多層次協同式實踐教學平臺構建與研究

崔宏巍, 朱方來

(深圳職業技術學院 汽車與交通學院, 廣東 深圳 518055

國內城市軌道交通產業的快速發展對專業技術人才培養質量提出了較高的要求，如何提高學生動手能力和創新能力是當前高校城市軌道交通控制類專業建設的重點。 實踐教學是高等教育的重要環節，需要合理設計與架構實踐教學體系，不斷提高實踐教學的水平與質量，為提高軌道交通技術人員的職業素質提供良好的培養手段。

1 基于多層次協同式實踐教學平臺的實踐教學模式與協同效應研究

實踐教學需要多種教學資源和實驗設備的有效參與、調動和組織，基于多層次協同式實踐教學平臺的實踐教學模式有機整合了校內實踐環節(實訓、實驗、課程設計)、校外實踐環節(生產實習)和校企產學研3個實踐環節，形成了由校外生產實習基地、校內實訓室和校企合作技術中心等共同組成的、面向城市軌道交通專業學生培養和企業員工培訓，全方位、多層次、開放式、交叉互動的實踐教學平臺，充分發揮了實踐教學體系的交互共享性，在城市軌道交通專業群的各專業之間、專業群與校外相關產業之間實現相互開放、相互滲透、優勢互補、資源共享，協調校內外學生實踐環節的運作機制，促成多方面實踐環節的協作和相長，實現了學生、學校和企業的多贏局面，切實促進了學生創新能力的提高[1-4]。多層次協同式實踐教學平臺如圖1所示。

圖1 多層次協同式實踐教學平臺

多層次協同式實踐教學平臺的建設目標是首先滿足城市軌道交通專業課程教學的需要，大大提高實踐教學效率，取得較好的教學效果。城市軌道交通實踐平臺主要用于培養學生在城市軌道交通運營管理、車站站務管理等方面的專業技能，通過城市軌道交通運營組織(行車組織、客運組織)仿真實訓，使學生掌握城市軌道交通運營組織有相關流程、方法，培養學生在城市軌道交通運營組織各崗位的實際操作能力，初步形成解決實際問題的應用能力[5-8]。 在此基礎上積極主動地適應社會發展需求，結合軌道交通行業用人需求、企業關注熱點，規劃和設計相應的實驗和仿真實訓內容，合理安排設備使用，推動專業科研、培訓、職業資格認證考試、以及其他對外服務工作，將實驗室建設、課程建設、社會需求有機結合，充分和有效地利用軌道交通專業校內和校外的各項資源。協同實訓是實踐教學體系一個重要組成部分，它的建立和實施是一個動態的過程，如何在城市軌道交通專業實踐教學體系中采用協同實訓模式和運用現代化的教學方法和手段，培養具有技術能力、崗位能力的復合式創新型應用人才，是本文重點探討和研究的內容[9-10]。

2 多層次協同式實踐教學平臺的構建

城市軌道交通多層次協同式實踐教學平臺(以下簡稱實踐教學平臺)是以具體線路的ATC(列車運行自動控制)系統為基礎，面向城市軌道交通控制專業和運營管理專業學生，培養信號維護、行車調度、車站值班、停車場調度等崗位技能，進行科學設計和構建的實踐平臺，平臺采用軟件和硬件相結合的方式，按照“中心—車站—軌旁—列車”結構，模擬ATC系統的ATP(列車自動防護)子系統、ATS(列車自動監控)子系統、ATO(列車自動運行)子系統的功能，構建逼真的運營、信號及設備維護的實踐環境。

實踐教學平臺具體由仿真地鐵列車和站臺全比例模型、仿真地鐵沙盤、城市軌道交通控制中心(OCC)、通信控制系統、軌道交通行車調度仿真系統、計算機編制列車運行圖系統、地鐵微機聯鎖LOW工作站系統和視頻監控系統、車輛段計算機聯鎖系統(車場)、以及ATP/ATO等多種設備和環境組成，是一個微縮版的軌道交通列車自動控制系統，能夠直觀、具體地全面展示ATC系統，為軌道交通運營管理、ATC系統相關設備的操作使用和維護提供基礎實踐教學。該實踐教學平臺的OCC控制中心主要包括數據庫服務器、通信服務器、ATS服務器、模擬機車控制服務器、ATP/ATO服務器、C_LOW服務器和調監服務器。OCC控制中心和車站系統結構如圖2所示。

圖2 實踐教學平臺OCC控制中心和車站系統結構

3 城市軌道交通行車組織仿真系統

實踐教學平臺中的城市軌道交通行車組織仿真系統能夠模擬正常情況下的列車出庫、區間運行、停站、折返、入庫等運營環節的日常調度工作及各類非正常情況下的調度處置(如晚點、反向運行、跳停、列車故障救援等)，構建了一個用于行車組織業務流程培訓、實驗與考核的平臺。

仿真系統提供了逼真的行車調度培訓環境，可以用于行車人員崗前培訓，也可用于行車人員的崗后業務能力提升的培訓，從根本上提高各種現場應急處置能力，對于軌道交通運營管理企業的行車組織和運營安全具有重要的現實意義。仿真系統是面向控制中心行車調度員、車站值班員、停車場運轉值班員、信號樓調度員、列車司機、COCC值班員而設計，開發了控制中心CATS仿真系統、控制中心大屏系統、集中站LATS仿真系統、停車場調度仿真系統，模擬正常情況下和異常情況下的行車調度處置功能，用于這些崗位的正常和故障情況下處置流程的培訓。

城市軌道交通行車組織仿真系統包括教員端和學員端，任何一個崗位可以單獨進行培訓，也可以按照不同的運營事件，以“COCC—控制中心—車站—停車場—司機”的結構多機聯網培訓。通過單機培訓可使受訓人員熟練掌握控制中心、停車場、車站、司機等各崗位的日常調度工作和特殊情況下的調度處置；通過聯網培訓，可使受訓人員掌握各個崗位相互協作完成全線出入庫、正線運行等行車調度工作的處置流程。行車調度仿真與駕駛模擬器聯動結構如圖3所示。

圖3 行車調度仿真與駕駛模擬器聯動結構示意圖

4 城市軌道交通列車模擬駕駛仿真系統

城市軌道交通列車駕駛模擬系統，面向軌道交通運營單位的駕駛人員、行車調度員、車站行車值班員等崗位，構建逼真的列車駕駛環境，模擬列車駕駛操作，安全、高效、科學地對軌道交通列車司機進行培訓和考核，提高司機操縱、故障判斷和應急處理能力。系統利用計算機生成一種與現場基本一致的司機駕駛列車的模擬環境，通過多種傳感設備使培訓人員投入到該環境中，從而產生沉浸于等同真實環境的感受和體驗，實現列車駕駛的培訓功能。系統具有列車駕駛基本操作技能、應急操作技能培訓功能以及列車駕駛操作考核功能；采用虛擬現實技術構建逼真的3D列車運行環境。城市軌道交通列車駕駛模擬系統可與軌道交通行車調度仿真培訓系統進行聯動，按照“中心—車站—列車”的結構，實現不同崗位協同完成各種情況下行車調度的培訓。

5 計算機聯鎖系統

實踐教學平臺中的計算機聯鎖教學系統充分利用計算機、通信技術，對信號聯鎖邏輯關系集中判斷，實現車站信號、道岔、進路的控制。計算機聯鎖控制系統分3層結構：聯鎖計算機(包括操作表示機和邏輯處理機)、驅動采集接口機箱、現場信號設備。計算機聯鎖控制系統結構如圖4所示。其中聯鎖計算機能夠完成人機對話、圖形界面顯示、通過驅動采集機傳來的現場信號設備數據完成聯鎖邏輯運算；驅動采集機可以完成信號機、轉轍機的驅動輸出控制，實現軌道電路狀態、信號機狀態、道岔狀態的表示采集等功能；繼電器組合機架設備由安全繼電器、上位機柜、專用驅動采集接口箱等組成，實現對現場信號設備如信號機、轉轍機的驅動。 計算機聯鎖系統的特點是不但能夠通過現場實物的真實組合給學生以直觀的信號系統及設備的概念，同時更重要的是可以讓學生動手實驗及操作。通過學生的實際動手操作，培養鍛煉其實際現場設備操作方法及能力，同時可以通過故障模擬盤來設置各種現場常見設備故障，學生可以自己設置，自己排除，也可以由教師設置，學生排除以考核其學習成果及對現場設備的操控能力。

圖4 計算機聯鎖控制系統結構圖

6 協同式教學方法與實踐項目

在構建好功能強大的城市軌道交通多層次實踐教學平臺之后，還需要采用協同式實踐教學方法才能取得較好的教學效果。在教學過程中，可以按照實際地鐵公司的不同工作崗位進行角色扮演，主要分為4個角色：車站值班員角色、控制中心值班員角色、司機角色及車輛段值班員角色。其中車站值班員角色可以根據實踐平臺中的車站數量進行再分，每一個車站為一個組，而司機角色又可以根據列車的數量來安排司機人數。不同角色的主要實踐項目如表1所示。

表1 協同式實踐項目

表1(續)

7 協同式實踐教學效果

城市軌道交通專業多層次協同式實踐教學平臺已應用在高職院校城市軌道交通專業的教學活動中，經過近兩年的教學實踐，不斷改進和完善，取得了較好的效果。在實踐教學過程中充分發揮了學生的主動性和創造性，通過教師精心設計的、真實的工作情境，讓學生在不同的情境下應用所學過的知識，通過自身的學習和實踐形成對城市軌道交通專業知識的認識，并能制訂出解決實際問題的方案。在實踐教學平臺基礎上開展了多項創新項目，由師生一起設計，學生制作，在制作過程中加深對軌道交通專業知識的理解[11-12]。近年來通過分析專業學生在協同式實踐教學平臺上完成實踐課程的考核成績，如圖5所示。可以看出：所有學生都通過了考核，其中42%的學生成績優秀，因為實踐教學平臺是按照城市軌道交通運營企業的員工崗位工作標準進行考核，成績優秀就表明與企業崗位零距離對接，能夠直接上崗工作；有35%的學生成績良好，需要培訓后即可勝任崗位工作；有23%的學生成績中等，這部分學生還需要進一步補充相關的專業知識和技能，培訓后也可以滿足工作崗位的要求。

圖5 考核成績分析

8 結束語

本文從協同效應的視角，全面和系統地探索了城市軌道交通專業多層次協同式實踐教學平臺的構建與教學方法，介紹了多層次協同式實踐教學平臺中城市軌道交通行車組織仿真系統、城市軌道交通列車駕駛模擬系統和計算機聯鎖控制系統的功能和結構，提出了協同式角色扮演教學方法和具體實踐項目，對于提升高校城市軌道交通類專業的教學水平、科研力量和實踐課程質量具有重要的意義。本文同時也在搭建校企合作平臺，為培養面向城市地鐵、輕軌及城際軌道交通專門應用型技術人才，培養城市軌道交通運營管理、車站站務管理方面的專門人才方面提供了一些有益的思路。

[1] 徐朔.項目教學法的內涵、教育追求和教學特征[J].職業技術教育, 2008(28)：5-7.

[2] 彭定,江熒.基于企業化運作模式的高職學生頂崗實習工作探索[J].職業技術教育,2009(29)：48-52.

[3] 姚慶文,丁輝.PLC課程的項目教學設計與實踐[J].職業教育研究, 2009(12)：81-82.

[4] 邵慶龍,葛李.高職高專工學結合分組分層教學法探討[J] 職業技術教育,2009(29)：28-30.

[5] 馬樹超,范唯.中國特色高等職業教育再認識[J].中國高等教育，2008(增刊2)：53-55.

[6] 王維榮,王艷新.實驗教學要向以學為中心轉變[J].實驗室研究與探索, 2004(11): 54-55.

[7] 胡樹煜,王琢.傳統與虛擬實驗教學的應用比較[J].電腦編程技巧與維護, 2009(12):116-118.

[8] 唐治中,查珍, 周利明.淺談實驗教學的改革[J].中國現代教育裝備 , 2005(2):7-9.

[9] 楊澤富.DGZS-1型電工基礎綜合實驗臺的研制[J].實驗室研究與探索, 2000(6): 91-93.

[10] Yang B Y, Watkins K E , Marsick V J .The Construct of Learning Organization: Dimensions, Measurement, and Validation [J].Human Resource Development Quarterly, 2004,15(1):31-35.

[11] 周雪梅，李軍.計算機專業應用型人才實踐動手能力培養的研究和改革[J].江西科技師范學院學報，2009(1):125-128.

[12] 張小林，周美華.綜合性、設計性實驗教學改革探索與實踐[J].實驗技術與管理，2007，24(7):94-96.