智能运输系统专业探究性教学模式和策略研究

柴 干，郭建华

（东南大学 智能运输系统研究中心，江苏 南京 210096）

交通运输工程的信息化和智能化是当前行业发展的趋势，智能运输系统（Intelligent Transportation Systems，简称ITS）是IT产业与交通运输工程交叉而形成的新学科与产业［1］，其主要功能是解决当前道路建设中交通设施、设备和应用系统的集成应用和协同互动，多源信息整合等现实问题，以便实现交通运输系统的“动态化、全局化、自动化和智能化”。培养合格的智能运输系统专业人才关系到我国交通运输工程建设的未来。

智能运输系统课程是交通运输工程专业跨学科的一门专业基础课［2］，其教学目的是使本科生在学习交通流理论、交通运输工程等课程的基础上，进一步掌握智能运输系统的体系结构、服务功能和关键技术，了解智能运输工程的应用和实践，培养适应智能运输技术工程应用的能力，为进一步学习交通信息工程及控制有关专业课程奠定基础。为了提高该课程在创新性和实践性教学环节上的教学效果，有必要实施探究性的教学体系和教学策略。

早在1980年代，美国制定并实施了“2061”计划，指出：学习科学的中心环节是探究，只有通过主动研究才能取得好效果，教师不应将注意力重点放在科学术语的解释上，而应该鼓励学生进行科学研究［3］。中国自1990年代起，开始进行探究性教学实验［4］，用于智能运输系统课程教学实践尚属首次。本文尝试从探究式教学体系和策略入手，进一步探讨探究型教学模式在高校智能运输系统课程教学改革中的运用。

一、智能运输系统专业课程教学现状分析

自2001年以来，智能运输系统在我国交通运输行业得到越来越广泛的发展，而智能运输领域高层次人才却相对缺乏，无法满足我国智能运输事业的发展。究其原因在于我国智能运输专业的人才理论知识较扎实，但创新能力相对低下，相关科学研究领域的原创性成果少，工程技术领域的集成创新不足，拥有自主知识产权核心技术的产品数量有限。智能运输系统课程教学主要问题在于：工程实践经验匮乏，教育模式陈旧，课程内容层级性缺乏、前沿性和国际性不足等。我国智能运输专业的教育工作者深刻认识到学生在创新思维能力培养上的不足，正积极在教学模式、工程实践经验、课程体系结构、培养条件、教学管理体系等领域开展教学改革与实践。

当前智能运输系统课程的教学模式、教学内容、教学策略和培养条件，不能有助于本科生实践和创新能力的培养，具体表现为：

（1）缺乏科技文献查询与阅读评价能力。智能运输系统课程教学采用传统课堂讲授方式，学生被动接受相关知识，需要通过案例设计，引导学生提高科技文献查找与阅读评价能力，自己总结研究背景、国内外动态及知识与技术运用的切入点；

（2）缺乏认知新科学领域的潜力。这种能力是如何在现有知识的集成上，通过引用、联想等思维方式，发展智能运输新领域的探索精神，知识与技能的衔接点，以及快速掌握新领域知识的能力。

（3）团队合作精神培养欠缺。智能运输系统是信息技术与交通运输交叉形成的新学科与产业。需要多学科技术人员的合作与工程实施。如何通过教学模式的改革，培养学生的团队合作精神是目前教学的一个挑战。

（4）学术表达与交流能力不足。如何增强教师与学生在教学过程中互动，挖掘学生学术表达与交流能力，是探究式教学模式改革的重要内容。

（5）教材跟不上专业理论与技术的发展。近年来，随着智能运输技术的不断研究、智能运输系统建设需求不断增多，现有的相关教材无法跟上当前智能运输工程技术的发展，需要在技术的深度与广度上进行修改与补充。

因此，如何提高本科生的创新能力和科研实践素养，探究并实施探究性教学模式，对提高当前智能运输系统课程教学水平是十分必要的。

二、探究式教学目标、方式及特点

探究式教学目标是指：基于学生学习心里的分析，创造一个有利于开发学生实践性和创新性的教学环境，并能达到以下预定的目标：系统收集、总结教学信息与资料的能力；自主发现和解决问题的能力；具有协调合作的团队精神；自发形成求实的科学道德；学习探究的亲身经验。

探究式教学方式是指，在教师引导下，学生不仅能够形成和获得人类已有知识的认知能力，而且能够通过教学活动提出创新性和实践性问题并具有自行解决问题的能力。当前我国智能运输系统正处于深入发展时期，具有基础设施建设和智能运输建设同步、智能交通设施建设适应于道路建设、技术引进与本土创新并重等要求。故需要实施探究式教学方式，培养具有吸收国外先进技术，创新性设计出符合我国国情的智能运输系统及实施方案的高层次人才。

探究式教学特点主要包括以下方面：自主性学习方式的培养，即培养学生自主选择和探究所感兴趣的智能运输研究领域；问题解决的自主完成性，即在教师的引导下，促使学生使用科学的探究方法，自主产生智能运输科学问题的解决方法；实践性问题的求解，即培养学生在智能运输工程实践中挖掘问题、工作资源，发展实践和创新能力；学习知识的开放性，即设计智能运输系统课程目标、学习思路、问题答案的开发性，激发学生多样性的学习感受，针对系统集成与设计提出个性化的创新方案。

三、专业探究式教学模式

教学模式是在一定的教育思想、教育理论、学习理论指导下和大量教学实践基础上建立起来的相对稳定的教学活动的结构框架［5］。探究式教学模式［5］主要包括以下四个教学环节：教学情境及学习要点的设计；自主学习与课堂研讨的培养；基于精讲与答疑的学习深化；基于练习与反思的知识巩固。本文将尝试从探究式教学模式的教学环节入手，以智能运输系统课程中的“电子不停车收费（Electronic Toll collection，简称ETC）”一节为例，阐述智能运输专业的探究型教学模式。

（1）教学情境及学习要点的设计

教学情境用于形成引导学生学习而设置悬念和矛盾的教学氛围，以引起学生思考，产生探索的兴趣，迅速达到最佳学习心态。学习要点是在教学情境形成后，根据学生对教学信息的接收范围，制定学习要点，使学生能够围绕学习要点进行学习，掌握重点、解决难点，规避学习的盲目性和随意性，启发学生自学的方法和技巧。针对ETC教学，首先提出收费站排队拥挤、污染和效率、不停车、自动收费等概念和问题，启发学生的想象力和试图解决问题的想法，引出电子不停车收费的概念，进而设置智能运输系统的新课教学氛围。

在建立教学氛围的基础上，给出学习要点，即何为道路收费制式及收费方法；如何由人工收费过渡到计算机辅助收费，进化至电子卡收费，最终实现不停车自动收费，实现不停车收费的关键技术和设施有哪些，各个模块是如何协调工作的，不停车收费系统的扩展应用功能有哪些等。

（2）自主学习与课堂研讨的培养

自主自学是引导学生依据已有学科知识、工程经验及有关参考资料，独立进行探究并主动发现已知的真理。学生带着问题研读教材及参考资料，教师以点拨方式，指导学生通过读、思、查、写等措施，感知教材，体验所学对象，充分利用自学笔记，练习整理知识。自学的进度与深度，要求学生对专业的基本概念、原理、公式、法则及其知识体系有大致了解，弄懂能够自通的内容，研习新的基本技能，筛选疑难问题，释放潜在的学习能量，自己尝试寻找答案。针对ETC系统，教师给出系统结构和系统功能，要求学生通过自学教材、课后作业、教师巡回点拨等形式自主学习ETC系统的原理、关键技术、挖掘系统的扩展功能。

课堂研究讨论是一种十分有效的智力提升教学方法，能够产生智力共振，而且会激发新鲜的内容。研讨的价值具有多维性、多角度、多方面、多层次，让不同层次的学生均能相互启发；研讨有利于培养提高学生的思维能力和口头表达能力；通过研讨可以解决一些独立自学所不能解决的问题，发挥头脑风暴作用，培养学生集体意识，且通过集体智慧提高解决自学难题的能力，在ETC课程教学中，有目的地针对道路收费制式和方式，展开课堂研讨，使学生在自学的基础上，通过课堂研讨方式，表达了自己的认识和设想，扩展了知识且证实了自己一些学习成果，充分掌握了各种收费制式所适用的道路类型，及各种收费方式共存的必然性，即现实系统中为什么ETC收费与人工收费共存的理由。

（3）精讲与答疑互动的深化学习

精讲是教师有选择地讲解新知识、传授新技术，有助于排疑解难及扩展深化学生所获得新领域的理论与工程知识。精讲的内容是教材中的重点与难点或其他共性问题。采用多媒体与板书相结合的课堂教学手段，引入案例教学方式，增强学生对基础知识、基本技能、工程方案的深入理解；布置教学案例，提出倾向性意见，或多种观点并存，适当给出研讨性内容，为学生留下思考空间，增强学生独立思考与解决问题的能力。精讲能够充分发挥教师先验知识的优势及问题引导作用，提高教学效率。针对ETC教学，需要精讲基于专用短程通信系统的收费信息获取与写入技术，车道布设与收费流程，收费违章处置技术，同时将原课程体系中相互孤立的基础内容和当前ETC技术的最新成果（联网收费技术、混合车道收费技术、ETC扩展应用技术）整合成新的精讲内容，以改变传统课程体系，增加现代化的教学内容。

答疑是对自学、研讨、精讲等仍未解决或继续出现的疑点给予最后解决的过程［5］。一方面提倡并鼓励学生提出问题，另一方面诱导启发学生自行答疑。鼓励学生积极与教师相互沟通，鼓励学生相互交流，通过不同的知识积淀、思维方式、处事策略的碰撞与融合，实现自身综合素质的全面提升。营造良好的学术氛围，形成学习磁场效应。建立师生双向监督和反馈机制，多角度和多方位点拨引导，充分激发学生的智慧火花。通过在研讨课中给出如何实现ETC扩展应用功能的问题，引导学生自行给出解决方案，启发其自行答疑或走上讲台阐述自己的观点，再由教师点拨引导及总结，收到较好的教学效果，激发了学生进一步学习的热情。

（4）基于练习与反思的知识巩固

练习既是学习的检验，也是学习的促进，不仅能使学生深层次感知教材及教师讲授的知识，强化基本技能，并逐步转化为自身能力，而且有助于实施探究性和实践性教学模式，提高学生的学习兴趣，激发创造性思维。敦促学生尽量独立完成练习，养成踏实和严谨的学风；采用积极肯定的方式，及时弥补与纠正不足或错误；设计练习层次包括基本练习、综合练习与创造性练习三个层次，具体内容要求目的明确；形式多样；激发创新性。针对ETC教学练习，给出ETC体系结构、收费原理及关键技术分析题，属于基本练习层次，目的是让学生掌握基础知识和基本技能；给出收费车道布设、电子标签与收费储值卡设计及收费执法练习题，属于综合练习层次，目的是让学生全面掌握ETC系统的功能与应用技术，拓宽知识面与深化数据自动采集与无线传输的技术；给出基于ETC的交通动态术采集技术及ETC系统扩展应用练习题，属于创造性练习层次，目的是激发学生的求知欲和创新能力。

反思是在学习和练习总结的基础上，概括化与系统化所学知识，逆向思考知识结构及要点，挖掘知识的连接点和技能的改进点。反思形式是通过探讨课，由学生进行总结，教师点拨补充，具体到ETC课堂教学，由学生总结ETC需要改进的内容和进一步发展的前景，指出自己的理解偏差。

四、专业探究式教学策略

教学组织策略包括生成性策略、替代性策略和指导性策略三种类型，如何选择将依赖教师所选择的教学组织模式、教学方法、课程特点、教学媒体选择、教师经验和偏好及学习者的特性［6］。

生成性策略激励学生自主生成教学目标及内容，自发制定系列学习步骤，掌控学习过程中的信息优势，强调学习的主动性和创新性。该策略要求学生对学习内容进行深化和拓展，自己摸清各个概念之间的联系，学习的效果取决于其前期学科知识的积累及所应有的学习策略，因人而异，具有个性化特点。该策略的显著特点在于学生可以追求自己感兴趣的内容和学习情境，有助于创新思维的激发。

替代性策略通过提供或部分提供教学目标和教学内容，以代替学生自我生成的教学目标和内容，教师提供系列教学活动，告知学习目标，课前需要预习的学习内容，以吸引学生的兴趣和关注度。该策略可以减轻学生为自主生成教学目标及内容，自发制定系列学习步骤而付出的时间与精力，促使其在较短时间内掌握较多的学习内容，比较适合前期学科知识、学习能力和方法有限的学生。该策略的缺陷在于学生自主对教学内容深化及拓展不够深入，相对比较优秀的学生缺乏激励和挑战性，不容易形成学生学习的自主性及创新意识。

指导性策略是基于生成性策略和替代性策略在教学中的特点，兼顾两者且易于掌握和操作的一种教学策略。该策略不仅有选择地给出部分教学目标和教学内容，而且鼓励学生针对自己感兴趣的领域和学习情境，自主生成教学目标、内容及学习步骤。

考虑到探究性教学不是仅仅面向少数优秀学生，而是面向所有学生并激励其独立工作，勇于创新的教学模式，故在ETC教学过程中选择采用指导性教学策略。针对典型的ETC关键技术课时教学，既给出包括收费、通信、控制、执法等关键技术学习摘要（替代性策略），又给出无线无人值守关键技术的学习目标（生成性策略）；既给出收费制式与方式等引导性替代策略，又给出如何由电子卡进展至不停车自动收费的探究信息和生成实例；既提供总结与评价的替代性策略，又激励学生生成ETC关键技术扩展应用的探究动机。

五、结 语

（1）实施探究性教学方式是智能运输系统课程改革的客观需要，也是专业学生和交通信息工程及控制学科发展的主观需求。

（2）采用探究性教学方式，需要在分析探究性教学方式和特点的基础上，给出专业探究性教学目标，设计相应的专业探究性教学体系和教学策略。

（3）探究式教学模式主要包括教学情境及学习要点的设计；自主学习与课堂研讨的培养；基于精讲与答疑的学习深化；基于练习与反思的知识巩固的四个基本教学环节。

（4）探究性教学策略不是面向少数优秀学生，而是面向所有学生并激发其创新意识的教学策略。

［1］柴干.智能运输技术专业人才培养的教学研究［J］.东南大学学报：哲学社会科学版，2012，14（S3）：125-129.

［2］丁卫东，钟炳迪等，构建面向21世纪的文通运输类专业人才培养模式，武汉科技大学学报：社科版，2001，3（3）：70-72.

［3］DAVID H，MAISH R.Bringing communities of practice into schools：implications for instruction［J］.International Journal of Instructional Media，2002.

［4］温恒福.论教学方式的改变［J］.中国教育学刊，2002（6）：42-45.

［5］程树铭.探究型教学模式在汉语言课程中的运用［J］.江苏技术师范学院学报，2010，16（11）：107-110.

［6］MICHAEL J.Philosophical implications for the design of instruction［J］.Instructional Science，2004.