面向新工科的交通運(yùn)輸專業(yè)開放實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探索

謝 超

（同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，交通運(yùn)輸工程上海市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市軌道交通結(jié)構(gòu)耐久與系統(tǒng)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201804）

引言

“新工科”這一概念自2016年提出以來，在短時(shí)間內(nèi)就迅速形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。新工科要求培養(yǎng)能適應(yīng)未來新興產(chǎn)業(yè)或行業(yè)發(fā)展，有強(qiáng)大的實(shí)踐力、創(chuàng)新力和競爭力的創(chuàng)新型卓越工程人才[1-5]。

同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸專業(yè)一直立足專業(yè)特色，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。為實(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo)，很重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)。盡管一直以來實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不斷調(diào)整更新，但其中仍存在著不少問題，制約著教學(xué)效果和學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的提高。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

（1）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少：在教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中對實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有明確規(guī)定，但實(shí)驗(yàn)課時(shí)總體偏少。在有限的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課時(shí)里，指導(dǎo)老師難以把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全展開。

以鐵路調(diào)度集中CTC系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)只有2學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能簡單了解鐵路調(diào)度的崗位職責(zé)、CTC工作原理和設(shè)備組成，卻沒時(shí)間了解各類突發(fā)情況下的情況分析和應(yīng)對措施，更無法有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力以適應(yīng)新工科培養(yǎng)目標(biāo)。

（2）實(shí)驗(yàn)考核單一：實(shí)驗(yàn)室多門實(shí)驗(yàn)都是每組20人同時(shí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師難以一一看清每個(gè)學(xué)生的每一步操作，無法有效考核實(shí)驗(yàn)過程的規(guī)范性，因此，考核往往只能側(cè)重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核。

（3）開放實(shí)驗(yàn)少：開放實(shí)驗(yàn)是非課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，不是每個(gè)學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，屬于對交通運(yùn)輸專業(yè)知識(shí)感興趣的學(xué)生可以在課后空閑時(shí)間自由選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在開放實(shí)驗(yàn)里，學(xué)生有更大的科研自主性，因而受到學(xué)生的歡迎。但學(xué)生的空閑時(shí)間大多集中在晚上，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不固定，實(shí)驗(yàn)人數(shù)不固定，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師不在就無法保證開放實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。

為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)開放勢在必行[6-11]。

二、實(shí)驗(yàn)開放的措施與建議

（一）信息管理系統(tǒng)建設(shè)

智能時(shí)代的到來為資源開放共享的有效實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)保障。同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為有效擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)開放程度，提高實(shí)驗(yàn)管理，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)信息系統(tǒng)建設(shè)。

學(xué)生首次預(yù)約開放實(shí)驗(yàn)前，必須先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室設(shè)備操作和實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)并考試，通過考試方可取得實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入資格。實(shí)驗(yàn)室管理人員在取得實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入資格的學(xué)生校園一卡通上加載實(shí)驗(yàn)室門禁識(shí)別信息后，學(xué)生方可在實(shí)踐教學(xué)管理信息系統(tǒng)（見圖1）中進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)預(yù)約。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師審核通過以后，學(xué)生在預(yù)約時(shí)間內(nèi)通過校園一卡通進(jìn)行門禁識(shí)別，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室自主實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)踐教學(xué)管理信息系統(tǒng)

（二）開放實(shí)驗(yàn)設(shè)置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不同，開放實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)層次，一是常規(guī)開放實(shí)驗(yàn)，二是創(chuàng)新型開放實(shí)驗(yàn)[12]。

1.常規(guī)開放實(shí)驗(yàn)設(shè)置

由于課內(nèi)學(xué)時(shí)限制，很多實(shí)驗(yàn)無法在課內(nèi)完成。為彌補(bǔ)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的不足，實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了大量常規(guī)開放實(shí)驗(yàn)。這類常規(guī)開放實(shí)驗(yàn)是對課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充和拓展。以鐵路調(diào)度集中CTC系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)為例（見表1），鐵路調(diào)度集中CTC系統(tǒng)是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，采用智能化分散自律設(shè)計(jì)原則，以列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃控制為中心，兼顧列車與調(diào)車作業(yè)自動(dòng)化的調(diào)度指揮系統(tǒng)。

表1 鐵路調(diào)度集中CTC系統(tǒng)仿真系列實(shí)驗(yàn)

由于學(xué)時(shí)限制，鐵路調(diào)度集中CTC系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)），只能完成表1中的實(shí)驗(yàn)1：CTC分散自律模式仿真實(shí)驗(yàn)（中心控制）的教學(xué)。學(xué)生在課內(nèi)只能了解CTC系統(tǒng)組成、CTC設(shè)備基本原理等。

為幫助學(xué)生掌握鐵路運(yùn)輸調(diào)度生產(chǎn)的整個(gè)作業(yè)過程，掌握CTC/TDCS技術(shù)作業(yè)設(shè)備的具體操作程序，實(shí)驗(yàn)室特別設(shè)置了CTC的開放實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以進(jìn)行CTC分散自律模式仿真實(shí)驗(yàn)（車站操作方式）、CTC分散自律模式仿真實(shí)驗(yàn)（車站調(diào)車操作方式）、CTC非常站控模式仿真實(shí)驗(yàn)和CTC系統(tǒng)故障應(yīng)急處置仿真實(shí)驗(yàn)的操作練習(xí)，

學(xué)生通過與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)配套的常規(guī)開放實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，可以全面了解鐵路運(yùn)輸調(diào)度生產(chǎn)全過程，大大提高對理論知識(shí)的理解和綜合運(yùn)用能力。

2.創(chuàng)新型開放實(shí)驗(yàn)設(shè)置

為幫助學(xué)生了解交通學(xué)科發(fā)展，跟蹤學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和科學(xué)研究能力，實(shí)驗(yàn)室鼓勵(lì)學(xué)生積極參加全國大學(xué)生交通科技大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競賽、“同路人”交通科技大賽等各類科技活動(dòng)。

為此，實(shí)驗(yàn)室依托軌道交通運(yùn)控一體化與安全評估仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用引進(jìn)的軌道交通系統(tǒng)軟件（RAlLSYS）和自主研發(fā)的列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)編制系統(tǒng)（TPM）、城市軌道交通乘務(wù)計(jì)劃編制系統(tǒng) （CPM）、市軌道交通車站客流分布仿真系統(tǒng)（Stapass）等，開發(fā)了一系列關(guān)于運(yùn)輸組織優(yōu)化、貨物運(yùn)輸、運(yùn)營安全、布局優(yōu)化、客流分析和乘務(wù)計(jì)劃等方向的創(chuàng)新型開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

學(xué)生可以自由選擇這些創(chuàng)新型開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可以選擇自己感興趣的本專業(yè)方向的研究題目到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行拓展性研究，以此為依托申報(bào)國家級、市級、校級各類創(chuàng)新活動(dòng)項(xiàng)目等。

在這類創(chuàng)新型開放實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師不再是實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)者，不對實(shí)驗(yàn)設(shè)置任何的條件限制和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，只是對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，更多的是學(xué)生的主動(dòng)探索。通過創(chuàng)新型開放實(shí)驗(yàn)，學(xué)生大大激發(fā)了科研興趣，提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和專業(yè)素養(yǎng)。

三、實(shí)驗(yàn)考核

實(shí)驗(yàn)考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的一個(gè)關(guān)鍵步驟。我們把實(shí)驗(yàn)考核落實(shí)到以下三個(gè)方面：

（一）出勤管理

學(xué)生進(jìn)行預(yù)約，審核通過后，要準(zhǔn)時(shí)通過門禁系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)。如因故不能參加實(shí)驗(yàn)，學(xué)生要提前取消預(yù)約。

（二）實(shí)驗(yàn)過程考核

實(shí)驗(yàn)考核重視過程考核，實(shí)驗(yàn)提供回放功能。指導(dǎo)老師對學(xué)生的操作過程不清楚或有疑問時(shí)，可以通過回放看清學(xué)生的操作，以此作為實(shí)驗(yàn)過程考核的依據(jù)。

（三）實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，學(xué)生要提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不再是簡單的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而是完整的項(xiàng)目報(bào)告，除了記錄實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以外，更側(cè)重實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，以及實(shí)驗(yàn)過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的總結(jié)。

教師通過細(xì)化實(shí)驗(yàn)考核，大大增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，強(qiáng)化了學(xué)生對理論知識(shí)的綜合理解運(yùn)用和分析問題解決問題的能力。

四、結(jié)束語

“新工科”對交通運(yùn)輸專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。面向“新工科”，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，加強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)建設(shè)，是提高學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維的有效途徑，是提高交通運(yùn)輸專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效保障。