智慧交通背景下城市軌道交通列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)課程教學(xué)改革的思考

錢欣麗 宋 濤 王瑜琳 洪 政 徐曉靈

重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院 重慶 402247

1 概述

數(shù)字時(shí)代,我國(guó)高職院校必須向數(shù)字化人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)型,才能培養(yǎng)出一大批數(shù)字新技術(shù)能工巧匠和工業(yè)巨匠。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào),促進(jìn)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合,賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),催生新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式不斷建設(shè)。目前,我國(guó)既懂傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)和業(yè)務(wù)需求,又能掌握和應(yīng)用數(shù)字技術(shù),但缺乏復(fù)合型人才。數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展需要技能過硬的人才滿足行業(yè)需求,這也對(duì)職業(yè)教育人才培養(yǎng)提出了新的要求。

近年來,人工智能技術(shù)如深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析在城市軌道交通行業(yè)發(fā)揮了重要作用,為該行業(yè)帶來了廣闊的發(fā)展前景。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的車輛及電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)瞄準(zhǔn)市場(chǎng),基于云計(jì)算的智能調(diào)度系統(tǒng)已在城市軌道交通領(lǐng)域得到應(yīng)用,融合各種人工智能技術(shù)的智能列控系統(tǒng)日趨完善。人工智能雖為軌道交通的快速發(fā)展做出了貢獻(xiàn),但也對(duì)人才培養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)前軌道交通專業(yè)院校必須重構(gòu)人才培養(yǎng)模式,以滿足軌道交通行業(yè)對(duì)人工智能背后人才的新要求,尤其是應(yīng)用型高校。

城市軌道交通列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱列控)課程是高職院校軌道車輛技術(shù)專業(yè)的核心課程。該課程的開設(shè)有助于培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的軌道交通及其相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用型人才。然而,目前國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在人工智能在城市軌道交通領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用和人工智能對(duì)高校專業(yè)設(shè)置的整體影響等宏觀方面的研究,而較少有針對(duì)高職人才培養(yǎng)的研究。傳統(tǒng)的列控課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式已不能滿足人才培養(yǎng)要求,需要實(shí)時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法,修改教學(xué)內(nèi)容,才能取得實(shí)效,提高課堂教學(xué)和學(xué)生的能力。

2 教學(xué)現(xiàn)狀分析

2.1 課程特點(diǎn)

城市軌道交通列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng),該系統(tǒng)具有信息化、整體性、動(dòng)態(tài)性以及復(fù)雜性等特點(diǎn),因此,列控課程的教學(xué)內(nèi)容涉及多學(xué)科知識(shí),包括多種技術(shù)、多種場(chǎng)景、多種系統(tǒng)的介紹。針對(duì)學(xué)校的特色領(lǐng)域,課程具體涵蓋以下特點(diǎn):

一是涉及學(xué)科多,學(xué)習(xí)難度大。課程涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軌道交通概論、城市軌道交通車輛檢測(cè)與傳感技術(shù)等學(xué)科。因此,課程的時(shí)間安排需要合理,前后課程之間要有連續(xù)性。

二是課程內(nèi)容廣泛,概念知識(shí)豐富抽象。本課程的教學(xué)內(nèi)容涵蓋列控技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和故障診斷技術(shù)等系統(tǒng)內(nèi)容。其中有些概念比較抽象,不易理解。

2.2 教學(xué)現(xiàn)狀

目前該課程的教學(xué)方式多采用課堂講授、PPT教學(xué)和作業(yè)布置三種方式相結(jié)合。列車控制作為一門獨(dú)立的課程,應(yīng)該從技能人才數(shù)字化轉(zhuǎn)型教育的角度來考慮。但是,該課程目前存在以下問題:

一是教學(xué)理念相對(duì)滯后。目前課程缺乏成果導(dǎo)向教育教學(xué)理念的應(yīng)用,制約了學(xué)生、教師、課程和課堂觀的發(fā)展。教學(xué)模式缺乏創(chuàng)新,教學(xué)內(nèi)容更新不及時(shí)。

二是教學(xué)內(nèi)容陳舊。教學(xué)內(nèi)容以傳統(tǒng)的軌道交通、網(wǎng)絡(luò)通信和故障診斷技術(shù)介紹為主,缺乏新功能、新版本、當(dāng)前主流框架和技術(shù)的介紹。授課內(nèi)容陳舊,不能及時(shí)適應(yīng)社會(huì)需求的變化。

三是教學(xué)以教師為中心,方法單一。教學(xué)方法以平實(shí)直接的敘述和被動(dòng)注入為主,學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài),且教師往往忽視學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

四是考核評(píng)價(jià)機(jī)制單一,考核方式不合理。評(píng)價(jià)的唯一途徑是通過考試作業(yè),不能全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、實(shí)踐能力和綜合實(shí)踐能力。

3 智慧交通背景下列控課程教學(xué)改革建議

3.1 豐富人工智能技術(shù)相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容

人工智能技術(shù)與列控車載檢測(cè)設(shè)備方面的結(jié)合。鐵路的人工智能化檢測(cè)站結(jié)合了智能機(jī)械檢測(cè)和人工檢測(cè)兩種方式,攝像頭自動(dòng)抓拍車載設(shè)備的懸掛件,系統(tǒng)生成檢測(cè)報(bào)告后,工作人員用大約8分鐘的時(shí)間即可對(duì)報(bào)告進(jìn)行精準(zhǔn)分析,而過去只能采用人工檢測(cè)的方式,需要1小時(shí)以上,檢測(cè)時(shí)間的大幅壓縮充分體現(xiàn)了智能檢測(cè)系統(tǒng)的高效性。人工補(bǔ)充檢測(cè)的新手段提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。工作人員除了通過智能檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)外,還能通過新推出的智能看車手電筒進(jìn)行精確復(fù)核。當(dāng)監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)列車存在問題后,可向手電筒中的APP發(fā)送任務(wù),現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員接受任務(wù),到達(dá)指定地點(diǎn)后,即可進(jìn)行精確復(fù)核,核對(duì)信息可通過APP即時(shí)回傳。智能檢測(cè)的高效精準(zhǔn),加上精確的人工復(fù)核,確保了車組列控設(shè)備的正常穩(wěn)定,能有效防止問題車輛上線運(yùn)行。

人工智能技術(shù)與故障診斷方面的結(jié)合。傳統(tǒng)的道岔故障檢測(cè)方式不僅會(huì)耗費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力,而且檢測(cè)結(jié)果完全依賴于個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)。隨著人工智能的飛速發(fā)展,鐵路道岔的智能診斷系統(tǒng)的應(yīng)用已是趨勢(shì)。智能檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)越性在于即時(shí)分析故障。過去,出現(xiàn)問題的列車需要停穩(wěn)或者入庫(kù)后才能進(jìn)行人工檢測(cè),故障分析存在延時(shí)的情況。智能檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用能抓取行駛中的列車數(shù)據(jù),幫助工作人員及時(shí)處理故障。人工智能技術(shù)的運(yùn)用,能讓工作人員快速查找、分析、處理故障,保障列車的運(yùn)行安全,這是人工智能在車載檢測(cè)設(shè)備方面的突出優(yōu)勢(shì),也是鐵路在科技創(chuàng)新方面的重要成果之一。

人工智能技術(shù)與交通運(yùn)維方面的結(jié)合。作為大中城市公共交通的大動(dòng)脈,城市軌道交通每天的客流量高達(dá)數(shù)百萬人次,而且客流量還在不斷攀升。這對(duì)各城市軌道交通企業(yè)的運(yùn)維能力提出了很高的要求。一方面要確保線路安全可靠運(yùn)行,杜絕安全事故的發(fā)生;另一方面,需要優(yōu)化維修計(jì)劃,變“計(jì)劃修”為“狀態(tài)修”,減少車輛維修時(shí)間和維修成本。因此,有必要對(duì)城軌車輛運(yùn)維采用智能化方案,即建立城市軌道車輛運(yùn)維智能系統(tǒng)?；诖髷?shù)據(jù)、人工智能等技術(shù),結(jié)合城市軌道交通關(guān)鍵系統(tǒng)和部件的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)數(shù)據(jù)車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘,診斷和預(yù)測(cè)設(shè)備的技術(shù)狀況,最終確保車輛的安全性和可靠性。

3.2 借鑒人工智能技術(shù)理念改進(jìn)課程教學(xué)手段

(1)建立教學(xué)深度融合機(jī)制。教學(xué)深度融合機(jī)制是在人工智能浪潮下對(duì)高素質(zhì)技能人才的培養(yǎng)要求的必然選擇,這需要教師有清晰的整體知識(shí)架構(gòu)和對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行關(guān)聯(lián)整合的能力。同時(shí),教師要充分發(fā)揮引導(dǎo)作用,建立跨學(xué)科合作的教學(xué)體系,建立面向軌道交通人才能力培養(yǎng)的教學(xué)深度融合機(jī)制。除此之外,教師還需要借助教學(xué)手段來發(fā)揮自己的作用,如優(yōu)良的教學(xué)課件資源建設(shè)。

(2)優(yōu)化教學(xué)策略。隨著專業(yè)課程的不斷發(fā)展變化,教學(xué)策略也需要不斷完善和完善。在多元文化、互動(dòng)參與式的學(xué)習(xí)環(huán)境中,將人工智能技術(shù)體現(xiàn)在課程教學(xué)中。課前發(fā)布學(xué)習(xí)和預(yù)習(xí)材料,并分配課前任務(wù)。學(xué)生可以提前了解和學(xué)習(xí)課程內(nèi)容,建立知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)概念。教師可以根據(jù)學(xué)生的需求和水平提供不同難度的預(yù)習(xí)材料,并分配相應(yīng)的任務(wù),以提高學(xué)生的參與度和理解力。在教學(xué)過程中,教師要注意學(xué)生的接受能力和學(xué)習(xí)習(xí)慣,采用多樣化、互動(dòng)性和參與性的教學(xué)方式,讓學(xué)生更加主動(dòng)地參與到教學(xué)中來。課后布置作業(yè)可以讓學(xué)生更好地鞏固課堂內(nèi)容,加深他們對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握。同時(shí),也可以為教師提供課堂教學(xué)效果的評(píng)估和改進(jìn)思路。

(3)改革課程內(nèi)容。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,軌道交通行業(yè)也在快速融合。然而,由于教材內(nèi)容不夠及時(shí)更新,應(yīng)用案例也較少,學(xué)生的認(rèn)知理解存在困難。為了解決這一問題,教學(xué)需要結(jié)合智慧交通行業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn)和案例持續(xù)更新,以豐富教學(xué)內(nèi)容,啟發(fā)學(xué)生的思維,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生了解最新的智慧交通發(fā)展動(dòng)態(tài)和方向。基于相關(guān)教材知識(shí)體系的基礎(chǔ)上,教師需要根據(jù)行業(yè)動(dòng)態(tài)靈活調(diào)整授課內(nèi)容,形成模塊化的教學(xué)內(nèi)容。目前,應(yīng)加強(qiáng)智能交通基礎(chǔ)、城軌車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用、車輛網(wǎng)技術(shù)等軌道交通領(lǐng)域熱點(diǎn)技術(shù)的專題教學(xué)。只有這樣,才能使學(xué)生更好地適應(yīng)快速發(fā)展的智慧交通行業(yè),并為未來的職業(yè)生涯做好準(zhǔn)備。

(4)豐富教學(xué)資源。該課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法側(cè)重于理論知識(shí)的傳授,課程內(nèi)容往往比較模糊,缺乏與通信技術(shù)實(shí)踐的有效融合。雖然引入了多媒體案例和資源,但要讓學(xué)生順利進(jìn)入工作單位,深入了解企業(yè)相關(guān)的實(shí)際情況和規(guī)范,還需要優(yōu)化和完善課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)方法。此外,還需要改革教學(xué)組織和實(shí)施方式,完善多媒體課件和教學(xué)設(shè)計(jì)等課程教材,建設(shè)課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站,為學(xué)生提供便捷的在線學(xué)習(xí)平臺(tái),真正提升專業(yè)技能。

(5)標(biāo)準(zhǔn)化課程考核。在人工智能時(shí)代,列控課程教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制需要進(jìn)行相應(yīng)的改革和創(chuàng)新,以更好地促進(jìn)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng),以實(shí)現(xiàn)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)。為此,進(jìn)行了課前、課中和課后三維學(xué)習(xí)模式。新的教學(xué)內(nèi)容體系突出模塊化特點(diǎn),學(xué)生可以根據(jù)各模塊的邏輯關(guān)系形成不同的設(shè)計(jì)思維模式,增強(qiáng)對(duì)列控系統(tǒng)的理解。課程考核應(yīng)分配到課程的各個(gè)方面和時(shí)間段,各學(xué)科考核的比例應(yīng)平均分配。

教學(xué)整體設(shè)計(jì)圖

結(jié)語(yǔ)

列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一門綜合性的課程,具體來說,對(duì)于城市軌道交通列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)課程,我們需要將人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中,以適應(yīng)時(shí)代和人才培養(yǎng)的需求。在內(nèi)容設(shè)置方面,應(yīng)強(qiáng)調(diào)教育和實(shí)踐相結(jié)合,靈活設(shè)置案例和項(xiàng)目研究,使學(xué)生能夠真正掌握課程的核心內(nèi)容。在教學(xué)方式方面,應(yīng)采用多種教學(xué)手段,從而使學(xué)生主動(dòng)參與和互動(dòng)學(xué)習(xí)。在教學(xué)評(píng)價(jià)方面,則應(yīng)注重學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)和反饋意見,為課程的改進(jìn)提供參考。以上是筆者對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課程教學(xué)改革的思考和探索,希望這對(duì)其他軌道交通專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)改革會(huì)有所幫助。