面向創新能力培養的“城市軌道交通綜合監控”課程教學改革

萬 軍 屈 霞

常州大學機械與軌道交通學院 江蘇常州 213164

有效提升大學生的創新能力已成為高等學校關注的焦點之一。各類高校結合本校的學科專業特色，積極探索創新教育的有效途徑。近年來，我國軌道交通進入快速發展時期，建設運營規模快速增長、新建軌道交通城市數量不斷增加、技術裝備水平不斷提高。培養大量適應城軌行業快速發展需要的創新性人才迫在眉睫。軌道交通信號與控制專業是為適應軌道交通的快速發展，培養軌道交通發展過程中在規劃、設計、建設、運營、管理等方面所需的具有良好科學文化素質和創新精神的中高級工程技術應用型、復合型人才。本文以常州大學軌道交通信號與控制專業的“城市軌道交通綜合監控”課程為例，圍繞著面向城市軌道交通企業需要，以提高學生創新能力為教學目標，探索和實踐了課程教學內容改革。

1 “城市軌道交通綜合監控”課程內容及教學現狀

綜合監控系統是實現城市軌道交通自動化調度管理的重要工具，也是當今城市軌道交通監控系統的主要發展方向。“城市軌道交通綜合監控”課程是軌道交通信號與控制專業、鐵路通信信號專業、自動化專業等重要的專業課，具有很強的理論性和工程性。本課程系統地講述城市軌道交通綜合監控系統的基礎概念、基本技術和基本方法。通過本課程的學習，要求學生能全面地綜合所學的軌道交通專業知識，系統地掌握城市軌道交通綜合監控系統的原理、技術，具有初步的綜合監控系統設計和開發的能力。

然而，通過生產實訓、畢業設計等教學環節發現，大多數學生缺乏對本課程所學知識的深層次理解和綜合應用。比如較難自行設計開發出滿足監控需求的軟硬件系統。經過分析，導致課程沒能較好地培養學生創新能力目標的原因如圖1所示的魚骨圖。

主要原因包括以下方面：

(1)教學內容局限于教材，缺乏實用性、綜合性，缺少與工程實際的接軌，阻礙了學生課程完整知識體系的建立和對知識的靈活應用。

(2)教學方法不得當。教師的教學方法和手段落后，缺乏新意，沒能有效調動學生的學習主動性。在實踐教學中，實踐內容受限于實驗室設備，只完成基礎性、驗證性實驗很難實現對學生綜合創新能力的培養。

(3)課程評價采用傳統的以期末考試為主的考核方式，考核內容側重于學生對知識點的掌握，使學生學習過程中不善于思考，對知識機械性記憶。

圖1 課程創新能力培養效果魚骨圖

2 “城市軌道交通綜合監控”課程教學改革實踐

大學生創新能力包括發現問題的能力、分析問題的能力、解決問題的能力[1]。將創新能力培養融入到每門專業課程的教學中，使每門課程成為創新思維訓練的訓練場[2]，是培養學生創新能力的關鍵環節。

發現問題和分析問題的能力具體在本課程中體現為針對眾多的監控對象，能分析已有監控系統存在的問題和運行效率。而解決問題的能力則體現在能夠維護改進現有的監控系統，可根據需求設計開發出新的監控系統。針對課程教學中影響創新能力培養效果的原因，筆者在課程教學內容、教學方法、實踐教學模式和教學考核等方面開展了全面的教學改革。

2.1 教學內容的改革

要具備較強的提出和分析問題的能力，就必須讓學生基礎扎實、知識面寬、熟悉先進的前沿知識。為此課程教學內容上分別從講授知識先進性、實用性、交叉性三個方面進行改革，具體如下。

第一，強化專業基礎知識，以專題的形式補充講解課程需要用的知識，拓寬學生的知識面。在技術基礎一章的教學中，考慮到PLC技術是綜合監控系統中的關鍵技術之一，在不影響課程整體教學進度前提下，分配3次左右的課時系統化的講解PLC的原理和設計技巧。在環境與設備監控系統的軟件結構的講解中，增加了B/S與C/S架構下軟件體系結構的介紹。

第二，精選最新的論文素材。學習課程知識點時，把知識點相關的最新技術和成果引入教學，使學生了解目前實際的應用技術和發展方向。如在環境與設備監控系統一章教學中，結合《城市軌道交通環境與設備監控系統研究》一文，幫助學生詳盡的分析了環境與設備監控系統運行工況及其與火災報警系統和信號系統之間的相互作用。

第三，強調多課程的融合。本課程通過圍繞著城市軌道交通綜合監控系統中各子系統的建立，將“C++程序設計”“單片機原理及應用”“軌道交通通信技術”“自動控制原理”等與專業課程緊密結合，通過多課程協同培養學生的學習能力、理論聯系實際解決問題能力。

2.2 基于項目驅動的教學方法改革

項目驅動教學，是針對某個具體項目當中有待解決的一個或者多個問題進行研究，依據項目所圍繞的核心內容，對多種知識結構和體系加以相互融合[3]。為提高學生解決問題的能力，課程引入項目驅動教學方法，訓練學生實現一個完整小型的城市軌道綜合監控系統項目開發全過程。

2.2.1 項目的設置

從實用化和工程化的角度出發，參考城市軌道交通行業采用的真實的綜合監控系統平臺功能，合理地將課程知識模塊進行系統性和連貫性的分析，并結合學生已有的知識基礎，為本課程設置若干個綜合性、操作性強的項目，如表1所示。

表1 課程訓練項目列表

2.2.2 項目的實施

設計的項目在課程開課前提前下達。學生自主選擇某個項目并組建一個項目小組，小組人員3～5人。項目驅動教學強調學與做的統一，教師對項目用到的知識點進行重點學習和研究，并對學生在項目設計過程中遇到的問題給予單獨的幫助。課程結束時，對項目進行集中驗收，要求每個小組演示項目作品成果，并制作PPT進行匯報答辯。

2.3 基于翻轉課堂的實驗教學模式改革

本課程實驗僅有8課時，且實驗室設備資源有限，因此在課程的實驗教學部分采用翻轉課堂的教學模式。從教學流程上看，翻轉課堂屬于“先學后教”的模式，在翻轉課堂中，學生課前通過觀看教學視頻自主學習知識[4]。課程實驗上采用翻轉課堂的教學模式，相當于提前進入實驗室熟悉實驗，讓學生實物操作時有的放矢，并有效提高了實驗設備的利用效率，解決了實驗課時較少，以及由于設備數量不足導致學生的動手實踐過程訓練不充分等問題。翻轉課堂模式下實驗方案具體實施流程為：

2.3.1 制作和學習實驗微視頻

教師針對課程要求的所有實驗項目(如表2所示)，將每個實驗所用的軟硬件平臺、實驗操作步驟的演示內容制作成實驗微視頻發布到網上學習平臺。學生在實驗前自主觀看微視頻，并完成實驗對應的引導性任務。

表2 實驗項目列表

2.3.2 完成實物操作

學生在實驗室完成具體的操作實驗。教師首先根據引導性任務對學生提問，檢查學生學習視頻的效果。在操作環節中，教師布置一個類似于視頻中演示的任務，限定學生在規定時間內完成，并對學生操作過程中存在的錯誤和問題進行講解和討論。

2.3.3 總結和完善

學生總結實驗過程并撰寫實驗報告。教師將學生實驗過程中補充制作的視頻編輯整理，并根據學生學習的反饋信息，重新修改相應的微視頻。

2.4 考核標準的改革

針對上述教學內容和教學方法的改革，對課程的考核方式和評分標準進行對應的改革。原有的課程考核內容往往只注重學生對知識點的掌握[5]，成績評定由平時成績和期末筆試成績兩部分組成，其中平時成績占總成績的30%，主要根據學生上課出勤情況、作業成績和實驗成績評定，期末筆試成績占總成績的70%。新的考核方式強調過程性考核，提高平時成績比例，調整平時成績由項目成績、實驗成績兩部分構成。各部分成績的具體計算方法如下：

項目成績=0.4×項目作品成績+0.3×答辯成績+0.2×項目的貢獻；

實驗成績=0.3×實驗預習成績+0.4×實驗操作成績+0.3×實驗報告成績；

平時成績=0.6×項目成績+0.4×實驗成績。

新的考核方式突出了成果性，依據學生所獲的成果，直接評定相對應的平時成績等級。考核成果和評分標準如表3所示。

表3 考核成果和評分標準

3 課程改革教學效果

三年來，圍繞著提升學生創新能力所進行的“城市軌道交通綜合監控”課程改革，取得了一定的教學效果：

(1)由于授課過程中，采用項目形式與理論知識點相結合的方式，促使學生邊學邊做，在實踐過程中注重理論知識的應用，加深了對理論知識的理解，提高了學習效果。以期末考試成績作為教學評價標準，2016級信控班采用傳統教學，不及格率為37.1%，2017級和2018級信控班引入案例教學法后，不及格率分別下降到16.1%和6.7%。

(2)學生創新能力得到明顯提升，共立項完成省級大學生創新創業訓練計劃項目三項：《基于云服務器的實驗室安全監測系統設計》《基于樹莓派的物聯網數據采集系統設計》和《基于Arduino的智能小車控制系統設計》，發表科技期刊論文2篇，軟件著作權和發明專利授權各1項。

結語

本文以常州大學軌道交通信號與控制專業“城市軌道交通綜合監控”課程為對象，分析了課程目前教學現狀及其存在的問題，從培養創新能力的角度，改革了教學內容、教學方法和教學模式，提出了與之相適應的課程考核標準。實踐證明該教學改革發揮了學生的主觀能動性，切實提高了大學生的創新能力，并為其他具有教學內容枯燥、概念抽象特點的專業課程教學改革提供可以借鑒的方法和經驗。