面向创新能力培养的“城市轨道交通综合监控”课程教学改革

万 军 屈 霞

常州大学机械与轨道交通学院 江苏常州 213164

有效提升大学生的创新能力已成为高等学校关注的焦点之一。各类高校结合本校的学科专业特色，积极探索创新教育的有效途径。近年来，我国轨道交通进入快速发展时期，建设运营规模快速增长、新建轨道交通城市数量不断增加、技术装备水平不断提高。培养大量适应城轨行业快速发展需要的创新性人才迫在眉睫。轨道交通信号与控制专业是为适应轨道交通的快速发展，培养轨道交通发展过程中在规划、设计、建设、运营、管理等方面所需的具有良好科学文化素质和创新精神的中高级工程技术应用型、复合型人才。本文以常州大学轨道交通信号与控制专业的“城市轨道交通综合监控”课程为例，围绕着面向城市轨道交通企业需要，以提高学生创新能力为教学目标，探索和实践了课程教学内容改革。

1 “城市轨道交通综合监控”课程内容及教学现状

综合监控系统是实现城市轨道交通自动化调度管理的重要工具，也是当今城市轨道交通监控系统的主要发展方向。“城市轨道交通综合监控”课程是轨道交通信号与控制专业、铁路通信信号专业、自动化专业等重要的专业课，具有很强的理论性和工程性。本课程系统地讲述城市轨道交通综合监控系统的基础概念、基本技术和基本方法。通过本课程的学习，要求学生能全面地综合所学的轨道交通专业知识，系统地掌握城市轨道交通综合监控系统的原理、技术，具有初步的综合监控系统设计和开发的能力。

然而，通过生产实训、毕业设计等教学环节发现，大多数学生缺乏对本课程所学知识的深层次理解和综合应用。比如较难自行设计开发出满足监控需求的软硬件系统。经过分析，导致课程没能较好地培养学生创新能力目标的原因如图1所示的鱼骨图。

主要原因包括以下方面：

(1)教学内容局限于教材，缺乏实用性、综合性，缺少与工程实际的接轨，阻碍了学生课程完整知识体系的建立和对知识的灵活应用。

(2)教学方法不得当。教师的教学方法和手段落后，缺乏新意，没能有效调动学生的学习主动性。在实践教学中，实践内容受限于实验室设备，只完成基础性、验证性实验很难实现对学生综合创新能力的培养。

(3)课程评价采用传统的以期末考试为主的考核方式，考核内容侧重于学生对知识点的掌握，使学生学习过程中不善于思考，对知识机械性记忆。

图1 课程创新能力培养效果鱼骨图

2 “城市轨道交通综合监控”课程教学改革实践

大学生创新能力包括发现问题的能力、分析问题的能力、解决问题的能力[1]。将创新能力培养融入到每门专业课程的教学中，使每门课程成为创新思维训练的训练场[2]，是培养学生创新能力的关键环节。

发现问题和分析问题的能力具体在本课程中体现为针对众多的监控对象，能分析已有监控系统存在的问题和运行效率。而解决问题的能力则体现在能够维护改进现有的监控系统，可根据需求设计开发出新的监控系统。针对课程教学中影响创新能力培养效果的原因，笔者在课程教学内容、教学方法、实践教学模式和教学考核等方面开展了全面的教学改革。

2.1 教学内容的改革

要具备较强的提出和分析问题的能力，就必须让学生基础扎实、知识面宽、熟悉先进的前沿知识。为此课程教学内容上分别从讲授知识先进性、实用性、交叉性三个方面进行改革，具体如下。

第一，强化专业基础知识，以专题的形式补充讲解课程需要用的知识，拓宽学生的知识面。在技术基础一章的教学中，考虑到PLC技术是综合监控系统中的关键技术之一，在不影响课程整体教学进度前提下，分配3次左右的课时系统化的讲解PLC的原理和设计技巧。在环境与设备监控系统的软件结构的讲解中，增加了B/S与C/S架构下软件体系结构的介绍。

第二，精选最新的论文素材。学习课程知识点时，把知识点相关的最新技术和成果引入教学，使学生了解目前实际的应用技术和发展方向。如在环境与设备监控系统一章教学中，结合《城市轨道交通环境与设备监控系统研究》一文，帮助学生详尽的分析了环境与设备监控系统运行工况及其与火灾报警系统和信号系统之间的相互作用。

第三，强调多课程的融合。本课程通过围绕着城市轨道交通综合监控系统中各子系统的建立，将“C++程序设计”“单片机原理及应用”“轨道交通通信技术”“自动控制原理”等与专业课程紧密结合，通过多课程协同培养学生的学习能力、理论联系实际解决问题能力。

2.2 基于项目驱动的教学方法改革

项目驱动教学，是针对某个具体项目当中有待解决的一个或者多个问题进行研究，依据项目所围绕的核心内容，对多种知识结构和体系加以相互融合[3]。为提高学生解决问题的能力，课程引入项目驱动教学方法，训练学生实现一个完整小型的城市轨道综合监控系统项目开发全过程。

2.2.1 项目的设置

从实用化和工程化的角度出发，参考城市轨道交通行业采用的真实的综合监控系统平台功能，合理地将课程知识模块进行系统性和连贯性的分析，并结合学生已有的知识基础，为本课程设置若干个综合性、操作性强的项目，如表1所示。

表1 课程训练项目列表

2.2.2 项目的实施

设计的项目在课程开课前提前下达。学生自主选择某个项目并组建一个项目小组，小组人员3～5人。项目驱动教学强调学与做的统一，教师对项目用到的知识点进行重点学习和研究，并对学生在项目设计过程中遇到的问题给予单独的帮助。课程结束时，对项目进行集中验收，要求每个小组演示项目作品成果，并制作PPT进行汇报答辩。

2.3 基于翻转课堂的实验教学模式改革

本课程实验仅有8课时，且实验室设备资源有限，因此在课程的实验教学部分采用翻转课堂的教学模式。从教学流程上看，翻转课堂属于“先学后教”的模式，在翻转课堂中，学生课前通过观看教学视频自主学习知识[4]。课程实验上采用翻转课堂的教学模式，相当于提前进入实验室熟悉实验，让学生实物操作时有的放矢，并有效提高了实验设备的利用效率，解决了实验课时较少，以及由于设备数量不足导致学生的动手实践过程训练不充分等问题。翻转课堂模式下实验方案具体实施流程为：

2.3.1 制作和学习实验微视频

教师针对课程要求的所有实验项目(如表2所示)，将每个实验所用的软硬件平台、实验操作步骤的演示内容制作成实验微视频发布到网上学习平台。学生在实验前自主观看微视频，并完成实验对应的引导性任务。

表2 实验项目列表

2.3.2 完成实物操作

学生在实验室完成具体的操作实验。教师首先根据引导性任务对学生提问，检查学生学习视频的效果。在操作环节中，教师布置一个类似于视频中演示的任务，限定学生在规定时间内完成，并对学生操作过程中存在的错误和问题进行讲解和讨论。

2.3.3 总结和完善

学生总结实验过程并撰写实验报告。教师将学生实验过程中补充制作的视频编辑整理，并根据学生学习的反馈信息，重新修改相应的微视频。

2.4 考核标准的改革

针对上述教学内容和教学方法的改革，对课程的考核方式和评分标准进行对应的改革。原有的课程考核内容往往只注重学生对知识点的掌握[5]，成绩评定由平时成绩和期末笔试成绩两部分组成，其中平时成绩占总成绩的30%，主要根据学生上课出勤情况、作业成绩和实验成绩评定，期末笔试成绩占总成绩的70%。新的考核方式强调过程性考核，提高平时成绩比例，调整平时成绩由项目成绩、实验成绩两部分构成。各部分成绩的具体计算方法如下：

项目成绩=0.4×项目作品成绩+0.3×答辩成绩+0.2×项目的贡献；

实验成绩=0.3×实验预习成绩+0.4×实验操作成绩+0.3×实验报告成绩；

平时成绩=0.6×项目成绩+0.4×实验成绩。

新的考核方式突出了成果性，依据学生所获的成果，直接评定相对应的平时成绩等级。考核成果和评分标准如表3所示。

表3 考核成果和评分标准

3 课程改革教学效果

三年来，围绕着提升学生创新能力所进行的“城市轨道交通综合监控”课程改革，取得了一定的教学效果：

(1)由于授课过程中，采用项目形式与理论知识点相结合的方式，促使学生边学边做，在实践过程中注重理论知识的应用，加深了对理论知识的理解，提高了学习效果。以期末考试成绩作为教学评价标准，2016级信控班采用传统教学，不及格率为37.1%，2017级和2018级信控班引入案例教学法后，不及格率分别下降到16.1%和6.7%。

(2)学生创新能力得到明显提升，共立项完成省级大学生创新创业训练计划项目三项：《基于云服务器的实验室安全监测系统设计》《基于树莓派的物联网数据采集系统设计》和《基于Arduino的智能小车控制系统设计》，发表科技期刊论文2篇，软件著作权和发明专利授权各1项。

结语

本文以常州大学轨道交通信号与控制专业“城市轨道交通综合监控”课程为对象，分析了课程目前教学现状及其存在的问题，从培养创新能力的角度，改革了教学内容、教学方法和教学模式，提出了与之相适应的课程考核标准。实践证明该教学改革发挥了学生的主观能动性，切实提高了大学生的创新能力，并为其他具有教学内容枯燥、概念抽象特点的专业课程教学改革提供可以借鉴的方法和经验。