王明明， 孫曉云, 胡曉娟， 蔡承才

(石家莊鐵道大學 電氣與電子工程學院，河北 石家莊 050043)

0 引言

根據(jù)國家《鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃》和《城市軌道交通2018年度統(tǒng)計和分析報告》顯示：到 2020 年，鐵路網(wǎng)規(guī)模達到 15 萬公里，其中高速鐵路 3 萬公里；城市軌道交通規(guī)模將要達到 7395公里。鐵路行業(yè)和城市軌道交通行業(yè)每年對技術(shù)型人才需求分別為9.46萬和2.57萬人。

國家鐵路和城市軌道交通的快速建設(shè)，對具備理論扎實、實踐能力突出、創(chuàng)新意識鮮明的應(yīng)用型創(chuàng)新性人才的需求越來越多。這對電氣信息類專業(yè)培養(yǎng)體系，尤其是實踐教學體系提出了更高的要求。一方面，青年教師和學生的工程能力弱化、實踐教學與工程實際脫節(jié)、學生進入行業(yè)后動手能力、適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力不足。另一方面，由于軌道交通行業(yè)的特殊性，在面向軌道交通行業(yè)開展實踐教學過程中，因為高校不斷擴招，學生數(shù)量增多，軌道交通企業(yè)很難長期或一次性安排學生進廠頂崗實習，大部分企業(yè)也只能提供短期參觀、見習等，實踐教學質(zhì)量難以保障；軌道交通類部分實驗無法在現(xiàn)場開展，如軌道信號故障再現(xiàn)與分析等。

因此，我們以培養(yǎng)服務(wù)軌道交通電氣信息類應(yīng)用型創(chuàng)新性人才為目標，依托虛擬仿真中心和校內(nèi)外實訓基地兩個虛實結(jié)合的“雙場景”建立了基礎(chǔ)性認知實驗平臺、專業(yè)性實作實踐平臺和創(chuàng)新性迭代開放平臺“三平臺”能力遞進實踐教學大平臺，對實踐教學體系進行了探索[1]。

1 實踐教學平臺建立

虛擬仿真中心和校內(nèi)外實訓基地兩個虛實結(jié)合的“雙場景”建立了基礎(chǔ)性認知實驗平臺、專業(yè)性實作實踐平臺和創(chuàng)新性迭代開放平臺“三平臺”能力遞進實踐教學大平臺。如圖1所示，虛擬仿真中心包括利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的三維虛擬仿真系統(tǒng)，主要有地鐵施工動態(tài)仿真系統(tǒng)、地鐵站虛擬仿真系統(tǒng)、鐵路牽引變電所虛擬仿真系統(tǒng)和與中國中鐵電氣化局、中國鐵建電氣化局、中鐵武漢電氣化局等聯(lián)合制作的鐵路“四電”工程線上學習系統(tǒng)。校內(nèi)外實訓基地包括校內(nèi)實訓基地和校外實訓基地，其中電子工程實驗中心(首批河北省高校實驗教學示范中心)和城市軌道交通通信與行車控制實驗室(央企共建重點實驗室)可提供學生校內(nèi)實訓場地；中鐵武漢電氣化局、北京鐵路局石家莊供電段、北京鐵路局衡水供電段、天津凱發(fā)電氣股份有限公司、衡水鐵路信號有限公司等12個與我校合作的具有軌道交通特色的企業(yè)可提供學生的校外實習場地[2]。

1.1 基礎(chǔ)性認知實驗平臺

基礎(chǔ)性認知實驗平臺主要用于滿足大學生第1-4學期的實踐教學，實現(xiàn)對學生認知能力的培養(yǎng)。實驗平臺包括：

(1)地鐵施工動態(tài)仿真系統(tǒng)和地鐵站虛擬仿真系統(tǒng)的地鐵認知實驗。學生通過該實驗，可掌握地鐵土木施工所包含的環(huán)節(jié)、各環(huán)節(jié)間的相互關(guān)系、重點工序的施工工藝等；完成地鐵站入口認知、站廳結(jié)構(gòu)認知、站廳設(shè)備認知、站臺結(jié)構(gòu)認知站臺結(jié)構(gòu)認知、變壓室設(shè)備認知和各層機電設(shè)備認知等認知實驗。

圖1 “雙場景、三平臺”能力遞進實踐教學平臺

(2)地鐵牽引變電所虛擬仿真系統(tǒng)認知實驗。學生通過該實驗，可掌握牽引變電所工作原理、整體布局，掌握牽引變電所一次、二次系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理和作用，掌握牽引變電所一次主接線實際構(gòu)成，掌握牽引變電所主要設(shè)備工作原理、外觀及作用。

(3)安排學生到地鐵施工單位和鐵路牽引變電所進行參觀學習。有了漫游學習的基礎(chǔ)，學生們可以帶著問題對企業(yè)進行參觀，提高參觀學習的質(zhì)量。

(4)城市軌道交通通信與行車控制認知實驗。包括城市軌道交通控制系統(tǒng)的認識實驗、車站屏蔽門門體認識實驗、大站臺車站模型的認識實驗和ISCS綜合監(jiān)控系統(tǒng)的認識實驗。

通過基礎(chǔ)性認知實驗，學生可以對地鐵和鐵路牽引變電所有直觀印象，通過三維虛擬仿真系統(tǒng)的認知漫游、企業(yè)參觀、半實物仿真平臺的理論與實踐學習，逐步提升學生的認知能力。圖2為基礎(chǔ)性認知實驗環(huán)節(jié)樣例。

1.2 專業(yè)性實作實踐平臺

專業(yè)性實作實踐平臺主要用于滿足大學生第5-7學期的實踐教學，實現(xiàn)對學生實作能力的培養(yǎng)。本實踐平臺包括：

(1)依托電子工程實驗中心的鐵路信號實訓實驗室、鐵路牽引供電與運行監(jiān)控實驗室、地鐵牽引動力實驗室等5個專業(yè)性實驗室，開展鐵路信號實作實踐、鐵路牽引供電實作實踐、地鐵牽引電機實踐等。以鐵路信號實作實踐為例，學生通過此操作，可以掌握電動轉(zhuǎn)轍機的分解和組裝的過程；利用繼電控制電路搭建轉(zhuǎn)轍機控制電路，實現(xiàn)道岔的進路式控制和單獨控制。

圖2 基礎(chǔ)性認知實驗現(xiàn)場

(2)鐵路“四電”工程在線學習。鐵路“四電”工程是確保鐵路安全可靠運行的核心系統(tǒng)，是電氣信息類學生必須掌握的一項實踐技能。由于此部分內(nèi)容知識點繁多，教材中涉及的內(nèi)容無法與工程實際保持同步。與中國中鐵電氣化局、中國鐵建電氣化局、中鐵武漢電氣化局等單位開展深入合作，聯(lián)合制作了鐵路“四電”工程在線教學系統(tǒng)。該教學系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場及教學對鐵路“四電”工程專業(yè)人才培養(yǎng)需要，梳理出62個知識點和261個分項知識點，由一線工作人員錄制，手把手教學生如何操作每一個步驟。圖3為鐵路“四電”工程部分教學視頻內(nèi)容。

(3)地鐵牽引變電所虛擬仿真系統(tǒng)操作考核實驗。由學生進行操作，并對學生的操作結(jié)果進行評分，通過對學生成績分析，了解學生掌握的程度。

(4)城市軌道交通通信與行車控制操作實驗，由學生現(xiàn)場操作設(shè)備，由指導教師評分，掌握學生實際操作的程度。

通過專業(yè)性實作實踐平臺的實際操作，學生不僅可以對虛擬設(shè)備進行操作，還接觸到實物系統(tǒng)的操作，尤其是鐵路“四電”工程的學習，使學生操作能力得到極大提高[3]。

圖3 鐵路“四電”工程視頻內(nèi)容(部分)

1.3 創(chuàng)新性迭代開放平臺

創(chuàng)新性迭代開放平臺主要用于滿足大學生第6-8學期學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。本創(chuàng)新平臺包括：

(1)我院每年舉辦校級電子電路設(shè)計大賽，通過該項賽事，對學生加以選拔培養(yǎng)，讓優(yōu)秀的學生進入學院第二課堂創(chuàng)新基地，由指導教師將自己的科研項目為平臺，促進學生的軟硬件開發(fā)能力，然后再經(jīng)過進一步培訓而參加各類學科競賽或申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。

(2)創(chuàng)新性實踐教學鼓勵具有一定科研素質(zhì)的學生參加教師的科研項目，培養(yǎng)和訓練學生的綜合應(yīng)用能力、初步科研能力和創(chuàng)新能力等，具體實現(xiàn)形式包括：科技創(chuàng)新活動，工程實踐活動，科研訓練計劃，綜合性、設(shè)計性實驗等。通過參加教師的科研項目，學生的科研創(chuàng)新能力得到極大提高[4]。

通過創(chuàng)新性迭代開放平臺的實踐教學，學生取得了豐富的成果。

2 實踐教學課程體系重構(gòu)

重構(gòu)了電氣信息類專業(yè)實踐教學課程體系，包括基礎(chǔ)性實踐課程、專業(yè)性實踐課程和創(chuàng)新性實踐課程三個主模塊。如圖4所示。

圖4 實踐教學課程體系

2.1 基礎(chǔ)性實踐課程

對應(yīng)的集中實踐環(huán)節(jié)主要為認識實習，以提高學生的認知能力為目標。依托城市軌道交通虛擬仿真系統(tǒng)和城市軌道交通行車與控制實驗室，開設(shè)了具有地鐵特色的認知類實驗，包括地鐵站入口認知實驗、地鐵站站廳結(jié)構(gòu)認知實驗、地鐵站站臺結(jié)構(gòu)認知實驗、變壓室設(shè)備認知實驗、地鐵控制系統(tǒng)認知實驗、車站屏蔽門門體認知實驗、大站臺車臺模型認知實驗和綜合監(jiān)控系統(tǒng)認知實驗；依托省級牽引變電所虛擬仿真實驗項目，開設(shè)了具有鐵路特色的認知類實驗，包括變電所構(gòu)成原理認知實驗、高壓進線側(cè)設(shè)備認知實驗、室內(nèi)高壓室設(shè)備認知實驗、饋線側(cè)設(shè)備認知實驗、控制室設(shè)備認知實驗和高壓開關(guān)柜認知實驗。

2.2 專業(yè)性實踐課程

對應(yīng)的集中實踐環(huán)節(jié)主要為生產(chǎn)實習，以提高學生的操作能力為目標。依托城市軌道交通行車與控制實驗室，開設(shè)了具有地鐵特色的操作類實驗，包括ATS控制系統(tǒng)操作實驗、票務(wù)控制系統(tǒng)操作實驗、車站屏蔽門操作實驗和就地控制柜操作實驗等；依托校內(nèi)鐵路信號實驗室和省級牽引變電所虛擬仿真項目，開設(shè)了具有鐵路特色的操作類實驗，包括電動轉(zhuǎn)轍機分解與拆裝實驗、轉(zhuǎn)轍機控制電路設(shè)計實驗、道岔進路式控制實驗、繼電器故障分析實驗和牽引供電設(shè)備操作實驗。專業(yè)性實踐課程，均有考核，由任課教師對學生操作進行評分[5]。

2.3 創(chuàng)新性實踐課程

主要針對創(chuàng)新性能力培養(yǎng)，包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、各類競賽和第二課堂。由于創(chuàng)新性課程不是電氣信息類學生的必修內(nèi)容，目前并不計入學分，但是在大學生選拔項目中作為主要考核點，比如大學生保送研究生推薦時，當涉及到不同專業(yè)學生競爭時，不參考課程分，而是以創(chuàng)新類成果作為評分標準。該項措施也極大的調(diào)動了學生參加創(chuàng)新性課程的積極性。

3 教師工程實踐能力培養(yǎng)

針對青年教師工程能力弱化問題，探索了“進企業(yè)-進項目-進崗位”教師工程實踐能力培養(yǎng)長效機制。

3.1 進企業(yè)

與天津凱發(fā)電氣股份有限公司、北京局石家莊供電段等12個企業(yè)建立校外基地。每學期組織教師到企業(yè)參觀學習。學生實習期間，要求教師必須跟隨學生一起學習、與企業(yè)工程師進行交流，提升自己的實踐教學水平。

我院多名教師深入到企業(yè)一線，與中國中鐵電氣化局、中國鐵建電氣化局、中鐵武漢電氣化局等單位開展深入合作，制作鐵路“四電”工程教學視頻，實踐教學能力得到了極大的提高。

3.2 進項目

讓教師組建團隊參與軌道交通領(lǐng)域的橫向課題或面向軌道交通行業(yè)進行教學改革立項。通過項目的實施，形成以科研促教學、以改革促教學的模式，強化教師工程能力。

目前，我院面向軌道交通行業(yè)，形成4個穩(wěn)定的科研團隊，研究方向分別為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測與信息技術(shù)、高鐵及城軌供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、電力機車運行安全監(jiān)測技術(shù)和電力變壓器狀態(tài)檢修與全壽命周期管理。教師的科研能力逐步提高，“以研促教”效果逐漸體現(xiàn)。

3.3 進崗位

為了進一步強化教師的實踐教學能力，學院制定了《專業(yè)教師參加企業(yè)頂崗實踐實施辦法》，鼓勵教師到企業(yè)頂崗實習，進一步提升教師工程實踐能力。

隨著“三進”長效機制的實施，我院教師的實踐教學能力和工程應(yīng)用能力得到了極大提高，為實踐教學改革目標的實現(xiàn)，提供了保障。

4 實踐教學質(zhì)量保障體系

實踐教學質(zhì)量保障體系是實踐教學改革中非常重要的內(nèi)容之一，直接關(guān)系到人才培養(yǎng)目標實現(xiàn)與否。本項目形成了“學生互評-教師講評-企業(yè)點評”三位一體實踐教學質(zhì)量保障體系，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 實踐教學質(zhì)量評價體系結(jié)構(gòu)圖

在項目實施初期，組織學院專任教師和在校生進行了座談，并對已畢業(yè)學生進行問卷調(diào)查。根據(jù)人才培養(yǎng)目標和調(diào)研結(jié)果，確定了本次實踐教學改革的目標，確定實踐教學計劃、實施、檢查、處理等各階段的任務(wù)、內(nèi)容、特點及要求。

項目實施過程中，每一次實踐環(huán)節(jié)做到學生互評、教師對項目的實施進行講評、企業(yè)培訓人員對項目進行點評。每學期實踐環(huán)節(jié)結(jié)束后，對實習學生進行問卷調(diào)查和座談，了解學生在實習中對實踐環(huán)節(jié)的評價；與任課教師進行座談，了解實習中存在的問題，并對本次實踐環(huán)節(jié)進行總結(jié)剖析；與用人單位進行座談，了解畢業(yè)生存在的問題，并對實習效果進行分析，動態(tài)修改實習項目。

通過學生、教師和企業(yè)三方面的分析總結(jié)，找到實習中存在的問題，進一步修訂實踐環(huán)節(jié)教學內(nèi)容。以軌道交通信號與控制專業(yè)問卷調(diào)查為例，結(jié)果表明：在校內(nèi)生產(chǎn)實習中，學生學習時長大于5小時的學生數(shù)占比75%，對實習指導教師滿意度達到98.8%，認為校內(nèi)實習基礎(chǔ)設(shè)施好的占比達69%，認為實踐項目合理充實的學生占比84.5%，認為實驗項目與所學專業(yè)聯(lián)系緊密的學生占比100%。

通過“學生互評-教師講評-企業(yè)點評”三位一體實踐教學質(zhì)量保障體系，師生實踐能力得到提升，實現(xiàn)對“雙場景、三平臺”能力遞進實踐教學體系的有力保障。

5 結(jié)語

經(jīng)過多年的實踐檢驗，取得了良好的推廣應(yīng)用效果。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

服務(wù)軌道交通電氣信息類專業(yè)“雙場景、三平臺”能力遞進實踐教學體系的創(chuàng)新，使得實踐教學條件得到極大改善。持續(xù)7年，建成了軌道交通特色的實踐教學平臺，開發(fā)了100多個綜合性、設(shè)計性實驗項目，承擔了2萬余人次/年的實踐教學，學生工程實踐能力得到極大提高，畢業(yè)生就業(yè)率達到97%以上。

“三進”教師培養(yǎng)長效機制使得教師工程實踐能力顯著加強，教學質(zhì)量得到提高。鐵路“四電”工程教學視頻庫的制作，虛擬仿真實驗項目的開發(fā)，教學改革的實施，提升了教師實踐教學能力。

大學生實踐創(chuàng)新能力得到較大提高。通過“基礎(chǔ)性-專業(yè)性-創(chuàng)新性”實踐教學課程體系，學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力得到較大提高。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃和“全國大學生電子大賽”、“挑戰(zhàn)杯”等競賽中均取得了較好的成績。