張彤

（大連交通大學(xué)機(jī)車車輛工程學(xué)院 遼寧 大連 116028）

新工科是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹人新要求而提出的我國(guó)工程教育改革方向[1]。新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨學(xué)科交叉融合、自主終生學(xué)習(xí)、溝通協(xié)調(diào)能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力[2]。

新工科涵蓋的專業(yè)類別較寬泛，其中存在大量新興交叉復(fù)合型學(xué)科專業(yè)。新工科專業(yè)建設(shè)內(nèi)涵的提升是要進(jìn)一步滿足產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展對(duì)人才提出的新要求。高速鐵路是我國(guó)的重要交通工具，關(guān)系著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國(guó)已躋身自主研發(fā)高速列車強(qiáng)國(guó)行列。高速列車運(yùn)行速度的越來(lái)越快，相關(guān)技術(shù)也日新月異，對(duì)軌道交通及相關(guān)領(lǐng)域高素質(zhì)專業(yè)人才的需求越來(lái)越高，同時(shí)也對(duì)高校人才培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)適用專業(yè)較廣，很多軌道特色高校的復(fù)合型專業(yè)都開設(shè)了該門課程，它是新工科在培養(yǎng)軌道交通設(shè)備及相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)開發(fā)、檢測(cè)控制、運(yùn)用維護(hù)等相關(guān)工作人才的一門重要課程。

作為高速鐵路九大核心技術(shù)之一，列車通信網(wǎng)絡(luò)是列車運(yùn)行的大腦，也是實(shí)現(xiàn)列車控制的必要手段；列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是軌道交通運(yùn)營(yíng)人才必須要學(xué)習(xí)和掌握的重要技術(shù)，也是軌道交通相關(guān)專業(yè)的核心課程。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一門新興的、與時(shí)俱進(jìn)的技術(shù)，是軌道交通車輛實(shí)現(xiàn)控制的最重要方式，大部分子設(shè)備的運(yùn)行和控制都離不開網(wǎng)絡(luò)。通信協(xié)議、原理和實(shí)現(xiàn)方式是列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心內(nèi)容。列車的安全可靠運(yùn)行、列車或車輛的互聯(lián)互通互操作都離不開網(wǎng)絡(luò)的支撐。可見，該門課程對(duì)于軌道交通專業(yè)人才培養(yǎng)的重要性。有必要進(jìn)一步提高列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課程的本科教學(xué)質(zhì)量和水平。

1 列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的教學(xué)特點(diǎn)

作為專業(yè)核心課程，列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一門具有很強(qiáng)應(yīng)用性和實(shí)踐性的課程，在專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中具有舉足輕重的地位。該課程在不同專業(yè)的側(cè)重點(diǎn)有所不同，但教學(xué)內(nèi)容大都特別抽象，純理論的教學(xué)內(nèi)容難以與看不見摸不到的通信技術(shù)有效融合。有的同學(xué)開始的時(shí)候還能學(xué)懂，隨著難度加大，遇到難以理解的問題，就會(huì)做逃兵甚至放棄。同時(shí)，由于設(shè)備資源的限制，本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不夠充足，學(xué)完相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的同學(xué)，也未必能理解通信系統(tǒng)的實(shí)際工作原理，更不用說利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)開發(fā)了，與實(shí)現(xiàn)理想的課程目標(biāo)和畢業(yè)目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。可見，為適應(yīng)新工科培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的新要求[3-4]，必須對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課程進(jìn)行一系列的改革、研究和探索，構(gòu)建軌道交通網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課程的教學(xué)新體系。

目前，由于列車網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備集成程度高且價(jià)格昂貴，該領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)人員主要分布在機(jī)車制造企業(yè)中，高校內(nèi)掌握相關(guān)理論和技術(shù)的一線教師較少，開設(shè)該課程學(xué)校也不多，可選用的教材也較為有限。這種資源短缺的情況，無(wú)疑對(duì)授課老師提出更高的要求。授課老師不僅需要具有雙師資質(zhì)，還必須具備扎實(shí)的科研背景和豐富的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)中的子設(shè)備品類繁多，硬件拓?fù)溥B接復(fù)雜，組態(tài)軟件獨(dú)特且不易掌握，這些都是授課和實(shí)踐教學(xué)中較難解決的重要問題。在新工科理念的引領(lǐng)下，列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的教學(xué)改革有了清晰的方向，明確的目標(biāo)和具體的要求。對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)教學(xué)進(jìn)行改革，其內(nèi)容主要包括以下三部分：課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)改革、教學(xué)方法改革、考核方式改革。

2 改革課程內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的合理安排是提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的必要條件。為了滿足新工科多元化人才的培養(yǎng)目標(biāo)，必須改革現(xiàn)有的課程內(nèi)容體系。將教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)調(diào)整并模塊化，不同模塊培養(yǎng)學(xué)生不同的能力。更有助于學(xué)生對(duì)抽象內(nèi)容的理解和消化，提升思維能力和相關(guān)技能。

列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課程具有鮮明的軌道交通特色，是交通設(shè)備與控制工程專業(yè)、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)的重要課程。對(duì)于軌道交通設(shè)備及其相關(guān)領(lǐng)域具有創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具有重要的支撐作用。該門課程教學(xué)內(nèi)容較為豐富，涉及列車通信網(wǎng)絡(luò)功能和特點(diǎn)，列車通信網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)架和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞葍?nèi)容。講授列車通信網(wǎng)絡(luò)的過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)協(xié)議，并根據(jù)過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)的不同傳輸機(jī)理，分析不同網(wǎng)絡(luò)情況下的報(bào)文傳輸情況；討論絞線式列車總線初運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)過程以及介質(zhì)附件單元的工作特點(diǎn)。上述理論是目前主流列車通信網(wǎng)絡(luò)，未來(lái)以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用也以此為架構(gòu)，因此列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的前沿性內(nèi)容在改革后的教學(xué)內(nèi)容中均有反映，這體現(xiàn)了教學(xué)實(shí)踐與時(shí)俱進(jìn)的特點(diǎn)。

新工科特別注重學(xué)生實(shí)踐能力以及創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。對(duì)多個(gè)企業(yè)調(diào)研分析后，我們對(duì)現(xiàn)有課程的內(nèi)容與架構(gòu)實(shí)施調(diào)整。課程體系分為兩個(gè)模塊，模塊一以通信基礎(chǔ)理論為主，包括實(shí)體部分和協(xié)議部分。實(shí)體部分主要指通信系統(tǒng)的硬件組成，協(xié)議部分是雙方為通信達(dá)成的一致性協(xié)約，從底層物理層開始一直到頂層應(yīng)用層，定義列車通信的整體框架。從實(shí)體過渡至協(xié)議就是抽象化的過程，是學(xué)生形象思維和理解能力的培養(yǎng)過程。模塊二以CRH3車型為例，構(gòu)架列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)理念，扎根于絞線式列車總線和多功能車輛總線，以功能設(shè)計(jì)的方式逐步深入，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。該模塊又可分為幾個(gè)子模塊：實(shí)時(shí)協(xié)議中不同種類數(shù)據(jù)的通信原理、車輛總線的設(shè)備和數(shù)據(jù)解析、列車總線的初運(yùn)行過程。

3 啟發(fā)式教—學(xué)互動(dòng)的教學(xué)方法

結(jié)合思政教育，新工科在培養(yǎng)學(xué)生工程思維和創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、溝通協(xié)作能力以及創(chuàng)新實(shí)踐能力。如果單純地以教師為中心，在課堂上采取單一的灌輸式教學(xué)，是難以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的。必須將教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向互動(dòng)的模式，讓學(xué)生更大程度的融入課堂，逐步成為課堂的主人，打造真正的師生活躍的高效課堂。

啟發(fā)式教—學(xué)，講練互動(dòng)，主要應(yīng)用于通信基本理論知識(shí)的教學(xué)內(nèi)容中。根據(jù)學(xué)生的專注時(shí)間，每小節(jié)課由兩部分組成，一部分是老師進(jìn)行理論內(nèi)容的講解，主要采用啟發(fā)式教—學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，潛心探索；第二部分對(duì)學(xué)生思維進(jìn)行訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生采用正確的方式思考難點(diǎn)問題，真正提高在課堂上的學(xué)習(xí)效率。為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，盡量采用啟發(fā)、提問、討論、工程舉例、課堂練習(xí)的教學(xué)方法。課前進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，課上先提出讓大家感興趣的實(shí)際問題，然后讓學(xué)生討論可能出現(xiàn)問題的原因，再利用工具、設(shè)計(jì)方案，最后解決問題。以車輛總線數(shù)據(jù)解析為例，首先，啟發(fā)性地提出問題“如果執(zhí)行器如牽引制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)故障，但是不能實(shí)現(xiàn)正常的功能，那究竟是誰(shuí)的問題呢，是網(wǎng)絡(luò)傳輸問題、軟件配置問題還是線路干擾問題等？”；然后，就采用示波器或網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行討論；最后，得出結(jié)論——必須要掌握車輛總線的數(shù)據(jù)格式才能解析出數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)問題。這樣看來(lái)，問題不難解決，但是在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候?qū)W生無(wú)法理解軟硬件的配合過程。授課教師將科研成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，緊密結(jié)合授課內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上錄制某種特定功能具體實(shí)現(xiàn)過程的視頻進(jìn)行輔助講解，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)應(yīng)用的理解和創(chuàng)新能力。

引領(lǐng)研討式互動(dòng)，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)協(xié)議理論部分的授課。課前布置專項(xiàng)作業(yè)，學(xué)生查閱文獻(xiàn)做好充分調(diào)研，分析出過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)在各個(gè)設(shè)備中的路由傳輸過程，繪出過程圖。學(xué)生分組討論、學(xué)習(xí)、分析，可以將知識(shí)學(xué)習(xí)變成能力培養(yǎng)。車輛總線、列車總線和CRH3網(wǎng)絡(luò)，涉及網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用方面的知識(shí)，通過學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用硬件和軟件設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜列車網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐能力以及解決問題能力。課上以精訓(xùn)為主引領(lǐng)學(xué)生建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思維讓學(xué)生體會(huì)網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，踐行在實(shí)踐中成長(zhǎng)的教學(xué)理念[5]。

4 過程考核的多元化評(píng)價(jià)體制

該門課程之前一直以理論教授為主，評(píng)價(jià)方式也將期末閉卷考試作為主要的方式。這就會(huì)導(dǎo)致有一部分學(xué)生平時(shí)不重視學(xué)習(xí)，出現(xiàn)課堂不聽講、作業(yè)抄襲、甚至厭學(xué)的現(xiàn)象。僅憑期末的突擊、硬背，在課程結(jié)束后，學(xué)生不僅不能掌握列車通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論，對(duì)于難點(diǎn)無(wú)法理解，甚至連列車通信網(wǎng)絡(luò)的基本概念和通信拓?fù)涠几悴磺宄?，根本無(wú)法達(dá)到理想的教學(xué)效果。改革后，過程考核評(píng)價(jià)不僅僅體現(xiàn)在課堂上，而是始終貫穿于整個(gè)課程教學(xué)階段的課內(nèi)外。課程成績(jī)不再只依據(jù)一張?jiān)嚲硗瓿煽己耍歉⒅剡^程和結(jié)果雙重考量，將考核分散在教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中才能更好地體現(xiàn)新工科綜合能力提升的培養(yǎng)目標(biāo)要求。其中，平時(shí)部分成績(jī)占總成績(jī)的40%，包括作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)綜述。作業(yè)和測(cè)驗(yàn)主要考察的是學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信理論的理解程度，對(duì)實(shí)際應(yīng)用的可操作程度。建立試題庫(kù)，知識(shí)講授完后，利用“學(xué)習(xí)通”隨堂測(cè)試，促進(jìn)重要知識(shí)點(diǎn)全面、快速、有效地吸收，為后面課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由于所需設(shè)備種類較多，且設(shè)備數(shù)量有限，該門課程設(shè)置了四個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，包括車輛總線物理層通信介質(zhì)與報(bào)文分析、過程數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。文獻(xiàn)綜述是讓學(xué)生選擇某一CRH車型或者一種總線，通過查閱文獻(xiàn)的方法，了解該總線的功能、發(fā)展和現(xiàn)狀，其中有一些相關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)一步提升學(xué)生的信息獲取能力，并了解軌道交通設(shè)備設(shè)計(jì)、控制與維護(hù)領(lǐng)域的國(guó)際動(dòng)態(tài)。未來(lái)，課程還會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)過程考核的全面、深入實(shí)施，加大平時(shí)成績(jī)所占比例，注重新工科人才能力培養(yǎng)的實(shí)施和完善。

近幾年雖然受新冠疫情的影響，但上述改革方法仍然得到了很好的實(shí)踐效果。授課老師建立完善的線上資源體系，設(shè)計(jì)了課前、課中、課后立體化的學(xué)習(xí)模式。新的教學(xué)內(nèi)容體系突出模塊化特點(diǎn)，學(xué)生可以根據(jù)各個(gè)模塊的邏輯關(guān)系形成不同的設(shè)計(jì)思維模式，增強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)理論體系的理解。啟發(fā)式教—學(xué)互動(dòng)成為線上授課的重要方式，高頻率的互動(dòng)反哺教學(xué)設(shè)計(jì)，啟發(fā)式的教—學(xué)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生無(wú)法到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，老師可以通過仿真平臺(tái)將實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行拆解，結(jié)合硬件視頻和操作，深入講解通信實(shí)現(xiàn)過程。

5 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課程的特點(diǎn)，按照新工科人才培養(yǎng)模式的要求，分別從三個(gè)方面提出了幾點(diǎn)教學(xué)改革的建議。教學(xué)內(nèi)容上，為更好地體現(xiàn)列車通信網(wǎng)絡(luò)的前沿技術(shù)，改進(jìn)目前的教學(xué)體系并模塊化；授課方式上，更多地采用教—學(xué)互動(dòng)模式，通過啟發(fā)、案例教學(xué)等方法進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生思維能力；課程評(píng)價(jià)方式上，完善學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核機(jī)制，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合能力的評(píng)價(jià)。在教學(xué)過程中，應(yīng)時(shí)刻注意以學(xué)生為導(dǎo)向，克服列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)授課的各種困難，形成新工科列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課程新體系，為培養(yǎng)軌道交通類新工科復(fù)合型和創(chuàng)新型人才做出新探索。