王少鋒 朱作暉

摘要：智慧化教學(xué)已經(jīng)在大量課程上得到廣泛應(yīng)用，但鐵道工程專業(yè)仍延續(xù)了傳統(tǒng)的線下教學(xué)為主的形式。由于該專業(yè)具有極強(qiáng)的交叉學(xué)科特點(diǎn)，智慧化教育的推廣面臨著線上教學(xué)資源稀少、專業(yè)性較強(qiáng)等問(wèn)題，可以通過(guò)共享多門(mén)線上翻轉(zhuǎn)課堂來(lái)豐富教育資源，利用遠(yuǎn)程VR設(shè)備以及資源共享來(lái)進(jìn)行智慧化實(shí)踐教學(xué)。針對(duì)客觀題的智慧化考核可采用剝豆豆等游戲化教學(xué)平臺(tái)來(lái)提高課堂考核的公平度，而對(duì)主觀題的智慧化考核可通過(guò)在題干中加入學(xué)生學(xué)號(hào)信息有效防止作弊，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智慧化教學(xué) 鐵道工程 交叉學(xué)科 智慧化考核

中圖分類號(hào)：G652 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1009-5349（2020）17-0189-03

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，教育領(lǐng)域開(kāi)始全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)促進(jìn)教育改革與發(fā)展。各種智慧化教學(xué)平臺(tái)與軟件層出不窮，豐富了教學(xué)資源。在大量課程中，智慧化教學(xué)所占的比例已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)。但在鐵道工程專業(yè)上，智慧化教學(xué)的應(yīng)用有待推廣。

鐵道工程主要研究鐵道的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理和養(yǎng)護(hù)等方面的基本知識(shí)和技能，涉及鐵道、交通和土建等，包括鐵道線路的規(guī)劃，高速鐵路的勘測(cè)設(shè)計(jì)，鐵道的維護(hù)養(yǎng)護(hù)等，曾作為獨(dú)立專業(yè)進(jìn)行招生。在21世紀(jì)初本科專業(yè)被撤銷，作為土木工程專業(yè)的一個(gè)方向進(jìn)行培養(yǎng)[1-2]，而道路與鐵道工程二級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)被劃到交通運(yùn)輸一級(jí)學(xué)科門(mén)下。這既反映了鐵道工程的交叉學(xué)科特征，但也導(dǎo)致專業(yè)人才培養(yǎng)的不連續(xù)，阻礙高層次人才的培養(yǎng)。

隨著我國(guó)高鐵技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)專業(yè)人才需求越來(lái)越多，原教育模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)有需求。因此，原鐵道部院校近些年又相繼新增鐵道工程本科專業(yè)，與土木工程平行培養(yǎng)[3]。本文將結(jié)合鐵道工程專業(yè)的特點(diǎn)與歷史，探討新形勢(shì)下鐵道工程專業(yè)智慧化教學(xué)與考核方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以及相應(yīng)改進(jìn)方法。

一、鐵道工程專業(yè)智慧化教學(xué)的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的鐵道工程教學(xué)主要采用線下教學(xué)方式，以實(shí)踐教學(xué)相輔助，且逐步提高實(shí)踐教學(xué)比例。但智慧化教學(xué)未能得到廣泛應(yīng)用，則凸顯出了本專業(yè)線上教學(xué)的幾個(gè)特點(diǎn)。

1.智慧化教學(xué)資源稀少

鐵道工程專業(yè)不僅具備土木工程與交通運(yùn)輸兩種交叉學(xué)科的特點(diǎn)，還需要教師與學(xué)生具備一定的材料工程、機(jī)械工程、車(chē)輛工程以及數(shù)學(xué)規(guī)劃方面的知識(shí)。大量的相關(guān)課程在教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)上并沒(méi)有拿來(lái)即用的現(xiàn)有課程。造成此方面的原因比較多，除了上述的交叉性與系統(tǒng)性以外，開(kāi)設(shè)本專業(yè)院校數(shù)量過(guò)少也是其中一個(gè)主要原因。各高等院校各有所長(zhǎng)，側(cè)重點(diǎn)不同，能開(kāi)設(shè)智慧化教學(xué)課程的資源不多。

另外，鐵路運(yùn)輸種類較多，不同類型鐵路的教學(xué)資源其互通性不強(qiáng)[4]。這就造成一門(mén)完整的線上教學(xué)需要結(jié)合多門(mén)課程的線上資源才能勉強(qiáng)達(dá)到要求?，F(xiàn)有的線上教學(xué)資源平臺(tái)比如MOOC、雨課堂、超星等暫時(shí)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)幾門(mén)課程的結(jié)合。

2.具有極強(qiáng)的專業(yè)性

鐵路系統(tǒng)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性與整體性，任何一個(gè)部件的性能都影響到其他部件的設(shè)計(jì)制造與性能。智慧化教育資源受到設(shè)備性能的限制，不易展現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的復(fù)雜性。這種專業(yè)性也決定了智慧化教學(xué)資源制作的難度?，F(xiàn)有資源多是線上三維動(dòng)畫(huà)資源與視頻教程，可以作為傳統(tǒng)教學(xué)補(bǔ)充。以道岔為例，道岔由轉(zhuǎn)轍器、連接部分、轍叉及護(hù)軌三個(gè)單元組成。傳統(tǒng)的線下教育過(guò)于平面化與二維化，難以展現(xiàn)道岔的結(jié)構(gòu)全貌與工作原理，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)能最有效地展示道岔架構(gòu)，但出于安全原因，現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)難以展示列車(chē)通過(guò)時(shí)候的道岔行為特征，智慧化教育資源則可作為教學(xué)補(bǔ)充。

二、智慧化教學(xué)改進(jìn)方案

針對(duì)鐵道工程專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)新形勢(shì)下的智慧化教學(xué)可采用一些對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方案與措施。

1.豐富智慧化教學(xué)資源

鐵道工程智慧化教學(xué)還需要相關(guān)學(xué)科的輔助資源。以中國(guó)大學(xué)慕課為例，現(xiàn)有的翻轉(zhuǎn)課堂僅能提供一門(mén)課程的線上教學(xué)，教師一旦確定了所選課程，就只能以該課程為基礎(chǔ)進(jìn)行授課。但由于線上資源使用的教材并不一定與本課程完全相同，造成某些章節(jié)的缺失。但所缺失章節(jié)的線上教學(xué)資源很可能存在于另一門(mén)慕課的線上資源。

以專業(yè)課程《工務(wù)工程》為例，在中國(guó)大學(xué)慕課堂平臺(tái)上僅能搜索到西南交通大學(xué)的《軌道工程》與《高速鐵路運(yùn)營(yíng)與維護(hù)》兩個(gè)教學(xué)資源，但單獨(dú)的一個(gè)資源并不能完全包含《工務(wù)工程》的所有教學(xué)內(nèi)容。因此，如果線上教學(xué)平臺(tái)可以同時(shí)選擇2—3門(mén)課程作為一門(mén)課程的教學(xué)資源，則可以充分利用全平臺(tái)的資源。

2.鐵道工程智慧化實(shí)踐教學(xué)方案

實(shí)踐教學(xué)在本專業(yè)中越來(lái)越重要，各院校都在逐漸提高實(shí)踐教學(xué)的比例。在鐵道工程施工技術(shù)課程中，這種特征體現(xiàn)得更加明顯。無(wú)論是路基、橋梁、隧道，還是線路、軌道板、接觸網(wǎng)等課程，除了對(duì)課本基礎(chǔ)知識(shí)的講述外，有條件的還需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐與模型演示[5]。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐更多時(shí)候受到安全原因的限制，需要將智慧化實(shí)踐教學(xué)資源結(jié)合起來(lái)才能達(dá)到最好的教學(xué)效果。

對(duì)于智慧化教學(xué)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)不易操作與執(zhí)行。但VR技術(shù)則可以彌補(bǔ)這種不足，不僅可以進(jìn)行復(fù)雜的危險(xiǎn)性較大的實(shí)踐教學(xué)，還可以讓學(xué)生反復(fù)操作，直到掌握為止[6]。

但由于VR技術(shù)需要專業(yè)儀器與設(shè)備，實(shí)施VR實(shí)踐教學(xué)需要學(xué)生到專業(yè)的設(shè)備室進(jìn)行操作。要達(dá)到遠(yuǎn)程智慧化實(shí)踐教學(xué)，還要配置專業(yè)的線上遠(yuǎn)程接收設(shè)備，這需要VR設(shè)備相關(guān)企業(yè)進(jìn)行配合研究，建立相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)。另外，由于各高校所擁有的資源不同，可進(jìn)行線上VR資源開(kāi)放共享，極大完善本專業(yè)的智慧化實(shí)踐教學(xué)資源。

三、智慧化教學(xué)考核方法研究

1.客觀題的智慧化考核

在鐵道工程智慧化教學(xué)中，公平公正的考核越來(lái)越重要。由于學(xué)生自控能力不強(qiáng)，極易在智慧化教學(xué)中分散注意力，更有學(xué)生利用智慧化教育設(shè)備玩游戲。為了抓住線上教育學(xué)生們的注意力，中國(guó)大學(xué)慕課堂采用了視頻教學(xué)中任意時(shí)刻插入問(wèn)題的方法。當(dāng)講解到某個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，相關(guān)問(wèn)題彈出，學(xué)生必須回答正確才能繼續(xù)進(jìn)行下一步的學(xué)習(xí)，而學(xué)生的答案也可以自動(dòng)計(jì)算成績(jī)。該方法能一定程度上減少智慧化教學(xué)的學(xué)生分心問(wèn)題，但由于網(wǎng)絡(luò)資源以及搜索引擎的便利，仍然無(wú)法阻止學(xué)生對(duì)答案的剽竊與抄襲。

針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了多種游戲化教育平臺(tái)，如雨課堂、剝豆豆等。這類平臺(tái)的特點(diǎn)是寓教于樂(lè)，將考核題目設(shè)計(jì)成游戲形式，利用學(xué)生的好玩天性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

以《鐵道工程專業(yè)英語(yǔ)》課程為例，教師可在剝豆豆平臺(tái)上提前設(shè)置一套課堂考核題目，學(xué)生可通過(guò)實(shí)時(shí)加入碼進(jìn)入測(cè)試平臺(tái)，如圖1所示。

學(xué)生進(jìn)入平臺(tái)后，教室大屏幕上顯示題目與選項(xiàng)，如圖2所示。

而學(xué)生移動(dòng)平臺(tái)顯示不同顏色的選項(xiàng)，并且需要在限定的時(shí)間內(nèi)選出正確答案，如圖3所示。

有參與的學(xué)生都會(huì)有各自的得分，得分將根據(jù)學(xué)生答題的正確率和答題所用時(shí)間而不同，正確率越高和答題時(shí)間越短，得分將越高。最后的排名不僅對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生激勵(lì)，還能區(qū)分出學(xué)生不同層次的掌握程度。

除了課堂練習(xí)考核以外，這類游戲化教育平臺(tái)還有很多其他教學(xué)功能，比如設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷、組隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)等模式，亦可作為考勤的一個(gè)補(bǔ)充手段，最大限度地節(jié)省課堂時(shí)間。教師也可隨時(shí)看到學(xué)生的個(gè)人表現(xiàn)與班級(jí)集體表現(xiàn)、題目的正確率等情況。雖然在備課過(guò)程中的設(shè)計(jì)題目會(huì)占用教師一定的時(shí)間，但卻能為教師節(jié)省下大量的課堂測(cè)試分析以及作業(yè)批改時(shí)間，是一種優(yōu)勢(shì)大于弊端的考核方式。

2.主觀題的智慧化考核

客觀題的特點(diǎn)有其自身局限性，即使學(xué)生未能掌握該知識(shí)點(diǎn)，也有一定的概率能夠選出正確答案，因此，鐵道工程考核中應(yīng)包括主觀題與計(jì)算題，但在智慧化教學(xué)中仍然無(wú)法消除抄襲現(xiàn)象。

針對(duì)此問(wèn)題，可在考核時(shí)適當(dāng)加入一些變化成分，使得每個(gè)學(xué)生的題目都有所不同，以“鐵道工程測(cè)量”課程為例，為考查學(xué)生對(duì)線路施工測(cè)量中的坐標(biāo)推算掌握程度，考核題目如下：

已知αAB=65°12′01″，xB=3065.347m，yB= 2135.265m，坐標(biāo)推算路線為B→1→2，測(cè)得坐標(biāo)推算路線的右角分別為βB=32°30′12″，β1=261°06′16″，水平距離分別為DB1=123.70#m（這里的#請(qǐng)?zhí)钊肽愕陌嗉?jí)號(hào)碼，1班填1，2班填2，依次類推），D12=98.5**m（這里的**請(qǐng)?zhí)钊肽愕膶W(xué)號(hào)后兩位），試計(jì)算1，2點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

這道題的創(chuàng)新點(diǎn)是加入了與學(xué)生學(xué)號(hào)相關(guān)的內(nèi)容，使得每一位學(xué)生的題目已知項(xiàng)均有不同，很容易分辨出抄襲者與被抄襲者，且能有效震懾住有抄襲計(jì)劃的學(xué)生。最終答案與班級(jí)學(xué)號(hào)關(guān)系并不大，僅僅是平面坐標(biāo)（x，y）的小數(shù)點(diǎn)的后第2、3位變成了“班級(jí)+學(xué)號(hào)”的組合，因此對(duì)于閱卷老師來(lái)說(shuō)并沒(méi)有增加多少工作量。

理論上來(lái)講，任何計(jì)算題都可采用該方法來(lái)防止學(xué)生的作弊，但如果不同的學(xué)號(hào)導(dǎo)致最終結(jié)果相差較大時(shí)，則需要教師事先用批量計(jì)算代碼得到每一位學(xué)生的答案。此外，該方法僅適用于非匿名評(píng)卷，匿名評(píng)卷時(shí)需另做變通。

四、結(jié)語(yǔ)

本文基于鐵道工程專業(yè)的歷史與特點(diǎn)，針對(duì)新形勢(shì)下智慧化教學(xué)背景，分析了本專業(yè)智慧化教學(xué)主要存在著線上資源稀少、專業(yè)性強(qiáng)等問(wèn)題，提出了在同一平臺(tái)選擇多門(mén)線上翻轉(zhuǎn)課程的教學(xué)資源改善方案，以及發(fā)展VR線上遠(yuǎn)程接收設(shè)備等線上實(shí)踐教學(xué)的改進(jìn)方案，采用相應(yīng)的游戲化教育軟件進(jìn)行智慧化客觀題教學(xué)考核以及在主觀題考試中加入學(xué)生的學(xué)號(hào)信息，能進(jìn)一步防止作弊與抄襲，有效提高本專業(yè)線上教育的質(zhì)量。

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責(zé)任編輯：劉健