面向新工科的交通运输专业开放实验设计与探索

谢 超

（同济大学交通运输工程学院，交通运输工程上海市实验教学示范中心，道路与交通工程教育部重点实验室，上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室 上海 201804）

引言

“新工科”这一概念自2016年提出以来，在短时间内就迅速形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”。新工科要求培养能适应未来新兴产业或行业发展，有强大的实践力、创新力和竞争力的创新型卓越工程人才[1-5]。

同济大学交通运输专业一直立足专业特色，注重培养学生的实践能力、创新能力。为实现这一培养目标，很重要的一个教学环节就是实验教学。尽管一直以来实验教学内容不断调整更新，但其中仍存在着不少问题，制约着教学效果和学生实践能力、创新能力的提高。

一、实验教学存在的问题

（1）实验学时少：在教学培养计划中对实验学时有明确规定，但实验课时总体偏少。在有限的课内实验课时里，指导老师难以把实验内容完全展开。

以铁路调度集中CTC系统仿真实验为例，该实验只有2学时的课内实验，学生只能简单了解铁路调度的岗位职责、CTC工作原理和设备组成，却没时间了解各类突发情况下的情况分析和应对措施，更无法有效提高学生的动手能力和创新能力以适应新工科培养目标。

（2）实验考核单一：实验室多门实验都是每组20人同时实验，实验指导老师难以一一看清每个学生的每一步操作，无法有效考核实验过程的规范性，因此，考核往往只能侧重实验结果的考核。

（3）开放实验少：开放实验是非课内实验，不是每个学生的必修环节，属于对交通运输专业知识感兴趣的学生可以在课后空闲时间自由选择的实验项目。在开放实验里，学生有更大的科研自主性，因而受到学生的欢迎。但学生的空闲时间大多集中在晚上，实验时间不固定，实验人数不固定，实验指导老师不在就无法保证开放实验的正常进行。

为提高实验教学质量，培养学生的动手能力和创新思维，扩大实验开放势在必行[6-11]。

二、实验开放的措施与建议

（一）信息管理系统建设

智能时代的到来为资源开放共享的有效实现提供了技术保障。同济大学交通运输工程实验教学中心为有效扩大实验开放程度，提高实验管理，进行了实验信息系统建设。

学生首次预约开放实验前，必须先进行实验室设备操作和实验室安全培训并考试，通过考试方可取得实验室准入资格。实验室管理人员在取得实验室准入资格的学生校园一卡通上加载实验室门禁识别信息后，学生方可在实践教学管理信息系统（见图1）中进行开放实验项目网络预约。实验指导老师审核通过以后，学生在预约时间内通过校园一卡通进行门禁识别，进入实验室自主实验。

图1 实践教学管理信息系统

（二）开放实验设置

根据实验教学内容不同，开放实验分为两个层次，一是常规开放实验，二是创新型开放实验[12]。

1.常规开放实验设置

由于课内学时限制，很多实验无法在课内完成。为弥补课内实验的不足，实验室设置了大量常规开放实验。这类常规开放实验是对课内实验的有效补充和拓展。以铁路调度集中CTC系统仿真实验为例（见表1），铁路调度集中CTC系统是综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术，采用智能化分散自律设计原则，以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车与调车作业自动化的调度指挥系统。

表1 铁路调度集中CTC系统仿真系列实验

由于学时限制，铁路调度集中CTC系统仿真实验（2学时课内实验），只能完成表1中的实验1：CTC分散自律模式仿真实验（中心控制）的教学。学生在课内只能了解CTC系统组成、CTC设备基本原理等。

为帮助学生掌握铁路运输调度生产的整个作业过程，掌握CTC/TDCS技术作业设备的具体操作程序，实验室特别设置了CTC的开放实验。学生可以进行CTC分散自律模式仿真实验（车站操作方式）、CTC分散自律模式仿真实验（车站调车操作方式）、CTC非常站控模式仿真实验和CTC系统故障应急处置仿真实验的操作练习，

学生通过与课内实验配套的常规开放实验的学习，可以全面了解铁路运输调度生产全过程，大大提高对理论知识的理解和综合运用能力。

2.创新型开放实验设置

为帮助学生了解交通学科发展，跟踪学科前沿动态，培养创新思维能力和科学研究能力，实验室鼓励学生积极参加全国大学生交通科技大赛、“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛、“同路人”交通科技大赛等各类科技活动。

为此，实验室依托轨道交通运控一体化与安全评估仿真实验平台，利用引进的轨道交通系统软件（RAlLSYS）和自主研发的列车运行图计算机编制系统（TPM）、城市轨道交通乘务计划编制系统 （CPM）、市轨道交通车站客流分布仿真系统（Stapass）等，开发了一系列关于运输组织优化、货物运输、运营安全、布局优化、客流分析和乘务计划等方向的创新型开放实验项目。

学生可以自由选择这些创新型开放实验项目，也可以选择自己感兴趣的本专业方向的研究题目到实验室进行拓展性研究，以此为依托申报国家级、市级、校级各类创新活动项目等。

在这类创新型开放实验中，实验指导老师不再是实验的主导者，不对实验设置任何的条件限制和实验细节，只是对实验进行适当的引导，更多的是学生的主动探索。通过创新型开放实验，学生大大激发了科研兴趣，提高了学习主动性，培养了学生的创新思维、创新能力和专业素养。

三、实验考核

实验考核是实验教学中的一个重要环节，是检验实验教学效果的一个关键步骤。我们把实验考核落实到以下三个方面：

（一）出勤管理

学生进行预约，审核通过后，要准时通过门禁系统进入实验室进行开放实验。如因故不能参加实验，学生要提前取消预约。

（二）实验过程考核

实验考核重视过程考核，实验提供回放功能。指导老师对学生的操作过程不清楚或有疑问时，可以通过回放看清学生的操作，以此作为实验过程考核的依据。

（三）实验报告

实验结束，学生要提交实验报告。实验报告不再是简单的记录实验数据，而是完整的项目报告，除了记录实验过程、实验结果以外，更侧重实验结果分析，以及实验过程中的经验和教训的总结。

教师通过细化实验考核，大大增强了学生学习的主动性和自觉性，提高了学生的动手能力和创新能力，强化了学生对理论知识的综合理解运用和分析问题解决问题的能力。

四、结束语

“新工科”对交通运输专业人才的培养提出了新的要求和挑战。面向“新工科”，深化实验教学改革，加强开放实验建设，是提高学生动手能力，培养创新思维的有效途径，是提高交通运输专业人才培养质量的有效保障。