智慧交通背景下城市軌道交通列車網絡控制系統課程教學改革的思考

錢欣麗 宋 濤 王瑜琳 洪 政 徐曉靈

重慶公共運輸職業學院 重慶 402247

1 概述

數字時代,我國高職院校必須向數字化人才培養模式轉型,才能培養出一大批數字新技術能工巧匠和工業巨匠。習近平總書記強調,促進數字技術與實體經濟深度融合,賦能傳統產業轉型升級,催生新產業、新業態、新模式不斷建設。目前,我國既懂傳統產業技術和業務需求,又能掌握和應用數字技術,但缺乏復合型人才。數字經濟高質量發展需要技能過硬的人才滿足行業需求,這也對職業教育人才培養提出了新的要求。

近年來,人工智能技術如深度學習和大數據分析在城市軌道交通行業發揮了重要作用,為該行業帶來了廣闊的發展前景。基于大數據技術的車輛及電氣設備智能運維系統瞄準市場,基于云計算的智能調度系統已在城市軌道交通領域得到應用,融合各種人工智能技術的智能列控系統日趨完善。人工智能雖為軌道交通的快速發展做出了貢獻,但也對人才培養提出了挑戰。當前軌道交通專業院校必須重構人才培養模式,以滿足軌道交通行業對人工智能背后人才的新要求,尤其是應用型高校。

城市軌道交通列車網絡控制系統(以下簡稱列控)課程是高職院校軌道車輛技術專業的核心課程。該課程的開設有助于培養具備創新思維和實踐能力的軌道交通及其相關領域的應用型人才。然而,目前國內外的研究主要集中在人工智能在城市軌道交通領域的技術應用和人工智能對高校專業設置的整體影響等宏觀方面的研究,而較少有針對高職人才培養的研究。傳統的列控課程教學內容和教學模式已不能滿足人才培養要求,需要實時改進教學方法,修改教學內容,才能取得實效,提高課堂教學和學生的能力。

2 教學現狀分析

2.1 課程特點

城市軌道交通列車網絡控制系統是一個復雜的綜合性系統,該系統具有信息化、整體性、動態性以及復雜性等特點,因此,列控課程的教學內容涉及多學科知識,包括多種技術、多種場景、多種系統的介紹。針對學校的特色領域,課程具體涵蓋以下特點:

一是涉及學科多,學習難度大。課程涉及計算機網絡通信技術、軌道交通概論、城市軌道交通車輛檢測與傳感技術等學科。因此,課程的時間安排需要合理,前后課程之間要有連續性。

二是課程內容廣泛,概念知識豐富抽象。本課程的教學內容涵蓋列控技術、計算機網絡技術、數據通信技術、傳感器技術和故障診斷技術等系統內容。其中有些概念比較抽象,不易理解。

2.2 教學現狀

目前該課程的教學方式多采用課堂講授、PPT教學和作業布置三種方式相結合。列車控制作為一門獨立的課程,應該從技能人才數字化轉型教育的角度來考慮。但是,該課程目前存在以下問題:

一是教學理念相對滯后。目前課程缺乏成果導向教育教學理念的應用,制約了學生、教師、課程和課堂觀的發展。教學模式缺乏創新,教學內容更新不及時。

二是教學內容陳舊。教學內容以傳統的軌道交通、網絡通信和故障診斷技術介紹為主,缺乏新功能、新版本、當前主流框架和技術的介紹。授課內容陳舊,不能及時適應社會需求的變化。

三是教學以教師為中心,方法單一。教學方法以平實直接的敘述和被動注入為主,學生處于被動學習狀態,且教師往往忽視學生的學習成果。

四是考核評價機制單一,考核方式不合理。評價的唯一途徑是通過考試作業,不能全面評估學生的學習積極性、實踐能力和綜合實踐能力。

3 智慧交通背景下列控課程教學改革建議

3.1 豐富人工智能技術相關課程的教學內容

人工智能技術與列控車載檢測設備方面的結合。鐵路的人工智能化檢測站結合了智能機械檢測和人工檢測兩種方式,攝像頭自動抓拍車載設備的懸掛件,系統生成檢測報告后,工作人員用大約8分鐘的時間即可對報告進行精準分析,而過去只能采用人工檢測的方式,需要1小時以上,檢測時間的大幅壓縮充分體現了智能檢測系統的高效性。人工補充檢測的新手段提高了檢測的準確性。工作人員除了通過智能檢測系統進行精準檢測外,還能通過新推出的智能看車手電筒進行精確復核。當監控人員發現列車存在問題后,可向手電筒中的APP發送任務,現場檢測人員接受任務,到達指定地點后,即可進行精確復核,核對信息可通過APP即時回傳。智能檢測的高效精準,加上精確的人工復核,確保了車組列控設備的正常穩定,能有效防止問題車輛上線運行。

人工智能技術與故障診斷方面的結合。傳統的道岔故障檢測方式不僅會耗費大量人力、物力、財力,而且檢測結果完全依賴于個人工作經驗。隨著人工智能的飛速發展,鐵路道岔的智能診斷系統的應用已是趨勢。智能檢測系統的優越性在于即時分析故障。過去,出現問題的列車需要停穩或者入庫后才能進行人工檢測,故障分析存在延時的情況。智能檢測系統的應用能抓取行駛中的列車數據,幫助工作人員及時處理故障。人工智能技術的運用,能讓工作人員快速查找、分析、處理故障,保障列車的運行安全,這是人工智能在車載檢測設備方面的突出優勢,也是鐵路在科技創新方面的重要成果之一。

人工智能技術與交通運維方面的結合。作為大中城市公共交通的大動脈,城市軌道交通每天的客流量高達數百萬人次,而且客流量還在不斷攀升。這對各城市軌道交通企業的運維能力提出了很高的要求。一方面要確保線路安全可靠運行,杜絕安全事故的發生;另一方面,需要優化維修計劃,變“計劃修”為“狀態修”,減少車輛維修時間和維修成本。因此,有必要對城軌車輛運維采用智能化方案,即建立城市軌道車輛運維智能系統。基于大數據、人工智能等技術,結合城市軌道交通關鍵系統和部件的運行狀態實時監控,對數據車輛數據進行分析和挖掘,診斷和預測設備的技術狀況,最終確保車輛的安全性和可靠性。

3.2 借鑒人工智能技術理念改進課程教學手段

(1)建立教學深度融合機制。教學深度融合機制是在人工智能浪潮下對高素質技能人才的培養要求的必然選擇,這需要教師有清晰的整體知識架構和對應用場景進行關聯整合的能力。同時,教師要充分發揮引導作用,建立跨學科合作的教學體系,建立面向軌道交通人才能力培養的教學深度融合機制。除此之外,教師還需要借助教學手段來發揮自己的作用,如優良的教學課件資源建設。

(2)優化教學策略。隨著專業課程的不斷發展變化,教學策略也需要不斷完善和完善。在多元文化、互動參與式的學習環境中,將人工智能技術體現在課程教學中。課前發布學習和預習材料,并分配課前任務。學生可以提前了解和學習課程內容,建立知識點和相關概念。教師可以根據學生的需求和水平提供不同難度的預習材料,并分配相應的任務,以提高學生的參與度和理解力。在教學過程中,教師要注意學生的接受能力和學習習慣,采用多樣化、互動性和參與性的教學方式,讓學生更加主動地參與到教學中來。課后布置作業可以讓學生更好地鞏固課堂內容,加深他們對重點、難點內容的理解和掌握。同時,也可以為教師提供課堂教學效果的評估和改進思路。

(3)改革課程內容。隨著人工智能技術的不斷發展和應用,軌道交通行業也在快速融合。然而,由于教材內容不夠及時更新,應用案例也較少,學生的認知理解存在困難。為了解決這一問題,教學需要結合智慧交通行業的發展熱點和案例持續更新,以豐富教學內容,啟發學生的思維,激發學習興趣,讓學生了解最新的智慧交通發展動態和方向。基于相關教材知識體系的基礎上,教師需要根據行業動態靈活調整授課內容,形成模塊化的教學內容。目前,應加強智能交通基礎、城軌車輛智能運維系統應用、車輛網技術等軌道交通領域熱點技術的專題教學。只有這樣,才能使學生更好地適應快速發展的智慧交通行業,并為未來的職業生涯做好準備。

(4)豐富教學資源。該課程傳統的教學方法側重于理論知識的傳授,課程內容往往比較模糊,缺乏與通信技術實踐的有效融合。雖然引入了多媒體案例和資源,但要讓學生順利進入工作單位,深入了解企業相關的實際情況和規范,還需要優化和完善課程標準和教學方法。此外,還需要改革教學組織和實施方式,完善多媒體課件和教學設計等課程教材,建設課程學習網站,為學生提供便捷的在線學習平臺,真正提升專業技能。

(5)標準化課程考核。在人工智能時代,列控課程教學評價機制需要進行相應的改革和創新,以更好地促進學生的自主創新能力培養,以實現課程的學習目標。為此,進行了課前、課中和課后三維學習模式。新的教學內容體系突出模塊化特點,學生可以根據各模塊的邏輯關系形成不同的設計思維模式,增強對列控系統的理解。課程考核應分配到課程的各個方面和時間段,各學科考核的比例應平均分配。

教學整體設計圖

結語

列車網絡控制技術是一門綜合性的課程,具體來說,對于城市軌道交通列車網絡控制系統課程,我們需要將人工智能和大數據等技術應用到教學實踐中,以適應時代和人才培養的需求。在內容設置方面,應強調教育和實踐相結合,靈活設置案例和項目研究,使學生能夠真正掌握課程的核心內容。在教學方式方面,應采用多種教學手段,從而使學生主動參與和互動學習。在教學評價方面,則應注重學生的實際表現和反饋意見,為課程的改進提供參考。以上是筆者對列車網絡控制技術課程教學改革的思考和探索,希望這對其他軌道交通專業相關課程的教學改革會有所幫助。