以工程实践为导向的轨道工程教学改革探索

谢铠泽 徐浩 赵维刚 赵振航

摘要 文章针对轨道工程教学中存在的教材内容更新滞后、课程内容脉络不清、理论与实践割裂及考核偏重理论知识等现状，结合新一代信息技术发展背景下铁路行业的发展趋势及其对专业技术人才能力需求的变化，从教学课程内容优化、多种教学模式并用、课堂―铁路局交互扩展以及铁道工程竞赛引入等方面开展了教学改革探索。实践教学改革旨在提升学生学习的自主性与积极性，尤其是学生运用理论知识解决实际问题的能力。

关键词 轨道工程；工程实践；教学改革；内容优化；教学模式

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.15.037

近年来，随着铁路建设的飞速发展，我国铁路营运里程已从2012年的9.8万公里增长到2022年的15.5万公里，尤其是高速铁路从0.9万公里增长到4.2万公里，俨然成为我国城市空间扩展的强大驱动力。我国铁路已经从大规模设计和建造进入基础设施状态维护阶段。在铁路基础设施现代化建设的背景下[1]，为确保如此庞大规模的铁路运营线路的安全，各铁路局所需的铁路养护维修人员缺口量巨大[2]，铁路行业人才紧缺的状况日益凸显。

轨道工程作为铁路行业最具特色的专业课程，旨在让学生掌握钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等轨道结构的基本构成，了解轨道结构的设计、建造与维护，从而培养学生分析与解决轨道减振降噪、道岔提速、轨道受力、无缝线路稳定性等问题的能力，提高学生进行轨道几何形位检测、结构设计、大修与维护、部件强度检查等的实践水平，为建设中国的高铁轨道事业作出自己的贡献。通过该课程的学习，学生能了解轨道结构体系，理解轨道结构设计、施工及运维的原理和方法，可进行轨道结构设计等，具备发现和解决实际问题的能力[3]。

随着科技的发展，我国轨道交通行业专业人才需求激增，行业对专业人才的要求也不断提高，不仅需要具备扎实的轨道设计、施工、运维的专业知识，还需掌握新技术的应用。为此，轨道工程课程的教学内容、教学方法及教育目标应主动求变，深化改革，不断提升学生的综合素质，为“交通强国”建设提供人才储备。

1轨道工程课程教学现状

轨道工程课程经过多年发展，已形成系统的教学体系，并开设了实践教学环节，但仍存在一些问题，主要体现在以下几方面：

1.1教材内容更新滞后，不适应时代发展

以北京交通大学高亮教授主编的《铁路轨道》作为新出版教材的代表（以下简称新教材），以同济大学练松良教授主编的《轨道工程》作为传统教材的代表（以下简称经典教材），新教材确实增加了部分新内容，例如在养护维修方面增加了高速铁路运维，在轨道交通方式方面增加了直线电机轨道交通、独轨交通、磁悬浮轨道交通等内容的介绍，但新增加内容篇幅少，且均以概述的方式增加，未形成知识体系，在教材中的重要性并未凸显。高速铁路技术日新月异，教材中涉及高速铁路轨道结构设计、施工、运维的新方法、新技术、新设备均未体现，与现场实际应用存在严重脱节，未能紧跟时代发展，更无法满足学生就业后所需具备的知识储备。

1.2内容脉络不清，未适应体系构建需求

课程内容不仅包含轨道结构组成、结构设计计算，还包括轨道施工和运维等方面的数据测量、处理和分析等方面的知识。部分内容之间相互独立，缺乏有效衔接，例如轨道几何形位与轨道部件等；部分内容之间存在知识点相互交错的现象，例如特殊地段的轨道过渡段与轨道结构力学分析、钢轨中的轨缝设计与无缝线路轨缝设计、无缝线路稳定性与轨道几何形位等。以上内容的编排未充分考虑学生知识体系构建的需求，即课程内容无清晰的脉络发展过程，学生学习难度增加，易丧失学习兴趣，更不利于自主学习模式的构建，影响教学效果。虽然诸多教材在此方面进行了有益探索，例如将道岔紧跟轨道结构之后、结构设计和无缝线路计算置于最后，形成单独的知识模块，便于学生模块化学习，但这种方式也无法有效避免知识相互交错给学生学习造成的困扰。

1.3理论与实践割裂，未适应认知过程

课堂教学一直以来都是我国高校主要的教学模式，在人才培养方面起到重要的作用。课堂教学虽能很好地传授理论知识，但轨道工程作为一门应用型课程，要求学生具备发现问题和解决问题的能力，需要大量的工程实践来强化该能力的培养。目前，该课程采用课程设计、认识实习等实践环节弥补课堂理论教学的不足。受到整体课程教学安排和教学课时的限制，实践教学开展时间均设置在理论教学完成后，甚至有些工程实践教学开展与理论教学之间有半年甚至一年的时间差，未遵循学生的认知发展规律，使得实践教学成为科普教学，学生对工程实际的认识深度、实际问题产生的原因和解决方法更是一知半解，达不到预期。此外，部分实践课程由于铁路运营的封闭性和安全性要求，进一步减少了实践教学的深入程度和实践机会。

1.4考核方式偏重理论，未适应应用需求

考核方式和考核内容不仅是评价学生学习效果的重要手段[4]，也是学生开展學习的重要指挥棒。当前轨道工程仍采用试卷考试与课堂测评（主要包含课堂出勤率、课堂表现及课后作业完成情况等）相结合的考核模式，从而评价学生对课程内容的掌握程度。然而，该课程不仅包含了诸多理论方面的知识，也包含了许多需要学生实际操作的内容，例如轨道几何不平顺的测量等。由于理论考试中对于实际操作的考查较难实现，因此学生学习中也将重点放在轨道几何形位等相关理论知识的理解上，忽视测试的原理、方法和操作等。同时，考试时间短与课程内容知识繁多的矛盾也导致试卷内容无法遍历所有知识点，更无法包含现场实际需求，从而导致学生掌握知识到现场实际应用之间还存在较大的“鸿沟”。而且这种考核模式也不能科学反映学生掌握知识的程度。

2轨道工程教学改革的探索

针对“轨道工程”课程教学中存在的不足，本文从教学内容、教学方法、实践教学组织模式和教学评价方法方面展开探索。

2.1优化课程内容，丰富学生知识储备

随着数字化、信息化、智能化技术的发展[5]，社会对“新基建”专业技术人才[6]的需求不断增长，因此轨道工程课程教学既要涵盖传统轨道工程的基本内容，又要与时俱进地引入适应高速铁路、重载铁路和城市轨道交通发展需要的新知识，并扩展与材料工程、信息技术、机械工程等学科的交叉知识，及时丰富轨道工程参考书籍的内容，并优化课程内容脉络。例如在介绍轨道几何形位时补充高速铁路成熟的高速动检车相关的动态不平顺检测原理、检测装备、信号处理等内容；在介绍轨道结构力学时增加无砟轨道设计计算方法、计算程序编制、设计的实际例子等；在介绍无缝线路设计计算时增加设计院采用的专用设计软件的使用介绍和使用培训；在介绍养护维修时增加无砟轨道病害检测、维修材料、方法及设备等。通过在课堂教学中增加这些前沿知识和脉络的优化，不仅能充分体现轨道行业新材料、新工艺和新技术的应用，还能提高学生的知识储备量，让学生能对轨道专业相关的内容有全面的认识，增加学生学习的积极性和主动性，尤其是指导学生进行计算程序编制时，学生首先需要对理论知识加深理解，完成相关计算公式的推导等，这些过程就大大加深了学生对知识的理解程度，并易于形成学生自己的知识体系。

2.2多种教学方式并用，促进学生参与

在教学中引入“翻转课堂”理念[7]，将学生分组，引导学生针对不同知识点开展资料的查询、加工和汇报，调动学生的主动性和探索精神。

利用学校资源，在实验室建立等比例无砟轨道和有砟轨道结构模型，以小组为单位让学生配合完成相关简单的试验（包括扣件系统的安装、轨道刚度、道床纵横向阻力及轨道几何不平顺的测量等），让学生更加立体地感受轨道结构的组成、功能、各部件的配合及各部件性能对整体性能的影响，并锻炼学生的实际操作能力。

充分利用网络资源（MOOCs、雨课堂等），让学生对铁路轨道的结构、施工和养护维修有更加直观的认识，教师在课堂中除了采用上述授课方式外，还可利用多媒体动画及视频方式，制作轨道部件和道岔结构组成动画、轨道现场施工和养护维修视频等，让学生对铁路轨道结构组成、轨道结构的施工流程、现场养护维修工作重点及注意事项等有更加直观的认识。

依据教学进度，邀请国内铁路行业（包括设计院、铁路局、研究院等）知名专家带着工程实例走进课堂，从特殊轨道结构设计、轨道结构养护、轨道行业前沿技术等方面开展学术讲座，让学生了解轨道理论知识在实际中的应用以及我国铁路轨道的发展趋势、热点等，提高学生的应用能力和分析能力，拓宽学生的专业视野。

2.3扩展实践教学机会，提高实践能力

与当地铁路工务段加强联系，深入合作，在确保铁路运营安全和学生安全的前提下，引导学生跟随铁路工务人员开展实际线路的轨道结构状态、轨道几何形位等的检查、病害的维修等工作，让学生亲自操作铁路检测设备、维修设备，体验各类型作业的流程和注意事项，并鼓励学生开展检测数据分析等研究工作，进一步提高学生的工程实践能力，缩小学生所学知识与现场应用之间的“鸿沟”。但该教学方法耗时、耗力，并且存在安全風险，故建议学生分批进行。

2.4引入铁道工程竞赛，提升解决实际问题的能力

突破试卷考试与课堂测评相结合的传统考核模式，增加学生解决问题能力在考核中的占比。轨道结构设计是“轨道工程”的核心目标之一，其包含轨道结构的组成、功能以及相关的力学计算分析等，基本贯穿整个课程内容。引导学生在课余时间分组开展轨道结构设计和制作，培养学生利用理论知识解决实际问题的能力；同时，在设计和制作过程中，引导学生进行文献检索、仿真软件使用、计算报告编写等，并将这些内容包含在最终考核的结果中，形成综合知识学习的“指挥棒”，突破学生“理论至上”的观念，从而引导学生在学习中将更多的精力放在知识的应用层面，培养学生的综合素质，使学生一毕业即具有可独当一面的能力。

3结论

轨道工程是一门教学内容繁杂、操作性强的课程，课程组结合现代化轨道交通发展对人才知识和能力的需求，通过优化课程内容、增加教学方式、扩大实践教学占比和引入铁道工程竞赛等方法，开展了以工程实践为导向的轨道工程教学改革初探，激发学生的学习兴趣、丰富了学生的知识储备、提高了学生的实践能力、提升了学生发现和解决实际问题的能力，教学效果良好，基本达到了改革的目标。但实际改革中仍然存在一些问题，例如占用了学生的部分课余时间，铁道工程竞赛作品完成时间晚引起的成绩提交与其他课程不同步等，下一步将进一步优化课程内容和学生投入时间，提高时间利用效率，提升课程综合效果，真正达到所学即所用，所用促所学。

基金项目：2022年河北省研究生教育教学改革研究项目“面向交通土建领域的安全学科创新人才“五维”协同培养模式研究”（YJG2023064）；2022年河北省教育厅高等教育教学改革研究立项项目“新时代面向交通安全国家战略需求的安全类创新型人才培养”（2022GJJG236）。

参考文献

[1]王姣娥，杜德林.服务中国式现代化的交通强国内涵解析与学科建设思考[J].经济地理，2023，43（3）：6-14.

[2]白林，刘春兰.工电供一体化改制与铁道工程技术人才培养探讨[J].创新创业理论研究与实践，2020，3（6）：173-174.

[3]肖宏，高亮，侯博文，等.“轨道工程理论与技术”研究生课程教学探讨[J].教育教学论坛，2021（32）：1-5.

[4]蔡英谦.多维复合型考核模式：创新高校思政课考评机制的探索[J].广东第二师范学院学报，2022，42（6）：92-101.

[5]赵孝礼，姚建勇，邓文翔，等.“数智化”背景下高校兵器类专业教学新模式改革浅析[J].科技风，2023（7）：98-100.

[6]邓鸣，徐文玲.“新基建”背景下土木工程专业校企合作实践教学改革研究[J].创新创业理论研究与实践，2022，5（11）：184-186.

[7]季桉宁，李琳.新媒体平台在线上翻转课堂中的应用要点与有效策略[J].黑龙江教师发展学院学报，2023，42（4）：51-53.