研究生课程实施研究型教学方法探讨

——以“交通系统仿真技术及应用”为例

 
摘要：以“交通系统仿真技术及应用”为例对研究生课程实施研究型教学方法进行了探讨，在分析教学现状与存在问题的基础上，针对性地提出并实施了从教学内容、理论与实践互动以及专题研究等方面的教学改革措施，取得了较好的效果。
关键词：研究生教学；交通系统仿真技术及应用；教学改革与实践；专题研究    教育教学论坛
中图分类号：      文献标志码：        文章编号：
Discussion on the research-oriented teaching method of the graduate student curriculum
—A case study on ‘simulation technology and application of traffic system’
‘Simulation technology and application of traffic system’ was taken as an example, a research-oriented teaching method of the graduate student curriculum, was discussed in the present study; on the basis of analysis of the teaching status and existing problems, the teaching reform measures were put forward and implemented, including: teaching content, interaction between theory and practice and monographic study. Results have showed its efficiency.
Key words: Postgraduate teaching; Simulation technology and application of traffic system; Teaching reform and practice; Monographic study
 

1 引言

研究生教育是我国教育结构中最高层次的教育，肩负着培养高素质、高层次创造性人才的重任^[]。保证研究生的质量要从基础着手，而研究生的课程与教学正是整个研究生教育的基础所在。为了促进我校研究生教育的改革和发展，进一步优化研究生培养方案、课程体系和课程内容，加强研究生优质教育资源共享体系的建设，促进研究生培养质量的提高，我校实施了研究生百门核心课程建设计划，其建设重点是更新研究生课程教学内容，引入研究生教学教育新理念，改进教学方法及手段，规范课程上课秩序，提高课程教学质量，为研究生创新能力的培养构造科学合理的知识结构。本文以“交通系统仿真技术及应用”研究生课程为例对实施研究型教学方法进行探讨。

2.课程教学现状与存在问题分析

在研究生教学活动中， 课程教学是培养研究生在本门学科内掌握坚实的基础理 论和系统的专门知识的主要手段，但教学方法的单一性现象仍然十分严重。诸如：“填鸭式教学”使得很多研究生养成了“上课记笔记，下课看笔记，考试背笔记”的不良习惯；尤其是扩招后人数较多的专业课堂上，教师往往只能满堂讲授，没有机会也不可能实施启发式教学或与学生进行交流，这在很大程度上不利于研究生形成批判性思维、创新思维，也不利于训练其将来在实际工作中解决问题的能力。另外，研究生鲜有机会参与学科前沿知识相应的模拟实战学习，而局限于“纸上谈兵”。研究生作为将来高科技领域的主导群体，洞察力、想象力和应变力十分重要，因此，如何实现研究生定向思维的突破和能力的提高，是现有研究生课程教学改革的关键 ^[]。

2.1研究型教学教材缺乏

 “研究型”学习教材的缺乏，使得研究生学习停留在学习前人积累的知识，不能创造性学习、创新新知识。^[] “仿真科学与技术”已成为人类认识与改造客观世界的重要方法， 在关系国家实力和安全的关键领域， 如航空航天、信息、生物、材料、能源、先进制造、农业、教育、军事、 交通、医学等领域，发挥着不可或缺的作用^[]。 仿真科学主要应用于复杂系统、实验困难、或研究成本较高的相关领域。交通运输领域是继航空航天之后，最早步入仿真科学的领域。这是因为在交通运输领域，道路、车辆、道路使用者、环境构成了一个复杂的系统。其中，路网设计、交通流分布、道路使用者行为特征、交通安全等问题是交通运输领域重要的研究和设计内容。在教学与研究的过程中出现的实验困难、研究成本高等问题随之而来，而仿真科学的导入成为国际上解决此类问题的一种重要而有效的方法。课程的设置首先需要选择合适的教材，而国内教材市场上大多为“系统仿真”类通用教材，尽管在系统仿真方法方面具有相对完整的内容体系，但并未突出研究生教学的专业特色，现有专门针对交通运输系统的仿真类教材如表1所示：
表1 典型的国内交通系统仿真类教材

书  名	出版时间	教材内容
道路交通系统仿真	2004.9	对道路交通系统仿真的原理、模型与方法作了系统全面的介绍。主要对公路、信号交叉口、城市道路、行人和非机动车、道路交通环境以及道路交通系统仿真软件简介和交通仿真实例等。但不包含车辆、物流等系统的仿真。
交通系统仿真技术	2002.9	对交通系统仿真技术作了系统而全面的介绍。主要内容包括：计算机仿真基础、交通系统五个基本模型的仿真建模。并简要介绍了国外一些交通系统仿真软件。但不包含车辆、物流等系统的仿真及实例的介绍。
交通系统仿真及应用	2004.8	阐述了交通系统仿真技术及其在交通工程学科中的应用。主要内容包括：微观交通仿真及交通规划中常用模型、软件VISSIM及VISUM使用介绍及应用实例等，针对两种应用于交通的软件进行了介绍。

 
目前，国内“交通系统仿真”类教材在教学内容上都对系统建模仿真基础进行了论述，但在专业特色上有所取舍。即主要是道路交通领域内的建模与仿真应用，其应用实例也是结合科研实践来论述，但不足在于总体内容涵盖面较窄，未结合交通运输领域所包含的车辆、交通、运输和物流这四大系统进行阐述。个别教材难度较大，未做到教材内容的难易结合，不满足教材对研究生弹性教学的要求。此外，由于该类教材出版年份距今将近10年，在软件应用上也已不满足现有交通仿真技术的发展。研究型教学的教材应该来源广泛， 包括研究报告、 学术期刊、 会议论文、 国际国内学术论坛的最新思想成果。 其内容应当融科学性、思想性、创新性和艺术性于一体，并不断更新，以使学生能够从中获得知识、 培养学生的创新和实践能力。另外，研究型教材应当包括基础理论与方法、案例教学、 动手实验等多方面的内容，增强教材内容的层次感和趣味性，适当增加教材中知识点的探索性^[]。

2.2教学内容与仿真技术的衔接脱节

研究型教学内容应围绕与教学培养目标知识点有关的信息、 结合亟待解决的实际工程实践问题来设置教学内容。研究型教学内容设置是研究型教学的核心组成部分，它贯穿于教学设计、 教学组织以及教学考核的教学全过程。原有“交通系统仿真技术及应用”课程主要内容包括三个部分，即基础篇：主要介绍系统建模及仿真的基本方法。重点介绍系统实验建模、机理建模、综合建模的三种方法和仿真方法；最后简要介绍虚拟现实技术的发展及在仿真领域的应用；建模应用：介绍了车辆、道路交通、物流等研究领域各类典型形态的建模问题，重点在建模的思路及特点；仿真应用：介绍在交通运输领域常见的仿真工具或仿真软件。重点以驾驶模拟器为例。课程的重点内容主要体现基础及建模应用部分，在仿真应用部分则弱化，没有及时引入仿真学科前沿的相关内容以及交通仿真技术的最新应用在规定的学时数，导致了课程内容与仿真技术应用的衔接脱节。

2.3重理论轻实践，研究生仿真软件工具应用能力不足

工科专业知识来源于实践，且高于实践。 因此，许多专业知识很容易理解 , 但是由于经验和认知水平有限，学生对这些知识的理解经常比较片面。 由于研究生阶段更为重视能力的培养，所以研究生课程相对于本科生课程来说也应该更为重视知识的整合与融会贯通。结合我校交通运输工程一级学科研究生的培养目标，以及学院学科方向的特点，各二级学科研究生必须掌握相关先进仿真软件工具的应用，以满足研究生从事相关专业，如交通安全、交通规划、汽车以及物流等专业的技术与研究能力。原有“交通系统仿真技术及应用”课程由于教学内容设置着重于仿真基础及交通系统建模，导致在应用环节的衔接脱节，使得研究生对于交通运输系统内的先进仿真软件的应用方面存在不足。

3.研究型教学改革实践

《教育部关于实施研究生教育创新计划加强研究生创新能力培养进一步提高培养质量的若干意见》中明确提出：“要营造创新氛围，强化创新意识、创新精神和创新能力的培养，努力使我国研究生培养质量和研究生教育的整体水平接近或达到发达国家水平。”通过借鉴欧美等发达国家研究生教育教学的一些成功有效的做法，结合我校研究生课程教学的实际，研究型教学改革以因材施教、分层教学、重在创新为指导思想，着重体现对研究生综合素质和创新能力的培养。我们主要针对“交通系统仿真技术及应用”课程教学改革进行了探索实践。

3.1改革教学内容，适应学科方向的发展

依据“交通系统仿真技术及应用”课程的授课对象为交通运输工程一级学科及车辆工程二级学科下，包括：交通基础设施的布局与修建、载运工具的运用、交通信息过程及控制、运输规划及管理以及交通运输的现代化及安全技术等方向研究生，通过教学大纲的修订对教学内容进行了规划与改革。以专论的形式提炼和构建“交通系统仿真技术及应用”课程的教学体系，提炼出包括系统仿真基础及6个专论部分的教学内容的，即：交通微观仿真专论、驾驶模拟系统及虚拟现实技术专论、汽车动力学仿真专论、Matlab系统仿真专论、物流仿真专论、交通规划仿真专论等。其次结合教学组教师的科研实践项目，以培养研究生的科研能力及素质为目标，构建了研究生自主专题研究方案，即方案的制订，包括选题、过程、步骤、考核方法等的制订。“交通系统仿真技术及应用”教学内容的改革为激发研究生的创造性思维和创新能力，进一步系统、深刻地掌握交通系统仿真的基本原理和研究方法，把握交通系统仿真的理论体系和知识结构，并在实际的科研工作中加以很好的应用，实现了本课程“教学与科研结合”、“教学与工程应用相结合”的目标，适应了学科方向的发展。

3.2 理论与实践互动，培养研究生的科研与实践动手能力

如果能够在专业课教学过程中,将知识传授和培养研究生的科研能力结合起来，就可以使研究生早日具备良好的科研能力，为他们顺利完成学位论文工作打下基础^[]。为培养研究生的科研与实践动手能力，针对“交通系统仿真技术及应用”课程内容中的六个专论部分，在课堂讲授汽车动态仿真、人车在环系统仿真、交通流微观仿真、交通宏观仿真、物流系统仿真、MATLAB仿真的基础上，突出对应仿真软件的应用。在专论部分研究型教学方法的基础上，对应于每一个专题（project）训练，设置情景、任务、途径、资源、结论、展示等教学环节，形成各个专题进行研究型教学方法的规范。教师依据自己的科研实践，通过仿真实例的示范操作，让研究生在模仿熟练的基础上实现自主操作，培养了研究生的实践动手能力。

3.3采用专题研究（Case Study）及研讨会教学（Seminar）的教学改革促进学生应用能力与创新思维的培养

Seminar即研讨会教学方式中， “教”与“学”的界限似乎不再绝对，研究生们采用专题报告的研讨会形式进行交流，并由教师给予指点。而专题研究（Case Study）则是针对不同学科方向的仿真软件进行应用实践，养成其独立思考，发现问题，解决问题的习惯，促进研究生的进一步学习和实践。
何晓聪的实证研究表明任务驱动是研究生创新动机的重要结构因子^[]，因此有必体落实课程的实践任务，具体做法是从本课程适用不同专业及研究方向出发，制订了课程的专题研究方案，各教学部分的主讲老师根据自己的科研项目实践，提出该部分相关专题研究方案的多个Project，学生依据某一具体的Project，构想出完成该Project的技术方案，与该Project指导教师进行讨论后独立开展仿真实践，写出专题研究（计算）报告，最后组织相应的专题研究讨论（Seminar）。专题研究环节采取指导教师单独指导及专题讨论的形式，包括3学时课内学时及10学时以上的课外学时。教学过程如图1所示。
 

图1 仿真专题研究的研究型教学过程
“交通系统仿真技术及应用”课程教学偏重技术及应用，与科研及工程实践紧密相关，通过从课程教学组教师的科学研究及工程实践中精选出具有代表性的实例，利用“学生自主专题研究”这实践环节，让不同研究方向的研究生有所侧重地学习专门的仿真技术，不仅开阔了学生的眼界，更促进了研究生创新性和独立性。本课程“教学与科研结合”、“教学与工程应用相结合”的目标，而创新性和独立性正是全世界研究生教育的培养目标，这两种教学方式也必将引发新一轮的研究生教学改革。

4.结语

综上所述，研究型教学在“交通系统仿真技术及应用”研究生课程中具体体现为以“基础-方法-应用-专题研究”为课程体系，不仅有现有市场仿真软件工具的应用专题，更有自主开发的KMRTS驾驶模拟系统平台的仿真应用，同时与教学小组的科研实践紧密结合，采取课内学时与课外学时相互补充，进行课堂讲授、项目训练、专题研究等教学形式组织教学，在教学实践和教学研究方面有着自己的特色，具有一定的优势和影响。
在培养交通运输工程领域应用型人才的框架下，只有很好地坚持理论、仿真、实践三位一体，才能搞好仿真类课程的教学，才能培养出应用型、创新型人才。 本文所讨论的研究型教学方法，其教学效果已初见成效，解决了以往在教学过程中暴露出来的问题。

参考文献