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        基于OBE 的列車運行控制技術課程教學改革
        ——以淮南師范學院為例

        2020-07-21 06:40:14李淑娟楊國詩肖理慶
        淮南師范學院學報 2020年2期
        關鍵詞:列車運行控制技術課程設計

        李淑娟,楊國詩,肖理慶

        (淮南師范學院 機械與電氣工程學院,安徽 淮南 232038)

        列車運行控制技術是軌道交通信號與控制專業(yè)的一門核心課程,在鐵路列車自動化控制中占有舉足輕重的地位[1](P1-10)[2,3]。 為了使學生更好地理解列車運行控制技術這門至關重要的專業(yè)課程,鐵路相關院校教師在教學方法、教學理念、教學設計等方面進行了深入研究,并取得了很好的成果,有效地提高了列車運行控制技術課程的教學質量,并被各高校廣泛采納[4-6]。

        近年來提出的“產(chǎn)出導向”教育體系(outcome based education, OBE)是工科教育認證標準的核心之一,要求教學要以學生為中心,強調了教育的“產(chǎn)出”質量,也就是學生學習完畢之后具備了什么能力,能干什么,會做什么[7]。 鑒于列車運行控制技術課程實踐操作的特殊性,基于OBE 理念,結合軌道交通虛擬仿真平臺和校企合作實踐平臺,對列車運行控制技術課程進行了教學改革,根據(jù)畢業(yè)生的反饋情況以及對在校學生創(chuàng)新成果的考察統(tǒng)計,效果理想。

        一、OBE 理念指導的課程教學與傳統(tǒng)課程教學對比分析

        工程教育認證標準體系架構如圖1 所示,該架構清晰闡述了“學生中心”“產(chǎn)出導向”“持續(xù)改進”三大理念。 其中“產(chǎn)出導向”(outcome based education, OBE)作為核心理念之一,強調了教學單位在進行教學體系設計之前,必須要明確學生在學習之后應具備什么樣的能力,達到什么樣的效果,并由此,圍繞“預期學習成果”反向設計教學過程和教學內(nèi)容[8]。

        因此,本文認為,基于OBE 模式,相應的課程大綱均應按照如圖2 所示的流程進行。 其中,預期目標并不是簡單的想當然,也不是靠個別老師所決定,而是基于實際社會需求調研,根據(jù)企業(yè)能力需求擬定;對于產(chǎn)出評估而言,是OBE 中至關重要的一環(huán), 絕對不可以單純的以考試成績進行產(chǎn)出評估,要從課堂、實踐、實訓、教師、系部、學院、用人單位等多個層面進行綜合性的評估。因此,對比OBE 理念指導的課程教學與傳統(tǒng)課程教學,分析可得如表1 所示的不同之處。由此可見,基于OBE 理念對列車運行控制技術課程進行教學改革,能夠打破傳統(tǒng),在培養(yǎng)知識、能力和素養(yǎng)方面起到很好的效果。

        圖1 工程教育認證標準體系架構

        圖2 OBE 模式下的課程教學設計

        表1 OBE 理念指導的課程教學與傳統(tǒng)課程教學對比分析

        二、列車運行控制技術課程教學現(xiàn)狀分析

        目前, 列車運行控制技術的課程教學過程,存在的問題主要如下:

        (一)以教師為中心,以教學進程為導向

        授課教師以教材為核心,以自己為中心,將書本的理論性知識灌輸給學生,抽象的理論性知識和灌輸式教學,使得學生的學習效果大打折扣;而且理論教學內(nèi)容多以過于陳舊的知識為主,沒有及時融入最先進的軌道交通信號設備知識及系統(tǒng)技術,與目前高鐵及其它軌道交通工具的發(fā)展差距較大。教師的知識更新不及時,很大程度上影響學生的學習興趣和主動性,大大降低了預期的教學效果。

        (二) 課程設計環(huán)節(jié)陳舊

        列車運行控制技術系列課程,陳舊的課程設計模式是以教師給定的簡單的驗證性題目進行設計,沒有真正做到鍛煉學生獨立思考、綜合設計、實踐創(chuàng)新的效果。另外,課程設計選題不夠開放,題目呆板,選擇的余地太少,區(qū)分度不夠大,這就導致學生拿著原有材料照搬,也能應付過關。 而且在該過程中,教師缺乏科學合理的全過程監(jiān)督考核,依舊按照學生上交圖紙和報告的陳舊方式評定成績,很難考察出學生的知識掌握情況和實際的應用水平。

        (三) 課程實訓環(huán)節(jié)薄弱并與現(xiàn)實脫節(jié)

        軌道交通信號與控制專業(yè)關聯(lián)于鐵路運營,而列車運行控制技術又直接關乎鐵路列車運行,現(xiàn)場實訓存在風險大、培訓周期長、管理困難、成本高等局限性,因此現(xiàn)場實訓環(huán)節(jié)很難實現(xiàn)。 并且校內(nèi)實訓設備更新慢,不能與實際同步,這就導致學生所學的理論知識無法得到及時驗證,很大程度上限制了學生對知識的理解程度和應用能力。如果能將理論知識、 虛擬仿真和實際驗證三者相結合, 形成“理、虛、實”三位一體的課程教學架構,會有效提高學生的學習效果。

        (四)沒有持續(xù)的質量保證機制

        對于列車運行控制技術課程而言,教學內(nèi)容均是由教師所編寫教學大綱決定,教學方法和手段由教師自己發(fā)揮,正向設計并應用于教學,甚至個別教師都沒有準確的把握住該講什么,學生能學到什么,每學期課程均以考試形式圓滿結束,學生只為了考試通過,教師亦為了完成教學任務,不會有任何反饋,不能夠形成一個閉環(huán)的教學行為。 教師自己本身乃至系部都沒有形成一個持續(xù)的課程教學質量保證機制,這就使得教學質量和教學效果永遠無法得到有效提升。

        三、基于OBE 的列車運行控制技術課程教學改革方案

        (一)教師與學生相融合的“翻轉課堂”新模式

        課堂完全交予學生是很不現(xiàn)實的,但是一定要打破傳統(tǒng)的以教師為絕對驅動的教學模式,形成教師與學生相融合的“翻轉課堂”新模式。在理論教學之前,首先由教師針對本節(jié)課講授的理論知識所對應的現(xiàn)實應用技術、應用場景、發(fā)展前景等出1-2道思考題,讓學生以宿舍為單位,提前在網(wǎng)絡上搜尋相關最先進的知識和技術;然后,在課堂教學教師進行基礎理論講解后, 讓學生以如圖3 所示的“翻轉課堂”的形式,進行匯報,由其他組學生及教師為該組同學打分,并作為課堂表現(xiàn)分計入平時成績。這種教學方法不僅能夠提高學生的學習興趣和主動探索意識, 而且也能促進教師及時更新知識,提高預期教學效果。

        圖3 列車運行控制技術翻轉課堂

        (二)構造創(chuàng)新課程設計,實現(xiàn)知識與能力之間的深度融合

        為了提高學生的理論知識水平,顯著提升學生的應用能力和綜合創(chuàng)新能力,筆者詳細分析了現(xiàn)有課程設計環(huán)節(jié)的突出問題和不足之處,結合我校軌道交通信號專業(yè)人才培養(yǎng)方案和實驗室建設情況,確定了如圖4 所示的創(chuàng)新型課程設計模式。該模式以項目任務驅動課程設計,以小組為單位完成課程設計,以過程管理為把控手段,以課程銜接為知識融合支撐。

        首先,在充分考慮課程銜接的基礎上,選擇合適的工程項目、實驗項目、科研項目和雙創(chuàng)項目四大類項目為課程設計的項目來源,其中工程項目來源于實際現(xiàn)場復雜工程問題的全部或部分,這就需要指導教師要有一定的最新的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗;實驗項目以淮南師范學院實驗教學研究項目為基礎,根據(jù)課程實際需求針對性地開展課程設計,讓學生參與到實驗研究模塊中;科研項目以教師科研項目和淮南師范學院“支持百名優(yōu)秀學生課外科技實踐創(chuàng)新活動基金”項目為依托,在教師的指導下,學生選擇其中與本課程相關的部分模塊開展課程設計;雙創(chuàng)項目主要依賴于各級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和專業(yè)學科競賽,以提高學生創(chuàng)新思維為核心,旨在培養(yǎng)學生以課程知識為基礎,找創(chuàng)新求突破,提升綜合設計能力。

        ①臨床治愈率 急性、亞急性肝衰竭以臨床治愈率作為判斷標準:(a)乏力、納差、腹脹、尿少、出血傾向和肝性腦病等臨床癥狀消失;(b)黃疸消退(TBil≤2×ULN),肝臟大小恢復正常;(c)肝功能指標基本恢復;(4)PTA(INR)恢復正常。

        其次,擬定好課程設計驅動項目之后,在充分掌握學生基本能力的基礎上,有針對性地按任務模塊進行分組,一般以3-4 人為一個小組,組內(nèi)明確各自分工,相互協(xié)作,同步進行,任務模塊之間相互影響,任何一個任務模塊進度不足都會影響整個小組的任務進度,組與組之間針對某些問題可以相互溝通協(xié)作,共同解決;同時,鼓勵組內(nèi)競爭和組間競爭,給予各組一定的壓力,實現(xiàn)競爭與協(xié)作的良性循環(huán),如圖5 所示為小組成員在虛擬仿真實驗室相互協(xié)作討論方案執(zhí)行中存在的問題。

        最后,保證學生課程設計成果的最重要因素是過程管理, 指導教師要有明確的任務和進度安排,除正常答疑解決問題以外,要按照時間節(jié)點進行進度匯報,并逐步將所設計內(nèi)容寫成文檔,制作課程設計PPT,全組人員同時進行答辯考核,這樣直接避免了渾水摸魚等陋習的出現(xiàn)。

        圖4 創(chuàng)新課程設計模式

        圖5 小組成員協(xié)作討論課程設計方案

        (三)構造“理、虛、實”三位一體的課程教學架構

        列車運行控制技術課程是基于理論知識的應用型非常強的課程,基于如圖6 所示的以淮南師范學院軌道交通實訓沙盤和虛擬仿真實驗室為基礎的虛擬仿真實訓平臺,有針對性地準備理論知識內(nèi)容,并在虛擬仿真平臺中進行驗證操作,以進一步深化理論知識,經(jīng)過充分的鍛煉和實踐,學生具備了一定的操作經(jīng)驗和緊急事件處理常識后,將學生帶入現(xiàn)場進行實際操作驗證,能夠保證實際現(xiàn)場操作順利進行,不會存在不懂設備和不懂操作的情況發(fā)生。

        圖6 軌道交通實訓沙盤與虛擬仿真實驗室

        圖7 學生在淮南電務車間現(xiàn)場操作實踐

        實際操作實踐主要以淮南師范學院軌道交通信號與控制專業(yè)實踐基地-合肥電務段淮南電務車間為現(xiàn)場, 讓學生把在虛擬仿真平臺學習到的實踐技能進行實際應用, 將知識升華到理論結合實踐的高度,實現(xiàn)“理、虛、實”三位一體的課程教學架構。 圖7 所示為學生在淮南電務車間現(xiàn)場進行操作實踐。

        筆者認為,以此教學架構能夠讓學生對列車運行控制技術課程的理論知識掌握的更為深入,也強化了學生的實踐應用能力。

        (四)搭建課程教學質量保證機制

        為了監(jiān)督教師在課程教學中保質保量的完成教學任務,保證學生的學習有成效,在充分利用學校督導體制的基礎上,進一步進行深化研討,形成了如圖8 所示的列車運行控制技術課程教學質量保證機制。

        更進一步,對“課前、課內(nèi)、課外”三個方位予以細化。 對課前而言,最為關鍵的是確定符合當前企業(yè)需求和學校實際情況的課程教學大綱,緊抓教師教學設計和教案,通過系部磨課的方式逐步提升備課質量;對課內(nèi)而言,形成校級、院級、系部、學生相配合的四級督導信息反饋體系,全面對教師課堂教學質量進行督導和反饋,其中學生督導信息員由高年級優(yōu)秀學生選拔產(chǎn)生;對課外而言,看學生的三創(chuàng)活動、參加專業(yè)學科競賽和教師科研項目情況,對任課教師提出要求,對學生能力予以拓展。

        圖8 列車運行控制技術課程教學質量保證機制

        四、教學改革成效

        以上課程教學改革措施,在列車運行控制技術課程的教學中達到了非常好的教學效果,同時產(chǎn)生了一定的輻射作用,使得本專業(yè)學生的理論知識層次、專業(yè)應用能力和創(chuàng)新實踐水平得到了較好的提升。

        (一)畢業(yè)去向情況

        經(jīng)過課程教學改革,顯著提升了學生的軌道專業(yè)理論和實踐能力。 2019 年淮南師范學院軌道交通信號與控制專業(yè)送走了首批畢業(yè)生,其畢業(yè)去向情況如圖9 所示,經(jīng)過后期回訪,企業(yè)對此模式下所培養(yǎng)學生的能力認可度高。

        (二)創(chuàng)新實踐成果

        學生基于此模式鍛煉出了很好的創(chuàng)新實踐能力, 并積極參與教師項目和申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,數(shù)量逐年增加。 2019 年參與教師科研項目的學生數(shù)為5 人,實現(xiàn)了0 的突破。 就大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目而言,申報人數(shù)逐年增加,2019 年主持省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目1 人、參與5 人;主持校級創(chuàng)新項目3 人、參與5 人。

        圖9 2019 年軌道專業(yè)畢業(yè)生去向情況

        軌道專業(yè)學生通過創(chuàng)新能力的提升和鍛煉,積極參與到學科競賽中。 2019 年度獲得了國家級特等獎1 項、省級一等獎4 項、省級二等獎1 項、省級三等獎2 項。 圖10 所示為軌道專業(yè)學生參加全國大學生工程訓練綜合能力競賽獲得國家級特等獎。

        圖10 學生自主設計物流機器人及獲獎證書

        五、總結

        為了提高大學課堂教學質量,以列車運行控制技術為例,筆者首先改革了傳統(tǒng)課堂教學模式,提出了以學生為中心、教師與學生相融合的“翻轉課堂”新模式,并改革了傳統(tǒng)課程設計形式,形成了項目驅動式的課程設計形式;其次,為了提高學生實踐能力,構造了“理、虛、實”三位一體的課程教學架構;最后,為保證教學質量,搭建了課程教學質量保證機制。 經(jīng)過課程教學改革,不僅顯著提升了學生理論知識的理解能力和創(chuàng)新實踐水平,而且也提高了教師的教學水平。

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