以工程實踐為導向的軌道工程教學改革探索

謝鎧澤 徐浩 趙維剛 趙振航

摘要 文章針對軌道工程教學中存在的教材內(nèi)容更新滯后、課程內(nèi)容脈絡不清、理論與實踐割裂及考核偏重理論知識等現(xiàn)狀，結(jié)合新一代信息技術發(fā)展背景下鐵路行業(yè)的發(fā)展趨勢及其對專業(yè)技術人才能力需求的變化，從教學課程內(nèi)容優(yōu)化、多種教學模式并用、課堂―鐵路局交互擴展以及鐵道工程競賽引入等方面開展了教學改革探索。實踐教學改革旨在提升學生學習的自主性與積極性，尤其是學生運用理論知識解決實際問題的能力。

關鍵詞 軌道工程；工程實踐；教學改革；內(nèi)容優(yōu)化；教學模式

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.15.037

近年來，隨著鐵路建設的飛速發(fā)展，我國鐵路營運里程已從2012年的9.8萬公里增長到2022年的15.5萬公里，尤其是高速鐵路從0.9萬公里增長到4.2萬公里，儼然成為我國城市空間擴展的強大驅(qū)動力。我國鐵路已經(jīng)從大規(guī)模設計和建造進入基礎設施狀態(tài)維護階段。在鐵路基礎設施現(xiàn)代化建設的背景下[1]，為確保如此龐大規(guī)模的鐵路運營線路的安全，各鐵路局所需的鐵路養(yǎng)護維修人員缺口量巨大[2]，鐵路行業(yè)人才緊缺的狀況日益凸顯。

軌道工程作為鐵路行業(yè)最具特色的專業(yè)課程，旨在讓學生掌握鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔等軌道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成，了解軌道結(jié)構(gòu)的設計、建造與維護，從而培養(yǎng)學生分析與解決軌道減振降噪、道岔提速、軌道受力、無縫線路穩(wěn)定性等問題的能力，提高學生進行軌道幾何形位檢測、結(jié)構(gòu)設計、大修與維護、部件強度檢查等的實踐水平，為建設中國的高鐵軌道事業(yè)作出自己的貢獻。通過該課程的學習，學生能了解軌道結(jié)構(gòu)體系，理解軌道結(jié)構(gòu)設計、施工及運維的原理和方法，可進行軌道結(jié)構(gòu)設計等，具備發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力[3]。

隨著科技的發(fā)展，我國軌道交通行業(yè)專業(yè)人才需求激增，行業(yè)對專業(yè)人才的要求也不斷提高，不僅需要具備扎實的軌道設計、施工、運維的專業(yè)知識，還需掌握新技術的應用。為此，軌道工程課程的教學內(nèi)容、教學方法及教育目標應主動求變，深化改革，不斷提升學生的綜合素質(zhì)，為“交通強國”建設提供人才儲備。

1軌道工程課程教學現(xiàn)狀

軌道工程課程經(jīng)過多年發(fā)展，已形成系統(tǒng)的教學體系，并開設了實踐教學環(huán)節(jié)，但仍存在一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.1教材內(nèi)容更新滯后，不適應時代發(fā)展

以北京交通大學高亮教授主編的《鐵路軌道》作為新出版教材的代表（以下簡稱新教材），以同濟大學練松良教授主編的《軌道工程》作為傳統(tǒng)教材的代表（以下簡稱經(jīng)典教材），新教材確實增加了部分新內(nèi)容，例如在養(yǎng)護維修方面增加了高速鐵路運維，在軌道交通方式方面增加了直線電機軌道交通、獨軌交通、磁懸浮軌道交通等內(nèi)容的介紹，但新增加內(nèi)容篇幅少，且均以概述的方式增加，未形成知識體系，在教材中的重要性并未凸顯。高速鐵路技術日新月異，教材中涉及高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)設計、施工、運維的新方法、新技術、新設備均未體現(xiàn)，與現(xiàn)場實際應用存在嚴重脫節(jié)，未能緊跟時代發(fā)展，更無法滿足學生就業(yè)后所需具備的知識儲備。

1.2內(nèi)容脈絡不清，未適應體系構(gòu)建需求

課程內(nèi)容不僅包含軌道結(jié)構(gòu)組成、結(jié)構(gòu)設計計算，還包括軌道施工和運維等方面的數(shù)據(jù)測量、處理和分析等方面的知識。部分內(nèi)容之間相互獨立，缺乏有效銜接，例如軌道幾何形位與軌道部件等；部分內(nèi)容之間存在知識點相互交錯的現(xiàn)象，例如特殊地段的軌道過渡段與軌道結(jié)構(gòu)力學分析、鋼軌中的軌縫設計與無縫線路軌縫設計、無縫線路穩(wěn)定性與軌道幾何形位等。以上內(nèi)容的編排未充分考慮學生知識體系構(gòu)建的需求，即課程內(nèi)容無清晰的脈絡發(fā)展過程，學生學習難度增加，易喪失學習興趣，更不利于自主學習模式的構(gòu)建，影響教學效果。雖然諸多教材在此方面進行了有益探索，例如將道岔緊跟軌道結(jié)構(gòu)之后、結(jié)構(gòu)設計和無縫線路計算置于最后，形成單獨的知識模塊，便于學生模塊化學習，但這種方式也無法有效避免知識相互交錯給學生學習造成的困擾。

1.3理論與實踐割裂，未適應認知過程

課堂教學一直以來都是我國高校主要的教學模式，在人才培養(yǎng)方面起到重要的作用。課堂教學雖能很好地傳授理論知識，但軌道工程作為一門應用型課程，要求學生具備發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，需要大量的工程實踐來強化該能力的培養(yǎng)。目前，該課程采用課程設計、認識實習等實踐環(huán)節(jié)彌補課堂理論教學的不足。受到整體課程教學安排和教學課時的限制，實踐教學開展時間均設置在理論教學完成后，甚至有些工程實踐教學開展與理論教學之間有半年甚至一年的時間差，未遵循學生的認知發(fā)展規(guī)律，使得實踐教學成為科普教學，學生對工程實際的認識深度、實際問題產(chǎn)生的原因和解決方法更是一知半解，達不到預期。此外，部分實踐課程由于鐵路運營的封閉性和安全性要求，進一步減少了實踐教學的深入程度和實踐機會。

1.4考核方式偏重理論，未適應應用需求

考核方式和考核內(nèi)容不僅是評價學生學習效果的重要手段[4]，也是學生開展學習的重要指揮棒。當前軌道工程仍采用試卷考試與課堂測評（主要包含課堂出勤率、課堂表現(xiàn)及課后作業(yè)完成情況等）相結(jié)合的考核模式，從而評價學生對課程內(nèi)容的掌握程度。然而，該課程不僅包含了諸多理論方面的知識，也包含了許多需要學生實際操作的內(nèi)容，例如軌道幾何不平順的測量等。由于理論考試中對于實際操作的考查較難實現(xiàn)，因此學生學習中也將重點放在軌道幾何形位等相關理論知識的理解上，忽視測試的原理、方法和操作等。同時，考試時間短與課程內(nèi)容知識繁多的矛盾也導致試卷內(nèi)容無法遍歷所有知識點，更無法包含現(xiàn)場實際需求，從而導致學生掌握知識到現(xiàn)場實際應用之間還存在較大的“鴻溝”。而且這種考核模式也不能科學反映學生掌握知識的程度。

2軌道工程教學改革的探索

針對“軌道工程”課程教學中存在的不足，本文從教學內(nèi)容、教學方法、實踐教學組織模式和教學評價方法方面展開探索。

2.1優(yōu)化課程內(nèi)容，豐富學生知識儲備

隨著數(shù)字化、信息化、智能化技術的發(fā)展[5]，社會對“新基建”專業(yè)技術人才[6]的需求不斷增長，因此軌道工程課程教學既要涵蓋傳統(tǒng)軌道工程的基本內(nèi)容，又要與時俱進地引入適應高速鐵路、重載鐵路和城市軌道交通發(fā)展需要的新知識，并擴展與材料工程、信息技術、機械工程等學科的交叉知識，及時豐富軌道工程參考書籍的內(nèi)容，并優(yōu)化課程內(nèi)容脈絡。例如在介紹軌道幾何形位時補充高速鐵路成熟的高速動檢車相關的動態(tài)不平順檢測原理、檢測裝備、信號處理等內(nèi)容；在介紹軌道結(jié)構(gòu)力學時增加無砟軌道設計計算方法、計算程序編制、設計的實際例子等；在介紹無縫線路設計計算時增加設計院采用的專用設計軟件的使用介紹和使用培訓；在介紹養(yǎng)護維修時增加無砟軌道病害檢測、維修材料、方法及設備等。通過在課堂教學中增加這些前沿知識和脈絡的優(yōu)化，不僅能充分體現(xiàn)軌道行業(yè)新材料、新工藝和新技術的應用，還能提高學生的知識儲備量，讓學生能對軌道專業(yè)相關的內(nèi)容有全面的認識，增加學生學習的積極性和主動性，尤其是指導學生進行計算程序編制時，學生首先需要對理論知識加深理解，完成相關計算公式的推導等，這些過程就大大加深了學生對知識的理解程度，并易于形成學生自己的知識體系。

2.2多種教學方式并用，促進學生參與

在教學中引入“翻轉(zhuǎn)課堂”理念[7]，將學生分組，引導學生針對不同知識點開展資料的查詢、加工和匯報，調(diào)動學生的主動性和探索精神。

利用學校資源，在實驗室建立等比例無砟軌道和有砟軌道結(jié)構(gòu)模型，以小組為單位讓學生配合完成相關簡單的試驗（包括扣件系統(tǒng)的安裝、軌道剛度、道床縱橫向阻力及軌道幾何不平順的測量等），讓學生更加立體地感受軌道結(jié)構(gòu)的組成、功能、各部件的配合及各部件性能對整體性能的影響，并鍛煉學生的實際操作能力。

充分利用網(wǎng)絡資源（MOOCs、雨課堂等），讓學生對鐵路軌道的結(jié)構(gòu)、施工和養(yǎng)護維修有更加直觀的認識，教師在課堂中除了采用上述授課方式外，還可利用多媒體動畫及視頻方式，制作軌道部件和道岔結(jié)構(gòu)組成動畫、軌道現(xiàn)場施工和養(yǎng)護維修視頻等，讓學生對鐵路軌道結(jié)構(gòu)組成、軌道結(jié)構(gòu)的施工流程、現(xiàn)場養(yǎng)護維修工作重點及注意事項等有更加直觀的認識。

依據(jù)教學進度，邀請國內(nèi)鐵路行業(yè)（包括設計院、鐵路局、研究院等）知名專家?guī)еこ虒嵗哌M課堂，從特殊軌道結(jié)構(gòu)設計、軌道結(jié)構(gòu)養(yǎng)護、軌道行業(yè)前沿技術等方面開展學術講座，讓學生了解軌道理論知識在實際中的應用以及我國鐵路軌道的發(fā)展趨勢、熱點等，提高學生的應用能力和分析能力，拓寬學生的專業(yè)視野。

2.3擴展實踐教學機會，提高實踐能力

與當?shù)罔F路工務段加強聯(lián)系，深入合作，在確保鐵路運營安全和學生安全的前提下，引導學生跟隨鐵路工務人員開展實際線路的軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)、軌道幾何形位等的檢查、病害的維修等工作，讓學生親自操作鐵路檢測設備、維修設備，體驗各類型作業(yè)的流程和注意事項，并鼓勵學生開展檢測數(shù)據(jù)分析等研究工作，進一步提高學生的工程實踐能力，縮小學生所學知識與現(xiàn)場應用之間的“鴻溝”。但該教學方法耗時、耗力，并且存在安全風險，故建議學生分批進行。

2.4引入鐵道工程競賽，提升解決實際問題的能力

突破試卷考試與課堂測評相結(jié)合的傳統(tǒng)考核模式，增加學生解決問題能力在考核中的占比。軌道結(jié)構(gòu)設計是“軌道工程”的核心目標之一，其包含軌道結(jié)構(gòu)的組成、功能以及相關的力學計算分析等，基本貫穿整個課程內(nèi)容。引導學生在課余時間分組開展軌道結(jié)構(gòu)設計和制作，培養(yǎng)學生利用理論知識解決實際問題的能力；同時，在設計和制作過程中，引導學生進行文獻檢索、仿真軟件使用、計算報告編寫等，并將這些內(nèi)容包含在最終考核的結(jié)果中，形成綜合知識學習的“指揮棒”，突破學生“理論至上”的觀念，從而引導學生在學習中將更多的精力放在知識的應用層面，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，使學生一畢業(yè)即具有可獨當一面的能力。

3結(jié)論

軌道工程是一門教學內(nèi)容繁雜、操作性強的課程，課程組結(jié)合現(xiàn)代化軌道交通發(fā)展對人才知識和能力的需求，通過優(yōu)化課程內(nèi)容、增加教學方式、擴大實踐教學占比和引入鐵道工程競賽等方法，開展了以工程實踐為導向的軌道工程教學改革初探，激發(fā)學生的學習興趣、豐富了學生的知識儲備、提高了學生的實踐能力、提升了學生發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力，教學效果良好，基本達到了改革的目標。但實際改革中仍然存在一些問題，例如占用了學生的部分課余時間，鐵道工程競賽作品完成時間晚引起的成績提交與其他課程不同步等，下一步將進一步優(yōu)化課程內(nèi)容和學生投入時間，提高時間利用效率，提升課程綜合效果，真正達到所學即所用，所用促所學。

基金項目：2022年河北省研究生教育教學改革研究項目“面向交通土建領域的安全學科創(chuàng)新人才“五維”協(xié)同培養(yǎng)模式研究”（YJG2023064）；2022年河北省教育廳高等教育教學改革研究立項項目“新時代面向交通安全國家戰(zhàn)略需求的安全類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”（2022GJJG236）。

參考文獻

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