创建轨道交通运行与安全实验教学示范中心

华 容, 安子良, 沙 泉, 陆 斌

(1. 上海应用技术大学 电气与电子工程学院, 上海 201418；2. 上海应用技术大学 轨道交通学院, 上海 201418)

实验教学示范中心建设

创建轨道交通运行与安全实验教学示范中心

华 容1, 安子良2, 沙 泉2, 陆 斌2

(1. 上海应用技术大学 电气与电子工程学院, 上海 201418；2. 上海应用技术大学 轨道交通学院, 上海 201418)

为适应中国轨道交通行业发展的需要,成功地建立了上海市级轨道交通运行与安全实验教学示范中心。在多层次实验教学构架、建设理念、教学方法以及教学质量保障等多方面探索的基础上,总结创建实验教学示范中心的理论与实践,有效地提高了学生实践能力和创新能力的培养质量。

轨道交通； 运行与安全； 实验教学示范中心

轨道交通运行与安全市级实验教学示范中心(以下简称“示范中心”)是上海应用技术大学主动适应中国轨道交通行业发展需要,以轨道交通企业需求为导向,以职业岗位能力为依据,突破传统铁路院校以线路结构、机车车辆、信号系统为主体的思路,以轨道交通建设与运营过程中各专业的耦合为基础,整合轨道交通学院、机械工程学院、电气与电子工程学院、城市建设与安全工程学院和工程创新学院相关实验室资源,于2009年组建跨学院、服务多专业的校级实验教学中心,并于2015年获上海市教委批准创建。

1 构建多层次教学构架

示范中心坚持“以培养学生的动手能力、工程能力、创新能力和行业素质培养为核心,坚持理论教学与实验教学一体化、实验教学和工程实训一体化、实验教学和科学研究一体化、课内实验和创新竞赛实践一体化”的实践教学改革思路,以“立足专业特色、面向工程实际、注重运用能力、提升行业素质”推动实践教学模式创新与改革,构建了“基础实验平台、专业实验平台、工程实训平台和创新竞赛平台”等4个实验实训平台,形成了从专业理论到多学科交叉融合、从基础实验到创新竞赛实践、从轨道交通专业实验到密切贴近轨道交通企业工程实训的多层次实验教学构架与体系。轨道交通运行与安全实验教学示范中心多层次实验教学构架与体系见图1。

图1 轨道交通运行与安全实验教学示范中心多层次实验教学构架与体系

2 示范中心的建设理念及现状

示范中心积极开展开放式虚实结合实验教学探索与实践,通过计算机虚拟仿真技术和轨道交通行业运营、管理、维保工程实际的结合,构建了“基础实验—专业实验—工程实训”组成的虚实结合更加贴近轨道交通行业实际的专业实验实训平台,学校利用上海市“085工程”建设的契机,重点建设了专业实验平台,建成了在长三角地区领先并具有特色的机车车辆设计与诊断技术工程中心,涵盖了高速列车、列车控制、城轨制动、系统集成、线桥隧结构、运营维护和安全保障等世界先进水平的高速铁路、城市轨道交通技术实践教学系统等17个专业实验室。借助计算机软件仿真和虚拟技术,可部分替代或全部替代传统铁路机务、电务和工务技术人才实践教学操作环节的相关硬件操作环节,实验者可像在真实的环境中一样完成各种实验项目的培训,所取得的实验效果与在实际设备上的操作效果相一致。工程实训综合平台包含了轨道交通校内工程综合实训基地和工程创新综合实训基地,在校内提供与轨道交通运营与维保现场一致的训练环境,开展基本技能训练、情境模拟式工程实训与创新能力提升相结合的更加贴近轨道交通行业实际的实训。

示范中心现有教师45人,职称结构中教授12人、副教授18人、实验教师8人、企业兼职教师7人；4位教授担任教育部“铁路运输与工程”教学指导分委员会工作组委员。通过国内外访学、产学研践习、学术交流,培养了一批具有国际视野、了解轨道交通行业学术前沿动态和发展趋、具有丰富工程实践经验和服务企业意识的青年教师,形成了一支学历、职称、年龄结构合理,产教研融合的双师型实践教学队伍。示范中心有25个实验室和2个校内工程实训基地,实验室总面积约为5 000 m2,拥有各种实验教学仪器设备3 929台套,仪器设备总值约1.4亿元,主要面向信号工程、交通工程、车辆工程、现代制造工程、电子信息工程、电气自动化工程、土木工程、安全工程、建筑环境与能源应用工程、工程管理等10个专业近1 500学生,开设80门实验课程的266个实验项目。

3 示范中心实验教学的思考与探索

示范中心根据“四个一体化”实验教学改革思路,围绕夯实基础理论、培养工程能力、激发创新精神、强化协同意识,重点在专业内涵提升、实验教学体系构建、实验平台建设、实践教学模式等方面开展了改革实践,构建了 “两维度、四层次、多模块”的实验教学体系。

3.1 两维度

(1) 学科技术发展维度。包括基础技能、专业能力和创新能力。关注高速铁路和城市轨道交通技术在国内和国际的学术发展动向,注重学生在机务、电务、工务基础技能的培养；注重学生在运营、控制、电气、通号、机车车辆、交通工程等专业能力的提升以及在创新实验、科技竞赛、产品开发、工程实践等科研意识的强化,促进学生创新能力的培养,提高实验教学水平。

(2) 工程过程维度。包括高速铁路、城市轨道交通、机车车辆制造、铁路信号行业应用。在实验教学体系设计中,注重遵循教育规律,引入现代技术平台,改革实践教学体系,建立涵盖高速铁路和城市轨道交通运营、轨道交通生产企业、铁路总公司管理企业急需的建设、运营、维保一线高技术应用型人才和管理人才培养体系,贯穿工程创新能力培养的全过程,满足不同专业不同层次学生的需要,以学生为本,以实验实训为主,以创新能力培养为核心的实验教学体系[1-2]。

3.2 四层次

示范中心建设了强化基础的专业基础实验平台、突出特色的专业实验平台以及贴近工业实际的工程实训平台；结合工程实际,融入轨道交通行业岗位技能操作规范；修订人才培养计划，改革实验教学内容和教学手段,将实验课程独立设课。每个专业均按基础、专业、实训和创新4类设置实验课程,强化了实验教学在学生培养过程中的重要性，增强了学生实验过程的积极性。通过教学、企业、科研有机结合,实验教学中强化了应用与创新。从基础实验教学、专业实验教学、工程实训教学、创新实验教学4个层面设计更加贴近轨道交通行业实际的实验项目,创建了“科研成果进实验教材、科研课题进实验内容、科研团队进实验课堂；科研资源转化为创新平台、工程项目转化为实训题目；创新项目与前沿技术同步”的科研与实验教学创新融合模式[3-5]。

3.3 多模块

针对轨道交通运营与安全覆盖的工程领域,按照自主性学习、研究性学习和创新性实验,并考虑不同类型专业学生知识面和知识结构的差异,以模块化的方式构建实验内容,针对实验体系的4层次构建相应的实验模块。

3.3.1 基础层次实验教学的标准化+模块化

示范中心的机械零件与原理实验室、工程测量基础实验室、电子技术基础实验室、电子信息工程实验室、电机拖动实验室、安全工程实验室、土木工程材料实验室,除了面对本专业开设实验课程外,如基本测量方法、基本计算机操作和基本操作技能培训教学,还为基础层次实验教学模块制定统一的实验教学大纲、实验指导书、考核标准,并根据不同专业的培养要求,选择相应的标准化实验,构建专业基础实验模块。同时,根据轨道交通行业机务、电务、工务岗位要求构建模块化实践教学体系。实验教学中心教师经过近一年努力,新设计开发了1人1组的独立实验方案,目前已全面推广应用。通过实验技术、实验方法和手段改进研制出来的各类实验项目,编入《工程结构检测》《通信原理》等实验教材中。

3.3.2 拓展层次实验教学的平台化+模块化

示范中心借鉴国内外的教学经验和成果,根据上海以及长三角地区高速铁路和城市轨道交通对高水平一线工程的需求,调整和优化实验教学课程体系和内容,实施“专业技术基础知识链、轨道交通专业知识链、轨道交通专业实践知识链、轨道交通运营管理知识链和轨道交通安全知识链”五链一体的实验教学课程体系,全面培养学生的创新精神、运用知识的能力和行业素质；拓展多层次实验教学平台,由贴近工业生产实际的校内工程实训基地与基于计算机仿真软件构成机车车辆设计与诊断技术工程中心组成,要求学生综合运用所学知识,通过实验过程培养分析问题、解决问题的能力。铁路信号与控制系统综合实验、列车运行自动控制系统等实验项目,都结合工程实践,研制开发占地小、造价低而实验教学效果与实际装置一致的实验装置,解决工程实际装置体积大、造价高,学生只能开展演示实验的不足,提高学生实验效果[6]。这些紧密结合工程实际的实验项目充分体现在专业实验项目的改进和发展中,对培养和提高学生实践能力起到了不可或缺的作用。

3.3.3 创新层实验教学

采用竞赛代替传统的课程教学,围绕实践课程的目的,教师采用项目驱动法设计竞赛题目、确定项目内容、任务要求和目标、难易程度以及计划实施；预测在教学过程可能发生的异常、考核评价标准和方法等,把学生引入并成功启动项目后,教师转变为引导的位置,引导学生思考、分析、解决问题,实现项目目标。

3.3.4 大型仪器设备开放模块

示范中心积极支持和鼓励学生参与各种科技创新活动、校企联合技术大赛、联合指导毕业论文。一流师资、一流设备、重大科研项目为学生创新能力培养服务,从而将科研方法融入实验、实践教学活动。保证大型仪器设备对实验教学的无偿使用,对123套大型仪器设备实现良性和高效运行与管理,鼓励教师将大型仪器设备应用于实验教学和学生科技创新等活动中,包括对论文和申报专利进行奖励。

4 实验教学方式与方法

示范中心通过计算机虚拟仿真技术和轨道交通行业运营、管理、维保工程实际的结合,通过案例教学法、角色扮演法、项目驱动法、现场实习法等多种教学方法,使学生具有较高的社会责任感、自主学习的能力、终身学习的理念、开放性获取知识的能力、初步的科学研究兴趣、宽广的国际视野和卓越的创新能力。

4.1 完善基础实验教学,采用案例教学法抓实学生认知的基本能力

基础实验平台的主要目标是巩固学生基础理论知识和实验技能、数据处理知识、常规实验仪器与装置的使用,使学生理论与实际相结合,培养学生的基本实验能力[7-8]。在具体的实验项目设计上,根据轨道交通行业涉及到的基础理论、新理论、新技术,紧密结合科研成果和企业工程实践,以及实验教学改革成果,研究开发适合学生实验与学科专业发展水平相一致的实验教学项目,使学生在实验操作能力提高的同时,掌握学科发展的动态,建立工程实践和学以致用的思维方式。

4.2 完善专业实验教学,采用虚拟仿真提升学生技能的操作水平

专业实验综合平台的主要目标是让学生面对轨道交通行业运营与安全的实际问题,要求学生综合运用所学知识,通过实验过程培养分析问题、解决问题的能力[9-10]。因此,在实验技术、方法和手段上,力争采用最新的实验技术、实验方法与手段,努力达到提升学生实践能力的教学目标。在具体的实验内容和实验项目上,借助计算机软件仿真和虚拟技术,可部分替代或全部替代传统铁路机务、电务和工务技术人才实践教学操作环节的相关硬件操作环节。在实验教学中强化应用与创新,融入轨道交通行业岗位技能操作规范,编写和修订实践教学培养计划和教学大纲,从而使专业实验教学有依据地规范操作、标准运行,密切与铁路行业、企业研发与生产的关联度,努力实现学生综合能力全面提升,为培养企业需要的一线工程师,准员工化的人才培养目标服务。

4.3 完善工程实训教学,采用角色扮演法促进学生的技能运用能力

对于轨道交通这样的特种行业,由于企业担心学生实习会影响企业安全运行,因此导致学生企业实践以现场参观为主,使得学生实习质量下降。通过建立工程实训综合平台可以弥补上述缺点。工程实训综合平台的主要目标是在校内提供与轨道交通运营与维保现场一致的训练环境。校内轨道交通综合实训基地拥有数百米铁路线路、隧道、桥梁、铁道车辆、铁道信号等基础设施,能够模拟信号、行车、工务、供电等实训和实习任务,在中心仿真平台上可实现轨道交通站段工程设备的检测、维护、运行、管理等技术操作。工程创新综合实训基地拥有汽车喷涂生产线、柔性制造生产线,能够为学生提供轻工、汽车制造、冶金等领域的工程实践环境,从而增强对于工业工艺过程、软测量技术、优化控制方法的理解。通过校内的情境模拟式工程实训,使每个学生都能亲身体验机车车辆检测、铁路信号、轨道与路基检测、自动化生产线的运行操作,熟悉和了解我国电气化铁路已在应用的一套新型的、智能的、能够全方位指导工务、电务和供电安全生产的监测诊断平台,使实验教学中心成为了轨道交通行业基础研究、工程技术应用、共性关键技术及总体装备研发的创新平台、技术辐射中心、行业技术人员培训的重要基地。

4.4 完善创新竞赛实验平台,采用项目驱动法提高学生的综合运用能力

创新竞赛实践平台的主要目标以强化学生工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力为核心[11],创新竞赛实验平台由教学科研一线的高水平骨干教师承担,汲取CDIO的教学理念与模式,学生组成的创新实验小组,在教师的指导下,开展由科研项目衍生、适合本科生的子课题试验研究工作,着重培养学生解决实际问题的创新能力。目前有多位“国家自然基金”课题负责人在内的13位教授、副教授担任轨道交通专业平台各类实验指导教师,学生对参加科技创新项目表现出很高的热情,参加率超过85%,取得了一批学生创新研究成果,实现了一流师资、一流设备、重大科研项目为学生创新能力培养服务的目的。

示范中心科技创新实验由学生查阅资料、提出实验方案、方案的讨论与确定、实验室实验和实验总结4个考核评价阶段组成。

4.4.1 查阅资料、提出实验方案

这一过程要求学生通过查阅有关书籍、文献资料,了解和掌握与课题有关的国内外技术状况、发展动态,并在此基础上,根据实验课题要求和实验室条件,提出具体的书面实验方案设计,包括提出实验方案技术路线与实验装置、实验条件要求、测试项目和测试方法、实验计划进度等。

4.4.2 方案的讨论与确定

指导教师在对实验方案审议的基础上,与学生开展讨论。由学生介绍实验方案,指导教师根据可行性、实验室条件等因素对方案进行修正,使之具有可操作性,满足实验目的要求,在尊重学生思路和实验要求的前提下,确定实验方案。

4.4.3 实验室实验

按确定的实验方案,在实验室由学生自己动手准备必要的实验材料、搭建实验装置,开展具体的实验和测试工作。指导教师负责现场指导,解答学生实验中遇到的难题,启发学生深入思考,创造必要的条件,如分析条件、必要的设备材料等。

4.4.4 实验总结

由学生自主对实验结果数据进行分析、总结,教师负责指导和答疑,这一过程使学生分析问题的能力得到锻炼和提高,最终按要求撰写出实验研究报告。

整个创新实验使学生经历全面分析和研究问题的过程,实验技能得到全面的锻炼、综合能力得到全面的提升。学生在完成创新实验后取得相应的学分,其成果可以发表和参加竞赛。创新实验充分利用科研资源,使学生的创新能力有一个质的提高。

5 教学质量保障措施

示范中心在中心主任全面负责下,设有专任分管教学和实验室的2位副主任和1位专任教学秘书,成立中心实验教学工作委员会、考核聘任工作委员会、仪器设备论证采购指导委员会、实验课程建设与管理委员会和中心实验教学工作督导组等教学管理机构；在各个实验平台上,明确规定由实验中心主任会同各专业责任教授、专业建设负责人共同负责实践教学体系和实践教学平台建设,由课程负责人具体负责实践教学内容建设。在此基础上,通过在教师岗位聘任中设立专门的实验教学岗位,每类实验教学岗位都制定有明确的实验教学建设任期目标和考核标准,鼓励高水平教师投入实验教学改革及建设工作中,确保实验教学体系和内容满足经济社会发展对卓越工程人才培养需要,确保人才培养质量。示范中心教学管理与质量保障体系见图2。

图2 轨道交通运行与安全实验教学中心教学管理与质量保障体系示意图

5.1 管理制度

示范中心拟订了具体的教学管理工作进程和管理制度以保证严格执行学校的质量标准。联系中心的实际,在教学大纲的制定、教材选用、教学运行等各环节都建立了相应的制度,如新开课教师试讲、新实验试做、实验教学指导教师相互听课、学生评价等。实施的上述各项制度构成了实验教学的质量保证体系,确保了实验教学的质量，实现了实验教学文档的规范化管理,要求各类实验教学文档及相关资料齐全、存放规范,有关资料按实验室分别管理。

5.2 考核制度

以“实验内涵的多元化、实验手段的多样化、教学模式的多元化、考评方式的多种化”为抓手,以现代化的网络平台及开放式管理体系为支撑,以课程评估、课程考核成绩评估、教学考核为载体运行教学评价系统。

基础技能类实验。采取过程性和终结性相结合的考核方法。包括实验出勤率、实验操作和实验方案正确性(设计型实验)等。

专业能力类实验。针对轨道交通机务、电务、工务等工作岗位涉及的运行与维修工作过程,进行工序构思+参选选择+虚拟仿真+过程运行+答辩与操作+文档资料,由指导小组教师共同审阅评审成绩。

创新训练类实验。学生是否发表科技论文、申请专利、各类获奖等,由中心主任、副主任及指导教师共同评定成绩。

5.3 监控制度

建立了校、院、实验中心3级实验教学质量监控体系,以及由校、中心2级督导组组成的实验教学质量检查与评估督导机制。通过学生评教、听课制度、教学督导、教学检查等方法来运行教学质量监控系统。

5.4 开放制度

实验中心将通过科学化、规范化、制度化和信息化的管理,在实验室教学安排、仪器设备使用、场地利用等方面,促进实验中心的全面开放,形成高效、有序的实验教学运行系统,促进实验教学质量的稳步提高,为学生自主实验、科学研究和个性化学习创造良好实验环境和条件。

References)

[1] 张姿炎,范立南.地方高校创建省级实验教学示范中心的探索与实践[J].实验技术与管理, 2011,28(2):123-125.

[2] 李斌,陈国杰,谭鹏,等.创建省级物理实验教学示范中心的探索与实践[J].实验科学与技术,2015,13(6):140-143.

[3] 余厚全,周永乾,吴凌云,等.地方高校申报实验教学示范中心的体会[J].实验技术与管理, 2009, 26 (3):112-114.

[4] 吴世华,闫晓琦,杜宗杰,等.全面改革创建国家级实验教学示范中心[J].实验室研究与探索, 2007, 26(4):89-92.

[5] 蒋志坚,何伟良,张翰韬.建设高水平实验教学示范中心中面临的问题及对策[J].实验技术与管理, 2009, 26 (2):113-115.

[6] 王煌.高水平建设实验教学示范中心全面提升人才培养质量[J].中国高等教育, 2009(6):17-19.

[7] 于晓勇,李振键.创建实验教学示范中心的实践[J].实验技术与管理, 2009, 26(6):225-227.

[8] 郑春龙,邵红艳.以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施[J].中国高教研究, 2007(4):85-86.

[9] 全永富.以教学评估,促进实验教学质量的管理[J].高校实验室工作研究, 2007(3): 69-72.

[10] 李正,林凤.从工程的本质看工程教育的发展趋势[J].高等工程教育研究, 2007(2): 19-24.

[11] 胡娟,陈卫琳.完善实验教学示范中心建设,全面提高教学质量[J].中国现代教育装备, 2008(1): 109-110.

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

上海市重点课程建设项目(33210M161019)

华容(1960-),男,上海,教授,从事轨道交通通信与信号专业教学与科研.

E-mail：huarong@sit.edu.cn

G642.0

: A

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