轨道交通产业升级导向型产教融合协同育人探索

邹喜华， 马 琼， 吕 彪， 王小敏， 闫连山， 郝 莉

（西南交通大学信息科学与技术学院，成都 611756）

0 引 言

随着新一轮科技和产业革命的兴起和新经济的发展，高等教育与人才培养的变革创新成为全世界关注的焦点。在我国，服务战略性新兴产业发展与传统产业升级转型需求，服务新工科、新医科、新农科、新文科建设需求成为当下高等教育改革的重点方向［1-3］。以新工科为代表下，尤其强调高等工程教育与产业行业的紧密联系、互为支撑，包括传统产业的升级、新产业的发展。因此，相关高校教育改革导向强调面向产业、面向未来，以产业链和价值链为导向，集聚产业转型升级创新的“源动力”［3］。

1 轨道交通产业升级背景与需求

以铁路为代表的轨道交通是国家战略性、先导性、关键性重大基础设施和产业，对于经济社会发展和国家安全地位和作用至关重要。然而，以普铁、高铁、地铁为代表，传统轨道交通产业在机车、道路、桥隧、运营与运维等“傻大笨粗”的特征明显，资源消耗严重且利用率低、劳动力密集且成本高、环境／人员不友好且效率低下等。

在新一代信息技术浪潮下，数字化、网络化、智能化成为核心，也是新一轮科技和产业革命的突出特征［4］。正如习近平总书记在2018年两院院士大会上强调：我们要把握数字化、网络化、智能化融合发展的契机，以信息化、智能化为杠杆培育新动能。因此，作为交通强国战略的先行者，轨道交通产业的升级创新也在不断与时俱进，由粗放型道路转向数字化、网络化、智能化势在必行。

例如，中国制造2025——推动先进轨道交通装备发展解读：以构建具有世界领先的现代轨道交通装备产业体系为指引，以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化中国制造为主线［5］；新一代信息技术推动智能交通发展，包括基础信息采集手段的多元化、交通信息感知与交互、泛在网络下的宽带移动互联、绿色和智能载运工具等［6-7］。其中，2019年12月开通运营的智慧京张高铁是集大成者，凝聚了智能建造、装备、运营等多项新一代信息技术攻关成果。

在此背景下，我校立足于传统轨道交通立德树人、学术科研的优势（A＋学科暨一流学科——交通运输工程、国家一流专业建设点——轨道交通信号与控制、轨道交通领域的研究型大学），瞄准数字化、网络化、智能化的轨道交通产业升级方向，围绕第三／四代高铁列控系统（CTCS-3／4）、高铁／地铁自动驾驶、5G车站与高移动性宽带接入、数字孪生与VR／AR可视化、智能监测与运维等开展产教融合协同育人改革尝试与探索。

2 产教融合协调育人框架与目标

多年来产教融合是国内外高校提升人才培养质量的重要模式，尤其近年来被提升到国家教育发展和改革的战略高度。根据《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》（国发［2017］95号）、《教育部产学合作协同育人项目管理办法》（教高厅［2020］1号）等文件和通知精神，发挥企业重要主体作用，以产业和技术发展的最新需求推动高校人才培养改革，从而促进教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接。因此，国内众多研究人员、教育管理人员、高校／职校教师等开展了大量深入的理论研究与实践探索［8-14］。

同样，探索轨道交通产业升级背景下的人才培养与教学改革，联合业内顶尖企业开展产教融合协同育人改革是关系到成败的核心环节，也是形成“教育链、人才链、产业链、创新链”四链良性循环的关键环节。为此，选择轨道交通行业核心解决方案的骨干供应商和技术创新标杆企业——卡斯柯信号有限公司为主要业内合作伙伴。该公司主要从事铁路和城市轨道交通信号安全技术产品研制，致力为铁路及城市轨道交通提供最新、最先进的集信号控制、运输调度指挥等系统的解决方案；迄今已拥有100余项具有完全自主知识产权且达到国际先进水平的系统技术和产品，覆盖国家铁路、城市轨道交通、城际铁路等各个领域。

所以学校与卡斯柯信号有限公司基于双方共同的优势行业背景，充分发挥双方的互补优势，探索数字化、网络化、智能化趋势下轨道交通产教融合协同育人新模式，相关框架及总体思路如图1所示。①基于校企各自的行业和品牌优势以及互补优势，制定“产教融合协同育人”战略及合作协议。②通过双方的全面合作，建设“以企业为重要主体、产学研相结合的自主创新体系”，全面提升双方在轨道交通领域的人才培养、技术创新和产业化水平，提升双方的社会价值。

图1 轨道交通产业升级导向性产教融合协同育人框架与思路

3 全链条产教融合协同育人模式

在校企战略合作协议框架下，校企双方师资、工程技术人员、行政管理人员全程、全方位深度参与学校学科专业建设、人才培养顶层设计。学校以信息科学与技术学院为载体，在“十三五”期间牢牢把握新一代信息技术革命的趋势，重点部署了大数据、云计算、人工智能、VR与MR、软件定义网络等领域的规划与建设，为轨道交通产业升级背景下的人才培养奠定基础。

在此基础上，把产业／企业升级创新对人才知识、能力、素质的需求深度融入培养各要素环节［15］，把产业／企业优质资源引入人才培养各要素环节，协同完成了面向产业升级的轨道交通一流学科暨一流专业人才培养的顶层设计。因此，校企双方构建了涵盖“本科生培养、研究生培养、技术攻关”协同育人全链条，有效破解目前存在的人才培养供给与产业升级和创新需求脱节、人才岗位适应性差等结构性矛盾。

3.1 本科生培养

3.1.1 培养方案与课程建设

以开设的人工智能、物联网、网络工程、自动化、轨道交通信号与控制等本科专业为抓手，校企双方立足产业升级创新，培养系统掌握轨道交通信号与控制方面专业知识与方法，具备轨道交通信号与控制系统的技术研究、设计开发、技术管理、工程施工、运营维护等工程实践能力，面向铁路和城市轨道交通信号与控制领域的专门人才。在轨道交通信号与控制专业培养方案中，不仅强化轨道交通控制、铁路信号基础、轨道交通通信技术、城市轨道交通控制、区间信号自动控制等专业基础和核心课程，同时开设“交通天下”通识课程、铁路信号综合创新课程、通信学科前沿导论等通识、跨学科、前沿课程。

同时，加强课程和教材建设，推出MOOC高铁特色课程——高速铁路信号系统，满足新一代高铁信号系统升级的教学与培训需求，入选国家精品开放课程和首批国家级一流课程。

3.1.2 实验设备与课外创新实践竞赛

围绕“智能·智慧”“信息技术＋”等主题，校企双方联合加强面向产业的实验条件建设和课外创新实践竞赛。卡斯柯公司向学校捐赠最新轨道信号与控制相关设备或软件（如全套CTCS-3仿真系统），用于一线教学和人才培养。经过长期协同建设，目前已经建成轨道交通信息工程与技术国家级实验教学示范中心、智慧轨道交通信息与控制四川省虚拟仿真实验中心。

同时，卡斯柯公司从选题、经费等全面资助开展校企联合“信息技术＋”课外创新实验竞赛——卡斯柯智能交通竞赛，每年惠及约100名师生，涌现了大量优秀竞赛作品，如荣获“挑战杯”全国二等奖的作品——“高铁助教：真实体感型VR高铁模拟驾驶器”、中国互联网＋创新创业大赛全国银奖——“光子检测：高铁安全的护航者”。

3.2 研究生培养

3.2.1 研究生联合培养基地与卓越工程师联盟

基于大数据和人工智能应用，学校与卡斯柯公司建立研究生联合培养基地，探索校企联合培养工程应用型创新人才新模式，构建适应企业发展需求的人才输送渠道。依托校企联合培养基地，每年为160余名交通信号与控制类学生开展前沿技术讲座，为30余名学生定制3～12个月的顶岗实习计划，并配备企业导师。2016年开始，利用暑假开展为期1周的卡斯柯公司夏令营，每期接纳30余名学生（涵盖本、研学生），完成从企业认知到现场实操全流程体验。

同时，校企双方积极开展卓越工程师联合培养，优先推荐青年教师和学生到卡斯柯公司进行见习、优先推荐优秀学生就业。与卡斯柯公司签订“卓越工程师联盟”，聘请公司工程师担任学校兼职教师、毕业设计指导老师以及本科生和研究生中开展论坛和讲座。

3.2.2 校企人才储备计划-研究生联合培养特区

作为特色之一，学校与卡斯柯公司联合打造“校企人才储备计划”研究生人才培养特区，探索校企联合培养工程应用型创新人才新模式。针对研究生联合培养特区，单独设定招生指标和录取分数线；纳入人才培养特区的研究生实行双导师制，校企联合定制培养方案：第1年在学校参加理论课学习，以校内导师指导为主，第2年进入企业实践基地开展校外实践，以企业导师指导为主，第3年根据情况灵活安排。在整个研究生学习阶段，企业为学生提供500元／月的生活补助，在企业学习期间再额外提供180元／天的实习补助，并统一安排食宿，保障学生安心在企业学习。这一产教融合模式兼顾了企业、学生、学校三方利益诉求，并且把行业／企业升级发展对人才知识、能力、素质的需求深度融入培养全过程。

3.3 技术攻关

3.3.1 校企轨道交通工程技术研究中心

学校在新一代信息技术研究领域建有一系列国家级、省部级实验室和平台基地：现代交通通信与传感网络国家级国际联合研究中心、云服务平台技术科技部创新平台、下一代智能列控技术研究平台、人工智能研究院、虚拟现实与多媒体技术实验室等。以这些重点实验室和平台为依托，瞄准轨道交通相关科技发展前沿，面向卡斯柯信号有限公司重大战略需求及其相关产品的技术攻关，校企双方联合成立“轨道交通工程技术研究中心”“高速铁路分散自律调度集中CTC实验室”，开展通信、信号技术开发、技术咨询、管理创新等方面的合作，支持具有重要科学意义、学术思想新颖的轨道交通关键技术基础研究和应用研究。

3.3.2 定向校企联合技术攻关项目

结合卡斯柯信号公司在铁路交通和城市交通领域的战略规划和产业化优势，发挥学校科研和人才优势，在铁路信号系统、指挥调度系统、列车运行控制系统、铁路通信系统领域展开产学研合作和联合技术攻关。企业每期出资200余万元经费，聚焦“下一代列控、形式化建模、大数据运维”等战略性、前瞻性方向开展技术攻关，以项目制形式设立“基于大数据的智能运维研究”“超高速列车运行控制系统研究”“下一代互联互通列控系统研究”等课题，支持学校研究团队聚焦轨道交通的数字化、网络化、智能化方向开展技术攻关，着力破解企业在产业升级面临的技术瓶颈。

4 建设成效与代表性实例

4.1 企业受益

经过全链条协同育人过程，逐步形成产教深度融合、良性互动、可持续发展的人才培养模式，逐步建立起以产业升级创新需求为导向、多主体参与的人才培养机制，培养大量专业人才和创新技术成果。2016年以来，学校平均每年为卡斯柯公司输送约40名交通信号与控制类专业高素质毕业生，充实企业研发和生产骨干员工；并在以自主化列控系统安全功能测试、铁路信号设备软件安全测试为代表的卡脖子技术研发方面实现了突破。

4.2 学校受益

校企产教融合协同育人模式促进了人才培养质量提升、学科专业实力提升。为学校国家“双一流”学科（一级学科：交通运输工程；二级学科：交通信息工程及控制）的建设、国家级实验教学示范中心——轨道交通信息工程与技术的申报和立项建设，以及国家一流本科专业“轨道交通信号与控制”的成功申报和立项建设提供了强力支撑（企业兼职导师、实习实践场所、用人单位反馈等），实现优势互补，企业、学生、学校多方共赢。

4.3 产业受益

校企产教融合协同育人新模式、以及专业人才和知识成果等产出将促进和助力新一代信息技术下的轨道交通产业升级和发展。进而，产业升级和发展反哺高校和企业：国家和社会将增加对学校相关学科和专业的投入，提升高校和学科专业的知名度／认可度；并且，企业也将迎来更大市场需求、发展空间。

4.4 代表性实例

校企深度产教融合协同育人的一个代表性成果（见图2），充分体现了数字孪生、VR／MR、人工智能在产业升级中的作用。校企双方深入合作，共同研发了面向企业生产、学校实验教学、产业规模培训的“VR／MR真实体感型高速列车模拟驾驶器与自动驾驶平台”；该成果基于视觉模型、行车逻辑、线路编辑、列控系统四大部分，实现数字孪生建模和视觉虚拟化；结合体感座椅、振动台、操作台和VR设备实现体感交互，高度还原真实的线路场景与培训体验，并具备列车牵引、惰行、巡航、制动等工况下自主运行的功能。

图2 代表性实例——VR／MR真实体感型高速列车模拟驾驶器与自动驾驶平台

该成果在企业生产中得到推广，用于CTCS-3／4列控系统、高铁／地铁自动运行系统的产品研发、调试和检测，有效解决了传统设备和工艺在大体积、高成本、低集成与低效率困难。同时，该实例直接转换为学校实验教学资源和平台，形成了VR／MR高速列车驾驶虚拟仿真实验、高铁列车自动运行虚拟仿真实验等特色实验，建成“智慧轨道交通信息与控制”四川省虚拟仿真实验教学中心，并培养学生荣获第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技竞赛二等奖。进一步，立足于校企双方受益，拟面向铁路行业的职业技术学院、各铁路局培训机构等相关专业的实验、实践、实训、师资培养等开放共享，促进产业升级和提升生产水平。

5 结 论

在轨道交通产业升级背景下，学校与卡斯柯公司双方以校企战略合作协议为框架，以学科专业建设与人才培养顶层设计为指导，从培养计划与课程建设、实验设备与课外创新实践竞赛、联合培养基地与卓越工程师联盟、校企人才储备研究生培养特区、校企轨道交通工程技术研究中心、定向校企联合技术攻关项目等方面开展全链条协调育人新模式探索。从而，破解人才培养供给与产业升级创新需求之间的结构性矛盾，破解技术瓶颈，助力产业／企业升级，形成以轨道交通产业升级需求为导向的专业人才培养格局。该模式充分发挥校企资源优势，兼顾学生、学校、企业三方利益，逐步形成教育与产业深度融合、良性互动、可持续发展和拓展的格局。这一探索成功入选2019年中国高等教育博览会（秋）“校企合作－双百计划”案例［16］。