華 容, 安子良, 沙 泉, 陸 斌

(1. 上海應用技術大學 電氣與電子工程學院, 上海 201418；2. 上海應用技術大學 軌道交通學院, 上海 201418)

實驗教學示范中心建設

創(chuàng)建軌道交通運行與安全實驗教學示范中心

華 容1, 安子良2, 沙 泉2, 陸 斌2

(1. 上海應用技術大學 電氣與電子工程學院, 上海 201418；2. 上海應用技術大學 軌道交通學院, 上海 201418)

為適應中國軌道交通行業(yè)發(fā)展的需要,成功地建立了上海市級軌道交通運行與安全實驗教學示范中心。在多層次實驗教學構架、建設理念、教學方法以及教學質量保障等多方面探索的基礎上,總結創(chuàng)建實驗教學示范中心的理論與實踐,有效地提高了學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)質量。

軌道交通； 運行與安全； 實驗教學示范中心

軌道交通運行與安全市級實驗教學示范中心(以下簡稱“示范中心”)是上海應用技術大學主動適應中國軌道交通行業(yè)發(fā)展需要,以軌道交通企業(yè)需求為導向,以職業(yè)崗位能力為依據,突破傳統(tǒng)鐵路院校以線路結構、機車車輛、信號系統(tǒng)為主體的思路,以軌道交通建設與運營過程中各專業(yè)的耦合為基礎,整合軌道交通學院、機械工程學院、電氣與電子工程學院、城市建設與安全工程學院和工程創(chuàng)新學院相關實驗室資源,于2009年組建跨學院、服務多專業(yè)的校級實驗教學中心,并于2015年獲上海市教委批準創(chuàng)建。

1 構建多層次教學構架

示范中心堅持“以培養(yǎng)學生的動手能力、工程能力、創(chuàng)新能力和行業(yè)素質培養(yǎng)為核心,堅持理論教學與實驗教學一體化、實驗教學和工程實訓一體化、實驗教學和科學研究一體化、課內實驗和創(chuàng)新競賽實踐一體化”的實踐教學改革思路,以“立足專業(yè)特色、面向工程實際、注重運用能力、提升行業(yè)素質”推動實踐教學模式創(chuàng)新與改革,構建了“基礎實驗平臺、專業(yè)實驗平臺、工程實訓平臺和創(chuàng)新競賽平臺”等4個實驗實訓平臺,形成了從專業(yè)理論到多學科交叉融合、從基礎實驗到創(chuàng)新競賽實踐、從軌道交通專業(yè)實驗到密切貼近軌道交通企業(yè)工程實訓的多層次實驗教學構架與體系。軌道交通運行與安全實驗教學示范中心多層次實驗教學構架與體系見圖1。

圖1 軌道交通運行與安全實驗教學示范中心多層次實驗教學構架與體系

2 示范中心的建設理念及現狀

示范中心積極開展開放式虛實結合實驗教學探索與實踐,通過計算機虛擬仿真技術和軌道交通行業(yè)運營、管理、維保工程實際的結合,構建了“基礎實驗—專業(yè)實驗—工程實訓”組成的虛實結合更加貼近軌道交通行業(yè)實際的專業(yè)實驗實訓平臺,學校利用上海市“085工程”建設的契機,重點建設了專業(yè)實驗平臺,建成了在長三角地區(qū)領先并具有特色的機車車輛設計與診斷技術工程中心,涵蓋了高速列車、列車控制、城軌制動、系統(tǒng)集成、線橋隧結構、運營維護和安全保障等世界先進水平的高速鐵路、城市軌道交通技術實踐教學系統(tǒng)等17個專業(yè)實驗室。借助計算機軟件仿真和虛擬技術,可部分替代或全部替代傳統(tǒng)鐵路機務、電務和工務技術人才實踐教學操作環(huán)節(jié)的相關硬件操作環(huán)節(jié),實驗者可像在真實的環(huán)境中一樣完成各種實驗項目的培訓,所取得的實驗效果與在實際設備上的操作效果相一致。工程實訓綜合平臺包含了軌道交通校內工程綜合實訓基地和工程創(chuàng)新綜合實訓基地,在校內提供與軌道交通運營與維?，F場一致的訓練環(huán)境,開展基本技能訓練、情境模擬式工程實訓與創(chuàng)新能力提升相結合的更加貼近軌道交通行業(yè)實際的實訓。

示范中心現有教師45人,職稱結構中教授12人、副教授18人、實驗教師8人、企業(yè)兼職教師7人；4位教授擔任教育部“鐵路運輸與工程”教學指導分委員會工作組委員。通過國內外訪學、產學研踐習、學術交流,培養(yǎng)了一批具有國際視野、了解軌道交通行業(yè)學術前沿動態(tài)和發(fā)展趨、具有豐富工程實踐經驗和服務企業(yè)意識的青年教師,形成了一支學歷、職稱、年齡結構合理,產教研融合的雙師型實踐教學隊伍。示范中心有25個實驗室和2個校內工程實訓基地,實驗室總面積約為5 000 m2,擁有各種實驗教學儀器設備3 929臺套,儀器設備總值約1.4億元,主要面向信號工程、交通工程、車輛工程、現代制造工程、電子信息工程、電氣自動化工程、土木工程、安全工程、建筑環(huán)境與能源應用工程、工程管理等10個專業(yè)近1 500學生,開設80門實驗課程的266個實驗項目。

3 示范中心實驗教學的思考與探索

示范中心根據“四個一體化”實驗教學改革思路,圍繞夯實基礎理論、培養(yǎng)工程能力、激發(fā)創(chuàng)新精神、強化協同意識,重點在專業(yè)內涵提升、實驗教學體系構建、實驗平臺建設、實踐教學模式等方面開展了改革實踐,構建了 “兩維度、四層次、多模塊”的實驗教學體系。

3.1 兩維度

(1) 學科技術發(fā)展維度。包括基礎技能、專業(yè)能力和創(chuàng)新能力。關注高速鐵路和城市軌道交通技術在國內和國際的學術發(fā)展動向,注重學生在機務、電務、工務基礎技能的培養(yǎng)；注重學生在運營、控制、電氣、通號、機車車輛、交通工程等專業(yè)能力的提升以及在創(chuàng)新實驗、科技競賽、產品開發(fā)、工程實踐等科研意識的強化,促進學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),提高實驗教學水平。

(2) 工程過程維度。包括高速鐵路、城市軌道交通、機車車輛制造、鐵路信號行業(yè)應用。在實驗教學體系設計中,注重遵循教育規(guī)律,引入現代技術平臺,改革實踐教學體系,建立涵蓋高速鐵路和城市軌道交通運營、軌道交通生產企業(yè)、鐵路總公司管理企業(yè)急需的建設、運營、維保一線高技術應用型人才和管理人才培養(yǎng)體系,貫穿工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的全過程,滿足不同專業(yè)不同層次學生的需要,以學生為本,以實驗實訓為主,以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的實驗教學體系[1-2]。

3.2 四層次

示范中心建設了強化基礎的專業(yè)基礎實驗平臺、突出特色的專業(yè)實驗平臺以及貼近工業(yè)實際的工程實訓平臺；結合工程實際,融入軌道交通行業(yè)崗位技能操作規(guī)范；修訂人才培養(yǎng)計劃，改革實驗教學內容和教學手段,將實驗課程獨立設課。每個專業(yè)均按基礎、專業(yè)、實訓和創(chuàng)新4類設置實驗課程,強化了實驗教學在學生培養(yǎng)過程中的重要性，增強了學生實驗過程的積極性。通過教學、企業(yè)、科研有機結合,實驗教學中強化了應用與創(chuàng)新。從基礎實驗教學、專業(yè)實驗教學、工程實訓教學、創(chuàng)新實驗教學4個層面設計更加貼近軌道交通行業(yè)實際的實驗項目,創(chuàng)建了“科研成果進實驗教材、科研課題進實驗內容、科研團隊進實驗課堂；科研資源轉化為創(chuàng)新平臺、工程項目轉化為實訓題目；創(chuàng)新項目與前沿技術同步”的科研與實驗教學創(chuàng)新融合模式[3-5]。

3.3 多模塊

針對軌道交通運營與安全覆蓋的工程領域,按照自主性學習、研究性學習和創(chuàng)新性實驗,并考慮不同類型專業(yè)學生知識面和知識結構的差異,以模塊化的方式構建實驗內容,針對實驗體系的4層次構建相應的實驗模塊。

3.3.1 基礎層次實驗教學的標準化+模塊化

示范中心的機械零件與原理實驗室、工程測量基礎實驗室、電子技術基礎實驗室、電子信息工程實驗室、電機拖動實驗室、安全工程實驗室、土木工程材料實驗室,除了面對本專業(yè)開設實驗課程外,如基本測量方法、基本計算機操作和基本操作技能培訓教學,還為基礎層次實驗教學模塊制定統(tǒng)一的實驗教學大綱、實驗指導書、考核標準,并根據不同專業(yè)的培養(yǎng)要求,選擇相應的標準化實驗,構建專業(yè)基礎實驗模塊。同時,根據軌道交通行業(yè)機務、電務、工務崗位要求構建模塊化實踐教學體系。實驗教學中心教師經過近一年努力,新設計開發(fā)了1人1組的獨立實驗方案,目前已全面推廣應用。通過實驗技術、實驗方法和手段改進研制出來的各類實驗項目,編入《工程結構檢測》《通信原理》等實驗教材中。

3.3.2 拓展層次實驗教學的平臺化+模塊化

示范中心借鑒國內外的教學經驗和成果,根據上海以及長三角地區(qū)高速鐵路和城市軌道交通對高水平一線工程的需求,調整和優(yōu)化實驗教學課程體系和內容,實施“專業(yè)技術基礎知識鏈、軌道交通專業(yè)知識鏈、軌道交通專業(yè)實踐知識鏈、軌道交通運營管理知識鏈和軌道交通安全知識鏈”五鏈一體的實驗教學課程體系,全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、運用知識的能力和行業(yè)素質；拓展多層次實驗教學平臺,由貼近工業(yè)生產實際的校內工程實訓基地與基于計算機仿真軟件構成機車車輛設計與診斷技術工程中心組成,要求學生綜合運用所學知識,通過實驗過程培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。鐵路信號與控制系統(tǒng)綜合實驗、列車運行自動控制系統(tǒng)等實驗項目,都結合工程實踐,研制開發(fā)占地小、造價低而實驗教學效果與實際裝置一致的實驗裝置,解決工程實際裝置體積大、造價高,學生只能開展演示實驗的不足,提高學生實驗效果[6]。這些緊密結合工程實際的實驗項目充分體現在專業(yè)實驗項目的改進和發(fā)展中,對培養(yǎng)和提高學生實踐能力起到了不可或缺的作用。

3.3.3 創(chuàng)新層實驗教學

采用競賽代替?zhèn)鹘y(tǒng)的課程教學,圍繞實踐課程的目的,教師采用項目驅動法設計競賽題目、確定項目內容、任務要求和目標、難易程度以及計劃實施；預測在教學過程可能發(fā)生的異常、考核評價標準和方法等,把學生引入并成功啟動項目后,教師轉變?yōu)橐龑У奈恢?引導學生思考、分析、解決問題,實現項目目標。

3.3.4 大型儀器設備開放模塊

示范中心積極支持和鼓勵學生參與各種科技創(chuàng)新活動、校企聯合技術大賽、聯合指導畢業(yè)論文。一流師資、一流設備、重大科研項目為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)服務,從而將科研方法融入實驗、實踐教學活動。保證大型儀器設備對實驗教學的無償使用,對123套大型儀器設備實現良性和高效運行與管理,鼓勵教師將大型儀器設備應用于實驗教學和學生科技創(chuàng)新等活動中,包括對論文和申報專利進行獎勵。

4 實驗教學方式與方法

示范中心通過計算機虛擬仿真技術和軌道交通行業(yè)運營、管理、維保工程實際的結合,通過案例教學法、角色扮演法、項目驅動法、現場實習法等多種教學方法,使學生具有較高的社會責任感、自主學習的能力、終身學習的理念、開放性獲取知識的能力、初步的科學研究興趣、寬廣的國際視野和卓越的創(chuàng)新能力。

4.1 完善基礎實驗教學,采用案例教學法抓實學生認知的基本能力

基礎實驗平臺的主要目標是鞏固學生基礎理論知識和實驗技能、數據處理知識、常規(guī)實驗儀器與裝置的使用,使學生理論與實際相結合,培養(yǎng)學生的基本實驗能力[7-8]。在具體的實驗項目設計上,根據軌道交通行業(yè)涉及到的基礎理論、新理論、新技術,緊密結合科研成果和企業(yè)工程實踐,以及實驗教學改革成果,研究開發(fā)適合學生實驗與學科專業(yè)發(fā)展水平相一致的實驗教學項目,使學生在實驗操作能力提高的同時,掌握學科發(fā)展的動態(tài),建立工程實踐和學以致用的思維方式。

4.2 完善專業(yè)實驗教學,采用虛擬仿真提升學生技能的操作水平

專業(yè)實驗綜合平臺的主要目標是讓學生面對軌道交通行業(yè)運營與安全的實際問題,要求學生綜合運用所學知識,通過實驗過程培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力[9-10]。因此,在實驗技術、方法和手段上,力爭采用最新的實驗技術、實驗方法與手段,努力達到提升學生實踐能力的教學目標。在具體的實驗內容和實驗項目上,借助計算機軟件仿真和虛擬技術,可部分替代或全部替代傳統(tǒng)鐵路機務、電務和工務技術人才實踐教學操作環(huán)節(jié)的相關硬件操作環(huán)節(jié)。在實驗教學中強化應用與創(chuàng)新,融入軌道交通行業(yè)崗位技能操作規(guī)范,編寫和修訂實踐教學培養(yǎng)計劃和教學大綱,從而使專業(yè)實驗教學有依據地規(guī)范操作、標準運行,密切與鐵路行業(yè)、企業(yè)研發(fā)與生產的關聯度,努力實現學生綜合能力全面提升,為培養(yǎng)企業(yè)需要的一線工程師,準員工化的人才培養(yǎng)目標服務。

4.3 完善工程實訓教學,采用角色扮演法促進學生的技能運用能力

對于軌道交通這樣的特種行業(yè),由于企業(yè)擔心學生實習會影響企業(yè)安全運行,因此導致學生企業(yè)實踐以現場參觀為主,使得學生實習質量下降。通過建立工程實訓綜合平臺可以彌補上述缺點。工程實訓綜合平臺的主要目標是在校內提供與軌道交通運營與維?，F場一致的訓練環(huán)境。校內軌道交通綜合實訓基地擁有數百米鐵路線路、隧道、橋梁、鐵道車輛、鐵道信號等基礎設施,能夠模擬信號、行車、工務、供電等實訓和實習任務,在中心仿真平臺上可實現軌道交通站段工程設備的檢測、維護、運行、管理等技術操作。工程創(chuàng)新綜合實訓基地擁有汽車噴涂生產線、柔性制造生產線,能夠為學生提供輕工、汽車制造、冶金等領域的工程實踐環(huán)境,從而增強對于工業(yè)工藝過程、軟測量技術、優(yōu)化控制方法的理解。通過校內的情境模擬式工程實訓,使每個學生都能親身體驗機車車輛檢測、鐵路信號、軌道與路基檢測、自動化生產線的運行操作,熟悉和了解我國電氣化鐵路已在應用的一套新型的、智能的、能夠全方位指導工務、電務和供電安全生產的監(jiān)測診斷平臺,使實驗教學中心成為了軌道交通行業(yè)基礎研究、工程技術應用、共性關鍵技術及總體裝備研發(fā)的創(chuàng)新平臺、技術輻射中心、行業(yè)技術人員培訓的重要基地。

4.4 完善創(chuàng)新競賽實驗平臺,采用項目驅動法提高學生的綜合運用能力

創(chuàng)新競賽實踐平臺的主要目標以強化學生工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力為核心[11],創(chuàng)新競賽實驗平臺由教學科研一線的高水平骨干教師承擔,汲取CDIO的教學理念與模式,學生組成的創(chuàng)新實驗小組,在教師的指導下,開展由科研項目衍生、適合本科生的子課題試驗研究工作,著重培養(yǎng)學生解決實際問題的創(chuàng)新能力。目前有多位“國家自然基金”課題負責人在內的13位教授、副教授擔任軌道交通專業(yè)平臺各類實驗指導教師,學生對參加科技創(chuàng)新項目表現出很高的熱情,參加率超過85%,取得了一批學生創(chuàng)新研究成果,實現了一流師資、一流設備、重大科研項目為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)服務的目的。

示范中心科技創(chuàng)新實驗由學生查閱資料、提出實驗方案、方案的討論與確定、實驗室實驗和實驗總結4個考核評價階段組成。

4.4.1 查閱資料、提出實驗方案

這一過程要求學生通過查閱有關書籍、文獻資料,了解和掌握與課題有關的國內外技術狀況、發(fā)展動態(tài),并在此基礎上,根據實驗課題要求和實驗室條件,提出具體的書面實驗方案設計,包括提出實驗方案技術路線與實驗裝置、實驗條件要求、測試項目和測試方法、實驗計劃進度等。

4.4.2 方案的討論與確定

指導教師在對實驗方案審議的基礎上,與學生開展討論。由學生介紹實驗方案,指導教師根據可行性、實驗室條件等因素對方案進行修正,使之具有可操作性,滿足實驗目的要求,在尊重學生思路和實驗要求的前提下,確定實驗方案。

4.4.3 實驗室實驗

按確定的實驗方案,在實驗室由學生自己動手準備必要的實驗材料、搭建實驗裝置,開展具體的實驗和測試工作。指導教師負責現場指導,解答學生實驗中遇到的難題,啟發(fā)學生深入思考,創(chuàng)造必要的條件,如分析條件、必要的設備材料等。

4.4.4 實驗總結

由學生自主對實驗結果數據進行分析、總結,教師負責指導和答疑,這一過程使學生分析問題的能力得到鍛煉和提高,最終按要求撰寫出實驗研究報告。

整個創(chuàng)新實驗使學生經歷全面分析和研究問題的過程,實驗技能得到全面的鍛煉、綜合能力得到全面的提升。學生在完成創(chuàng)新實驗后取得相應的學分,其成果可以發(fā)表和參加競賽。創(chuàng)新實驗充分利用科研資源,使學生的創(chuàng)新能力有一個質的提高。

5 教學質量保障措施

示范中心在中心主任全面負責下,設有專任分管教學和實驗室的2位副主任和1位專任教學秘書,成立中心實驗教學工作委員會、考核聘任工作委員會、儀器設備論證采購指導委員會、實驗課程建設與管理委員會和中心實驗教學工作督導組等教學管理機構；在各個實驗平臺上,明確規(guī)定由實驗中心主任會同各專業(yè)責任教授、專業(yè)建設負責人共同負責實踐教學體系和實踐教學平臺建設,由課程負責人具體負責實踐教學內容建設。在此基礎上,通過在教師崗位聘任中設立專門的實驗教學崗位,每類實驗教學崗位都制定有明確的實驗教學建設任期目標和考核標準,鼓勵高水平教師投入實驗教學改革及建設工作中,確保實驗教學體系和內容滿足經濟社會發(fā)展對卓越工程人才培養(yǎng)需要,確保人才培養(yǎng)質量。示范中心教學管理與質量保障體系見圖2。

圖2 軌道交通運行與安全實驗教學中心教學管理與質量保障體系示意圖

5.1 管理制度

示范中心擬訂了具體的教學管理工作進程和管理制度以保證嚴格執(zhí)行學校的質量標準。聯系中心的實際,在教學大綱的制定、教材選用、教學運行等各環(huán)節(jié)都建立了相應的制度,如新開課教師試講、新實驗試做、實驗教學指導教師相互聽課、學生評價等。實施的上述各項制度構成了實驗教學的質量保證體系,確保了實驗教學的質量，實現了實驗教學文檔的規(guī)范化管理,要求各類實驗教學文檔及相關資料齊全、存放規(guī)范,有關資料按實驗室分別管理。

5.2 考核制度

以“實驗內涵的多元化、實驗手段的多樣化、教學模式的多元化、考評方式的多種化”為抓手,以現代化的網絡平臺及開放式管理體系為支撐,以課程評估、課程考核成績評估、教學考核為載體運行教學評價系統(tǒng)。

基礎技能類實驗。采取過程性和終結性相結合的考核方法。包括實驗出勤率、實驗操作和實驗方案正確性(設計型實驗)等。

專業(yè)能力類實驗。針對軌道交通機務、電務、工務等工作崗位涉及的運行與維修工作過程,進行工序構思+參選選擇+虛擬仿真+過程運行+答辯與操作+文檔資料,由指導小組教師共同審閱評審成績。

創(chuàng)新訓練類實驗。學生是否發(fā)表科技論文、申請專利、各類獲獎等,由中心主任、副主任及指導教師共同評定成績。

5.3 監(jiān)控制度

建立了校、院、實驗中心3級實驗教學質量監(jiān)控體系,以及由校、中心2級督導組組成的實驗教學質量檢查與評估督導機制。通過學生評教、聽課制度、教學督導、教學檢查等方法來運行教學質量監(jiān)控系統(tǒng)。

5.4 開放制度

實驗中心將通過科學化、規(guī)范化、制度化和信息化的管理,在實驗室教學安排、儀器設備使用、場地利用等方面,促進實驗中心的全面開放,形成高效、有序的實驗教學運行系統(tǒng),促進實驗教學質量的穩(wěn)步提高,為學生自主實驗、科學研究和個性化學習創(chuàng)造良好實驗環(huán)境和條件。

References)

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Establishment of experimental teaching demonstration center for rail transportation operation and safety

Hua Rong1, An Ziliang2, Sha Qian2, Lu Bin2

(1. School of Electrical and Electronic Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China；2. School of Railway Transportation, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)

Shanghai Municipal Experimental Teaching Demonstration Center for Rail Transportation Operation and Safety is successfully established in order to meet the development needs of China’s rail transportation industry. Based on the exploration of the following aspects such as multi-level experimental teaching framework, construction ideas, teaching methods, teaching quality assurance, etc., the theory and practice on the establishment of the experimental teaching demonstration center are summarized,and the training quality of the students’ practical ability and innovative ability is effectively improved.

rail transportation; operation and safety; experimental teaching demonstration center

10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.060

2016-06-18 修改日期：2016-07-28

上海市重點課程建設項目(33210M161019)

華容(1960-),男,上海,教授,從事軌道交通通信與信號專業(yè)教學與科研.

E-mail：huarong@sit.edu.cn

G642.0

: A

: 1002-4956(2016)12-0237-05