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， 劉子英， 陳世明

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

0　引言

智能制造能夠?qū)崿F(xiàn)個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“中國制造2025”最重要的內(nèi)容[1]。在日益競爭激烈的智能交通系統(tǒng)體系建設(shè)中，我國先進(jìn)軌道交通裝備有望在制造業(yè)十大重點領(lǐng)域中領(lǐng)先實現(xiàn)突破發(fā)展[2]。其中，面向智能制造的列車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)揮著重要作用。

“列車通信網(wǎng)絡(luò)”是華東交通大學(xué)面向全校軌道交通電氣類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)課，一般安排在大四上學(xué)期開課。該課程專業(yè)性強，知識點龐雜且抽象難懂，課堂教學(xué)活動是該課程教育的最重要組成部份。嚴(yán)明而富有彈性的課堂紀(jì)律是保證課堂教學(xué)活動高效進(jìn)行的前提條件。然而，隨著功能豐富的智能手機興起和普及，課堂上玩手機的“低頭族”學(xué)生為數(shù)不少，而且呈現(xiàn)年級越高越嚴(yán)重的態(tài)勢，成為影響本課程課堂教學(xué)效果的一大原因。不同于“無手機課堂”的強制解決辦法，以物聯(lián)網(wǎng)、云計算和無線通信等技術(shù)為核心，兼具靈活性、實用性、包容性和交互性等為特點的智慧課堂建設(shè)，充分發(fā)揮手機的優(yōu)勢，已成為近年來教育技術(shù)的研究熱點[3]。就“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)而言，引入智慧課堂教學(xué)如何揚其長、避之短，結(jié)合傳統(tǒng)教育的優(yōu)良理念來提高課堂教學(xué)效果、營造全體學(xué)生滿意的教學(xué)氛圍就是本文探討的主題。

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)堅持面向軌道交通裝備制造業(yè)現(xiàn)場一線，面向國家重大戰(zhàn)略需求，把握“高鐵走出去”的國際化競爭力優(yōu)勢，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)我國現(xiàn)代鐵路交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，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)工程和交通運輸工程)、省級軌道交通電氣化與自動化工程研究中心、校級研究院(軌道交通自動化研究院、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。

華東交通大學(xué)自動化專業(yè)為國家級特色專業(yè)建設(shè)點，在2003年底率先在國內(nèi)鐵路院校同行中開設(shè)“鐵道信號”專業(yè)，并在2012年整合校內(nèi)相關(guān)專業(yè)教學(xué)平臺(信號工技能鑒定的實物教學(xué)系統(tǒng)平臺、計算機聯(lián)鎖仿真實驗系統(tǒng)等)的基礎(chǔ)上成立了“軌道交通信號與控制”專業(yè)，為鐵路一線培養(yǎng)了大量的信號類人才。經(jīng)過十多年的專業(yè)建設(shè)，華東交通大學(xué)已形成了從專科、本科、碩士、博士到博士后的列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才完整培養(yǎng)體系，并取得了明顯的社會經(jīng)濟效益。在此背景下，也加快了“列車通信網(wǎng)絡(luò)”作為該培養(yǎng)體系中一門重要課程建設(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)”教學(xué)改革過程中，一個重要的措施就是引入智慧課堂教學(xué)方法。以華東交通大學(xué)2011級畢業(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)(知識與技能目標(biāo)，過程與方法目標(biāo)，情感、態(tài)度、價值觀)導(dǎo)向下，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)反饋評價和協(xié)作互動問答等方法，實現(xiàn)了“列車通信網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革(如圖1所示)。

圖1　智慧課堂教學(xué)改革

從圖1可以看出，對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，把前期課程教學(xué)的思維、經(jīng)驗、知識、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，在定性和定量兩個方面展開“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)的卓越工程師培養(yǎng)模式經(jīng)驗，在國家自然科學(xué)基金重大項目、江蘇省教育廳教改項目、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目和華東交通大學(xué)科研基金項目的支持下，開展了“列車通信網(wǎng)絡(luò)”智慧課堂教學(xué)法的授課模式。具體內(nèi)容如下：

(1)課題組成員積極主動走訪招生就業(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，及時掌握軌道交通裝備制造業(yè)生產(chǎn)一線對人才培養(yǎng)模式的動態(tài)要求，并從實際生產(chǎn)過程中提煉出具有前瞻性的科學(xué)問題進(jìn)行研究。

(2)通過發(fā)揮集體智慧，取長補短的集體備課與討論，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)將反映智能制造需求科技項目融合到智慧課堂的案例教學(xué)中，讓難懂的課程內(nèi)容生動化、形象化，為畢業(yè)班專業(yè)課程教學(xué)提供了一個全新的思路。

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)容涉及到計算機網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)、微機控制基礎(chǔ)、列車通信網(wǎng)絡(luò)、CRH系列動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和列車自動運行控制系統(tǒng)等?？紤]到這門課程只有32學(xué)時的課堂教學(xué)時間，即使簡單地借助先進(jìn)的信息技術(shù)來教學(xué)，也很難擺脫滿堂“快鍵式播放”的困境。因此面向智能制造的教學(xué)改革必定使畢業(yè)班教學(xué)活動經(jīng)歷著巨大變革，教學(xué)技能的運用也必然面臨著理念不斷更新和信息技術(shù)深入探索的要求，需要在繼承中創(chuàng)新，更好地為課堂教學(xué)服務(wù)。

在智慧課堂中首先引入課堂禮儀是一項創(chuàng)新，有助于營造人性化的課堂氣氛，建立師生互相尊重的集體氛圍，有助于課堂教學(xué)在協(xié)作互動中高效進(jìn)行。更重要的是，基于課堂禮儀的專業(yè)知識授課，不是停留在認(rèn)知層面的知識掌握上，而是重視通過現(xiàn)代信息倫理教育手段(比如7.23動車組追尾事故人文關(guān)懷視頻)引導(dǎo)學(xué)生去體驗其中的情境，學(xué)到蘊涵其中的正確立場，使教學(xué)上升到一個新高度。

1) 基于課堂禮儀的知識傳授

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、喚醒和鼓勵”。然而，現(xiàn)如今“上課禮”在高校甚是少見?，F(xiàn)代高等教育的一個關(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限內(nèi)權(quán)衡傳授知識與加強德育教育，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)走向放任自流的弊端，筆者始終以“德才兼?zhèn)?，德必為先”來要求自己以及每一個學(xué)生。不同于傳統(tǒng)課堂的嚴(yán)格紀(jì)律約束，也異于毫無約束的微課，富有彈性的德育教學(xué)模式優(yōu)于不考慮實際情況、缺乏生機的課堂灌輸。

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)生腦力勞動的效率?！蓖ㄟ^反復(fù)觀摩前輩們溫和謙遜的授課教學(xué)神態(tài)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、通俗易懂、實事求是的教學(xué)語言。例如，施行“上課禮”不僅沒有浪費規(guī)定的教學(xué)學(xué)時，還能營造愉快的課堂氛圍，促進(jìn)課堂教學(xué)效果明顯得到提高。在一個學(xué)期的堅持過程中，即使是最初毫無“上課禮”概念的大四畢業(yè)班學(xué)生，他們也能很快地意識到開始上課的重要性，并學(xué)會借助智能手機及時查找信息，解答課堂涉及的開放性問題，但又不沉溺于手機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)的養(yǎng)成。一個學(xué)期以來，除特殊情況外，四個班的考勤率有了明顯提高。該課程年度網(wǎng)上評教滿意度處于華東交通大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量測評前50%。

2) 專業(yè)資源多渠道共享

借助前輩們積累的豐富現(xiàn)場經(jīng)驗和資料，針對課程的專業(yè)特點和智慧課堂的要求，筆者以全新的思路對“網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)”、“微機控制基礎(chǔ)”和“列車通信網(wǎng)絡(luò)”等課程知識點進(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，不僅將重點放在列車通信網(wǎng)絡(luò)平臺的功能協(xié)同上，還提供了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5動車組信息控制系統(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)智慧校園平臺將相關(guān)專題PPT發(fā)送到他們的智能手機和個人電腦中。借助QQ、手機APP客戶端軟件、電子郵箱等平臺，他們可以將自己的想法及時反饋回來。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，可以全面詳細(xì)地為學(xué)生講授該課程在工程中的應(yīng)用價值。更為重要的是教師也會不斷地受學(xué)生的反饋啟發(fā)，重新思考相關(guān)基本概念和理論，同時促進(jìn)青年教師的科研水平和科研能力的增長又孕育著一流的教學(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，也促進(jìn)了青年教師又好又快的成長。

考慮到大四畢業(yè)生存在就業(yè)、考研深造等壓力，以及參差不齊的專業(yè)素養(yǎng)，單一的智慧課堂教學(xué)方法難以避免“抱團取曖”現(xiàn)象的發(fā)生。教育家第斯多惠說：“教學(xué)成功的藝術(shù)就在于使學(xué)生對你所教的東西感到有興趣。”我們本著服務(wù)學(xué)生的原則，將智慧教育從課堂延伸到課外，借助華東交通大學(xué)智慧校園平臺，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)效果。

3) 即時內(nèi)容推送

借助目標(biāo)反饋評價體制，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、互動教學(xué)等功能，權(quán)衡板書與多媒體播放的動態(tài)教學(xué)過程。筆者重視課堂上即時內(nèi)容的推送，采取的措施如下：(張坤鵬等文)

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

(2)對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來收集現(xiàn)場視頻資料，然后在課堂中有針對性的播放。

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

(4) 借助國家自然科學(xué)基金重大項目的推進(jìn)：從項目中“列車自動運行控制系統(tǒng)”的知識點上提煉“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，以此較好地培養(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。通過這種啟發(fā)式交流，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目成果引入到課堂，讓學(xué)生對前沿成果有了看得見、摸得著的直觀認(rèn)識，并引導(dǎo)大家積極參與到大學(xué)生科技園配套的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動中。此外，從典型動車組網(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開展教學(xué)，從工程概念探尋關(guān)鍵技術(shù)，到理論分析，最后總結(jié)工作原理，這種方法具有很強的軌道交通指向性，符合軌道交通教學(xué)改革發(fā)展規(guī)律。

3　結(jié)語

本文介紹的面向智能制造的“列車通信網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)法實施效果表明，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。

下一步我們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、如何評價教學(xué)效果等方面進(jìn)一步去改進(jìn)和完善。

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