面向智能制造的“列車通信網絡”教學法

張坤鵬， 姜 斌， 陳復揚， 劉子英， 陳世明

(1.華東交通大學 電氣與自動化工程學院， 江西 南昌 330013 2.南京航空航天大學 自動化學院， 江蘇 南京 210016)

面向智能制造的“列車通信網絡”教學法

張坤鵬1,2， 姜 斌2， 陳復揚2， 劉子英1， 陳世明1

(1.華東交通大學 電氣與自動化工程學院， 江西 南昌 330013 2.南京航空航天大學 自動化學院， 江蘇 南京 210016)

本文分析了智能制造背景下“列車通信網絡”課程建設的新內涵，針對大四畢業班課堂“低頭族”這一普遍現象，探討了基于智慧課堂的教學方法在本課程中的應用。本文歸納的典型、可移植的教學特征，具有良好的教學效果，可以為其他類似的軌道交通課程改革提供參考。

智能制造；列車通信網絡；教學方法；技術特征

0 引言

智能制造能夠實現個體制造單元與基于網絡制造系統柔性智能化集成，目前已成為“中國制造2025”最重要的方面[1]。在日益競爭激烈的智能交通系統體系建設中，我國先進軌道交通裝備有望在制造業十大重點領域中率先實現突破[2]。

以電氣工程、機電一體化、信息科學和控制科學技術等集成的自動化專業知識已涵蓋了智能制造、智能工廠和產業集成等內容，是支撐智能制造的關鍵技術之一[3]。

華東交通大學自動化專業為國家級特色專業建設點，在2003年底率先在國內鐵路院校同行中開設“鐵道信號”專業，并在2012年整合校內相關專業教學平臺(信號工技能鑒定的實物教學系統平臺、計算機聯鎖仿真實驗系統等)的基礎上成立了“軌道交通信號與控制”專業，該專業設置的“列車通信網絡”課程一般安排在大四上學期，面向全校軌道交通電氣類專業授課，該課程不僅專業性強、知識點龐雜，其授課效果和質量還受到畢業生就業、考研等客觀因素的影響，因此該課程改革應是一個尊重當前課程建設成果、尊重學生尤其是畢業班學生特殊主體情況，綜合利用智能制造和智慧課堂的時代優勢，穩步推進的過程。

課堂教學是實現工程實踐類復合型人才培養的主戰場和基本途徑。一般來說，嚴明而富有彈性的課堂經律是保證課堂教學活動高效進行的前提條件。然而，隨著功能豐富的智能手機興起和普及，再加上抽象難懂的專業理論知識和單一乏味的“灌輸-認知-驗證”教學模式，高校課堂上玩手機的“低頭族”盛行，而且呈現年級越高越嚴重的態勢，這成為了影響每個教師、尤其是青年教師課堂教學效果的一大障礙。不同于“無手機課堂”的強制做法，以物聯網、云計算和無線通信等技術為核心，兼具靈活性、實用性、包容性和交互性等特點的智慧課堂，已成為近年來教育技術的研究熱點[3]。雖然信息技術進入課堂已得到各級教育部門的高度關注，但如何揚其長、避之短，吸收傳統教育的優良理念來提高課堂教學效果、營造全體學生滿意的教學氛圍仍是構建智慧課堂的一大難題。

本文針對大四畢業班課堂教學效果普遍差的現象，面向智能制造背景論述了如何在“列車通信網絡”課程教學法中綜合利用智慧課堂方法論來提高教學質量，以期提升學生的學習興趣，進而提高其知識掌握率。

1 “列車通信網絡”課程建設背景

近年來，華東交通大學軌道交通類課程教學堅持面向軌道交通裝備制造業現場一線，面向國家重大戰略需求，把握“高鐵走出去”的國際化競爭力優勢，積極探索智能制造背景下復合型創新人才培養的新途徑。根據我國現代鐵路交通網絡發展趨勢，華東交通大學建立了博士授權學科專業(控制科學工程和交通運輸工程)、省級軌道交通電氣化與自動化工程研究中心、校級研究院(軌道交通自動化研究院、軌道交通牽引電氣化研究院)三位一體的“交通特色、軌道核心”特色支撐體系。為鐵路一線培養了大量的信號類人才[4]。經過十多年的專業建設，該校列車通信網絡技術人才已形成了從?？?、本科、碩士、博士到博士后的完整培養體系，并取得了明顯的社會經濟效益。

在此背景下，該校加快了“列車通信網絡”課程建設和改革的步伐。

2 面向智慧課堂的教學法

2.1 從智能制造需求中凝練教學問題

在面向智能制造需求的“列車通信網絡”課程教學過程中，前輩們根據其資深的現場經驗，用精湛的專業知識和靈活的教學技巧培養了大量的優秀畢業生。但從許多校友反饋的信息來看，由于種種客觀條件限制，之前課堂教學還存在一些短板，比如重知識傳授、輕解決問題能力培養；重答案、輕過程；重以教師為中心、輕以學生為中心；重科學論文，輕工程設計和實踐教學等。作為智能制造教育環境的新訴求，智慧課堂需要雙向融合傳統教育理念與現代信息技術，以實際智能制造問題為牽引，多元化地驅動教學，加強科研反哺教學的力度，從而更好地培養學生必備的專業能力。

本文從畢業生的擇業需求和現代制造界的用人視角來探索“列車通信網絡”的智慧課堂教學方法。以華東交通大學2011級畢業班-電子信息工程專業1-4班共120人合班教學為研究案例，在三維教學目標(知識與技能目標，過程與方法目標，情感、態度、價值觀目標)約束下，智慧課堂教學法綜合應用課堂禮儀、專業資源多渠道共享、即時內容推送、工程案例深入剖析、智能學習啟發、目標反饋評價和協作互動問答等，促進了畢業班大班教學課程改革(如圖1所示)。

從圖1可以看出，對于智慧課堂這類開放的復雜系統來說，筆者通過調研智能制造帶來的技術轉變，把前輩們的思維、經驗、知識、智慧以及各種資料和信息等匯集起來，探索智能制造技術與軌道交通類人才培養模式的交叉點，在定性和定量兩個方面展開“列車通信網絡”教學效果研究。筆者結合南京航空航天大學高水平特色大學的卓越工程師培養模式經驗，在江蘇省教育廳教改項目、國家自然科學

圖1 智慧課堂教學特征

基金重大項目、江西省高等學校教學改革研究課題、江西省教育廳科學規劃課題、江西省研究生教改項目和華東交通大學科研基金項目等的支持下，打破傳統的主講教師單一授課模式。具體如下：

(1)課題組成員積極主動走訪學校招生就業部門、學工部門、科研院所和相關企業單位，深入調研當前畢業生和用人單位的迫切需求，及時掌握軌道交通裝備制造業生產一線對人才培養模式的動態要求，并從實際生產過程中提煉出具有前瞻性的科學問題進行研究。

(2)通過探索取長補短的集體備課與討論原則，將凝練的文字、圖像、聲音等多媒體信息形式綜合集成到電子教案中。

(3)將高度凝練的智能制造需求融合到智慧課堂的案例教學中，讓難懂的課程內容生動化、形象化，為畢業班專業課程教學提供了一個全新的思路。

2.2 面向智慧課堂的教學特征

“列車通信網絡”是一門多學科交叉課程，其內容涉及到計算機網絡與通信基礎、微機控制基礎、列車通信網絡、CRH系列動車組網絡控制系統和列車自動運行控制系統等?？紤]到這門課程只有32學時的課堂教學任務，即使簡單地借助信息技術來教學，也很難擺脫滿堂“快鍵式”的播放困境。因此面向智能制造的教學改革也使畢業班教學活動經歷著前所未有的巨大變革。

在智慧課堂中首先引入課堂禮儀有助于營造人性化的課堂氣氛，從而建立師生互相尊重的集體氛圍，有助于課堂教學在協作互動中高效進行。更為重要的是，基于課堂禮儀的專業知識授課模式，不僅停留在認知層面上的知識掌握度，而且重視通過現代信息倫理教育手段(比如7.23動車組追尾事故人文關懷視頻)引導學生去體驗其中的情境，學到蘊涵其中的正確立場，使教學上升到一個新高度。

1) 基于課堂禮儀的知識傳授

教育家第斯多惠曾說過：“教學的藝術不在于傳授本領，而在于激勵、喚醒和鼓勵”。然而，現如今“上課禮”在高校甚是少見?，F代高等教育的一個關鍵問題是道德主體地位的缺失，而用人單位又特別重視畢業生的德育修養，如何在有限的課堂時限內權衡傳授知識與加強德育教育，一直是智慧課堂教學中面臨的重大理論問題。為了避免面向智慧課堂的畢業班教學走向放羊的弊端，筆者始終以“德才兼備，德必為先”來要求自己以及每一個學生。不同于傳統課堂的嚴格紀律約束，且異于毫無約束的微課，富有彈性的德育教學模式優于不考慮實際情況、缺乏生機的課堂灌輸。

蘇霍姆林斯基曾說：“教師的語言修養，在極大程度上決定著學生腦力勞動的效率?！蓖ㄟ^反復觀摩前輩們溫和謙遜的課程教學以及密切跟蹤智能制造相關的前沿教學視頻，筆者逐步掌握了精練、樸實、通俗易懂、實事求是的教學語言。例如，施行“上課禮”不僅沒有浪費規定的教學學時，還能營造愉快的課堂氛圍，促進課堂教學效果明顯得到提高。在一個學期的堅持過程中，即使是面對毫無“上課禮”概念的大四畢業班學生，他們也開始意識到上課的重要性，并學會借助智能手機及時查找信息，解答課堂涉及的開放性問題，但又不沉溺于手機游戲和微信聊天等環節中。這種教學法有助于提高學生的約束力和注意力，促進畢業生未來職業生涯素養的健康發展。一個學期以來，除特殊情況外，四個班的考勤率有了明顯提高。該課程年度網上評教滿意度處于華東交通大學本科教學質量測評前列。

2) 專業資源多渠道共享

借助前輩們積累的豐富現場經驗和資料，針對課程的專業特點和智慧課堂的要求，筆者以全新的思路對“網絡與通信基礎”、“微機控制基礎”和“列車通信網絡”等課程的知識點進行分類提煉和整合；考慮到學生在通信與信息系統專業上的優勢，不僅將重點放在列車通信網絡平臺的功能協同上，還提供了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5動車組信息控制系統等專題供學生討論。

為了讓學生提前了解上課內容，筆者通過華東交通大學智慧校園平臺將相關專題PPT發送到他們的智能手機和個人電腦中。借助QQ、手機APP客戶端軟件、電子郵箱等平臺，學生可以將自己的想法及時反饋回來。在智慧課堂教學過程中，討論可以代替課后作業，有效地減少了大四畢業生的課外負擔。通過和學生的全方位交流，教師可以全面詳細地為學生講授該課程在工程中的應用價值。更為重要的是教師也會不斷地重新思考相關基本概念和理論，同時促進青年教師科研水平的增長，高水平的科研能力又決定著一流的教學水平。這種肯定-否定-否定之否定的課程改革發展規律，不僅使面向智能制造的“列車通信網絡”教學法受到學生的歡迎和認可，還促進了青年教師又好又快的成長。

本著服務學生的原則，我們還將智慧教育從課上延伸到課外，借助華東交通大學智慧校園平臺，為學生提供上課、找工作和考研備考的咨詢服務，排解學生擇業需求的困惑，讓學生從內心深處喜歡該課程，從而提高畢業班課堂教學的聽課效果。

3) 即時內容推送

借助目標反饋評價體制，筆者立足每一節課、優化教學內容；借助智慧課堂的常態錄播、互動教學等功能，權衡板書與多媒體播放的動態教學過程。具體的教學法如下：

(1)經常走下講臺，邊講邊觀察學生的動態表現。通過協作互動的隨機問答環節，鼓勵每一個學生都積極參與，即使是難以回答的問題，也鼓勵大家借助智能手機來查找資料。

(2)對于一些無法解答的工程案例問題，筆者通過參加相關培訓班和軌道交通前沿討論會來收集現場視頻資料，然后在課堂中有針對性地播放。

(3)通過邊講解邊播放的直觀教學，讓學生體會到工程實踐教育的緊迫性和重要性。

(4) 基于國家自然科學基金重大項目的支撐：從列車自動運行控制系統的知識點中提煉出“車-地雙向無線閉環通信”和“故障-導向安全的行車組織”教學模塊，可以較好地培養學生的系統性、整體性的觀念，練就良好的邏輯思維，并拓寬他們的就業范圍。

(5) 在課間休息期間，筆者主動到學生中間詢問，為學生就業、考研等關心的問題排憂解難。這種啟發式引導激發了大家的學習熱情，也讓教師更好地了解學生實際情況，從而提高了課堂教學質量。

4) 智能學習啟發

為了讓基于智慧課堂的教學方法更好地服務智能制造背景下的先進軌道交通裝備技術，筆者將自己主持和參與的科研項目成果引入到課堂，讓學生對看得見、摸得著的前沿成果有了直觀認識，并引導大家積極參與大學生科技園配套的創新創業活動中。此外，從典型動車組網絡控制系統的問題需求出發，筆者采用了全新的逆向思維方法，從工程概念探尋關鍵技術并進行理論分析，最后總結工作原理，這種方法具有很強的軌道交通指向性，符合軌道交通教學改革發展規律。

3 結語

本文介紹的多元化“列車通信網絡”教學法實施效果表明，該教學法基于智慧課堂典型的、可移植的教學特征，可以有效地提高大四畢業班的專業教學效果。下一步需要在如何面向智能制造背景重構“列車通信網絡”課程體系、如何權衡經典教學法和智慧課堂教學法的教學內容、如何評價教學效果等方面去改進和完善。

[1] 劉燕，徐惠鋼，李智超，劉叔軍，徐本連. 面向智能制造的自動化專業課程體系的重構[J]. 南京:電氣與電子教學學報, 2016, 38(4):51-53.

[2] 林莉，李博達. 全球制造網絡下中國先進軌道交通裝備制造業發展戰略[J]. 長春：工業技術經濟，2012，(11)： 62-66.

[3] 唐超穎，姜斌. “自動控制原理”課程的探究性教學實踐[J]. 南京: 電氣電子教學學報, 2007, 29(6): 91-93.

[4] 黃江平, 楊靜, 楊輝, 龔錦紅. 自動化專業控制類課程群建設與實踐[J]. 南京: 電氣電子教學學報, 2009, 31(增刊): 8-11.

Teaching Methods based on Intelligent Manufacturing in Train Communication Network

ZHANG Kun-peng1,2, JIANG Bin2, CHEN Fu-yang2, LIU Zi-ying1, CHEN Shi-ming1

(1.SchoolofElectricalandAutomationEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China2.CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

This paper analyzes the new technical content of Train Communication Network curriculum faced with intelligent manufacturing. According to the common phenomenon of smartphone addicts among seniors, the smart classroom based teaching methods have been applied in the course. The typical and portable technical characteristics have a desirable teaching effect, which can also provide a reference for the innovation of other rail transport curriculum system.

intelligent manufacturing; train communication network; smart classroom; teaching methods; technical characteristics

2016-12-14;

2017-04- 29

江西省高等學校教學改革研究課題“具有行業背景的”卓越計劃“中企業實踐教學培養方案的探索與實踐-以我校電氣工程及其自動化專業為例”(JXJG-16-5-10), 江蘇省教育廳教改項目“基于成果導向的兩化融合及航空航天特色自動化專業”卓越工程師“培養模式研究與實踐”(2015JSJG176)，江西省教育廳科學規劃課題“工科大學生創新能力培養模式的研究-以電子信息工程專業為例”(13ZD3L003)、江西省研究生教改項目“地方院校博士授權學科創新型研究生培養模式研究-以控制科學與工程學科為例”(JXYJG-2014-080)、國家自然科學基金重大項目(61490703)，華東交通大學科研基金資助項目(12DQ04)。 第一作者：張坤鵬(1986-)，男，碩士，博士在讀，助教，主要從事自動化專業的教學與科研工作, E-mail: ecjtu.zhangkunpeng@163.com

TP273

A

1008-0686(2017)03-0058-04