新形势下铁道工程专业智慧化教学及考核研究

王少锋 朱作晖

摘要：智慧化教学已经在大量课程上得到广泛应用，但铁道工程专业仍延续了传统的线下教学为主的形式。由于该专业具有极强的交叉学科特点，智慧化教育的推广面临着线上教学资源稀少、专业性较强等问题，可以通过共享多门线上翻转课堂来丰富教育资源，利用远程VR设备以及资源共享来进行智慧化实践教学。针对客观题的智慧化考核可采用剥豆豆等游戏化教学平台来提高课堂考核的公平度，而对主观题的智慧化考核可通过在题干中加入学生学号信息有效防止作弊，提高教学质量。

关键词：智慧化教学 铁道工程 交叉学科 智慧化考核

中图分类号：G652  文献标识码：A  文章编号：1009-5349（2020）17-0189-03

随着信息化时代的到来，教育领域开始全面深入地运用现代信息技术来促进教育改革与发展。各种智慧化教学平台与软件层出不穷，丰富了教学资源。在大量课程中，智慧化教学所占的比例已经远远超过了传统的板书教学。但在铁道工程专业上，智慧化教学的应用有待推广。

铁道工程主要研究铁道的规划、设计、施工、管理和养护等方面的基本知识和技能，涉及铁道、交通和土建等，包括铁道线路的规划，高速铁路的勘测设计，铁道的维护养护等，曾作为独立专业进行招生。在21世纪初本科专业被撤销，作为土木工程专业的一个方向进行培养[1-2]，而道路与铁道工程二级学科硕士点被划到交通运输一级学科门下。这既反映了铁道工程的交叉学科特征，但也导致专业人才培养的不连续，阻碍高层次人才的培养。

随着我国高铁技术的迅速發展，对专业人才需求越来越多，原教育模式已经不能适应现有需求。因此，原铁道部院校近些年又相继新增铁道工程本科专业，与土木工程平行培养[3]。本文将结合铁道工程专业的特点与历史，探讨新形势下铁道工程专业智慧化教学与考核方案的优缺点，以及相应改进方法。

一、铁道工程专业智慧化教学的特点

传统的铁道工程教学主要采用线下教学方式，以实践教学相辅助，且逐步提高实践教学比例。但智慧化教学未能得到广泛应用，则凸显出了本专业线上教学的几个特点。

1.智慧化教学资源稀少

铁道工程专业不仅具备土木工程与交通运输两种交叉学科的特点，还需要教师与学生具备一定的材料工程、机械工程、车辆工程以及数学规划方面的知识。大量的相关课程在教学资源网络上并没有拿来即用的现有课程。造成此方面的原因比较多，除了上述的交叉性与系统性以外，开设本专业院校数量过少也是其中一个主要原因。各高等院校各有所长，侧重点不同，能开设智慧化教学课程的资源不多。

另外，铁路运输种类较多，不同类型铁路的教学资源其互通性不强[4]。这就造成一门完整的线上教学需要结合多门课程的线上资源才能勉强达到要求。现有的线上教学资源平台比如MOOC、雨课堂、超星等暂时还无法实现几门课程的结合。

2.具有极强的专业性

铁路系统具有很强的系统性与整体性，任何一个部件的性能都影响到其他部件的设计制造与性能。智慧化教育资源受到设备性能的限制，不易展现铁路系统的复杂性。这种专业性也决定了智慧化教学资源制作的难度。现有资源多是线上三维动画资源与视频教程，可以作为传统教学补充。以道岔为例，道岔由转辙器、连接部分、辙叉及护轨三个单元组成。传统的线下教育过于平面化与二维化，难以展现道岔的结构全貌与工作原理，现场实践教学能最有效地展示道岔架构，但出于安全原因，现场教学难以展示列车通过时候的道岔行为特征，智慧化教育资源则可作为教学补充。

二、智慧化教学改进方案

针对铁道工程专业的教学特点，对新形势下的智慧化教学可采用一些对应的改进方案与措施。

1.丰富智慧化教学资源

铁道工程智慧化教学还需要相关学科的辅助资源。以中国大学慕课为例，现有的翻转课堂仅能提供一门课程的线上教学，教师一旦确定了所选课程，就只能以该课程为基础进行授课。但由于线上资源使用的教材并不一定与本课程完全相同，造成某些章节的缺失。但所缺失章节的线上教学资源很可能存在于另一门慕课的线上资源。

以专业课程《工务工程》为例，在中国大学慕课堂平台上仅能搜索到西南交通大学的《轨道工程》与《高速铁路运营与维护》两个教学资源，但单独的一个资源并不能完全包含《工务工程》的所有教学内容。因此，如果线上教学平台可以同时选择2—3门课程作为一门课程的教学资源，则可以充分利用全平台的资源。

2.铁道工程智慧化实践教学方案

实践教学在本专业中越来越重要，各院校都在逐渐提高实践教学的比例。在铁道工程施工技术课程中，这种特征体现得更加明显。无论是路基、桥梁、隧道，还是线路、轨道板、接触网等课程，除了对课本基础知识的讲述外，有条件的还需进行现场实践与模型演示[5]。但现场实践更多时候受到安全原因的限制，需要将智慧化实践教学资源结合起来才能达到最好的教学效果。

对于智慧化教学来说，传统的实践环节不易操作与执行。但VR技术则可以弥补这种不足，不仅可以进行复杂的危险性较大的实践教学，还可以让学生反复操作，直到掌握为止[6]。

但由于VR技术需要专业仪器与设备，实施VR实践教学需要学生到专业的设备室进行操作。要达到远程智慧化实践教学，还要配置专业的线上远程接收设备，这需要VR设备相关企业进行配合研究，建立相关产品市场。另外，由于各高校所拥有的资源不同，可进行线上VR资源开放共享，极大完善本专业的智慧化实践教学资源。

三、智慧化教学考核方法研究

1.客观题的智慧化考核

在铁道工程智慧化教学中，公平公正的考核越来越重要。由于学生自控能力不强，极易在智慧化教学中分散注意力，更有学生利用智慧化教育设备玩游戏。为了抓住线上教育学生们的注意力，中国大学慕课堂采用了视频教学中任意时刻插入问题的方法。当讲解到某个知识点时，相关问题弹出，学生必须回答正确才能继续进行下一步的学习，而学生的答案也可以自动计算成绩。该方法能一定程度上减少智慧化教学的学生分心问题，但由于网络资源以及搜索引擎的便利，仍然无法阻止学生对答案的剽窃与抄袭。

针对这种情况，国内出现了多种游戏化教育平台，如雨课堂、剥豆豆等。这类平台的特点是寓教于乐，将考核题目设计成游戏形式，利用学生的好玩天性，提高学生学习兴趣。

以《铁道工程专业英语》课程为例，教师可在剥豆豆平台上提前设置一套课堂考核题目，学生可通过实时加入码进入测试平台，如图1所示。

学生进入平台后，教室大屏幕上显示题目与选项，如图2所示。

而学生移动平台显示不同颜色的选项，并且需要在限定的时间内选出正确答案，如图3所示。

有参与的学生都会有各自的得分，得分将根据学生答题的正确率和答题所用时间而不同，正确率越高和答题时间越短，得分将越高。最后的排名不仅对学生学习产生激励，还能区分出学生不同层次的掌握程度。

除了课堂练习考核以外，这类游戏化教育平台还有很多其他教学功能，比如设计调查问卷、组队竞争等模式，亦可作为考勤的一个补充手段，最大限度地节省课堂时间。教师也可随时看到学生的个人表现与班级集体表现、题目的正确率等情况。虽然在备课过程中的设计题目會占用教师一定的时间，但却能为教师节省下大量的课堂测试分析以及作业批改时间，是一种优势大于弊端的考核方式。

2.主观题的智慧化考核

客观题的特点有其自身局限性，即使学生未能掌握该知识点，也有一定的概率能够选出正确答案，因此，铁道工程考核中应包括主观题与计算题，但在智慧化教学中仍然无法消除抄袭现象。

针对此问题，可在考核时适当加入一些变化成分，使得每个学生的题目都有所不同，以“铁道工程测量”课程为例，为考查学生对线路施工测量中的坐标推算掌握程度，考核题目如下：

已知αAB=65°12′01″，xB=3065.347m，yB= 2135.265m，坐标推算路线为B→1→2，测得坐标推算路线的右角分别为βB=32°30′12″，β1=261°06′16″，水平距离分别为DB1=123.70#m（这里的#请填入你的班级号码，1班填1，2班填2，依次类推），D12=98.5**m（这里的**请填入你的学号后两位），试计算1，2点的平面坐标。

这道题的创新点是加入了与学生学号相关的内容，使得每一位学生的题目已知项均有不同，很容易分辨出抄袭者与被抄袭者，且能有效震慑住有抄袭计划的学生。最终答案与班级学号关系并不大，仅仅是平面坐标（x，y）的小数点的后第2、3位变成了“班级+学号”的组合，因此对于阅卷老师来说并没有增加多少工作量。

理论上来讲，任何计算题都可采用该方法来防止学生的作弊，但如果不同的学号导致最终结果相差较大时，则需要教师事先用批量计算代码得到每一位学生的答案。此外，该方法仅适用于非匿名评卷，匿名评卷时需另做变通。

四、结语

本文基于铁道工程专业的历史与特点，针对新形势下智慧化教学背景，分析了本专业智慧化教学主要存在着线上资源稀少、专业性强等问题，提出了在同一平台选择多门线上翻转课程的教学资源改善方案，以及发展VR线上远程接收设备等线上实践教学的改进方案，采用相应的游戏化教育软件进行智慧化客观题教学考核以及在主观题考试中加入学生的学号信息，能进一步防止作弊与抄袭，有效提高本专业线上教育的质量。

参考文献：

[1]扈涛.铁道工程专业人才培养模式改革路径探讨与实践[J].科技经济导刊，2019，27（35）：159.

[2]王卫东，谢友均，娄平，等.轨道交通行业工程类人才培养探索与实践[J].高等建筑教育，2018，27（6）：36-43.

[3]马晓川，党姗，张鹏飞.基于翻转课堂的铁道工程专业教学探索：以“铁路轨道”课程为例[J].科教文汇，2019（6）：80-81.

[4]段晓峰，韩峰，王保成，等.“新工科”背景下铁道工程专业课程设置研究[J].教育教学论坛，2019（6）：210-211.

[5]王英杰，时瑾，白雁，等.加强实践环节的铁路线路课程设计探索[J].教育教学论坛，2019（18）：116-117.

[6]沈宇鹏，蔡小培，时瑾，等.VR技术在铁道工程认识实习中的应用研究[J].中国教育信息化，2018（18）：35-38.

责任编辑：刘健