交通運輸專業實踐和實驗教學的改革

洪 玲， 謝 超， 江志彬

(同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804)

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交通運輸專業實踐和實驗教學的改革

洪 玲， 謝 超， 江志彬

(同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804)

通過分析交通運輸專業的特點以及相關高校的培養特色，依據同濟大學交通運輸專業的實驗教學原則和定位，結合培養目標，構建以增強實驗教學為目的的交通運輸專業實踐和實驗教學體系，并分別設計了適合交通運輸專業的專業基礎實驗、專業技能實驗、綜合設計實驗、創新研究實驗，使學生在校期間得到充分的實踐訓練，提高綜合能力和創新能力。

交通運輸專業； 實驗教學； 實驗項目； 教學改革

0 引 言

交通運輸業屬于國民經濟的基礎產業。隨著我國經濟快速發展，交通運輸需求不斷高漲，交通運輸基礎建設和技術升級任務日趨重要。交通運輸業的發展對專業人才素質要求越來越高，而目前中國鐵路系統存在較嚴重的專業人才資源結構不合理，人才隊伍整體素質不適應鐵路快速發展的要求。表現在：①鐵路運輸專業技術人員總量不足，只占職工總數的11.9%；②作為鐵路運輸核心專業的運輸專業技術人員只占全部專業技術人員的20.8%；③運輸高級專業技術人員只占專業技術人員總數的5.34%[1]。

長期以來，盡管交通運輸專業傳統實驗教學內容也在不斷更新，但仍存在著不少問題，制約著教學效果和學生實踐能力的提高。在我國“大交通”背景下，隨著鐵路運輸新技術的廣泛應用和信息化水平的提高，滿足行業人才市場的需求，完善并強化實踐和實驗教學體系顯得越來越重要。

1 交通運輸專業概況

1.1 交通運輸專業的特點

交通運輸學科是一門工程性質的學科，作為工科學生，需要努力培養動手與動腦密切結合的好習慣。另一方面，針對交通運輸專業學生就業難的問題，重要原因之一是學生缺乏動手實踐能力，不能勝任企業的各項任務[2]。事實說明交通運輸專業是實踐性要求很強的專業，更強調對學生的專業技能、動手能力、適應能力、創新能力的訓練和培養，需要更多的實踐活動來加深對理論的理解和消化。

交通運輸專業通過課堂教學與實踐的有機結合，可以有效地彌補本專業長期以來偏重于課堂教學的單一形式、理論與實際偏離、創新能力低下等不足，有利于強化動手能力的復合型人才的培養。并且課堂教學與實踐的有機結合的培養模式更能開啟學生的創新性思維，為其將來在企業專業領域的發展奠定良好的基礎。1.2 國內高校相關專業情況分析

同濟大學是國家第一批“卓越工程師培養計劃”試點高等院校。該計劃將高校人才培養質量的重心放到提高學生的實踐能力上，旨在通過工程教育界和企業界的聯手，使高等工程教育更加反映工程技術的實際需求，改善高等工程教育的產業適應性，最終促進高等工程教育為企業界提供合格的工程師[3-6]。在此背景下，借鑒同類院校的培養特色，進一步探索具有同濟大學自身特色的交通運輸專業實踐和實驗教學十分必要。

國內高等院校的交通運輸專業基本上呈現行業劃分特點。北京交通大學、西南交通大學、中南大學、蘭州交通大學4所高校交通運輸專業均致力于培養交通運輸領域從事規劃設計、運營組織與管理的高級專門人才或高級工程技術人才，與交通運輸專業的“復合型”人才培養要求相一致[7-8]。這些院校在實驗教學方面也形成各自的特色，詳見表1。

表1 國內以軌道交通為背景的交通運輸專業對比

1.3 交通運輸專業的培養目標

同濟大學的交通運輸專業帶有明顯的軌道交通(包含鐵路和城市軌道交通)的特色專業，結合同濟大學發展規劃，交通運輸專業培養目標為：培養具備健全人格、知識寬廣，滿足軌道交通領域運輸規劃與管理需要，基礎寬厚、創新意識強、綜合素質優秀，掌握交通運輸的基礎理論與軌道交通運輸需求分析、列車運行組織與調度指揮等方面的專門知識與關鍵技術，具有軌道交通運輸規劃與管理發展潛質和國際競爭力的卓越工程人才[9-10]。

2 交通運輸專業實踐和實驗教學體系設計

2.1 實驗教學培養體系的原則和定位

2.1.1 實驗教學原則

首先要符合國家卓越工程師培養目標和要求，并有利于學生建立寬厚、扎實的知識基礎以及培養學生較強的工程意識、工程素質和工程實踐能力；其次要充分利用同濟大學學科優勢，以增強工程實踐訓練為目的，依托校內(實驗室)和校外(企業)的各類資源，安排多類實驗課、實習環節，配合課內教學，使學生在校期間能夠得到充分的工程訓練。

同濟大學交通運輸專業的實驗教學原則概括為：以培養創新能力強的高水平復合型人才為目標，實踐環節與理論教學并重，課內與課外相結合，校內與校外相結合，更新實驗教學內容，優化實驗教學模塊結構，建立分層次、成系統、內涵豐富、與理論教學結合良好的實驗教學體系，突出“基礎厚、素質高、動手快、創新強”的人才培養特色。

2.1.2 實驗教學培養體系的定位

在國家卓越工程師培養目標和要求的基礎上，結合同濟大學的特色，根據實驗教學的原則，同濟大學交通運輸專業實驗教學定位為：以交通運輸發展對人才的需求為導向，以培養學生工程實踐能力和創新能力為目標，實驗教學與理論教學并重，通過實驗教學與理論教學、科學研究和工程實踐的有機結合，建立突出能力貫通式實踐和實驗教學體系，搭建支撐交通運輸人才培養的實驗教學平臺，培養具有綜合交通運輸背景、軌道交通特色的創新型工程應用與研究型交通運輸專業人才[10-12]。

2.2 實踐和實驗教學體系

依據同濟大學交通運輸專業的實驗教學原則和定位，結合培養目標，構建以增強實驗教學為目的的課堂教學與實驗教學相結合的課程體系。在依托校內(實驗室)和校外(企業)的各類資源的基礎上，安排多類實驗課、實習環節，配合課內教學，使學生在校期間能夠得到充分的實踐訓練，具體體系結構見圖1。

圖1 實踐和實驗體系結構

實踐和實驗教學包括現場實踐(實習)和實驗課。

2.2.1 現場實踐

現場實踐是指組織學生直接到交通運輸的生產現場進行觀摩學習，在實際生產現場講解交通運輸設備和作業過程等專業知識。結合交通運輸專業的培養目標，配合教學計劃的有效實施，在總結歷次專業實習的基礎上，經過多方協商努力，確定了上海鐵路局、上海地鐵運營公司等多家單位作為專業實踐基地，其中上海鐵路局已成為同濟大學的國家級工程實踐教育中心之一，這些基地都具有很強的代表性。如：上海鐵路局南翔雙向三級五場編組站，配備有當今鐵路先進的車站管理信息系統、作業自動控制系統和計算機聯鎖信號系統，可讓學生體驗完整的貨物列車到、解、編、發的作業組織與管理過程；上海鐵路局調度所擁有我國鐵路最先進的分散自律式調度集中指揮系統CTC(Centralized Traffic Control)，可讓學生充分了解當前鐵路運輸管理與調度指揮的最新技術與運控模式。

由于有了穩定的實踐基地和暢通的實踐渠道，使得每年為期6周的現場實踐都可以按計劃安排在實踐基地進行，實踐內容和實踐時間能得到保證和加強。建立校外專業實踐基地這一實驗教學的新途徑，為更好的進行專業教學提供了緊跟技術發展的現場教學環境，為實踐訓練創造良好的條件，對培養學生的動手能力和理論聯系實際的能力起到了非常重要的作用。同時加強了校企聯系，有利于緊跟人才市場的需要調整專業培養目標和人才培養方向，并借助實踐基地單位在行業內的地位和影響，擴大專業影響力。

2.2.2 實驗課程體系

(1) 課內實驗。課內實驗又分為兩類[13]。①獨立實驗課。在特定的實驗室進行各類知識與原理的綜合設計、仿真評價創新思維試驗，對某些理論設想及其結果進行分析或評述，由實驗老師即任課老師主講。②非獨立實驗課.其附屬于某一專業課程，結合課程教學目標，設計若干小型設計項目，學生通過對課堂難以闡述內容的演繹或驗證性實驗，加深課堂教學內容的理解，由課程老師主講，實驗老師輔導。

(2) 開放實驗。課內實驗以外，還有一類不設課的開放性實驗，目的在于為那些學有余力、對科學研究和工程實踐有興趣的學生提供一個自由開放的實驗環境，激發學生探索未知領域的興趣。學生根據自己的興趣和愛好針對專業領域的科學技術問題開展個性化創新性探索，在教師的指導下，學生自選、自設實驗項目，自定實驗方案，自行進行實驗，自己總結分析，提高學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，培養學生探索和創新精神。

(3) 四個層次的實驗。實驗課按照由簡單操作到綜合訓練、由理解專業理論到綜合運用專業理論、由重復驗證到創新能力培養等實驗教學特有的規律，以專業知識體系為主線，設計不同層次的實驗，滿足各類本、碩、博學生的專業需求。根據實驗的性質和目標，以基礎型、專業型、綜合型和創新型實驗為框架，可從四個層次來劃分設計相應的實驗：專業基礎實驗、專業技能實驗、綜合設計實驗、創新研究實驗[14-15]，結構體系如表2所示。

3 交通運輸專業實驗項目設計

根據專業性質和交通運輸(軌道交通)行業發展需求，結合專業培養目標和實驗課程體系要求，各層次的實驗項目設計如下。

3.1 專業基礎實驗

《軌道交通設備認知實驗》實驗項目(見圖2)：通過圖片、視頻、實物、模型、沙盤、仿真駕駛器等載體，讓學生自主對軌道交通的線路、軌道、道岔、信號、轉向架、機車、車輛、車站等相關設備的外觀、運作原理、設計方法等進行概要了解和學習，激發學生對軌道交通運輸的興趣；通過現場參觀上海鐵路博物館、上海鐵路局調度中心、上海虹橋樞紐、上海軌道交通綜合協調中心等地，使學生對真實現場的線路、車站、信號、站場等設備有直觀的認識。

表2 實驗課層次分類表

圖2 軌道交通設備認知實驗

3.2 專業技能實驗

(1) “車站列車接發與調度指揮模擬實驗”實驗項目(見圖3)。在實驗室內構建仿真鐵路現場行車生產環境，為車站值班員、信號員以及列車調度員提供了培訓用的仿真平臺，使學生通過實驗，能進一步鞏固所學理論知識，熟悉“車站與樞紐運輸組織”中關于接發列車的有關規定，了解中間站信號、聯鎖、閉塞設備的使用方法，掌握接發列車的實際操作技能，初步達到車站值班員應具有的工作能力。

圖3 車站列車接發與調度指揮模擬實驗

(2) “中間站平面設計”實驗項目。利用CAD 軟件，進行鐵路車站的線路平面設計訓練，包括股道、道岔、咽喉區、信號機、站臺、跨越設備等設備布局、設計以及規范化比例尺設計圖的繪制。使學生通過實驗學會綜合運用中間站的設計理論和方法；熟悉設計中的基本運算和有關規定；初步訓練站場設計比例尺圖的繪制，掌握基本的繪圖技巧；建立設計中的豎向概念。

3.3 綜合設計實驗

(1) “軌道交通列車運行可靠性分析實驗”實驗項目(見圖4)。通過RailSys仿真平臺，要求學生以軌道交通實際線路為背景，完成軌道交通線路設計、牽引計算、列車運行圖編制、列車運行延誤分析、列車運輸組織方案可靠性評價等內容。使學生通過實驗，鍛煉學生綜合運用知識的能力，掌握“線站工程”、“列車運行組織”和“站場與樞紐規劃設計”等多門專業課中關于場站設計、信號設計、牽引計算、運行圖編制列車、運營可靠性分析等相關內容。

(2) “軌道交通列車運行模擬駕駛仿真”實驗項目。通過軟硬件相結合的交互仿真駕駛系統，學生可進行列車模擬操縱，了解車輛動力學計算，掌握列車運行中的實際操縱技能以及遇到機車電氣故障、氣路故障等問題時的解決和排除故障的能力。

圖4 RailSys軌道交通列車運行可靠性分析實驗

(3) “高速鐵路行車調度指揮與列車運行控制模擬實驗”實驗(見圖5)。以滬杭客運專線仿真沙盤為背景，通過編制完成的列車運行計劃、動車組使用計劃和車站股道使用計劃，將計劃通過實驗系統下達至沙盤，完成滾動優化編制、及時調整運行、實時監督監控的調度指揮過程。通過本實驗，學生可進行列車運行計劃、站線使用計劃和區間線路使用計劃的一體化編制與調整，直觀了解行車調度指揮與列車運行之間的關聯，培養學生行車調度指揮等能力。

圖5 高鐵行車調度指揮與列車運行控制模擬實驗

(4) “鐵路模型分散自律調度集中(CTC)仿真實驗”實驗項目。以既有鐵路(客貨混跑)為基礎、利用鐵路CTC仿真實驗平臺，結合不同實驗崗位，通過多人多機多崗協同實驗，使學生掌握列車運行過程控制與調整，運營計劃的制定、控制和調整，鍛煉學生不同控制模式條件下(中央控制模式、車站自律控制模式、車站人工控制模式)列車調度指揮能力。

(5) “軌道交通列車運行圖計算機編制實驗”實驗項目。通過定義線路與網絡的拓撲結構、管理運行圖編制參數、實現列車運行圖和車站股道使用圖的計算機編制與調整、計算指標及輸出相關結果，本實驗有助于加深學生對列車運行圖編制相關知識的理解，使學生了解計算機編制列車運行圖的相關原理與方法，培養學生對運用計算機編制列車運行圖的工程實踐能力。

3.4 創新研究實驗

(1) 利用RailSys軟件進行軌道交通新線的路線設計、車型的選擇、運營圖的鋪畫和試運營仿真等實踐研究。

(2) 利用城市軌道交通車站客流分布仿真系統StaPass進行車站結構的設計、修正，以及對車站結構三維立體仿真模型的開發。

圖6 城市軌道交通車站客流分布仿真實驗

(3) 利用新建軌道交通運控一體化與安全評估仿真實驗系統進行各項電氣試驗及制動機試驗、應急故障設置與模擬處理、非正常情況下行車事故的虛擬仿

真演練。

(4) 利用新建的軌道交通列車運行仿真沙盤進行軌道交通運輸調度計劃制定和運營輔助決策的優化。

4 結 語

隨著我國軌道交通的快速發展，培養適應軌道交通高、精、尖集成技術發展需要、具有終身學習能力和國際視野的高級工程專門人才和拔尖創新的運營管理人才十分迫切。本文結合同濟大學交通專業的培養目標，在實踐和實驗教學的四層次架構基礎上，針對鐵路行業的發展要求，配合理論課程設計了適合交通運輸專業各層次學生的實踐以及實驗項目。基于依托校內(實驗室)和校外(企業)的各類資源，以實驗教學和理論教學并重為策略，使學生在校期間能夠得到充分的實踐訓練，在綜合能力和創新實踐能力等方面得到提高。但是，隨著軌道交通行業科技進步和人才需求的變化，交通運輸專業多層次實踐和實驗教學體系內容還需要在未來發展過程中不斷完善和更新。

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Reform on Practice and Experimental Teaching of Transportation Major

HONGLing,XIEChao,JIANGZhi-bin

(Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education, Tongji University,Shanghai 201804, China)

Through analyzing the characteristics of transportation major and professional training program of relational universities, practice and experimental projects for all levels’ students majoring in transportation to meet the demand of training objectives are built based on the experimental teaching principles and orientation of transportation major in Tongji University. And the professional basic experiments, skill experiments, comprehensive design experiments and innovation research experiments are designed to practice and enhance the students’ comprehensive and innovative capacity.

traffic and transportation; experimental teaching; experimental project; teaching reform

2014-11-20

同濟大學教改項目(2013012)；同濟大學精品實驗項目(0004020206010)

洪 玲(1972-)，女，浙江武義人，博士，高級工程師，主要從事交通運輸仿真與實驗教學工作。

Tel.:021-69585645;E-mail:ss980308@tongji.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2015)11-0201-05