洪 玲， 謝 超， 江志彬

(同濟大學(xué) 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804)

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交通運輸專業(yè)實踐和實驗教學(xué)的改革

洪 玲， 謝 超， 江志彬

(同濟大學(xué) 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804)

通過分析交通運輸專業(yè)的特點以及相關(guān)高校的培養(yǎng)特色，依據(jù)同濟大學(xué)交通運輸專業(yè)的實驗教學(xué)原則和定位，結(jié)合培養(yǎng)目標，構(gòu)建以增強實驗教學(xué)為目的的交通運輸專業(yè)實踐和實驗教學(xué)體系，并分別設(shè)計了適合交通運輸專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)技能實驗、綜合設(shè)計實驗、創(chuàng)新研究實驗，使學(xué)生在校期間得到充分的實踐訓(xùn)練，提高綜合能力和創(chuàng)新能力。

交通運輸專業(yè)； 實驗教學(xué)； 實驗項目； 教學(xué)改革

0 引 言

交通運輸業(yè)屬于國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，交通運輸需求不斷高漲，交通運輸基礎(chǔ)建設(shè)和技術(shù)升級任務(wù)日趨重要。交通運輸業(yè)的發(fā)展對專業(yè)人才素質(zhì)要求越來越高，而目前中國鐵路系統(tǒng)存在較嚴重的專業(yè)人才資源結(jié)構(gòu)不合理，人才隊伍整體素質(zhì)不適應(yīng)鐵路快速發(fā)展的要求。表現(xiàn)在：①鐵路運輸專業(yè)技術(shù)人員總量不足，只占職工總數(shù)的11.9%；②作為鐵路運輸核心專業(yè)的運輸專業(yè)技術(shù)人員只占全部專業(yè)技術(shù)人員的20.8%；③運輸高級專業(yè)技術(shù)人員只占專業(yè)技術(shù)人員總數(shù)的5.34%[1]。

長期以來，盡管交通運輸專業(yè)傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容也在不斷更新，但仍存在著不少問題，制約著教學(xué)效果和學(xué)生實踐能力的提高。在我國“大交通”背景下，隨著鐵路運輸新技術(shù)的廣泛應(yīng)用和信息化水平的提高，滿足行業(yè)人才市場的需求，完善并強化實踐和實驗教學(xué)體系顯得越來越重要。

1 交通運輸專業(yè)概況

1.1 交通運輸專業(yè)的特點

交通運輸學(xué)科是一門工程性質(zhì)的學(xué)科，作為工科學(xué)生，需要努力培養(yǎng)動手與動腦密切結(jié)合的好習(xí)慣。另一方面，針對交通運輸專業(yè)學(xué)生就業(yè)難的問題，重要原因之一是學(xué)生缺乏動手實踐能力，不能勝任企業(yè)的各項任務(wù)[2]。事實說明交通運輸專業(yè)是實踐性要求很強的專業(yè)，更強調(diào)對學(xué)生的專業(yè)技能、動手能力、適應(yīng)能力、創(chuàng)新能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，需要更多的實踐活動來加深對理論的理解和消化。

交通運輸專業(yè)通過課堂教學(xué)與實踐的有機結(jié)合，可以有效地彌補本專業(yè)長期以來偏重于課堂教學(xué)的單一形式、理論與實際偏離、創(chuàng)新能力低下等不足，有利于強化動手能力的復(fù)合型人才的培養(yǎng)。并且課堂教學(xué)與實踐的有機結(jié)合的培養(yǎng)模式更能開啟學(xué)生的創(chuàng)新性思維，為其將來在企業(yè)專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。1.2 國內(nèi)高校相關(guān)專業(yè)情況分析

同濟大學(xué)是國家第一批“卓越工程師培養(yǎng)計劃”試點高等院校。該計劃將高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的重心放到提高學(xué)生的實踐能力上，旨在通過工程教育界和企業(yè)界的聯(lián)手，使高等工程教育更加反映工程技術(shù)的實際需求，改善高等工程教育的產(chǎn)業(yè)適應(yīng)性，最終促進高等工程教育為企業(yè)界提供合格的工程師[3-6]。在此背景下，借鑒同類院校的培養(yǎng)特色，進一步探索具有同濟大學(xué)自身特色的交通運輸專業(yè)實踐和實驗教學(xué)十分必要。

國內(nèi)高等院校的交通運輸專業(yè)基本上呈現(xiàn)行業(yè)劃分特點。北京交通大學(xué)、西南交通大學(xué)、中南大學(xué)、蘭州交通大學(xué)4所高校交通運輸專業(yè)均致力于培養(yǎng)交通運輸領(lǐng)域從事規(guī)劃設(shè)計、運營組織與管理的高級專門人才或高級工程技術(shù)人才，與交通運輸專業(yè)的“復(fù)合型”人才培養(yǎng)要求相一致[7-8]。這些院校在實驗教學(xué)方面也形成各自的特色，詳見表1。

表1 國內(nèi)以軌道交通為背景的交通運輸專業(yè)對比

1.3 交通運輸專業(yè)的培養(yǎng)目標

同濟大學(xué)的交通運輸專業(yè)帶有明顯的軌道交通(包含鐵路和城市軌道交通)的特色專業(yè)，結(jié)合同濟大學(xué)發(fā)展規(guī)劃，交通運輸專業(yè)培養(yǎng)目標為：培養(yǎng)具備健全人格、知識寬廣，滿足軌道交通領(lǐng)域運輸規(guī)劃與管理需要，基礎(chǔ)寬厚、創(chuàng)新意識強、綜合素質(zhì)優(yōu)秀，掌握交通運輸?shù)幕A(chǔ)理論與軌道交通運輸需求分析、列車運行組織與調(diào)度指揮等方面的專門知識與關(guān)鍵技術(shù)，具有軌道交通運輸規(guī)劃與管理發(fā)展?jié)撡|(zhì)和國際競爭力的卓越工程人才[9-10]。

2 交通運輸專業(yè)實踐和實驗教學(xué)體系設(shè)計

2.1 實驗教學(xué)培養(yǎng)體系的原則和定位

2.1.1 實驗教學(xué)原則

首先要符合國家卓越工程師培養(yǎng)目標和要求，并有利于學(xué)生建立寬厚、扎實的知識基礎(chǔ)以及培養(yǎng)學(xué)生較強的工程意識、工程素質(zhì)和工程實踐能力；其次要充分利用同濟大學(xué)學(xué)科優(yōu)勢，以增強工程實踐訓(xùn)練為目的，依托校內(nèi)(實驗室)和校外(企業(yè))的各類資源，安排多類實驗課、實習(xí)環(huán)節(jié)，配合課內(nèi)教學(xué)，使學(xué)生在校期間能夠得到充分的工程訓(xùn)練。

同濟大學(xué)交通運輸專業(yè)的實驗教學(xué)原則概括為：以培養(yǎng)創(chuàng)新能力強的高水平復(fù)合型人才為目標，實踐環(huán)節(jié)與理論教學(xué)并重，課內(nèi)與課外相結(jié)合，校內(nèi)與校外相結(jié)合，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實驗教學(xué)模塊結(jié)構(gòu)，建立分層次、成系統(tǒng)、內(nèi)涵豐富、與理論教學(xué)結(jié)合良好的實驗教學(xué)體系，突出“基礎(chǔ)厚、素質(zhì)高、動手快、創(chuàng)新強”的人才培養(yǎng)特色。

2.1.2 實驗教學(xué)培養(yǎng)體系的定位

在國家卓越工程師培養(yǎng)目標和要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合同濟大學(xué)的特色，根據(jù)實驗教學(xué)的原則，同濟大學(xué)交通運輸專業(yè)實驗教學(xué)定位為：以交通運輸發(fā)展對人才的需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力為目標，實驗教學(xué)與理論教學(xué)并重，通過實驗教學(xué)與理論教學(xué)、科學(xué)研究和工程實踐的有機結(jié)合，建立突出能力貫通式實踐和實驗教學(xué)體系，搭建支撐交通運輸人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)平臺，培養(yǎng)具有綜合交通運輸背景、軌道交通特色的創(chuàng)新型工程應(yīng)用與研究型交通運輸專業(yè)人才[10-12]。

2.2 實踐和實驗教學(xué)體系

依據(jù)同濟大學(xué)交通運輸專業(yè)的實驗教學(xué)原則和定位，結(jié)合培養(yǎng)目標，構(gòu)建以增強實驗教學(xué)為目的的課堂教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合的課程體系。在依托校內(nèi)(實驗室)和校外(企業(yè))的各類資源的基礎(chǔ)上，安排多類實驗課、實習(xí)環(huán)節(jié)，配合課內(nèi)教學(xué)，使學(xué)生在校期間能夠得到充分的實踐訓(xùn)練，具體體系結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 實踐和實驗體系結(jié)構(gòu)

實踐和實驗教學(xué)包括現(xiàn)場實踐(實習(xí))和實驗課。

2.2.1 現(xiàn)場實踐

現(xiàn)場實踐是指組織學(xué)生直接到交通運輸?shù)纳a(chǎn)現(xiàn)場進行觀摩學(xué)習(xí)，在實際生產(chǎn)現(xiàn)場講解交通運輸設(shè)備和作業(yè)過程等專業(yè)知識。結(jié)合交通運輸專業(yè)的培養(yǎng)目標，配合教學(xué)計劃的有效實施，在總結(jié)歷次專業(yè)實習(xí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多方協(xié)商努力，確定了上海鐵路局、上海地鐵運營公司等多家單位作為專業(yè)實踐基地，其中上海鐵路局已成為同濟大學(xué)的國家級工程實踐教育中心之一，這些基地都具有很強的代表性。如：上海鐵路局南翔雙向三級五場編組站，配備有當今鐵路先進的車站管理信息系統(tǒng)、作業(yè)自動控制系統(tǒng)和計算機聯(lián)鎖信號系統(tǒng)，可讓學(xué)生體驗完整的貨物列車到、解、編、發(fā)的作業(yè)組織與管理過程；上海鐵路局調(diào)度所擁有我國鐵路最先進的分散自律式調(diào)度集中指揮系統(tǒng)CTC(Centralized Traffic Control)，可讓學(xué)生充分了解當前鐵路運輸管理與調(diào)度指揮的最新技術(shù)與運控模式。

由于有了穩(wěn)定的實踐基地和暢通的實踐渠道，使得每年為期6周的現(xiàn)場實踐都可以按計劃安排在實踐基地進行，實踐內(nèi)容和實踐時間能得到保證和加強。建立校外專業(yè)實踐基地這一實驗教學(xué)的新途徑，為更好的進行專業(yè)教學(xué)提供了緊跟技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)場教學(xué)環(huán)境，為實踐訓(xùn)練創(chuàng)造良好的條件，對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和理論聯(lián)系實際的能力起到了非常重要的作用。同時加強了校企聯(lián)系，有利于緊跟人才市場的需要調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)目標和人才培養(yǎng)方向，并借助實踐基地單位在行業(yè)內(nèi)的地位和影響，擴大專業(yè)影響力。

2.2.2 實驗課程體系

(1) 課內(nèi)實驗。課內(nèi)實驗又分為兩類[13]。①獨立實驗課。在特定的實驗室進行各類知識與原理的綜合設(shè)計、仿真評價創(chuàng)新思維試驗，對某些理論設(shè)想及其結(jié)果進行分析或評述，由實驗老師即任課老師主講。②非獨立實驗課.其附屬于某一專業(yè)課程，結(jié)合課程教學(xué)目標，設(shè)計若干小型設(shè)計項目，學(xué)生通過對課堂難以闡述內(nèi)容的演繹或驗證性實驗，加深課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，由課程老師主講，實驗老師輔導(dǎo)。

(2) 開放實驗。課內(nèi)實驗以外，還有一類不設(shè)課的開放性實驗，目的在于為那些學(xué)有余力、對科學(xué)研究和工程實踐有興趣的學(xué)生提供一個自由開放的實驗環(huán)境，激發(fā)學(xué)生探索未知領(lǐng)域的興趣。學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛好針對專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)問題開展個性化創(chuàng)新性探索，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自選、自設(shè)實驗項目，自定實驗方案，自行進行實驗，自己總結(jié)分析，提高學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生探索和創(chuàng)新精神。

(3) 四個層次的實驗。實驗課按照由簡單操作到綜合訓(xùn)練、由理解專業(yè)理論到綜合運用專業(yè)理論、由重復(fù)驗證到創(chuàng)新能力培養(yǎng)等實驗教學(xué)特有的規(guī)律，以專業(yè)知識體系為主線，設(shè)計不同層次的實驗，滿足各類本、碩、博學(xué)生的專業(yè)需求。根據(jù)實驗的性質(zhì)和目標，以基礎(chǔ)型、專業(yè)型、綜合型和創(chuàng)新型實驗為框架，可從四個層次來劃分設(shè)計相應(yīng)的實驗：專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)技能實驗、綜合設(shè)計實驗、創(chuàng)新研究實驗[14-15]，結(jié)構(gòu)體系如表2所示。

3 交通運輸專業(yè)實驗項目設(shè)計

根據(jù)專業(yè)性質(zhì)和交通運輸(軌道交通)行業(yè)發(fā)展需求，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標和實驗課程體系要求，各層次的實驗項目設(shè)計如下。

3.1 專業(yè)基礎(chǔ)實驗

《軌道交通設(shè)備認知實驗》實驗項目(見圖2)：通過圖片、視頻、實物、模型、沙盤、仿真駕駛器等載體，讓學(xué)生自主對軌道交通的線路、軌道、道岔、信號、轉(zhuǎn)向架、機車、車輛、車站等相關(guān)設(shè)備的外觀、運作原理、設(shè)計方法等進行概要了解和學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對軌道交通運輸?shù)呐d趣；通過現(xiàn)場參觀上海鐵路博物館、上海鐵路局調(diào)度中心、上海虹橋樞紐、上海軌道交通綜合協(xié)調(diào)中心等地，使學(xué)生對真實現(xiàn)場的線路、車站、信號、站場等設(shè)備有直觀的認識。

表2 實驗課層次分類表

圖2 軌道交通設(shè)備認知實驗

3.2 專業(yè)技能實驗

(1) “車站列車接發(fā)與調(diào)度指揮模擬實驗”實驗項目(見圖3)。在實驗室內(nèi)構(gòu)建仿真鐵路現(xiàn)場行車生產(chǎn)環(huán)境，為車站值班員、信號員以及列車調(diào)度員提供了培訓(xùn)用的仿真平臺，使學(xué)生通過實驗，能進一步鞏固所學(xué)理論知識，熟悉“車站與樞紐運輸組織”中關(guān)于接發(fā)列車的有關(guān)規(guī)定，了解中間站信號、聯(lián)鎖、閉塞設(shè)備的使用方法，掌握接發(fā)列車的實際操作技能，初步達到車站值班員應(yīng)具有的工作能力。

圖3 車站列車接發(fā)與調(diào)度指揮模擬實驗

(2) “中間站平面設(shè)計”實驗項目。利用CAD 軟件，進行鐵路車站的線路平面設(shè)計訓(xùn)練，包括股道、道岔、咽喉區(qū)、信號機、站臺、跨越設(shè)備等設(shè)備布局、設(shè)計以及規(guī)范化比例尺設(shè)計圖的繪制。使學(xué)生通過實驗學(xué)會綜合運用中間站的設(shè)計理論和方法；熟悉設(shè)計中的基本運算和有關(guān)規(guī)定；初步訓(xùn)練站場設(shè)計比例尺圖的繪制，掌握基本的繪圖技巧；建立設(shè)計中的豎向概念。

3.3 綜合設(shè)計實驗

(1) “軌道交通列車運行可靠性分析實驗”實驗項目(見圖4)。通過RailSys仿真平臺，要求學(xué)生以軌道交通實際線路為背景，完成軌道交通線路設(shè)計、牽引計算、列車運行圖編制、列車運行延誤分析、列車運輸組織方案可靠性評價等內(nèi)容。使學(xué)生通過實驗，鍛煉學(xué)生綜合運用知識的能力，掌握“線站工程”、“列車運行組織”和“站場與樞紐規(guī)劃設(shè)計”等多門專業(yè)課中關(guān)于場站設(shè)計、信號設(shè)計、牽引計算、運行圖編制列車、運營可靠性分析等相關(guān)內(nèi)容。

(2) “軌道交通列車運行模擬駕駛仿真”實驗項目。通過軟硬件相結(jié)合的交互仿真駕駛系統(tǒng)，學(xué)生可進行列車模擬操縱，了解車輛動力學(xué)計算，掌握列車運行中的實際操縱技能以及遇到機車電氣故障、氣路故障等問題時的解決和排除故障的能力。

圖4 RailSys軌道交通列車運行可靠性分析實驗

(3) “高速鐵路行車調(diào)度指揮與列車運行控制模擬實驗”實驗(見圖5)。以滬杭客運專線仿真沙盤為背景，通過編制完成的列車運行計劃、動車組使用計劃和車站股道使用計劃，將計劃通過實驗系統(tǒng)下達至沙盤，完成滾動優(yōu)化編制、及時調(diào)整運行、實時監(jiān)督監(jiān)控的調(diào)度指揮過程。通過本實驗，學(xué)生可進行列車運行計劃、站線使用計劃和區(qū)間線路使用計劃的一體化編制與調(diào)整，直觀了解行車調(diào)度指揮與列車運行之間的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生行車調(diào)度指揮等能力。

圖5 高鐵行車調(diào)度指揮與列車運行控制模擬實驗

(4) “鐵路模型分散自律調(diào)度集中(CTC)仿真實驗”實驗項目。以既有鐵路(客貨混跑)為基礎(chǔ)、利用鐵路CTC仿真實驗平臺，結(jié)合不同實驗崗位，通過多人多機多崗協(xié)同實驗，使學(xué)生掌握列車運行過程控制與調(diào)整，運營計劃的制定、控制和調(diào)整，鍛煉學(xué)生不同控制模式條件下(中央控制模式、車站自律控制模式、車站人工控制模式)列車調(diào)度指揮能力。

(5) “軌道交通列車運行圖計算機編制實驗”實驗項目。通過定義線路與網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、管理運行圖編制參數(shù)、實現(xiàn)列車運行圖和車站股道使用圖的計算機編制與調(diào)整、計算指標及輸出相關(guān)結(jié)果，本實驗有助于加深學(xué)生對列車運行圖編制相關(guān)知識的理解，使學(xué)生了解計算機編制列車運行圖的相關(guān)原理與方法，培養(yǎng)學(xué)生對運用計算機編制列車運行圖的工程實踐能力。

3.4 創(chuàng)新研究實驗

(1) 利用RailSys軟件進行軌道交通新線的路線設(shè)計、車型的選擇、運營圖的鋪畫和試運營仿真等實踐研究。

(2) 利用城市軌道交通車站客流分布仿真系統(tǒng)StaPass進行車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計、修正，以及對車站結(jié)構(gòu)三維立體仿真模型的開發(fā)。

圖6 城市軌道交通車站客流分布仿真實驗

(3) 利用新建軌道交通運控一體化與安全評估仿真實驗系統(tǒng)進行各項電氣試驗及制動機試驗、應(yīng)急故障設(shè)置與模擬處理、非正常情況下行車事故的虛擬仿

真演練。

(4) 利用新建的軌道交通列車運行仿真沙盤進行軌道交通運輸調(diào)度計劃制定和運營輔助決策的優(yōu)化。

4 結(jié) 語

隨著我國軌道交通的快速發(fā)展，培養(yǎng)適應(yīng)軌道交通高、精、尖集成技術(shù)發(fā)展需要、具有終身學(xué)習(xí)能力和國際視野的高級工程專門人才和拔尖創(chuàng)新的運營管理人才十分迫切。本文結(jié)合同濟大學(xué)交通專業(yè)的培養(yǎng)目標，在實踐和實驗教學(xué)的四層次架構(gòu)基礎(chǔ)上，針對鐵路行業(yè)的發(fā)展要求，配合理論課程設(shè)計了適合交通運輸專業(yè)各層次學(xué)生的實踐以及實驗項目。基于依托校內(nèi)(實驗室)和校外(企業(yè))的各類資源，以實驗教學(xué)和理論教學(xué)并重為策略，使學(xué)生在校期間能夠得到充分的實踐訓(xùn)練，在綜合能力和創(chuàng)新實踐能力等方面得到提高。但是，隨著軌道交通行業(yè)科技進步和人才需求的變化，交通運輸專業(yè)多層次實踐和實驗教學(xué)體系內(nèi)容還需要在未來發(fā)展過程中不斷完善和更新。

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Reform on Practice and Experimental Teaching of Transportation Major

HONGLing,XIEChao,JIANGZhi-bin

(Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education, Tongji University,Shanghai 201804, China)

Through analyzing the characteristics of transportation major and professional training program of relational universities, practice and experimental projects for all levels’ students majoring in transportation to meet the demand of training objectives are built based on the experimental teaching principles and orientation of transportation major in Tongji University. And the professional basic experiments, skill experiments, comprehensive design experiments and innovation research experiments are designed to practice and enhance the students’ comprehensive and innovative capacity.

traffic and transportation; experimental teaching; experimental project; teaching reform

2014-11-20

同濟大學(xué)教改項目(2013012)；同濟大學(xué)精品實驗項目(0004020206010)

洪 玲(1972-)，女，浙江武義人，博士，高級工程師，主要從事交通運輸仿真與實驗教學(xué)工作。

Tel.:021-69585645;E-mail:ss980308@#edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2015)11-0201-05