面向智能制造的“列车通信网络”教学法

2018-04-12张坤鹏陈复扬刘子英陈世明

电气电子教学学报 2018年1期

张坤鹏，姜　斌，陈复扬，刘子英，陈世明

(1.华东交通大学电气与自动化工程学院，江西南昌 330013 2.南京航空航天大学自动化学院，江苏南京 210016)

0　引言

智能制造能够实现个体制造单元与基于网络制造系统柔性智能化集成，目前已成为“中国制造2025”最重要的内容[1]。在日益竞争激烈的智能交通系统体系建设中，我国先进轨道交通装备有望在制造业十大重点领域中领先实现突破发展[2]。其中，面向智能制造的列车通信网络设备发挥着重要作用。

“列车通信网络”是华东交通大学面向全校轨道交通电气类专业开设的一门专业课，一般安排在大四上学期开课。该课程专业性强，知识点庞杂且抽象难懂，课堂教学活动是该课程教育的最重要组成部份。严明而富有弹性的课堂纪律是保证课堂教学活动高效进行的前提条件。然而，随着功能丰富的智能手机兴起和普及，课堂上玩手机的“低头族”学生为数不少，而且呈现年级越高越严重的态势，成为影响本课程课堂教学效果的一大原因。不同于“无手机课堂”的强制解决办法，以物联网、云计算和无线通信等技术为核心，兼具灵活性、实用性、包容性和交互性等为特点的智慧课堂建设，充分发挥手机的优势，已成为近年来教育技术的研究热点[3]。就“列车通信网络”课程教学而言，引入智慧课堂教学如何扬其长、避之短，结合传统教育的优良理念来提高课堂教学效果、营造全体学生满意的教学氛围就是本文探讨的主题。

1　“列车通信网络”课程建设背景

近年来，华东交通大学轨道交通类课程教学坚持面向轨道交通装备制造业现场一线，面向国家重大战略需求，把握“高铁走出去”的国际化竞争力优势，积极探索智能制造背景下复合型创新人才培养的新途径。

根据我国现代铁路交通网络发展趋势，华东交通大学建立了博士授权学科专业(控制科学工程和交通运输工程)、省级轨道交通电气化与自动化工程研究中心、校级研究院(轨道交通自动化研究院、轨道交通牵引电气化研究院)三位一体的“交通特色、轨道核心”特色支撑体系。

华东交通大学自动化专业为国家级特色专业建设点，在2003年底率先在国内铁路院校同行中开设“铁道信号”专业，并在2012年整合校内相关专业教学平台(信号工技能鉴定的实物教学系统平台、计算机联锁仿真实验系统等)的基础上成立了“轨道交通信号与控制”专业，为铁路一线培养了大量的信号类人才。经过十多年的专业建设，华东交通大学已形成了从专科、本科、硕士、博士到博士后的列车通信网络技术人才完整培养体系，并取得了明显的社会经济效益。在此背景下，也加快了“列车通信网络”作为该培养体系中一门重要课程建设和改革的步伐。

2　面向智慧课堂的教学法

2.1　从智能制造需求中凝练教学问题

在面向智能制造需求的“列车通信网络”教学改革过程中，一个重要的措施就是引入智慧课堂教学方法。以华东交通大学2011级毕业班-电子信息工程专业1-4班共120人合班教学为研究案例，在三维教学目标(知识与技能目标，过程与方法目标，情感、态度、价值观)导向下，智慧课堂教学法综合应用课堂礼仪、专业资源多渠道共享、即时内容推送、工程案例深入剖析、智能学习启发、目标反馈评价和协作互动问答等方法，实现了“列车通信网络”课程教学改革(如图1所示)。

图1　智慧课堂教学改革

从图1可以看出，对于智慧课堂这类开放的复杂系统来说，笔者通过调研智能制造带来的技术转变，把前期课程教学的思维、经验、知识、智慧以及各种资料和信息等汇集起来，探索智能制造技术与轨道交通类人才培养模式的交叉点，在定性和定量两个方面展开“列车通信网络”教学效果研究。笔者结合南京航空航天大学的卓越工程师培养模式经验，在国家自然科学基金重大项目、江苏省教育厅教改项目、江西省高等学校教学改革研究课题、江西省教育厅科学规划课题、江西省研究生教改项目和华东交通大学科研基金项目的支持下，开展了“列车通信网络”智慧课堂教学法的授课模式。具体内容如下：

(1)课题组成员积极主动走访招生就业部门、学工部门、科研院所和相关企业单位，深入调研当前毕业生和用人单位的迫切需求，及时掌握轨道交通装备制造业生产一线对人才培养模式的动态要求，并从实际生产过程中提炼出具有前瞻性的科学问题进行研究。

(2)通过发挥集体智慧，取长补短的集体备课与讨论，将凝练的文字、图像、声音等多媒体信息形式综合集成到电子教案中。

(3)将反映智能制造需求科技项目融合到智慧课堂的案例教学中，让难懂的课程内容生动化、形象化，为毕业班专业课程教学提供了一个全新的思路。

2.2　面向智慧课堂的教学特征

“列车通信网络”是一门多学科交叉课程，其内容涉及到计算机网络与通信基础、微机控制基础、列车通信网络、CRH系列动车组网络控制系统和列车自动运行控制系统等。考虑到这门课程只有32学时的课堂教学时间，即使简单地借助先进的信息技术来教学，也很难摆脱满堂“快键式播放”的困境。因此面向智能制造的教学改革必定使毕业班教学活动经历着巨大变革，教学技能的运用也必然面临着理念不断更新和信息技术深入探索的要求，需要在继承中创新，更好地为课堂教学服务。

在智慧课堂中首先引入课堂礼仪是一项创新，有助于营造人性化的课堂气氛，建立师生互相尊重的集体氛围，有助于课堂教学在协作互动中高效进行。更重要的是，基于课堂礼仪的专业知识授课，不是停留在认知层面的知识掌握上，而是重视通过现代信息伦理教育手段(比如7.23动车组追尾事故人文关怀视频)引导学生去体验其中的情境，学到蕴涵其中的正确立场，使教学上升到一个新高度。

1) 基于课堂礼仪的知识传授

教育家第斯多惠曾说过：“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒和鼓励”。然而，现如今“上课礼”在高校甚是少见。现代高等教育的一个关键问题是道德主体地位的缺失，而用人单位又特别重视毕业生的德育修养，如何在有限的课堂时限内权衡传授知识与加强德育教育，一直是智慧课堂教学中面临的重大理论问题。为了避免面向智慧课堂的毕业班教学走向放任自流的弊端，笔者始终以“德才兼备，德必为先”来要求自己以及每一个学生。不同于传统课堂的严格纪律约束，也异于毫无约束的微课，富有弹性的德育教学模式优于不考虑实际情况、缺乏生机的课堂灌输。

苏霍姆林斯基曾说：“教师的语言修养，在极大程度上决定着学生脑力劳动的效率。”通过反复观摩前辈们温和谦逊的授课教学神态以及密切跟踪智能制造相关的前沿教学视频，笔者逐步掌握了精练、朴实、通俗易懂、实事求是的教学语言。例如，施行“上课礼”不仅没有浪费规定的教学学时，还能营造愉快的课堂氛围，促进课堂教学效果明显得到提高。在一个学期的坚持过程中，即使是最初毫无“上课礼”概念的大四毕业班学生，他们也能很快地意识到开始上课的重要性，并学会借助智能手机及时查找信息，解答课堂涉及的开放性问题，但又不沉溺于手机游戏和微信聊天等环节中。这种教学法有助于提高学生的约束力和注意力，促进毕业生未来职业生涯素养的养成。一个学期以来，除特殊情况外，四个班的考勤率有了明显提高。该课程年度网上评教满意度处于华东交通大学本科教学质量测评前50%。

2) 专业资源多渠道共享

借助前辈们积累的丰富现场经验和资料，针对课程的专业特点和智慧课堂的要求，笔者以全新的思路对“网络与通信基础”、“微机控制基础”和“列车通信网络”等课程知识点进行分类提炼和整合；考虑到学生在通信与信息系统专业上的优势，不仅将重点放在列车通信网络平台的功能协同上，还提供了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5动车组信息控制系统等专题供学生讨论。

为了让学生提前了解上课内容，笔者通过华东交通大学智慧校园平台将相关专题PPT发送到他们的智能手机和个人电脑中。借助QQ、手机APP客户端软件、电子邮箱等平台，他们可以将自己的想法及时反馈回来。在智慧课堂教学过程中，讨论可以代替课后作业，有效地减少了大四毕业生的课外负担。通过和学生的全方位交流，可以全面详细地为学生讲授该课程在工程中的应用价值。更为重要的是教师也会不断地受学生的反馈启发，重新思考相关基本概念和理论，同时促进青年教师的科研水平和科研能力的增长又孕育着一流的教学水平。这种肯定-否定-否定之否定的课程改革发展规律，不仅使面向智能制造的“列车通信网络”教学法受到学生的欢迎和认可，也促进了青年教师又好又快的成长。

考虑到大四毕业生存在就业、考研深造等压力，以及参差不齐的专业素养，单一的智慧课堂教学方法难以避免“抱团取暧”现象的发生。教育家第斯多惠说：“教学成功的艺术就在于使学生对你所教的东西感到有兴趣。”我们本着服务学生的原则，将智慧教育从课堂延伸到课外，借助华东交通大学智慧校园平台，为学生提供上课、找工作和考研备考的咨询服务，排解学生择业需求的困惑，让学生从内心深处喜欢该课程，从而提高毕业班课堂教学效果。

3) 即时内容推送

借助目标反馈评价体制，笔者立足每一节课、优化教学内容；借助智慧课堂的常态录播、互动教学等功能，权衡板书与多媒体播放的动态教学过程。笔者重视课堂上即时内容的推送，采取的措施如下：(张坤鹏等文)

(1)经常走下讲台，边讲边观察学生的动态表现。通过协作互动的随机问答环节，鼓励每一个学生都积极参与，即使是难以回答的问题，也鼓励大家借助智能手机来查找资料。

(2)对于一些无法解答的工程案例问题，笔者通过参加相关培训班和轨道交通前沿讨论会来收集现场视频资料，然后在课堂中有针对性的播放。

(3)通过边讲解边播放的直观教学，让学生体会到工程实践教育的紧迫性和重要性。

(4) 借助国家自然科学基金重大项目的推进：从项目中“列车自动运行控制系统”的知识点上提炼“车-地双向无线闭环通信”和“故障-导向安全的行车组织”教学模块，以此较好地培养学生的系统性、整体性的观念，练就良好的逻辑思维，并拓宽他们的就业范围。

(5) 在课间休息期间，笔者主动到学生中间询问，为学生就业、考研等关心的问题排忧解难。通过这种启发式交流，激发了大家的学习热情，也让教师更好地了解学生实际情况，从而提高了课堂教学质量。

4) 智能学习启发

为了让基于智慧课堂的教学方法更好地服务智能制造背景下的先进轨道交通装备技术，笔者将自己主持和参与的科研项目成果引入到课堂，让学生对前沿成果有了看得见、摸得着的直观认识，并引导大家积极参与到大学生科技园配套的创新创业活动中。此外，从典型动车组网络控制系统的问题需求出发，笔者采用了全新的逆向思维方法开展教学，从工程概念探寻关键技术，到理论分析，最后总结工作原理，这种方法具有很强的轨道交通指向性，符合轨道交通教学改革发展规律。