張彤

（大連交通大學機車車輛工程學院 遼寧 大連 116028）

新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向[1]。新工科人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)學生的設計思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨學科交叉融合、自主終生學習、溝通協(xié)調(diào)能力和工程領導力[2]。

新工科涵蓋的專業(yè)類別較寬泛，其中存在大量新興交叉復合型學科專業(yè)。新工科專業(yè)建設內(nèi)涵的提升是要進一步滿足產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展對人才提出的新要求。高速鐵路是我國的重要交通工具，關(guān)系著國家的經(jīng)濟命脈。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國已躋身自主研發(fā)高速列車強國行列。高速列車運行速度的越來越快，相關(guān)技術(shù)也日新月異，對軌道交通及相關(guān)領域高素質(zhì)專業(yè)人才的需求越來越高，同時也對高校人才培養(yǎng)的標準提出了更高的要求。列車網(wǎng)絡控制技術(shù)適用專業(yè)較廣，很多軌道特色高校的復合型專業(yè)都開設了該門課程，它是新工科在培養(yǎng)軌道交通設備及相關(guān)領域的設計開發(fā)、檢測控制、運用維護等相關(guān)工作人才的一門重要課程。

作為高速鐵路九大核心技術(shù)之一，列車通信網(wǎng)絡是列車運行的大腦，也是實現(xiàn)列車控制的必要手段；列車網(wǎng)絡控制技術(shù)是軌道交通運營人才必須要學習和掌握的重要技術(shù)，也是軌道交通相關(guān)專業(yè)的核心課程。列車網(wǎng)絡控制技術(shù)是一門新興的、與時俱進的技術(shù)，是軌道交通車輛實現(xiàn)控制的最重要方式，大部分子設備的運行和控制都離不開網(wǎng)絡。通信協(xié)議、原理和實現(xiàn)方式是列車網(wǎng)絡技術(shù)的核心內(nèi)容。列車的安全可靠運行、列車或車輛的互聯(lián)互通互操作都離不開網(wǎng)絡的支撐。可見，該門課程對于軌道交通專業(yè)人才培養(yǎng)的重要性。有必要進一步提高列車網(wǎng)絡控制技術(shù)課程的本科教學質(zhì)量和水平。

1 列車網(wǎng)絡控制技術(shù)的教學特點

作為專業(yè)核心課程，列車網(wǎng)絡控制技術(shù)是一門具有很強應用性和實踐性的課程，在專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中具有舉足輕重的地位。該課程在不同專業(yè)的側(cè)重點有所不同，但教學內(nèi)容大都特別抽象，純理論的教學內(nèi)容難以與看不見摸不到的通信技術(shù)有效融合。有的同學開始的時候還能學懂，隨著難度加大，遇到難以理解的問題，就會做逃兵甚至放棄。同時，由于設備資源的限制，本課程開設的實驗學時不夠充足，學完相關(guān)知識點的同學，也未必能理解通信系統(tǒng)的實際工作原理，更不用說利用組態(tài)軟件實現(xiàn)開發(fā)了，與實現(xiàn)理想的課程目標和畢業(yè)目標相距甚遠。可見，為適應新工科培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的新要求[3-4]，必須對列車網(wǎng)絡控制技術(shù)課程進行一系列的改革、研究和探索，構(gòu)建軌道交通網(wǎng)絡控制技術(shù)課程的教學新體系。

目前，由于列車網(wǎng)絡通信設備集成程度高且價格昂貴，該領域的應用技術(shù)人員主要分布在機車制造企業(yè)中，高校內(nèi)掌握相關(guān)理論和技術(shù)的一線教師較少，開設該課程學校也不多，可選用的教材也較為有限。這種資源短缺的情況，無疑對授課老師提出更高的要求。授課老師不僅需要具有雙師資質(zhì)，還必須具備扎實的科研背景和豐富的項目實踐經(jīng)驗。同時，列車網(wǎng)絡控制技術(shù)中的子設備品類繁多，硬件拓撲連接復雜，組態(tài)軟件獨特且不易掌握，這些都是授課和實踐教學中較難解決的重要問題。在新工科理念的引領下，列車網(wǎng)絡控制技術(shù)的教學改革有了清晰的方向，明確的目標和具體的要求。對列車網(wǎng)絡控制技術(shù)教學進行改革，其內(nèi)容主要包括以下三部分：課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)改革、教學方法改革、考核方式改革。

2 改革課程內(nèi)容

教學內(nèi)容的合理安排是提高學生學習質(zhì)量的必要條件。為了滿足新工科多元化人才的培養(yǎng)目標，必須改革現(xiàn)有的課程內(nèi)容體系。將教學內(nèi)容適當調(diào)整并模塊化，不同模塊培養(yǎng)學生不同的能力。更有助于學生對抽象內(nèi)容的理解和消化，提升思維能力和相關(guān)技能。

列車網(wǎng)絡控制技術(shù)課程具有鮮明的軌道交通特色，是交通設備與控制工程專業(yè)、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的重要課程。對于軌道交通設備及其相關(guān)領域具有創(chuàng)新意識、實踐能力強的應用型人才的培養(yǎng)具有重要的支撐作用。該門課程教學內(nèi)容較為豐富，涉及列車通信網(wǎng)絡功能和特點，列車通信網(wǎng)絡的硬件構(gòu)架和網(wǎng)絡拓撲等內(nèi)容。講授列車通信網(wǎng)絡的過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)的實時協(xié)議，并根據(jù)過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)的不同傳輸機理，分析不同網(wǎng)絡情況下的報文傳輸情況；討論絞線式列車總線初運行的實現(xiàn)過程以及介質(zhì)附件單元的工作特點。上述理論是目前主流列車通信網(wǎng)絡，未來以太網(wǎng)的設計和應用也以此為架構(gòu)，因此列車網(wǎng)絡控制技術(shù)的前沿性內(nèi)容在改革后的教學內(nèi)容中均有反映，這體現(xiàn)了教學實踐與時俱進的特點。

新工科特別注重學生實踐能力以及創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。對多個企業(yè)調(diào)研分析后，我們對現(xiàn)有課程的內(nèi)容與架構(gòu)實施調(diào)整。課程體系分為兩個模塊，模塊一以通信基礎理論為主，包括實體部分和協(xié)議部分。實體部分主要指通信系統(tǒng)的硬件組成，協(xié)議部分是雙方為通信達成的一致性協(xié)約，從底層物理層開始一直到頂層應用層，定義列車通信的整體框架。從實體過渡至協(xié)議就是抽象化的過程，是學生形象思維和理解能力的培養(yǎng)過程。模塊二以CRH3車型為例，構(gòu)架列車通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，基于現(xiàn)場總線的設計理念，扎根于絞線式列車總線和多功能車輛總線，以功能設計的方式逐步深入，培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新設計能力。該模塊又可分為幾個子模塊：實時協(xié)議中不同種類數(shù)據(jù)的通信原理、車輛總線的設備和數(shù)據(jù)解析、列車總線的初運行過程。

3 啟發(fā)式教—學互動的教學方法

結(jié)合思政教育，新工科在培養(yǎng)學生工程思維和創(chuàng)新思維的基礎上，提升學生的學習能力、溝通協(xié)作能力以及創(chuàng)新實踐能力。如果單純地以教師為中心，在課堂上采取單一的灌輸式教學，是難以實現(xiàn)上述目標的。必須將教學轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向互動的模式，讓學生更大程度的融入課堂，逐步成為課堂的主人，打造真正的師生活躍的高效課堂。

啟發(fā)式教—學，講練互動，主要應用于通信基本理論知識的教學內(nèi)容中。根據(jù)學生的專注時間，每小節(jié)課由兩部分組成，一部分是老師進行理論內(nèi)容的講解，主要采用啟發(fā)式教—學，引導學生積極思考，潛心探索；第二部分對學生思維進行訓練，引導學生采用正確的方式思考難點問題，真正提高在課堂上的學習效率。為了增強學生的學習興趣，盡量采用啟發(fā)、提問、討論、工程舉例、課堂練習的教學方法。課前進行具體設計，課上先提出讓大家感興趣的實際問題，然后讓學生討論可能出現(xiàn)問題的原因，再利用工具、設計方案，最后解決問題。以車輛總線數(shù)據(jù)解析為例，首先，啟發(fā)性地提出問題“如果執(zhí)行器如牽引制動系統(tǒng)無故障，但是不能實現(xiàn)正常的功能，那究竟是誰的問題呢，是網(wǎng)絡傳輸問題、軟件配置問題還是線路干擾問題等？”；然后，就采用示波器或網(wǎng)絡分析儀獲取總線上的數(shù)據(jù)進行討論；最后，得出結(jié)論——必須要掌握車輛總線的數(shù)據(jù)格式才能解析出數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)問題。這樣看來，問題不難解決，但是在實際應用的時候?qū)W生無法理解軟硬件的配合過程。授課教師將科研成果進行轉(zhuǎn)化，緊密結(jié)合授課內(nèi)容，在實驗平臺上錄制某種特定功能具體實現(xiàn)過程的視頻進行輔助講解，增強學生對應用的理解和創(chuàng)新能力。

引領研討式互動，主要應用于實時協(xié)議理論部分的授課。課前布置專項作業(yè)，學生查閱文獻做好充分調(diào)研，分析出過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)在各個設備中的路由傳輸過程，繪出過程圖。學生分組討論、學習、分析，可以將知識學習變成能力培養(yǎng)。車輛總線、列車總線和CRH3網(wǎng)絡，涉及網(wǎng)絡工程應用方面的知識，通過學習可以讓學生學會利用硬件和軟件設計一個復雜列車網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，訓練學生的實踐能力以及解決問題能力。課上以精訓為主引領學生建立網(wǎng)絡設計思維讓學生體會網(wǎng)絡的整個設計過程，踐行在實踐中成長的教學理念[5]。

4 過程考核的多元化評價體制

該門課程之前一直以理論教授為主，評價方式也將期末閉卷考試作為主要的方式。這就會導致有一部分學生平時不重視學習，出現(xiàn)課堂不聽講、作業(yè)抄襲、甚至厭學的現(xiàn)象。僅憑期末的突擊、硬背，在課程結(jié)束后，學生不僅不能掌握列車通信網(wǎng)絡的基本理論，對于難點無法理解，甚至連列車通信網(wǎng)絡的基本概念和通信拓撲都搞不清楚，根本無法達到理想的教學效果。改革后，過程考核評價不僅僅體現(xiàn)在課堂上，而是始終貫穿于整個課程教學階段的課內(nèi)外。課程成績不再只依據(jù)一張試卷完成考核，而是更注重過程和結(jié)果雙重考量，將考核分散在教學過程的各個環(huán)節(jié)中才能更好地體現(xiàn)新工科綜合能力提升的培養(yǎng)目標要求。其中，平時部分成績占總成績的40%，包括作業(yè)、測驗、實驗和文獻綜述。作業(yè)和測驗主要考察的是學生對所學知識點的掌握程度，對網(wǎng)絡通信理論的理解程度，對實際應用的可操作程度。建立試題庫，知識講授完后，利用“學習通”隨堂測試，促進重要知識點全面、快速、有效地吸收，為后面課程的學習打下堅實基礎。由于所需設備種類較多，且設備數(shù)量有限，該門課程設置了四個學時的實驗課，包括車輛總線物理層通信介質(zhì)與報文分析、過程數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)兩個實驗。文獻綜述是讓學生選擇某一CRH車型或者一種總線，通過查閱文獻的方法，了解該總線的功能、發(fā)展和現(xiàn)狀，其中有一些相關(guān)通信標準，可以進一步提升學生的信息獲取能力，并了解軌道交通設備設計、控制與維護領域的國際動態(tài)。未來，課程還會進一步促進過程考核的全面、深入實施，加大平時成績所占比例，注重新工科人才能力培養(yǎng)的實施和完善。

近幾年雖然受新冠疫情的影響，但上述改革方法仍然得到了很好的實踐效果。授課老師建立完善的線上資源體系，設計了課前、課中、課后立體化的學習模式。新的教學內(nèi)容體系突出模塊化特點，學生可以根據(jù)各個模塊的邏輯關(guān)系形成不同的設計思維模式，增強對網(wǎng)絡理論體系的理解。啟發(fā)式教—學互動成為線上授課的重要方式，高頻率的互動反哺教學設計，啟發(fā)式的教—學激發(fā)了學生的學習熱情。學生無法到實驗室做實驗，老師可以通過仿真平臺將實驗過程進行拆解，結(jié)合硬件視頻和操作，深入講解通信實現(xiàn)過程。

5 結(jié)語

本文根據(jù)列車網(wǎng)絡控制技術(shù)課程的特點，按照新工科人才培養(yǎng)模式的要求，分別從三個方面提出了幾點教學改革的建議。教學內(nèi)容上，為更好地體現(xiàn)列車通信網(wǎng)絡的前沿技術(shù)，改進目前的教學體系并模塊化；授課方式上，更多地采用教—學互動模式，通過啟發(fā)、案例教學等方法進一步增強學生的學習興趣，提升學生思維能力；課程評價方式上，完善學生學習過程的考核機制，對學生進行綜合能力的評價。在教學過程中，應時刻注意以學生為導向，克服列車網(wǎng)絡控制技術(shù)授課的各種困難，形成新工科列車網(wǎng)絡控制技術(shù)課程新體系，為培養(yǎng)軌道交通類新工科復合型和創(chuàng)新型人才做出新探索。