面向智能制造的“列車通信網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)法

張坤鵬， 姜 斌， 陳復(fù)揚(yáng)， 劉子英， 陳世明

(1.華東交通大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院， 江西 南昌 330013 2.南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 江蘇 南京 210016)

面向智能制造的“列車通信網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)法

張坤鵬1,2， 姜 斌2， 陳復(fù)揚(yáng)2， 劉子英1， 陳世明1

(1.華東交通大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院， 江西 南昌 330013 2.南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 江蘇 南京 210016)

本文分析了智能制造背景下“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程建設(shè)的新內(nèi)涵，針對(duì)大四畢業(yè)班課堂“低頭族”這一普遍現(xiàn)象，探討了基于智慧課堂的教學(xué)方法在本課程中的應(yīng)用。本文歸納的典型、可移植的教學(xué)特征，具有良好的教學(xué)效果，可以為其他類似的軌道交通課程改革提供參考。

智能制造；列車通信網(wǎng)絡(luò)；教學(xué)方法；技術(shù)特征

0 引言

智能制造能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)體制造單元與基于網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)柔性智能化集成，目前已成為“中國(guó)制造2025”最重要的方面[1]。在日益競(jìng)爭(zhēng)激烈的智能交通系統(tǒng)體系建設(shè)中，我國(guó)先進(jìn)軌道交通裝備有望在制造業(yè)十大重點(diǎn)領(lǐng)域中率先實(shí)現(xiàn)突破[2]。

以電氣工程、機(jī)電一體化、信息科學(xué)和控制科學(xué)技術(shù)等集成的自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)已涵蓋了智能制造、智能工廠和產(chǎn)業(yè)集成等內(nèi)容，是支撐智能制造的關(guān)鍵技術(shù)之一[3]。

華東交通大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，在2003年底率先在國(guó)內(nèi)鐵路院校同行中開設(shè)“鐵道信號(hào)”專業(yè)，并在2012年整合校內(nèi)相關(guān)專業(yè)教學(xué)平臺(tái)(信號(hào)工技能鑒定的實(shí)物教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等)的基礎(chǔ)上成立了“軌道交通信號(hào)與控制”專業(yè)，該專業(yè)設(shè)置的“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程一般安排在大四上學(xué)期，面向全校軌道交通電氣類專業(yè)授課，該課程不僅專業(yè)性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)龐雜，其授課效果和質(zhì)量還受到畢業(yè)生就業(yè)、考研等客觀因素的影響，因此該課程改革應(yīng)是一個(gè)尊重當(dāng)前課程建設(shè)成果、尊重學(xué)生尤其是畢業(yè)班學(xué)生特殊主體情況，綜合利用智能制造和智慧課堂的時(shí)代優(yōu)勢(shì)，穩(wěn)步推進(jìn)的過程。

課堂教學(xué)是實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐類復(fù)合型人才培養(yǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)和基本途徑。一般來說，嚴(yán)明而富有彈性的課堂經(jīng)律是保證課堂教學(xué)活動(dòng)高效進(jìn)行的前提條件。然而，隨著功能豐富的智能手機(jī)興起和普及，再加上抽象難懂的專業(yè)理論知識(shí)和單一乏味的“灌輸-認(rèn)知-驗(yàn)證”教學(xué)模式，高校課堂上玩手機(jī)的“低頭族”盛行，而且呈現(xiàn)年級(jí)越高越嚴(yán)重的態(tài)勢(shì)，這成為了影響每個(gè)教師、尤其是青年教師課堂教學(xué)效果的一大障礙。不同于“無手機(jī)課堂”的強(qiáng)制做法，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和無線通信等技術(shù)為核心，兼具靈活性、實(shí)用性、包容性和交互性等特點(diǎn)的智慧課堂，已成為近年來教育技術(shù)的研究熱點(diǎn)[3]。雖然信息技術(shù)進(jìn)入課堂已得到各級(jí)教育部門的高度關(guān)注，但如何揚(yáng)其長(zhǎng)、避之短，吸收傳統(tǒng)教育的優(yōu)良理念來提高課堂教學(xué)效果、營(yíng)造全體學(xué)生滿意的教學(xué)氛圍仍是構(gòu)建智慧課堂的一大難題。

本文針對(duì)大四畢業(yè)班課堂教學(xué)效果普遍差的現(xiàn)象，面向智能制造背景論述了如何在“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)法中綜合利用智慧課堂方法論來提高教學(xué)質(zhì)量，以期提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高其知識(shí)掌握率。

1 “列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程建設(shè)背景

近年來，華東交通大學(xué)軌道交通類課程教學(xué)堅(jiān)持面向軌道交通裝備制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一線，面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，把握“高鐵走出去”的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)，積極探索智能制造背景下復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新途徑。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)代鐵路交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，華東交通大學(xué)建立了博士授權(quán)學(xué)科專業(yè)(控制科學(xué)工程和交通運(yùn)輸工程)、省級(jí)軌道交通電氣化與自動(dòng)化工程研究中心、校級(jí)研究院(軌道交通自動(dòng)化研究院、軌道交通牽引電氣化研究院)三位一體的“交通特色、軌道核心”特色支撐體系。為鐵路一線培養(yǎng)了大量的信號(hào)類人才[4]。經(jīng)過十多年的專業(yè)建設(shè)，該校列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才已形成了從專科、本科、碩士、博士到博士后的完整培養(yǎng)體系，并取得了明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

在此背景下，該校加快了“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程建設(shè)和改革的步伐。

2 面向智慧課堂的教學(xué)法

2.1 從智能制造需求中凝練教學(xué)問題

在面向智能制造需求的“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)過程中，前輩們根據(jù)其資深的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，用精湛的專業(yè)知識(shí)和靈活的教學(xué)技巧培養(yǎng)了大量的優(yōu)秀畢業(yè)生。但從許多校友反饋的信息來看，由于種種客觀條件限制，之前課堂教學(xué)還存在一些短板，比如重知識(shí)傳授、輕解決問題能力培養(yǎng)；重答案、輕過程；重以教師為中心、輕以學(xué)生為中心；重科學(xué)論文，輕工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐教學(xué)等。作為智能制造教育環(huán)境的新訴求，智慧課堂需要雙向融合傳統(tǒng)教育理念與現(xiàn)代信息技術(shù)，以實(shí)際智能制造問題為牽引，多元化地驅(qū)動(dòng)教學(xué)，加強(qiáng)科研反哺教學(xué)的力度，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生必備的專業(yè)能力。

本文從畢業(yè)生的擇業(yè)需求和現(xiàn)代制造界的用人視角來探索“列車通信網(wǎng)絡(luò)”的智慧課堂教學(xué)方法。以華東交通大學(xué)2011級(jí)畢業(yè)班-電子信息工程專業(yè)1-4班共120人合班教學(xué)為研究案例，在三維教學(xué)目標(biāo)(知識(shí)與技能目標(biāo)，過程與方法目標(biāo)，情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo))約束下，智慧課堂教學(xué)法綜合應(yīng)用課堂禮儀、專業(yè)資源多渠道共享、即時(shí)內(nèi)容推送、工程案例深入剖析、智能學(xué)習(xí)啟發(fā)、目標(biāo)反饋評(píng)價(jià)和協(xié)作互動(dòng)問答等，促進(jìn)了畢業(yè)班大班教學(xué)課程改革(如圖1所示)。

從圖1可以看出，對(duì)于智慧課堂這類開放的復(fù)雜系統(tǒng)來說，筆者通過調(diào)研智能制造帶來的技術(shù)轉(zhuǎn)變，把前輩們的思維、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、智慧以及各種資料和信息等匯集起來，探索智能制造技術(shù)與軌道交通類人才培養(yǎng)模式的交叉點(diǎn)，在定性和定量?jī)蓚€(gè)方面展開“列車通信網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)效果研究。筆者結(jié)合南京航空航天大學(xué)高水平特色大學(xué)的卓越工程師培養(yǎng)模式經(jīng)驗(yàn)，在江蘇省教育廳教改項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)

圖1 智慧課堂教學(xué)特征

基金重大項(xiàng)目、江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題、江西省教育廳科學(xué)規(guī)劃課題、江西省研究生教改項(xiàng)目和華東交通大學(xué)科研基金項(xiàng)目等的支持下，打破傳統(tǒng)的主講教師單一授課模式。具體如下：

(1)課題組成員積極主動(dòng)走訪學(xué)校招生就業(yè)部門、學(xué)工部門、科研院所和相關(guān)企業(yè)單位，深入調(diào)研當(dāng)前畢業(yè)生和用人單位的迫切需求，及時(shí)掌握軌道交通裝備制造業(yè)生產(chǎn)一線對(duì)人才培養(yǎng)模式的動(dòng)態(tài)要求，并從實(shí)際生產(chǎn)過程中提煉出具有前瞻性的科學(xué)問題進(jìn)行研究。

(2)通過探索取長(zhǎng)補(bǔ)短的集體備課與討論原則，將凝練的文字、圖像、聲音等多媒體信息形式綜合集成到電子教案中。

(3)將高度凝練的智能制造需求融合到智慧課堂的案例教學(xué)中，讓難懂的課程內(nèi)容生動(dòng)化、形象化，為畢業(yè)班專業(yè)課程教學(xué)提供了一個(gè)全新的思路。

2.2 面向智慧課堂的教學(xué)特征

“列車通信網(wǎng)絡(luò)”是一門多學(xué)科交叉課程，其內(nèi)容涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)、微機(jī)控制基礎(chǔ)、列車通信網(wǎng)絡(luò)、CRH系列動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)等?？紤]到這門課程只有32學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)任務(wù)，即使簡(jiǎn)單地借助信息技術(shù)來教學(xué)，也很難擺脫滿堂“快鍵式”的播放困境。因此面向智能制造的教學(xué)改革也使畢業(yè)班教學(xué)活動(dòng)經(jīng)歷著前所未有的巨大變革。

在智慧課堂中首先引入課堂禮儀有助于營(yíng)造人性化的課堂氣氛，從而建立師生互相尊重的集體氛圍，有助于課堂教學(xué)在協(xié)作互動(dòng)中高效進(jìn)行。更為重要的是，基于課堂禮儀的專業(yè)知識(shí)授課模式，不僅停留在認(rèn)知層面上的知識(shí)掌握度，而且重視通過現(xiàn)代信息倫理教育手段(比如7.23動(dòng)車組追尾事故人文關(guān)懷視頻)引導(dǎo)學(xué)生去體驗(yàn)其中的情境，學(xué)到蘊(yùn)涵其中的正確立場(chǎng)，使教學(xué)上升到一個(gè)新高度。

1) 基于課堂禮儀的知識(shí)傳授

教育家第斯多惠曾說過：“教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒和鼓勵(lì)”。然而，現(xiàn)如今“上課禮”在高校甚是少見。現(xiàn)代高等教育的一個(gè)關(guān)鍵問題是道德主體地位的缺失，而用人單位又特別重視畢業(yè)生的德育修養(yǎng)，如何在有限的課堂時(shí)限內(nèi)權(quán)衡傳授知識(shí)與加強(qiáng)德育教育，一直是智慧課堂教學(xué)中面臨的重大理論問題。為了避免面向智慧課堂的畢業(yè)班教學(xué)走向放羊的弊端，筆者始終以“德才兼?zhèn)?，德必為先”來要求自己以及每一個(gè)學(xué)生。不同于傳統(tǒng)課堂的嚴(yán)格紀(jì)律約束，且異于毫無約束的微課，富有彈性的德育教學(xué)模式優(yōu)于不考慮實(shí)際情況、缺乏生機(jī)的課堂灌輸。

蘇霍姆林斯基曾說：“教師的語言修養(yǎng)，在極大程度上決定著學(xué)生腦力勞動(dòng)的效率。”通過反復(fù)觀摩前輩們溫和謙遜的課程教學(xué)以及密切跟蹤智能制造相關(guān)的前沿教學(xué)視頻，筆者逐步掌握了精練、樸實(shí)、通俗易懂、實(shí)事求是的教學(xué)語言。例如，施行“上課禮”不僅沒有浪費(fèi)規(guī)定的教學(xué)學(xué)時(shí)，還能營(yíng)造愉快的課堂氛圍，促進(jìn)課堂教學(xué)效果明顯得到提高。在一個(gè)學(xué)期的堅(jiān)持過程中，即使是面對(duì)毫無“上課禮”概念的大四畢業(yè)班學(xué)生，他們也開始意識(shí)到上課的重要性，并學(xué)會(huì)借助智能手機(jī)及時(shí)查找信息，解答課堂涉及的開放性問題，但又不沉溺于手機(jī)游戲和微信聊天等環(huán)節(jié)中。這種教學(xué)法有助于提高學(xué)生的約束力和注意力，促進(jìn)畢業(yè)生未來職業(yè)生涯素養(yǎng)的健康發(fā)展。一個(gè)學(xué)期以來，除特殊情況外，四個(gè)班的考勤率有了明顯提高。該課程年度網(wǎng)上評(píng)教滿意度處于華東交通大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量測(cè)評(píng)前列。

2) 專業(yè)資源多渠道共享

借助前輩們積累的豐富現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和資料，針對(duì)課程的專業(yè)特點(diǎn)和智慧課堂的要求，筆者以全新的思路對(duì)“網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)”、“微機(jī)控制基礎(chǔ)”和“列車通信網(wǎng)絡(luò)”等課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類提煉和整合；考慮到學(xué)生在通信與信息系統(tǒng)專業(yè)上的優(yōu)勢(shì)，不僅將重點(diǎn)放在列車通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的功能協(xié)同上，還提供了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5動(dòng)車組信息控制系統(tǒng)等專題供學(xué)生討論。

為了讓學(xué)生提前了解上課內(nèi)容，筆者通過華東交通大學(xué)智慧校園平臺(tái)將相關(guān)專題PPT發(fā)送到他們的智能手機(jī)和個(gè)人電腦中。借助QQ、手機(jī)APP客戶端軟件、電子郵箱等平臺(tái)，學(xué)生可以將自己的想法及時(shí)反饋回來。在智慧課堂教學(xué)過程中，討論可以代替課后作業(yè)，有效地減少了大四畢業(yè)生的課外負(fù)擔(dān)。通過和學(xué)生的全方位交流，教師可以全面詳細(xì)地為學(xué)生講授該課程在工程中的應(yīng)用價(jià)值。更為重要的是教師也會(huì)不斷地重新思考相關(guān)基本概念和理論，同時(shí)促進(jìn)青年教師科研水平的增長(zhǎng)，高水平的科研能力又決定著一流的教學(xué)水平。這種肯定-否定-否定之否定的課程改革發(fā)展規(guī)律，不僅使面向智能制造的“列車通信網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)法受到學(xué)生的歡迎和認(rèn)可，還促進(jìn)了青年教師又好又快的成長(zhǎng)。

本著服務(wù)學(xué)生的原則，我們還將智慧教育從課上延伸到課外，借助華東交通大學(xué)智慧校園平臺(tái)，為學(xué)生提供上課、找工作和考研備考的咨詢服務(wù)，排解學(xué)生擇業(yè)需求的困惑，讓學(xué)生從內(nèi)心深處喜歡該課程，從而提高畢業(yè)班課堂教學(xué)的聽課效果。

3) 即時(shí)內(nèi)容推送

借助目標(biāo)反饋評(píng)價(jià)體制，筆者立足每一節(jié)課、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容；借助智慧課堂的常態(tài)錄播、互動(dòng)教學(xué)等功能，權(quán)衡板書與多媒體播放的動(dòng)態(tài)教學(xué)過程。具體的教學(xué)法如下：

(1)經(jīng)常走下講臺(tái)，邊講邊觀察學(xué)生的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。通過協(xié)作互動(dòng)的隨機(jī)問答環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)每一個(gè)學(xué)生都積極參與，即使是難以回答的問題，也鼓勵(lì)大家借助智能手機(jī)來查找資料。

(2)對(duì)于一些無法解答的工程案例問題，筆者通過參加相關(guān)培訓(xùn)班和軌道交通前沿討論會(huì)來收集現(xiàn)場(chǎng)視頻資料，然后在課堂中有針對(duì)性地播放。

(3)通過邊講解邊播放的直觀教學(xué)，讓學(xué)生體會(huì)到工程實(shí)踐教育的緊迫性和重要性。

(4) 基于國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目的支撐：從列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)中提煉出“車-地雙向無線閉環(huán)通信”和“故障-導(dǎo)向安全的行車組織”教學(xué)模塊，可以較好地培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性、整體性的觀念，練就良好的邏輯思維，并拓寬他們的就業(yè)范圍。

(5) 在課間休息期間，筆者主動(dòng)到學(xué)生中間詢問，為學(xué)生就業(yè)、考研等關(guān)心的問題排憂解難。這種啟發(fā)式引導(dǎo)激發(fā)了大家的學(xué)習(xí)熱情，也讓教師更好地了解學(xué)生實(shí)際情況，從而提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

4) 智能學(xué)習(xí)啟發(fā)

為了讓基于智慧課堂的教學(xué)方法更好地服務(wù)智能制造背景下的先進(jìn)軌道交通裝備技術(shù)，筆者將自己主持和參與的科研項(xiàng)目成果引入到課堂，讓學(xué)生對(duì)看得見、摸得著的前沿成果有了直觀認(rèn)識(shí)，并引導(dǎo)大家積極參與大學(xué)生科技園配套的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中。此外，從典型動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的問題需求出發(fā)，筆者采用了全新的逆向思維方法，從工程概念探尋關(guān)鍵技術(shù)并進(jìn)行理論分析，最后總結(jié)工作原理，這種方法具有很強(qiáng)的軌道交通指向性，符合軌道交通教學(xué)改革發(fā)展規(guī)律。

3 結(jié)語

本文介紹的多元化“列車通信網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)法實(shí)施效果表明，該教學(xué)法基于智慧課堂典型的、可移植的教學(xué)特征，可以有效地提高大四畢業(yè)班的專業(yè)教學(xué)效果。下一步需要在如何面向智能制造背景重構(gòu)“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程體系、如何權(quán)衡經(jīng)典教學(xué)法和智慧課堂教學(xué)法的教學(xué)內(nèi)容、如何評(píng)價(jià)教學(xué)效果等方面去改進(jìn)和完善。

[1] 劉燕，徐惠鋼，李智超，劉叔軍，徐本連. 面向智能制造的自動(dòng)化專業(yè)課程體系的重構(gòu)[J]. 南京:電氣與電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 38(4):51-53.

[2] 林莉，李博達(dá). 全球制造網(wǎng)絡(luò)下中國(guó)先進(jìn)軌道交通裝備制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 長(zhǎng)春：工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2012，(11)： 62-66.

[3] 唐超穎，姜斌. “自動(dòng)控制原理”課程的探究性教學(xué)實(shí)踐[J]. 南京: 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 29(6): 91-93.

[4] 黃江平, 楊靜, 楊輝, 龔錦紅. 自動(dòng)化專業(yè)控制類課程群建設(shè)與實(shí)踐[J]. 南京: 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 31(增刊): 8-11.

Teaching Methods based on Intelligent Manufacturing in Train Communication Network

ZHANG Kun-peng1,2, JIANG Bin2, CHEN Fu-yang2, LIU Zi-ying1, CHEN Shi-ming1

(1.SchoolofElectricalandAutomationEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China2.CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

This paper analyzes the new technical content of Train Communication Network curriculum faced with intelligent manufacturing. According to the common phenomenon of smartphone addicts among seniors, the smart classroom based teaching methods have been applied in the course. The typical and portable technical characteristics have a desirable teaching effect, which can also provide a reference for the innovation of other rail transport curriculum system.

intelligent manufacturing; train communication network; smart classroom; teaching methods; technical characteristics

2016-12-14;

2017-04- 29

江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題“具有行業(yè)背景的”卓越計(jì)劃“中企業(yè)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)方案的探索與實(shí)踐-以我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)為例”(JXJG-16-5-10), 江蘇省教育廳教改項(xiàng)目“基于成果導(dǎo)向的兩化融合及航空航天特色自動(dòng)化專業(yè)”卓越工程師“培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐”(2015JSJG176)，江西省教育廳科學(xué)規(guī)劃課題“工科大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的研究-以電子信息工程專業(yè)為例”(13ZD3L003)、江西省研究生教改項(xiàng)目“地方院校博士授權(quán)學(xué)科創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)模式研究-以控制科學(xué)與工程學(xué)科為例”(JXYJG-2014-080)、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(61490703)，華東交通大學(xué)科研基金資助項(xiàng)目(12DQ04)。 第一作者：張坤鵬(1986-)，男，碩士，博士在讀，助教，主要從事自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)與科研工作, E-mail: ecjtu.zhangkunpeng@163.com

TP273

A

1008-0686(2017)03-0058-04