“新工科”背景下“工务工程”课程教学改革探索＊

徐金辉，冯青松，孙劲松

（华东交通大学土木建筑学院，江西 南昌330013）

“新工科”是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的中国工程教育改革方向[1]。相对于传统的工科人才，未来需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[2]。国内各高校学者对“新工科”背景下的教学创新改革进行了一系列探索性研究[3-5]。

“工务工程”是铁道工程专业的核心课程，对于培养学生在实际工作中需要的理论知识和操作技能至关重要，在铁道工程专业人才培养中占据重要地位。尤其是随着中国高速铁路、城市轨道交通的大规模建成并投入运营，轨道交通的发展由设计建造阶段逐步转向长期运营维护阶段，中国对于铁路工务人才的需求越来越大，对于工务人才能力的要求也越来越高。而高校工务工程培养合理利用“新工科”教育环境，提升“工务工程”课程的教学效果，提高学生的工务维修实践能力，是实施“新工科”建设的重要环节。本文针对“工务工程”课程的特点和传统教学模式的不足，提出铁路工务人才培养模式的创新改革思路。

1 “工务工程”课程的特点和传统教学现状分析

“工务工程”是铁道工程专业（本科）的核心课程，通过本课程的学习，培养学生综合分析问题和解决问题的素质和能力，使学生具有运营管理和铁路工务养护维修的基本知识，掌握铁路设备检、养、修的工作程序，具有发现铁路基础设施病害、养护维修和解决工作中突发问题的初步能力，使学生能够适应铁路运营维护部分的工作需要。该课程是理论与实践相结合的课程，依托铁路现场实训经验，使学生具备一定的实践动手能力，更好地适应铁路工务对于施工人员的要求。

传统的“工务工程”教学中，教师往往是利用文字说明、现场照片等讲解工务维修技术，学生则以听讲为主，这种教学方式是一种面向学生单方向的展示和讲述，没有教师现场实体演示和学生亲自操作。学生往往对教学内容理解不够深入彻底，甚至是难以理解，这是一种传统的填鸭式教学法，不利于整体教学效果的提升。另外，由于高速铁路、城市轨道交通的天窗期短（天窗主要在夜间）、轨道结构复杂、维修工序繁杂，难以开展现场实习教学，导致学生缺乏对结构病害及养护维修技术的直观认识，不利于提高学生的工务维修实践能力。可见，传统的课程教学已经无法适应中国铁路轨道交通发展的新形势，高校铁路人才培养模式亟需进行改革。根据教学任务的要求和铁路工务维修的新发展趋势，在教学中融入虚拟现实实践教学和实习基地实践教学相结合的方式，让学生在虚拟情景和实习基地中学习工务维修技术，有效提高学生对工务维修技术的认识，锻炼学生动手能力，这样才能可以有效改善“工务工程”课程教学中的问题。

2 新工科背景下的课程教学改革探索

针对传统教学模式的不足，立足工务维修实际工作的要求，结合“工务工程”课程的特点，建立网络课程、虚拟仿真教学平台，加强建设教学实习基地，开展多元化教学，拓宽教学途径，培养和提升学生的工程实践能力和创新创造能力。

2.1 创建网络教学课程

以课程教学大纲为主线，利用MOOC平台或学校自建的网络教学平台，建设“工务工程”网络课程。教师上传教学课件、视频等至网络平台，学生利用网络终端进行自主学习。网络课程可以与线下教室授课相辅相成。例如，个别学生在教室上课时对于教师讲授的某个章节、内容或维修技术等理解不到位、认识不清晰等。然而根据教学大纲的进度要求，教师需要考虑大部分学生的学习情况，使得教师不能重复讲述相关内容，学生则可利用网络课程重新反复观看这些内容加深理解与思考。网络课程可设置留言互动功能，学生根据个人的学习情况，随时在网络平台上进行留言提问，教师则可利用空余时间进行回复答疑。另外，还可以设置网络答题测验，随时对课堂知识进行巩固，加深学生对其的理解。教师还可根据测验数据，了解学生的学习情况，针对重点、难点内容在网络课程中设置授课专题。利用网络课程，可实现线下教室授课中无法反复讲述的难题，一方面不会影响正常的上课进度，另一方面可以使学生能够根据自身的情况进行自主学习。

2.2 虚拟仿真实践教学

相比普速铁路的工务养护维修实习教学，高速铁路、城市轨道交通往往无法做到现场实习教学，给提升学生的实践能力带来了困难。基于虚拟现实技术（VR）[6-7]，基于实际铁路线路，建立铁路基础设施结构的三维模型，开发铁路设备服役状态检测、铁路工务维修技术、维修施工组织设计与管理等模块，让学生在虚拟情景中学习各种在现实中无法完成的学习项目。服役状态检测模块可实现检测原理学习、检测设备安装、常用工具使用等功能；工务维修技术模块可实现路堤、路堑、过渡段、桥涵、隧道、轨道等结构的典型维修养护技术的操作过程模拟；维修施工组织设计与管理模块可实现施工组织设计与管理的过程模拟仿真，可用于学习如何合理安排维修作业、优化维修资源配制等。借助VR技术，组织学生进行工务技能比拼大赛，改变以往单一的考试分数评价体系，融合技能操作实践评价，更贴近工务需求，这样既节约了实训时间，又能激发学生兴趣，让实践操作更具有乐趣。

2.3 实习基地实践教学

华东交通大学建设有大型轨道交通基地，基地高速铁路320 m、城市轨道交通350 m、普速铁路370 m，轨道结构包括有砟轨道、板式无砟轨道、整体道床轨道等，并配有机车、车辆、道岔、桥梁、接触网等。利用该基地开展工务检测实习教学，让学生通过实际操作掌握各种常用检测工具的使用方法，教学内容主要包括：①高速铁路无碴轨道结构认知。高速铁路CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型、CRTSⅡ型双块式无碴轨道板检测及精调，CPⅢ平面及高程控制测量；高速铁路无碴轨道几何形态检测、尺寸调整；铁道工程测量实训，学习如何组装、操作轨检小车，以及如何采用轨距尺、方尺、扭矩扳手、磨耗仪等工务养护维修常用工具对轨道线路的重点部位进行检测。②开展铁路轨道养护维修技术实习教学，利用基地的各种线路结构，指导学生学习拨道、起道、清筛、平顺性维修等常见维修技术。在教学中引入虚拟仿真实践教学和实习基地实践教学，解决了传统教学中难以开展实践教学的问题，有助于提高学生在铁路运营维护方面的实践能力。

2.4 指导学生参加创新创业项目

根据“工务工程”课程教学和实践教学的内容，立足工程实际案例，融合创新思路，指导学生利用专业知识解决实际工程问题。从工程问题中找寻对应的教学内容，在课堂教学和实践教学中引导学生利用专业理论知识分析工程问题，从而培养学生独立思考的能力。另外，在课堂上发布相关教学任务，指导学生独自搜集、查阅、整理相关研究资料，进而完成相应教学内容。鼓励并指导学生参加“互联网+”“挑战杯”等大学生创新创业大赛，一方面激发学生的学习兴趣，另一方面提升学生的创新创造能力。

3 结语

“工务工程”是铁道工程专业的核心课程，是一门注重学生工程实践能力的课程。本文在“新工科”的建设背景下，立足实际工务技术要求和对人才培养的需要，结合课程的特点，针对传统教学模式的不足，从创建网络课程、虚拟仿真实践教学、实习基地实践教学和指导学生参加创新创业项目等方面进行教学改革探讨，提出一些改革建议，以期提升学生的工务维修实践能力，为学生未来开展工务维修工作打下坚实的基础。