新形勢下鐵道工程專業智慧化教學及考核研究

王少鋒 朱作暉

摘要：智慧化教學已經在大量課程上得到廣泛應用，但鐵道工程專業仍延續了傳統的線下教學為主的形式。由于該專業具有極強的交叉學科特點，智慧化教育的推廣面臨著線上教學資源稀少、專業性較強等問題，可以通過共享多門線上翻轉課堂來豐富教育資源，利用遠程VR設備以及資源共享來進行智慧化實踐教學。針對客觀題的智慧化考核可采用剝豆豆等游戲化教學平臺來提高課堂考核的公平度，而對主觀題的智慧化考核可通過在題干中加入學生學號信息有效防止作弊，提高教學質量。

關鍵詞：智慧化教學 鐵道工程 交叉學科 智慧化考核

中圖分類號：G652 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1009-5349（2020）17-0189-03

隨著信息化時代的到來，教育領域開始全面深入地運用現代信息技術來促進教育改革與發展。各種智慧化教學平臺與軟件層出不窮，豐富了教學資源。在大量課程中，智慧化教學所占的比例已經遠遠超過了傳統的板書教學。但在鐵道工程專業上，智慧化教學的應用有待推廣。

鐵道工程主要研究鐵道的規劃、設計、施工、管理和養護等方面的基本知識和技能，涉及鐵道、交通和土建等，包括鐵道線路的規劃，高速鐵路的勘測設計，鐵道的維護養護等，曾作為獨立專業進行招生。在21世紀初本科專業被撤銷，作為土木工程專業的一個方向進行培養[1-2]，而道路與鐵道工程二級學科碩士點被劃到交通運輸一級學科門下。這既反映了鐵道工程的交叉學科特征，但也導致專業人才培養的不連續，阻礙高層次人才的培養。

隨著我國高鐵技術的迅速發展，對專業人才需求越來越多，原教育模式已經不能適應現有需求。因此，原鐵道部院校近些年又相繼新增鐵道工程本科專業，與土木工程平行培養[3]。本文將結合鐵道工程專業的特點與歷史，探討新形勢下鐵道工程專業智慧化教學與考核方案的優缺點，以及相應改進方法。

一、鐵道工程專業智慧化教學的特點

傳統的鐵道工程教學主要采用線下教學方式，以實踐教學相輔助，且逐步提高實踐教學比例。但智慧化教學未能得到廣泛應用，則凸顯出了本專業線上教學的幾個特點。

1.智慧化教學資源稀少

鐵道工程專業不僅具備土木工程與交通運輸兩種交叉學科的特點，還需要教師與學生具備一定的材料工程、機械工程、車輛工程以及數學規劃方面的知識。大量的相關課程在教學資源網絡上并沒有拿來即用的現有課程。造成此方面的原因比較多，除了上述的交叉性與系統性以外，開設本專業院校數量過少也是其中一個主要原因。各高等院校各有所長，側重點不同，能開設智慧化教學課程的資源不多。

另外，鐵路運輸種類較多，不同類型鐵路的教學資源其互通性不強[4]。這就造成一門完整的線上教學需要結合多門課程的線上資源才能勉強達到要求。現有的線上教學資源平臺比如MOOC、雨課堂、超星等暫時還無法實現幾門課程的結合。

2.具有極強的專業性

鐵路系統具有很強的系統性與整體性，任何一個部件的性能都影響到其他部件的設計制造與性能。智慧化教育資源受到設備性能的限制，不易展現鐵路系統的復雜性。這種專業性也決定了智慧化教學資源制作的難度。現有資源多是線上三維動畫資源與視頻教程，可以作為傳統教學補充。以道岔為例，道岔由轉轍器、連接部分、轍叉及護軌三個單元組成。傳統的線下教育過于平面化與二維化，難以展現道岔的結構全貌與工作原理，現場實踐教學能最有效地展示道岔架構，但出于安全原因，現場教學難以展示列車通過時候的道岔行為特征，智慧化教育資源則可作為教學補充。

二、智慧化教學改進方案

針對鐵道工程專業的教學特點，對新形勢下的智慧化教學可采用一些對應的改進方案與措施。

1.豐富智慧化教學資源

鐵道工程智慧化教學還需要相關學科的輔助資源。以中國大學慕課為例，現有的翻轉課堂僅能提供一門課程的線上教學，教師一旦確定了所選課程，就只能以該課程為基礎進行授課。但由于線上資源使用的教材并不一定與本課程完全相同，造成某些章節的缺失。但所缺失章節的線上教學資源很可能存在于另一門慕課的線上資源。

以專業課程《工務工程》為例，在中國大學慕課堂平臺上僅能搜索到西南交通大學的《軌道工程》與《高速鐵路運營與維護》兩個教學資源，但單獨的一個資源并不能完全包含《工務工程》的所有教學內容。因此，如果線上教學平臺可以同時選擇2—3門課程作為一門課程的教學資源，則可以充分利用全平臺的資源。

2.鐵道工程智慧化實踐教學方案

實踐教學在本專業中越來越重要，各院校都在逐漸提高實踐教學的比例。在鐵道工程施工技術課程中，這種特征體現得更加明顯。無論是路基、橋梁、隧道，還是線路、軌道板、接觸網等課程，除了對課本基礎知識的講述外，有條件的還需進行現場實踐與模型演示[5]。但現場實踐更多時候受到安全原因的限制，需要將智慧化實踐教學資源結合起來才能達到最好的教學效果。

對于智慧化教學來說，傳統的實踐環節不易操作與執行。但VR技術則可以彌補這種不足，不僅可以進行復雜的危險性較大的實踐教學，還可以讓學生反復操作，直到掌握為止[6]。

但由于VR技術需要專業儀器與設備，實施VR實踐教學需要學生到專業的設備室進行操作。要達到遠程智慧化實踐教學，還要配置專業的線上遠程接收設備，這需要VR設備相關企業進行配合研究，建立相關產品市場。另外，由于各高校所擁有的資源不同，可進行線上VR資源開放共享，極大完善本專業的智慧化實踐教學資源。

三、智慧化教學考核方法研究

1.客觀題的智慧化考核

在鐵道工程智慧化教學中，公平公正的考核越來越重要。由于學生自控能力不強，極易在智慧化教學中分散注意力，更有學生利用智慧化教育設備玩游戲。為了抓住線上教育學生們的注意力，中國大學慕課堂采用了視頻教學中任意時刻插入問題的方法。當講解到某個知識點時，相關問題彈出，學生必須回答正確才能繼續進行下一步的學習，而學生的答案也可以自動計算成績。該方法能一定程度上減少智慧化教學的學生分心問題，但由于網絡資源以及搜索引擎的便利，仍然無法阻止學生對答案的剽竊與抄襲。

針對這種情況，國內出現了多種游戲化教育平臺，如雨課堂、剝豆豆等。這類平臺的特點是寓教于樂，將考核題目設計成游戲形式，利用學生的好玩天性，提高學生學習興趣。

以《鐵道工程專業英語》課程為例，教師可在剝豆豆平臺上提前設置一套課堂考核題目，學生可通過實時加入碼進入測試平臺，如圖1所示。

學生進入平臺后，教室大屏幕上顯示題目與選項，如圖2所示。

而學生移動平臺顯示不同顏色的選項，并且需要在限定的時間內選出正確答案，如圖3所示。

有參與的學生都會有各自的得分，得分將根據學生答題的正確率和答題所用時間而不同，正確率越高和答題時間越短，得分將越高。最后的排名不僅對學生學習產生激勵，還能區分出學生不同層次的掌握程度。

除了課堂練習考核以外，這類游戲化教育平臺還有很多其他教學功能，比如設計調查問卷、組隊競爭等模式，亦可作為考勤的一個補充手段，最大限度地節省課堂時間。教師也可隨時看到學生的個人表現與班級集體表現、題目的正確率等情況。雖然在備課過程中的設計題目會占用教師一定的時間，但卻能為教師節省下大量的課堂測試分析以及作業批改時間，是一種優勢大于弊端的考核方式。

2.主觀題的智慧化考核

客觀題的特點有其自身局限性，即使學生未能掌握該知識點，也有一定的概率能夠選出正確答案，因此，鐵道工程考核中應包括主觀題與計算題，但在智慧化教學中仍然無法消除抄襲現象。

針對此問題，可在考核時適當加入一些變化成分，使得每個學生的題目都有所不同，以“鐵道工程測量”課程為例，為考查學生對線路施工測量中的坐標推算掌握程度，考核題目如下：

已知αAB=65°12′01″，xB=3065.347m，yB= 2135.265m，坐標推算路線為B→1→2，測得坐標推算路線的右角分別為βB=32°30′12″，β1=261°06′16″，水平距離分別為DB1=123.70#m（這里的#請填入你的班級號碼，1班填1，2班填2，依次類推），D12=98.5**m（這里的**請填入你的學號后兩位），試計算1，2點的平面坐標。

這道題的創新點是加入了與學生學號相關的內容，使得每一位學生的題目已知項均有不同，很容易分辨出抄襲者與被抄襲者，且能有效震懾住有抄襲計劃的學生。最終答案與班級學號關系并不大，僅僅是平面坐標（x，y）的小數點的后第2、3位變成了“班級+學號”的組合，因此對于閱卷老師來說并沒有增加多少工作量。

理論上來講，任何計算題都可采用該方法來防止學生的作弊，但如果不同的學號導致最終結果相差較大時，則需要教師事先用批量計算代碼得到每一位學生的答案。此外，該方法僅適用于非匿名評卷，匿名評卷時需另做變通。

四、結語

本文基于鐵道工程專業的歷史與特點，針對新形勢下智慧化教學背景，分析了本專業智慧化教學主要存在著線上資源稀少、專業性強等問題，提出了在同一平臺選擇多門線上翻轉課程的教學資源改善方案，以及發展VR線上遠程接收設備等線上實踐教學的改進方案，采用相應的游戲化教育軟件進行智慧化客觀題教學考核以及在主觀題考試中加入學生的學號信息，能進一步防止作弊與抄襲，有效提高本專業線上教育的質量。

參考文獻：

[1]扈濤.鐵道工程專業人才培養模式改革路徑探討與實踐[J].科技經濟導刊，2019，27（35）：159.

[2]王衛東，謝友均，婁平，等.軌道交通行業工程類人才培養探索與實踐[J].高等建筑教育，2018，27（6）：36-43.

[3]馬曉川，黨姍，張鵬飛.基于翻轉課堂的鐵道工程專業教學探索：以“鐵路軌道”課程為例[J].科教文匯，2019（6）：80-81.

[4]段曉峰，韓峰，王保成，等.“新工科”背景下鐵道工程專業課程設置研究[J].教育教學論壇，2019（6）：210-211.

[5]王英杰，時瑾，白雁，等.加強實踐環節的鐵路線路課程設計探索[J].教育教學論壇，2019（18）：116-117.

[6]沈宇鵬，蔡小培，時瑾，等.VR技術在鐵道工程認識實習中的應用研究[J].中國教育信息化，2018（18）：35-38.

責任編輯：劉健