謝鎧澤 徐浩 趙維剛 趙振航

摘要 文章針對軌道工程教學(xué)中存在的教材內(nèi)容更新滯后、課程內(nèi)容脈絡(luò)不清、理論與實踐割裂及考核偏重理論知識等現(xiàn)狀，結(jié)合新一代信息技術(shù)發(fā)展背景下鐵路行業(yè)的發(fā)展趨勢及其對專業(yè)技術(shù)人才能力需求的變化，從教學(xué)課程內(nèi)容優(yōu)化、多種教學(xué)模式并用、課堂―鐵路局交互擴展以及鐵道工程競賽引入等方面開展了教學(xué)改革探索。實踐教學(xué)改革旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與積極性，尤其是學(xué)生運用理論知識解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞 軌道工程；工程實踐；教學(xué)改革；內(nèi)容優(yōu)化；教學(xué)模式

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.15.037

近年來，隨著鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，我國鐵路營運里程已從2012年的9.8萬公里增長到2022年的15.5萬公里，尤其是高速鐵路從0.9萬公里增長到4.2萬公里，儼然成為我國城市空間擴展的強大驅(qū)動力。我國鐵路已經(jīng)從大規(guī)模設(shè)計和建造進入基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)維護階段。在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化建設(shè)的背景下[1]，為確保如此龐大規(guī)模的鐵路運營線路的安全，各鐵路局所需的鐵路養(yǎng)護維修人員缺口量巨大[2]，鐵路行業(yè)人才緊缺的狀況日益凸顯。

軌道工程作為鐵路行業(yè)最具特色的專業(yè)課程，旨在讓學(xué)生掌握鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔等軌道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成，了解軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計、建造與維護，從而培養(yǎng)學(xué)生分析與解決軌道減振降噪、道岔提速、軌道受力、無縫線路穩(wěn)定性等問題的能力，提高學(xué)生進行軌道幾何形位檢測、結(jié)構(gòu)設(shè)計、大修與維護、部件強度檢查等的實踐水平，為建設(shè)中國的高鐵軌道事業(yè)作出自己的貢獻。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能了解軌道結(jié)構(gòu)體系，理解軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及運維的原理和方法，可進行軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計等，具備發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力[3]。

隨著科技的發(fā)展，我國軌道交通行業(yè)專業(yè)人才需求激增，行業(yè)對專業(yè)人才的要求也不斷提高，不僅需要具備扎實的軌道設(shè)計、施工、運維的專業(yè)知識，還需掌握新技術(shù)的應(yīng)用。為此，軌道工程課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教育目標應(yīng)主動求變，深化改革，不斷提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，為“交通強國”建設(shè)提供人才儲備。

1軌道工程課程教學(xué)現(xiàn)狀

軌道工程課程經(jīng)過多年發(fā)展，已形成系統(tǒng)的教學(xué)體系，并開設(shè)了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，但仍存在一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.1教材內(nèi)容更新滯后，不適應(yīng)時代發(fā)展

以北京交通大學(xué)高亮教授主編的《鐵路軌道》作為新出版教材的代表（以下簡稱新教材），以同濟大學(xué)練松良教授主編的《軌道工程》作為傳統(tǒng)教材的代表（以下簡稱經(jīng)典教材），新教材確實增加了部分新內(nèi)容，例如在養(yǎng)護維修方面增加了高速鐵路運維，在軌道交通方式方面增加了直線電機軌道交通、獨軌交通、磁懸浮軌道交通等內(nèi)容的介紹，但新增加內(nèi)容篇幅少，且均以概述的方式增加，未形成知識體系，在教材中的重要性并未凸顯。高速鐵路技術(shù)日新月異，教材中涉及高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、運維的新方法、新技術(shù)、新設(shè)備均未體現(xiàn)，與現(xiàn)場實際應(yīng)用存在嚴重脫節(jié)，未能緊跟時代發(fā)展，更無法滿足學(xué)生就業(yè)后所需具備的知識儲備。

1.2內(nèi)容脈絡(luò)不清，未適應(yīng)體系構(gòu)建需求

課程內(nèi)容不僅包含軌道結(jié)構(gòu)組成、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，還包括軌道施工和運維等方面的數(shù)據(jù)測量、處理和分析等方面的知識。部分內(nèi)容之間相互獨立，缺乏有效銜接，例如軌道幾何形位與軌道部件等；部分內(nèi)容之間存在知識點相互交錯的現(xiàn)象，例如特殊地段的軌道過渡段與軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、鋼軌中的軌縫設(shè)計與無縫線路軌縫設(shè)計、無縫線路穩(wěn)定性與軌道幾何形位等。以上內(nèi)容的編排未充分考慮學(xué)生知識體系構(gòu)建的需求，即課程內(nèi)容無清晰的脈絡(luò)發(fā)展過程，學(xué)生學(xué)習(xí)難度增加，易喪失學(xué)習(xí)興趣，更不利于自主學(xué)習(xí)模式的構(gòu)建，影響教學(xué)效果。雖然諸多教材在此方面進行了有益探索，例如將道岔緊跟軌道結(jié)構(gòu)之后、結(jié)構(gòu)設(shè)計和無縫線路計算置于最后，形成單獨的知識模塊，便于學(xué)生模塊化學(xué)習(xí)，但這種方式也無法有效避免知識相互交錯給學(xué)生學(xué)習(xí)造成的困擾。

1.3理論與實踐割裂，未適應(yīng)認知過程

課堂教學(xué)一直以來都是我國高校主要的教學(xué)模式，在人才培養(yǎng)方面起到重要的作用。課堂教學(xué)雖能很好地傳授理論知識，但軌道工程作為一門應(yīng)用型課程，要求學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，需要大量的工程實踐來強化該能力的培養(yǎng)。目前，該課程采用課程設(shè)計、認識實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)彌補課堂理論教學(xué)的不足。受到整體課程教學(xué)安排和教學(xué)課時的限制，實踐教學(xué)開展時間均設(shè)置在理論教學(xué)完成后，甚至有些工程實踐教學(xué)開展與理論教學(xué)之間有半年甚至一年的時間差，未遵循學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律，使得實踐教學(xué)成為科普教學(xué)，學(xué)生對工程實際的認識深度、實際問題產(chǎn)生的原因和解決方法更是一知半解，達不到預(yù)期。此外，部分實踐課程由于鐵路運營的封閉性和安全性要求，進一步減少了實踐教學(xué)的深入程度和實踐機會。

1.4考核方式偏重理論，未適應(yīng)應(yīng)用需求

考核方式和考核內(nèi)容不僅是評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段[4]，也是學(xué)生開展學(xué)習(xí)的重要指揮棒。當(dāng)前軌道工程仍采用試卷考試與課堂測評（主要包含課堂出勤率、課堂表現(xiàn)及課后作業(yè)完成情況等）相結(jié)合的考核模式，從而評價學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度。然而，該課程不僅包含了諸多理論方面的知識，也包含了許多需要學(xué)生實際操作的內(nèi)容，例如軌道幾何不平順的測量等。由于理論考試中對于實際操作的考查較難實現(xiàn)，因此學(xué)生學(xué)習(xí)中也將重點放在軌道幾何形位等相關(guān)理論知識的理解上，忽視測試的原理、方法和操作等。同時，考試時間短與課程內(nèi)容知識繁多的矛盾也導(dǎo)致試卷內(nèi)容無法遍歷所有知識點，更無法包含現(xiàn)場實際需求，從而導(dǎo)致學(xué)生掌握知識到現(xiàn)場實際應(yīng)用之間還存在較大的“鴻溝”。而且這種考核模式也不能科學(xué)反映學(xué)生掌握知識的程度。

2軌道工程教學(xué)改革的探索

針對“軌道工程”課程教學(xué)中存在的不足，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)組織模式和教學(xué)評價方法方面展開探索。

2.1優(yōu)化課程內(nèi)容，豐富學(xué)生知識儲備

隨著數(shù)字化、信息化、智能化技術(shù)的發(fā)展[5]，社會對“新基建”專業(yè)技術(shù)人才[6]的需求不斷增長，因此軌道工程課程教學(xué)既要涵蓋傳統(tǒng)軌道工程的基本內(nèi)容，又要與時俱進地引入適應(yīng)高速鐵路、重載鐵路和城市軌道交通發(fā)展需要的新知識，并擴展與材料工程、信息技術(shù)、機械工程等學(xué)科的交叉知識，及時豐富軌道工程參考書籍的內(nèi)容，并優(yōu)化課程內(nèi)容脈絡(luò)。例如在介紹軌道幾何形位時補充高速鐵路成熟的高速動檢車相關(guān)的動態(tài)不平順檢測原理、檢測裝備、信號處理等內(nèi)容；在介紹軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)時增加無砟軌道設(shè)計計算方法、計算程序編制、設(shè)計的實際例子等；在介紹無縫線路設(shè)計計算時增加設(shè)計院采用的專用設(shè)計軟件的使用介紹和使用培訓(xùn)；在介紹養(yǎng)護維修時增加無砟軌道病害檢測、維修材料、方法及設(shè)備等。通過在課堂教學(xué)中增加這些前沿知識和脈絡(luò)的優(yōu)化，不僅能充分體現(xiàn)軌道行業(yè)新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，還能提高學(xué)生的知識儲備量，讓學(xué)生能對軌道專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容有全面的認識，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，尤其是指導(dǎo)學(xué)生進行計算程序編制時，學(xué)生首先需要對理論知識加深理解，完成相關(guān)計算公式的推導(dǎo)等，這些過程就大大加深了學(xué)生對知識的理解程度，并易于形成學(xué)生自己的知識體系。

2.2多種教學(xué)方式并用，促進學(xué)生參與

在教學(xué)中引入“翻轉(zhuǎn)課堂”理念[7]，將學(xué)生分組，引導(dǎo)學(xué)生針對不同知識點開展資料的查詢、加工和匯報，調(diào)動學(xué)生的主動性和探索精神。

利用學(xué)校資源，在實驗室建立等比例無砟軌道和有砟軌道結(jié)構(gòu)模型，以小組為單位讓學(xué)生配合完成相關(guān)簡單的試驗（包括扣件系統(tǒng)的安裝、軌道剛度、道床縱橫向阻力及軌道幾何不平順的測量等），讓學(xué)生更加立體地感受軌道結(jié)構(gòu)的組成、功能、各部件的配合及各部件性能對整體性能的影響，并鍛煉學(xué)生的實際操作能力。

充分利用網(wǎng)絡(luò)資源（MOOCs、雨課堂等），讓學(xué)生對鐵路軌道的結(jié)構(gòu)、施工和養(yǎng)護維修有更加直觀的認識，教師在課堂中除了采用上述授課方式外，還可利用多媒體動畫及視頻方式，制作軌道部件和道岔結(jié)構(gòu)組成動畫、軌道現(xiàn)場施工和養(yǎng)護維修視頻等，讓學(xué)生對鐵路軌道結(jié)構(gòu)組成、軌道結(jié)構(gòu)的施工流程、現(xiàn)場養(yǎng)護維修工作重點及注意事項等有更加直觀的認識。

依據(jù)教學(xué)進度，邀請國內(nèi)鐵路行業(yè)（包括設(shè)計院、鐵路局、研究院等）知名專家?guī)еこ虒嵗哌M課堂，從特殊軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計、軌道結(jié)構(gòu)養(yǎng)護、軌道行業(yè)前沿技術(shù)等方面開展學(xué)術(shù)講座，讓學(xué)生了解軌道理論知識在實際中的應(yīng)用以及我國鐵路軌道的發(fā)展趨勢、熱點等，提高學(xué)生的應(yīng)用能力和分析能力，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野。

2.3擴展實踐教學(xué)機會，提高實踐能力

與當(dāng)?shù)罔F路工務(wù)段加強聯(lián)系，深入合作，在確保鐵路運營安全和學(xué)生安全的前提下，引導(dǎo)學(xué)生跟隨鐵路工務(wù)人員開展實際線路的軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)、軌道幾何形位等的檢查、病害的維修等工作，讓學(xué)生親自操作鐵路檢測設(shè)備、維修設(shè)備，體驗各類型作業(yè)的流程和注意事項，并鼓勵學(xué)生開展檢測數(shù)據(jù)分析等研究工作，進一步提高學(xué)生的工程實踐能力，縮小學(xué)生所學(xué)知識與現(xiàn)場應(yīng)用之間的“鴻溝”。但該教學(xué)方法耗時、耗力，并且存在安全風(fēng)險，故建議學(xué)生分批進行。

2.4引入鐵道工程競賽，提升解決實際問題的能力

突破試卷考試與課堂測評相結(jié)合的傳統(tǒng)考核模式，增加學(xué)生解決問題能力在考核中的占比。軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計是“軌道工程”的核心目標之一，其包含軌道結(jié)構(gòu)的組成、功能以及相關(guān)的力學(xué)計算分析等，基本貫穿整個課程內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生在課余時間分組開展軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作，培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識解決實際問題的能力；同時，在設(shè)計和制作過程中，引導(dǎo)學(xué)生進行文獻檢索、仿真軟件使用、計算報告編寫等，并將這些內(nèi)容包含在最終考核的結(jié)果中，形成綜合知識學(xué)習(xí)的“指揮棒”，突破學(xué)生“理論至上”的觀念，從而引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中將更多的精力放在知識的應(yīng)用層面，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生一畢業(yè)即具有可獨當(dāng)一面的能力。

3結(jié)論

軌道工程是一門教學(xué)內(nèi)容繁雜、操作性強的課程，課程組結(jié)合現(xiàn)代化軌道交通發(fā)展對人才知識和能力的需求，通過優(yōu)化課程內(nèi)容、增加教學(xué)方式、擴大實踐教學(xué)占比和引入鐵道工程競賽等方法，開展了以工程實踐為導(dǎo)向的軌道工程教學(xué)改革初探，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、豐富了學(xué)生的知識儲備、提高了學(xué)生的實踐能力、提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力，教學(xué)效果良好，基本達到了改革的目標。但實際改革中仍然存在一些問題，例如占用了學(xué)生的部分課余時間，鐵道工程競賽作品完成時間晚引起的成績提交與其他課程不同步等，下一步將進一步優(yōu)化課程內(nèi)容和學(xué)生投入時間，提高時間利用效率，提升課程綜合效果，真正達到所學(xué)即所用，所用促所學(xué)。

基金項目：2022年河北省研究生教育教學(xué)改革研究項目“面向交通土建領(lǐng)域的安全學(xué)科創(chuàng)新人才“五維”協(xié)同培養(yǎng)模式研究”（YJG2023064）；2022年河北省教育廳高等教育教學(xué)改革研究立項項目“新時代面向交通安全國家戰(zhàn)略需求的安全類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”（2022GJJG236）。

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