虛實結(jié)合的駕駛?cè)孙L險感知能力評測教學實驗設(shè)計與實踐

郭鳳香 和文耀 萬華森 蔡晶 賈現(xiàn)廣 熊堅

摘? 要：駕駛?cè)孙L險感知能力評測教學實驗立足于我國高質(zhì)量人才培養(yǎng)課程這一核心要素，充分考慮不同道路交通因素對駕駛?cè)税踩{駛的影響，致力于打造虛實結(jié)合的線上線下混合式一流教學實驗課程。該教學實驗基于交通仿真技術(shù)，通過線上實驗與線下仿真模擬實驗相結(jié)合的方式，在任課教師的指導下，由學生自主完成課程學習、場景設(shè)計、線上或線下實驗和實驗報告等實驗流程。培養(yǎng)學生在課程學習與實驗中的創(chuàng)新性與主觀能動性，提升學生綜合素質(zhì)與團隊協(xié)作能力，綜合考量學生對道路交通多項學科專業(yè)課的掌握情況，并基于現(xiàn)階段的教學情況對未來提出展望。

關(guān)鍵詞：交通仿真；實驗教學；風險感知；駕駛模擬；線上教學

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

道路風險感知被定義為駕駛?cè)嗽谲囕v駕駛過程中對道路風險的感受和認知能力，駕駛?cè)私?jīng)驗、駕齡、性格特點和道路交通環(huán)境等都會影響駕駛?cè)说娘L險感知能力，進而影響駕駛行為的安全性[1]。國內(nèi)外許多研究者基于駕駛?cè)说娘L險感知能力開展了許多研究。Borowsky等[2]、王豐元等[3]分析了不同駕駛經(jīng)驗與駕齡對駕駛?cè)孙L險感知能力的影響，發(fā)現(xiàn)在面對突發(fā)情況時駕齡長的駕駛?cè)藢︼L險的感知能力更強，關(guān)注的危險區(qū)域范圍更廣。Stern等[4]通過評估老年駕駛?cè)藢嶋H駕駛能力，證實駕駛?cè)说哪挲g與視力會影響風險感知能力。除了應用于科學研究，隨著社會與經(jīng)濟的發(fā)展，為深入推動教學實驗改革與實驗室建設(shè)，教育部《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》（教高〔2019〕 8號）文件中將虛擬仿真實驗教學課程定為五大“金課”之一[5]。中共中央、國務院于2019年印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》也有效促進了高校對虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)的投入[6]?？梢园l(fā)現(xiàn)，駕駛模擬器對于部分風險場景的實驗開展具有重要作用，仿真實驗教學也已成為培養(yǎng)高質(zhì)量人才的重要手段。

通過創(chuàng)建駕駛?cè)孙L險感知能力測評教學實驗，探究駕駛?cè)藢Φ缆方煌ōh(huán)境中各項風險因素的感知情況，不僅可以分析如駕齡、性別、視力等不同因素對駕駛?cè)孙L險感知能力的影響，還可以通過實驗教學對學生掌握交通工程、交通仿真、道路交通安全和交通心理學等課程的理論知識的情況進行綜合考察，在實踐中鍛煉學生的各項能力，從而提升學生的綜合能力與主觀能動性。

一? 教學目的

針對當前交通運輸專業(yè)教學中存在的實踐教學場地限制大、實際道路危險性高、難以開展等問題，從道路交通安全中的駕駛?cè)孙L險感知這一研究熱點入手，應用由昆明理工大學自主研發(fā)的駕駛模擬系統(tǒng)與三維虛擬技術(shù)開設(shè)駕駛?cè)孙L險感知能力測評實驗。以駕駛模擬器為實驗平臺，三維虛擬仿真技術(shù)為手段，在保證師生安全性的前提下，構(gòu)建存在不同交通風險的道路場景，幫助學生直觀地感受道路交通安全中的各類風險因素，體驗虛擬仿真技術(shù)先進性。

以實踐教學為主，充分發(fā)揮駕駛模擬器虛實結(jié)合的特點，在實驗室已有實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，開設(shè)適用于交通仿真、交通安全等課程實驗的教學實驗，并充分考慮疫情因素對實驗教學的影響，采用線上與線下兩種教學方式，鍛煉學生的實踐動手能力與團隊合作能力，考核學生對道路交通安全、交通系統(tǒng)仿真技術(shù)、交通心理學等不同交通專業(yè)課程的掌握情況，學生通過學習虛擬場景設(shè)計軟件開發(fā)實驗場景，利用駕駛模擬設(shè)備開展虛擬仿真實驗，提升對專業(yè)的興趣。

二? 本科教學案例

本教學實驗的授課方式為線上教學與線下實驗兩種方式，首先由任課教師在課堂上講授駕駛?cè)孙L險感知、場景設(shè)計軟件等的相關(guān)知識。然后任課教師示范相關(guān)軟件與工具的操作流程，包括三維虛擬場景設(shè)計軟件的具體操作流程與駕駛模擬器的使用方法，最后學生分組完成實驗并撰寫實驗報告。其中，實驗分為兩個部分，分別為應用道路交通安全虛擬仿真實驗平臺軟件的線上實驗，以及使用三維虛擬軟件與駕駛模擬器的仿真模擬實驗。

（一）? 線上實驗教學

線上實驗主要使用道路交通安全虛擬仿真實驗平臺RTSTest中的駕駛?cè)孙L險感知能力測評模塊，在電腦顯示屏上點擊風險點的方式完成實驗。學生可以通過對多名不同類型（如性別、年齡、駕齡等）被試駕駛?cè)耍梢詾橛袩o駕駛執(zhí)照的學生）評測實驗數(shù)據(jù)的分析，了解駕駛?cè)颂匦耘c風險感知能力的關(guān)系，探究駕駛?cè)俗⒁饬︼L險感知的影響，并分析對比風險感知能力的差異性。

在完成設(shè)備調(diào)試后，被試者選擇圖1中的“開始測試”按鈕，開始風險感知測評實驗，每個場景必須點擊一次才算完成該題的測試并通過點擊“下一題”按鈕切換場景，共需要完成五個場景的測試，點擊“結(jié)束測試”按鈕查看綜合測評結(jié)果。測試過程中，駕駛?cè)酥饕ㄟ^視覺觀察場景中的交通狀況，場景中會設(shè)計多個具有潛在風險的危險源，其中只有一部分是真正的風險因素，受試駕駛?cè)送ㄟ^鼠標點擊來標識其所認為的真正風險，如果判別錯誤則會導致行進車輛停止運行或發(fā)生事故。系統(tǒng)會根據(jù)被試者在不同測試場景中點擊危險源的位置、點擊時刻實時對每一次風險識別給出評分，按照不同的場景復雜度與道路中存在的干擾因素，每個場景的分數(shù)占比也不同，最終匯總為一百分制的總分，作為被試者本次風險感知測試實驗的得分。

完成實驗后，學生可以從平臺導出測試數(shù)據(jù)（表1），并根據(jù)不同類型駕駛?cè)耸髽它c擊的時間及對象、受試者獲得的打分等參數(shù)，進行數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析?？梢允褂肧PSS軟件進行顯著性分析，探討不同因素對不同駕駛?cè)说挠绊懗潭?，也可使用stata軟件，構(gòu)建邏輯回歸模型等，學生可以自行選擇分析方法完成實驗報告。

（二）? 線下仿真模擬實驗教學

仿真模擬實驗與線上實驗存在差異，其更注重考核學生的綜合能力和專業(yè)知識運用能力。以昆明理工大學（簡稱“我?！保┙煌ǚ抡嬲n程中的一個基于駕駛模擬器的實驗項目為例進行具體的教學方法展示，課程中的實驗項目設(shè)計為基于駕駛模擬器的道路風險感知能力評測。實驗的目的是為了讓學生直觀感受機動車駕駛過程中所面臨的風險，以道路建模與仿真模擬實驗為手段，強化學生對相關(guān)知識的掌握，并進一步提升學生綜合能力。

線下實驗教學主要分為五個部分：①任課教師在課堂上講述實驗的具體流程與相關(guān)知識，如三維虛擬軟件的使用方法；②任課教師帶領(lǐng)學生使用駕駛模擬器完成一次教學實驗示范；③學生在參考已完成實驗報告的基礎(chǔ)上，分組完成實驗方案的設(shè)計、仿真模型的構(gòu)建以及被試者招募，一般為五人左右一組；④各組學生完成預實驗后，在任課教師的監(jiān)督下，使用駕駛模擬器完成仿真實驗并記錄數(shù)據(jù)；⑤學生按照分組撰寫并提交實驗報告。

首先，由任課教師在課堂上講述實驗的具體流程與相關(guān)知識，并帶領(lǐng)學生使用駕駛模擬器完成一次實驗示范，如圖2所示。其次，學生分組完成實驗方案設(shè)計、仿真模型建立與被試者招募，其中，各小組同學自主設(shè)計構(gòu)建的虛擬仿真場景，可以是現(xiàn)實中的實際道路交通場景，也可以是完全自主設(shè)計的合理道路交通場景，例如一些典型的事故場景，并在設(shè)計場景中添加數(shù)個潛伏風險點和實際風險點。潛伏風險點為保持潛在狀態(tài)的風險，如路側(cè)靜止的行人，僅僅會分散駕駛?cè)俗⒁饬Χ粫φｑ{駛造成威脅，而實際風險點則為突然出現(xiàn)的橫穿行人、緊急剎車的前方車輛或者是前方十字路口出現(xiàn)碰撞車輛等，會使車輛改變行駛速度、方向或者停止運行的風險點。

完成場景設(shè)計后，將實驗場景導入駕駛模擬系統(tǒng)并進行仿真測試，仿真測試可由小組人員負責，主要保證場景運行流暢、各風險點的觸發(fā)正常，以及幫助學生熟悉實驗中的設(shè)備。實驗要求被試駕駛?cè)烁鶕?jù)感知到的交通信息，結(jié)合自己已有的駕駛知識與經(jīng)驗，對道路線形、前車距離、車速等進行判斷，并針對風險因素做出判斷決策。

最后，在任課教師的監(jiān)督下，學生招募被試駕駛?cè)诉M行駕駛模擬實驗。其中，實驗被試駕駛?cè)说恼心肌?shù)據(jù)的記錄、設(shè)備的使用均需在教師的監(jiān)督下進行，以保證實驗的順利進行，并在緊急情況發(fā)生時可以及時且安全地處理。

實驗結(jié)束后，各組整理并分析數(shù)據(jù)，撰寫最終的實驗報告，報告包括實驗目的、虛擬場景建模、實驗流程、參數(shù)選擇、數(shù)據(jù)分析，以及代碼附錄等。指導教師通過綜合五個部分的評分給出實驗課程的最終成績，分別為：①學生上課積極性與參與度的考勤評分；②按照虛擬仿真場景設(shè)計時每位同學的實際工作情況的評分；③實驗場景設(shè)計完成后，根據(jù)小組設(shè)計場景的合理性、道路線形的科學性、風險場景的真實性等進行場景評分；④實驗過程中各小組的表現(xiàn)，包括對突發(fā)情況的處理、實驗流程的合理性等方面進行實踐評分；⑤實驗結(jié)束后所提交實驗報告的評分。

三? 課程優(yōu)勢

自2020年初新型冠狀病毒感染（COVID-19）在全球爆發(fā)以來，我國雖然通過封閉與隔離管理基本控制了國內(nèi)疫情，但反彈往復的疫情仍會影響學校的開學和授課進度，也迫使許多學校選取線上教學的方式。線上授課雖然增強了學生與教師的互動性，但由于受場地、條件、設(shè)備的限制，各類實踐課程無法順利開展，如何保證學生無論是否在校都可以正常進行課程實驗，從而在實驗教學中進一步提升學生的實踐能力與綜合素質(zhì)，已經(jīng)成為各大高校的重要課題。本文提出的虛實結(jié)合的駕駛?cè)孙L險感知能力評測教學實驗具有線上與線下實驗結(jié)合的特點，不僅適用于疫情下實驗教學，還可以充分鍛煉學生綜合能力。

（一）? 教學自由

線上實驗教學課程采用道路交通安全虛擬仿真實驗平臺RTSTest中的駕駛?cè)孙L險感知能力測評模塊，與線下實驗不同，線上教學實驗避免了疫情等特殊情況的影響，沒有時間與空間的限制，學生在家亦可在完成相關(guān)教學后通過網(wǎng)絡登錄指定網(wǎng)頁完成實驗，并通過分析實驗數(shù)據(jù)撰寫相關(guān)實驗報告。相對于線下實驗，線上教學實驗具有教學簡單方便、實驗條件寬松和實驗難度適中等優(yōu)點，適用于疫情影響下的線上教學，減少了教學場地的限制。

（二）? 資源共享

本課程相對于以往的課程教學，具有實驗資源與數(shù)據(jù)共享的特點。該課程使用的平臺部署在我校道路交通運輸虛擬仿真實驗教學中心的教學管理平臺上，由專門的教師負責維護，可直接由網(wǎng)頁登錄。相較于線下實驗學生需要申請實驗室與特定設(shè)備的使用資格，線上實驗學生僅需要進入固定網(wǎng)絡頁面，便可通過模塊選取進行相關(guān)實驗，做到了實驗資源的實時共享。其次，通過登錄特定網(wǎng)址，所有人都可以下載全部相關(guān)的線上實驗數(shù)據(jù)，做到了實驗數(shù)據(jù)的無差別共享。

（三）? 激發(fā)學生思維

線下實驗課程的教學從實驗方案的設(shè)計，各類風險因素與道路因素的選取，到最終的被試駕駛?cè)苏心寂c實驗進行，所有的實驗流程均由學生負責和完成，任課教師僅提出指導性意見，學生可以充分地發(fā)揮主觀能動性，在實驗中發(fā)散思維。同時，道路建模與設(shè)計等方面的挑戰(zhàn)，也可以促使學生在不斷探索與解決困難的過程中，提升對專業(yè)的興趣，驗證并啟發(fā)思維。

（四）? 多科目綜合教學考察

本實驗教學采取線上線下混合教學的方式，綜合考量學生對交通仿真、道路交通安全、道路工程和交通規(guī)劃等不同課程的知識掌握情況，對不同道路交通課程學習情況進行綜合考察。其中的實驗總體方案的設(shè)計是對仿真道路交通安全課程知識的考察，仿真實驗場景設(shè)計是對交通仿真課程知識的考察，場景中道路及路線的設(shè)計是對道路工程、交通規(guī)劃課程的考察等。將不同的道路交通運輸學科綜合到一門實驗教學課程中，在更全面地培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)，鍛煉團隊協(xié)作能力的同時，也減少了學生以通過考試作為學習目標的弊端。

（五）? 完整的評價體系

不同于普通課程僅以考試成績作為評價依據(jù)，本實驗依托的虛擬仿真實驗教學平臺可自動收集學生實驗前輔助學習、實驗過程指導、答疑、實驗成績相關(guān)數(shù)據(jù)，同時根據(jù)課后調(diào)查問卷，收集學生對實驗系統(tǒng)、實驗設(shè)計、學習效果等方面的評價與反饋信息，進行統(tǒng)計與分析，以便于教師進一步對實驗項目進行改進，提高虛擬實驗教學的質(zhì)量。

四? 教學分析與展望

課程結(jié)束后，對上課學生進行問詢，發(fā)現(xiàn)實驗教學課程存在的問題表現(xiàn)在幾個方面。首先，學生采用分組合作的方式完成實驗，一方面是為了鍛煉學生的團隊合作能力與實踐能力，另一方面也是為了盡可能地控制課程的難度。但部分學生反映在實驗工作分組中存在不平衡現(xiàn)象，如何平衡每位學生的工作量與工作難度，完善實驗評分體系，是課程面臨的首要問題。其次，線上教學實驗是為了實現(xiàn)疫情狀態(tài)下開展課程實驗，減少空間與時間因素對實驗開展的限制，但進行線上教學實驗時如何保證每位同學的課堂參與度與專注度，確保每一位學生可以專心聽講，提升線上教學實驗的學習效果，是本課程面臨的第二個問題。

在未來，實驗教學仍將以學生實踐能力的提升作為核心，充分發(fā)揮駕駛模擬器虛實結(jié)合的特點，在推進線上線下混合實驗課程教學的同時，完善虛擬仿真實驗教學的教學計劃，明確和建立合理全面的實驗考核流程與完整的考核方案，以發(fā)展學生創(chuàng)新性與主觀能動性為主體，著重于不同實驗室資源的共享，發(fā)揮不同實驗室的特點與優(yōu)勢，構(gòu)建共享實驗平臺與不同實驗室間的聯(lián)合實驗教學課程，全面提升學生的綜合素質(zhì)。

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[6] 中共中央、國務院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》[N].人民日報，2019-02-24（001）.