基于遷移學(xué)習(xí)的高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究

摘要 隨著我國高鐵行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高鐵供電專業(yè)人才的需求和要求不斷提高，而現(xiàn)有鐵路供電專業(yè)的人才培養(yǎng)模式缺乏對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)動(dòng)態(tài)變化的實(shí)時(shí)掌握，沒有充分深度融合教育數(shù)據(jù)與鐵路數(shù)據(jù)來智慧化人才培養(yǎng)過程，人才培養(yǎng)質(zhì)量往往滯后于鐵路產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求。基于此，文章采用遷移學(xué)習(xí)方法將高校對(duì)高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)作為源域，將鐵路企業(yè)對(duì)高鐵供電專業(yè)人才動(dòng)態(tài)需求作為目標(biāo)域，首先采集并標(biāo)準(zhǔn)化教育數(shù)據(jù)和企業(yè)數(shù)據(jù)，基于源域數(shù)據(jù)建立專家知識(shí)庫模型，并將該模型遷移至目標(biāo)域，然后根據(jù)遷移偏差設(shè)計(jì)三級(jí)迭代優(yōu)化的遷移權(quán)重學(xué)習(xí)方法，以更新源域模型的各項(xiàng)參數(shù)權(quán)重，最后通過實(shí)際案例分析，印證了該方法可以有效降低企業(yè)與高校對(duì)該專業(yè)人才培養(yǎng)的差異，提高高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 高鐵供電；遷移學(xué)習(xí)；人才培養(yǎng)；智慧教育

中圖分類號(hào) U238 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）13-0177-04

0 引言

黨的二十大提出了建設(shè)“交通強(qiáng)國”的戰(zhàn)略部署，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》明確提出，“大力培養(yǎng)支撐中國制造、中國創(chuàng)造的交通技術(shù)技能人才隊(duì)伍，構(gòu)建適應(yīng)交通發(fā)展需要的現(xiàn)代職業(yè)教育體系”[1-3]。根據(jù)國家鐵路發(fā)展規(guī)劃，到2030年高鐵規(guī)模達(dá)到45 000 km，新增16 000 km[4-5]。高鐵供電技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)已成為我國高速鐵路發(fā)展邁向新征程中亟待解決的關(guān)鍵問題。我國高鐵技術(shù)和規(guī)模的快速發(fā)展也在倒逼高鐵供電教育模式向智慧化發(fā)展，以動(dòng)態(tài)適應(yīng)新時(shí)期鐵路的智慧發(fā)展。目前，高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)還存在以下問題[6-7]：

（1）鐵路企業(yè)對(duì)于“新人才”要求的動(dòng)態(tài)變化，使得鐵路高校培養(yǎng)出的人才呈現(xiàn)“千人一面”，人才培養(yǎng)質(zhì)量往往滯后于鐵路產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)升級(jí)需求，缺乏對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)動(dòng)態(tài)變化的實(shí)時(shí)掌握。

（2）對(duì)于鐵路行業(yè)、普通鐵路企業(yè)中的崗位資源、技術(shù)資源、設(shè)備資源等數(shù)據(jù)，出于鐵路特殊行業(yè)的安全性和隱私性，使得鐵路大數(shù)據(jù)的信息共享難，無法與教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行直接融合和建模，進(jìn)而阻礙智慧教育進(jìn)程。

（3）高校對(duì)高鐵供電人才的共性培養(yǎng)與鐵路企業(yè)“一專多能”精準(zhǔn)人才需求、學(xué)生個(gè)性化差異的發(fā)展之間的矛盾，也給智慧教育提出了更高的要求。

針對(duì)上述存在的問題，該文采用遷移學(xué)習(xí)方法將高校對(duì)高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)作為源域，將鐵路企業(yè)對(duì)高鐵供電專業(yè)人才動(dòng)態(tài)需求作為目標(biāo)域；首先，采集并標(biāo)準(zhǔn)化教育數(shù)據(jù)和企業(yè)數(shù)據(jù)，基于源域數(shù)據(jù)建立專家知識(shí)庫模型，并將該模型遷移至目標(biāo)域；然后，根據(jù)遷移偏差設(shè)計(jì)三級(jí)迭代優(yōu)化的遷移權(quán)重學(xué)習(xí)方法，以更新源域模型的各項(xiàng)參數(shù)權(quán)重；最后，通過實(shí)際案例分析，印證了該方法可以有效降低企業(yè)與高校對(duì)該專業(yè)人才培養(yǎng)的差異，提高高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 基于遷移學(xué)習(xí)的高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)模型

該模型主要分為三部分，分別是數(shù)據(jù)的分析與標(biāo)準(zhǔn)化、源域人才培養(yǎng)的知識(shí)規(guī)則庫建立以及遷移權(quán)重學(xué)習(xí)方法的設(shè)計(jì)。具體流程如圖1所示。

圖1 流程圖

1.1 數(shù)據(jù)的分析與標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)分析主要采用熵權(quán)法，通過SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行計(jì)算，最終得到我們需要的崗位職業(yè)能力及專業(yè)群人才培養(yǎng)的相關(guān)量化指標(biāo)[8-9]。熵權(quán)法的基本原理就是根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來確定客觀權(quán)重。熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的推導(dǎo)過程如下。

第一步：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

將各個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。假設(shè)給定了F個(gè)指標(biāo) X1， X2， ...， XF，其中Xi=x1， x2， ...， xn，假設(shè)對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值為Y1， Y2， ...， YF，那么

式中，i——一級(jí)指標(biāo)；j——二級(jí)指標(biāo)；Yij——標(biāo)準(zhǔn)化的輸出值。

第二步：求各指標(biāo)的信息熵

根據(jù)信息論中信息熵的定義，一組數(shù)據(jù)的信息熵計(jì)算為

式中，，表示某項(xiàng)指標(biāo)的占比重。

第三步：確定各指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)信息熵的計(jì)算公式，計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的信息熵為E1， E2， ...， Ek。通過信息熵計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重

式中，i=1，2，……，F(xiàn)。

1.2 基于BRB的源域?qū)＜抑R(shí)規(guī)則庫

傳統(tǒng)的IF-THEN規(guī)則與置信規(guī)則相比，其主要的區(qū)別在于置信規(guī)則的輸出在前者的基礎(chǔ)上融入了具有證據(jù)形式的置信分布，而且可以很好地建模在復(fù)雜決策問題上，比如不確定性信息的決策問題[6-7]。該文運(yùn)用BRB推理系統(tǒng)構(gòu)建了參數(shù)接觸網(wǎng)專業(yè)μ，變配電專業(yè)V，線路檢修專業(yè)M和人才培養(yǎng)質(zhì)量F之間的非線性模型。第k條規(guī)則可作如下表示[6]：

，并有參數(shù)θk和δi，

當(dāng)參數(shù)被輸入到置信規(guī)則庫系統(tǒng)時(shí)，置信規(guī)則庫中的某些規(guī)則會(huì)被輸入?yún)?shù)所激活，然后，運(yùn)用證據(jù)推理（ER）方法融合以上規(guī)則庫中被輸入?yún)?shù)所激活的規(guī)則后項(xiàng)中的置信結(jié)構(gòu)，根據(jù)得到的結(jié)果得出相應(yīng)的人才培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)值F。第k條規(guī)則被輸入量參數(shù)激活的權(quán)重如下：

這里n=3，，相對(duì)屬性權(quán)重為，為第k條規(guī)則中第i個(gè)輸入e0，i與相應(yīng)參考值Ek，i的匹配度。這里，和Ai，1lt; Ai，2 lt;…lt;Ai，Ji，的計(jì)算公式如下：

然后運(yùn)用ER算法融合被輸入?yún)?shù)激活的各個(gè)置信規(guī)則的后項(xiàng)信度結(jié)構(gòu)，可以得到：

式中：——對(duì)第p個(gè)后項(xiàng)參考值賦予的置信度。

1.3 遷移權(quán)重學(xué)習(xí)方法

由于源域與目標(biāo)域之間的環(huán)境差異大、數(shù)據(jù)分布不同，因此將源域?qū)＜抑R(shí)遷移至目標(biāo)域，會(huì)造成一定的遷移偏差，為了解決該問題，提出遷移權(quán)重學(xué)習(xí)方法。計(jì)算目標(biāo)域?qū)嶋H樣本輸出true_Z（t）與源域知識(shí)遷移輸出Estimated_Ir（t）之差平方和的均值：

誤差函數(shù)中的參數(shù)集g可作如下表示：

式中，——規(guī)則權(quán)重參數(shù)；——屬性權(quán)重參數(shù)；——后項(xiàng)輸出元素置信度，約束條包括：，，和。

為了更好地最大化跨域樣本之間的差異。也就是說，該約束提供了更大的權(quán)值空間，能夠?yàn)榈椭匾缘脑从蛞?guī)則分配更小的權(quán)值，而對(duì)關(guān)鍵的源域規(guī)則分配更高的權(quán)值，對(duì)三個(gè)遷移權(quán)重進(jìn)行三步迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到如下的目標(biāo)函數(shù)：

這里使用坐標(biāo)下降法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，該優(yōu)化算法分為三個(gè)步驟。第一步，固定和，并最小化目標(biāo)函數(shù)來估計(jì)；第二步，固定和，并最小化目標(biāo)函數(shù)來估計(jì)；第三步，固定和，并最小化目標(biāo)函數(shù)來估計(jì)；重復(fù)上述三步迭代直至收斂可以獲得最優(yōu)的、和估計(jì)值，具體流程如圖2所示。

2 實(shí)際案例分析

該文面向鐵路高校和鐵路企業(yè)雙方，針對(duì)鐵道供電專業(yè)群下接觸網(wǎng)檢修、變配電檢修、電力線路維修三個(gè)具體崗位職業(yè)能力要求，將專業(yè)、崗位對(duì)應(yīng)的職業(yè)能力培養(yǎng)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述，分別為一級(jí)要素“基礎(chǔ)素質(zhì)、職業(yè)素質(zhì)、職業(yè)知識(shí)、職業(yè)技能”，記為A1～A4；一級(jí)要素下設(shè)計(jì)16項(xiàng)職業(yè)能力分項(xiàng)作為二級(jí)要素，記為B1～B16；二級(jí)要素下詳細(xì)描述職業(yè)能力內(nèi)容作為三級(jí)要素，記為C1～Cn。

該次調(diào)研發(fā)放問卷1 360份，回收有效問卷1 200份。其中，高職院校鐵道供電專業(yè)群調(diào)研回收有效問卷290份，含接觸網(wǎng)檢修崗位100份、變配電檢修崗位90份、電力線路檢修崗位100份；企業(yè)崗位調(diào)研回收有效問卷910份，含接觸網(wǎng)崗位310份、變配電崗位260份、電力線路檢修崗位340份。

2.1 校企雙方數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

接觸網(wǎng)檢修、變配電檢修、電力線路維修崗位職業(yè)能力一級(jí)要素調(diào)研數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表1～3所示。二級(jí)要素和三級(jí)要素的數(shù)據(jù)處理同理可得，篇幅有限不再展示。

2.2 構(gòu)建源域?qū)＜抑R(shí)規(guī)則庫及確定輸入與輸出量的參考值

通過聚類方法結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)置輸入變量和輸出變量的參考值（語義值）。接觸網(wǎng)檢修崗位μ的參考值（語義值）為1.913（VS）、2.003（PS）、1.228（PM）、1.446（ML），變配電檢修崗位V的參考值（語義值）為2.943（VS）、1.877（PS）、2.055（ML）、1.336（VL），電力線路檢修崗位M的參考值（語義值）為1.304（VS）、1.226（PS）、1.094（ML）、1.444（VL）；人才培養(yǎng)質(zhì)量的參考值（語義值）為4（NS）、5（VS）、6（VS）、7（PS）、8（PM）、9（L）、10（VL）。語義值VS、PS、PM、ML、VL、NS和VS分別代表“很小”“一般小”“正中”“一般大”“很大”“極小”和“小”。

2.3 遷移權(quán)重學(xué)習(xí)方法

將根據(jù)源域數(shù)據(jù)構(gòu)建的專家知識(shí)規(guī)則庫模型遷移至目標(biāo)域數(shù)據(jù)中，對(duì)企業(yè)的910組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，將結(jié)果代入公式10進(jìn)行計(jì)算估計(jì)的目標(biāo)域?qū)嶋H樣本輸出與源域知識(shí)遷移輸出之間的誤差函數(shù)ζ（g）=1.255 58×10-2。很顯然，源域模型在目標(biāo)域數(shù)據(jù)集中的結(jié)果還存在很大的遷移偏差，然后利用“1.3節(jié)”提出的三級(jí)迭代的遷移屬性優(yōu)化方法，對(duì)誤差函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，相應(yīng)的ζ（g）降到了4.725 0×10?3，這時(shí)δ1=0.945 7，δ2=0.936 3，δ3=0.930 1。綜合校企雙方在鐵道供電專業(yè)群的三個(gè)專業(yè)崗位中呈現(xiàn)的職業(yè)能力結(jié)構(gòu)，可得到該專業(yè)群人才培養(yǎng)現(xiàn)狀與培養(yǎng)要求之間的對(duì)比分析圖（見圖3）。左圖是目前人才培養(yǎng)模型的結(jié)果，右圖是該文所提的基于遷移學(xué)習(xí)的人才培養(yǎng)模型，顯然目前學(xué)校人才培養(yǎng)要求與企業(yè)需求不同步，特別是B2、B4、B13、B14要素差別較大；而采用了遷移學(xué)習(xí)方法的結(jié)果可以明顯減小企業(yè)人才需求與學(xué)校人才培養(yǎng)現(xiàn)狀之間的差異。

3 結(jié)語

針對(duì)高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量往往滯后于鐵路產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求，而鐵路數(shù)據(jù)又不能直接用來建立高校供電專業(yè)人才培養(yǎng)模型的現(xiàn)狀，該文采用遷移學(xué)習(xí)方法將高校對(duì)高鐵供電專業(yè)人才培養(yǎng)作為源域，將鐵路企業(yè)對(duì)高鐵供電專業(yè)人才動(dòng)態(tài)需求作為目標(biāo)域；通過知識(shí)遷移學(xué)習(xí)、專家知識(shí)庫模型等技術(shù)手段，減小域間差異，并可實(shí)時(shí)更新源域?qū)＜抑R(shí)庫模型，使高校培養(yǎng)出的鐵道供電專業(yè)人才完全滿足鐵路企業(yè)實(shí)際需求，并引領(lǐng)鐵路企業(yè)技術(shù)發(fā)展。

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