系，从实验数据中分析并形成报告。对于有能力进行更深入的或课外创新的同学可参加开放型研究探索型实验。

图1 实验设备

2.2 研究探索型实验

研究探索型实验是从训练学生研究能力，多学科交叉技能和团队合作精神出发，学生可根据所学专业知识点和兴趣选题，或由指导教师凝练实验内容，学生组队完成复杂的实验项目过程。所用的仪器与图1相同。实验室提供一个开放自主的实验环境，尽可能地释放学生的学习能力和教师实验指导能力，实现学生从验证、设计为主的实验向科研探索实验的逐步转变[9]。研究探索实验采用因人施教的原则对学生有多方面的要求。相对于认知实验学生需要了解平台的原理，学习该平台集道路、交通、信息通信、机械及汽车等交叉学科知识。要求学生参加仪器使用培训并能独立操作，熟悉使用模拟软件并正确提取分析数据。学生可借用或自主设计测试场景，在多次讨论实验方案可行后方可进行实际实验。该实验要求学生要有道路设计能力，3D模型制作、信息处理机数据分析方法等交叉学科的知识，要有一定的组织能力招募驾驶人，要设计问卷调查等，最后根据多种信息完成对道路安全的评价，凝练完成实验报告。

图2为两种实验的过程流程图，由图可见，探究探索型实验在实验准备、实验过程、技能需求、团队协作等方面比认知型实验要求要高得多。很显然，经过这样一个完整的实验，学生的研究能力的到很大提高。

图2 两种实验的过程流程图

近两年，在开放实验教学的实践中，多组学生参加“大创”“交科”等竞赛实验并取得了多个奖项。实验教师在指导学生过程中以研究的态度和眼光开展实验教学和建设，不断总结经验，提升了教学技术手段和实验效果。

3 实验效果分析

认知型实验和研究探究型实验经过两年的探索与实践，各有千秋。认知型实验是在学生掌握理论基础的基础上，将先进的仪器应用在本科教学，开阔学生视野和使用新技术的能力，课程的所有学生均可受益，体现以学生为中心公平教育。探究探索型实验以启发式、互动式、研究式的实验教学模式，对部分有兴趣和有一定研究能力的学生开放，培养他们科学研究能力和团队协作，体现以学生为主体实行因材施教的实验教学改革[10]。这两种实验的教学应用也符合学院构建的“基础—训练—交流—竞技”的大学生科技创新平台，在先进的实验平台支撑下引导学生主动参与创新训练项目，激发学生的科研热情和创新思维能力的要求。在道路安全实验教学的探索和经验基础上将逐步开发其他设备在本科实验教学项目。

参考文献

[1]丛培盛,柴晓兰.大型分析仪器实验精准教学体系建设与实践[J].实验室研究与探索,2017(5):268-270.

[2]刘炳华,闫新勇.浅析山区高速公路道路交通安全的影响因素[J].河北交通职业技术学院学报,2017(1):52-55.

[3]Salvucci D D,Liu A. The time course of a lane change: driver control and eye-movement behavior[J]. Transportation Research Part F:Traffic Psychology and Behaviour,2002,5(2):123-132.

[4]郭应时,郭艳君,付锐.车道变换过程中驾驶人操作和注视行为[J].长安大学学报,2014(4):115-119.

[5]袁伟,徐远新,郭应时.车道变换与直行时的驾驶人注视转移特性[J].长安大学学报,2015(5):124-130.

[6]Olsen E. C. B, Lee. S. E, Wierwille W. W. Eye Glance Behavior During Lane Changes and Straight- ahead Driving[J].Transportation Research Record, 2005,1937(1):44-50.

[7]Andra Kemeny. Virtual testing with driving simulators, DSC 2008 Europe Driving simulation conference[R]. 2008:17-20.

[8]Salvucci D D, Liu A. The time course of a lane change: driver control and eye-movement behavior [J]. Transportation Research Part F: Traffic Psychol- ogy and Behavior, 2002,5(2):123-132.

[9]白立飞,方夏,杜攀.仪器分析实验教学改革与实践[J].江苏教育学院学报:自然科学版,2013,29(4):41-43.

[10]蒲贤洁,欧增福,韩忠.基于开放实验室的大学生科研训练项目实例[J].实验技术与管理,2017(3):237-241.