交通運輸工程專業虛擬仿真實驗中心碩士實踐基地建設

程學慶， 江欣國， 王 鑫， 唐瑞雪

(西南交通大學 a.交通運輸與物流學院；b.綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室；c. 軌道交通國家實驗室(籌)，成都 610031)

0 引 言

西南交通大學交通運輸工程一級學科連續10多年名列前茅(教育部評估)，涵蓋了學校4個二級學科——交通運輸規劃與管理(隸屬交通運輸與物流學院)、道路與鐵道工程(隸屬土木工程學院)、載運工具應用工程(隸屬牽引動力國家重點實驗室)、交通信息工程及控制(隸屬信息科學與技術學院)。

通過對國內交通運輸工程各專業人才培養模式的調查研究以及用人單位的反饋，同時結合學校的學科優勢與行業特色，確立了交通運輸與物流學院的交通運輸工程專業碩士人才培養目標：培養善于把握和理解交通運輸科學問題前沿和動態，能夠熟練掌握專業軟件應用和方案繪圖表達能力，具有較強工程實踐能力、科技開發能力、工程管理能力、創造能力和創新意識，以及獨立承擔和組織團隊開展工程項目研究，從事交通運輸工程領域內的規劃、設計、組織、經營管理、科技開發和科學研究等工作，厚基礎、高素質的高級管理人員、高級規劃設計人員、工程技術人員和科研人員。

近年來，我院在專業型學位研究生培養方面作了大量的研究與探索性工作，承擔了教育部專業學位研究生教育綜合改革試點項目《交通運輸工程領域工程碩士專業學位研究生教育綜合改革試點》的研究與實施工作，取得了較好的效果和引領示范作用，并獲得國家級教學成果獎二等獎(2014)、高等學校虛擬仿真實驗教學資源建設成果獎一等獎(2016)、西南交通大學研究生教學成果獎一等獎(2016)。與此同時，在專業碩士培養方面還存在一定的不足，仍有一些問題需要深思和亟待研究解決。

1 建設必要性分析

1.1 問題分析

我院交通運輸工程專業設置了6個主要研究方向：交通運輸發展戰略與宏觀決策、運輸系統優化理論與方法、交通運輸信息技術、綜合運輸系統理論、鐵路運輸、交通工程。課程設置從結構上劃分為公共課、公共基礎課、專業基礎課、專業課、實驗課、專題講座及社會實踐等7個部分，既有明確的專業技術取向，又相互關聯。

鑒于交通運輸生產過程具有多環節、超區域、各工種協同配合等特點，生產過程具有較大風險性[1-2]，在實際工程實踐教學中多項專業技能訓練(例如列車運行調度指揮、公交調度、城軌調度等)難以在實際的生產環境中完成，導致學生對交通運輸設備運用、生產過程組織指揮等技能的掌握不足，融入實際運輸生產過程的時間較長。專業型碩士除了實踐課程設置方面應與學術型碩士加大區分度，同時在生產實踐等方面還存在以下不足：①實踐基地建設水平滯后于全日制專業學位碩士研究生發展規模；②實踐基地教學培養質量缺乏科學性、指導性的評價體系；③實踐基地維持正常運轉與可持續發展的保障機制亟待完善。

因此，交通運輸工程專業學位碩士研究生培養方式應緊密結合生產實習，圍繞培養學生生產實踐能力為主線，建立和完善有利于發揮學生實踐操作能力的實習機制，建設一定數量的校內實踐基地并規定相關專業研究生必須參加社會生產實習和社會調查等實踐活動。加強研究生的動手能力、管理能力和表達能力的訓練和培養。

1.2 必要性分析

由于交通運輸專業技能訓練難以在實際的生產環境中完成，且運輸生產過程風險性高，高速運動狀態的運載工具一旦發生操作失誤，極易導致重大事故發生，不僅造成巨大的財產損失、人員傷亡和環境破壞，還會因運輸中斷造成路網運輸秩序的紊亂后果。尤其是交通運輸事故的不可重復性要求學生實踐中只能通過事故再現仿真，掌握事故發生和預防機理以及應急救援技能。這些現象導致了學生在現場生產實踐和實習過程中缺乏實際動手操作的機會，使得學生對交通運輸設備運用、生產過程組織指揮等基本技能掌握不足，未來工作融入實際運輸生產過程的時間較長。

因此，解析具有“跨時空、多環節、不可逆、高風險、大信息量”特征的交通運輸生產過程[3]，基于高度仿真的實驗教學環境構建校內實踐基地以彌補現場實踐的不足，是交通運輸工程專業型碩士人才工程實踐和創新能力培養的必然要求。

2 校內實踐基地建設方案

2.1 總體目標

堅持貫徹理論聯系實際，將課堂基礎理論和專業知識學習與工程實踐鍛煉相結合、產學研相結合。通過依托虛擬仿真實驗教學中心建設校內實踐基地，培養解決交通運輸規劃、設計、建設、運營、管理等工程實際問題的應用型、研發型和創新型人才，主動適應國家軌道交通事業大發展對高端應用型人才的需求[4-5]。

我院2012～2016年期間通過依托交通運輸國家級虛擬仿真實驗教學中心，按照企業人才能力需求分析——虛擬仿真實驗教學資源平臺搭建——虛擬仿真實踐教學課程體系設置——虛擬仿真實踐教學經驗總結的技術路線，對專業學位研究生實踐教學進行了理論和實踐探索，并取得明顯的成效。

2.2 培養標準

為培養交通運輸工程復合型創新人才，我院制定并完善了專業型碩士人才的培養標準[6-7]。①具備良好的學習能力，能夠將理論與實踐相結合，了解本專業的前沿發展現狀和趨勢，具備參與項目及工程管理的能力，同時具備人文科學素養；②具備科研實踐能力，分析解決具體專業工程技術問題的能力；③具備實踐創新能力，從事工程開發和設計的訓練和創新能力；④具備有效的溝通與交流能力；⑤具備良好的綜合素質，體現對學術科研的責任。專業型碩士能力目標矩陣，如圖1所示。

圖1 能力目標矩陣圖

2.3 “三位一體”新型實踐能力培養環節

以交通運輸專業人才工程技術能力培養為線索，利用資源共享的虛擬仿真實驗教學平臺，整合校內土木工程、機械工程、電氣工程、計算機科學與技術等學科專業虛擬仿真實驗教學資源；充分發揮校內實踐基地的作用，建立現場教學、工程實踐、科研實踐相互連接的“三位一體”新型人才培養體系[8]。

交通運輸工程專業型碩士生培養環節如下：①研究生在學期間，采用集中實踐與分段實踐相結合的方式進行實踐教學，其時間原則上不少于一個學期；②研究生參加專業實踐要提交實踐學習計劃，填寫實踐日志，撰寫實踐學習總結報告；③對研究生專業實踐實行全過程管理和質量監控，由學院專家、學生導師、學生實踐輔導教師組成的專家組參加研究生專業實踐的專題報告會，由學生本人匯報其專業實踐工作或展示個人的實物成果。成績合格者方能申請學位論文答辯，未參加專業實踐或專業實踐考核未通過者，不能進入碩士學位論文答辯環節。

2.4 實踐基地建設具體方案

(1) 基礎條件。虛擬仿真實驗教學中心緊跟交通運輸科技發展前沿，針對運輸生產系統的復雜性、運輸作業過程多環節、跨區域、不可逆、涉及高危特殊環境等特點[9]，通過解析實體模型、原理抽象、仿真建模，應用現代信息技術，立足科研成果轉化、自主研發和校企合作，按照物流工程、安全工程、交通工程、交通運輸、校內基礎實驗和校外合作企業6大模塊，建成了大型復雜遠程控制實驗系統、高水平軟件系統、模擬仿真高危高成本實驗系統等30個仿真實驗教學系統資源，如圖2所示。

圖2 交通運輸虛擬仿真實踐教學體系

(2) 依托虛擬仿真實驗室建立實踐基地與教學內容。針對交通運輸工程專業型碩士生，基于我院已有的虛擬仿真實驗教學中心，圍繞硬件方面建成理論課程與實踐、實驗與科研相結合的校內實踐基地，圍繞軟件方面建成虛擬仿真中心資源、理論課程與實驗項目相結合的實踐教學內容，具體內容見表1[10-11]。

在交通運輸實驗手段方法及實驗項目設置上，既要提供實體仿真或虛擬仿真運輸設備及其控制原理的模型或計算機仿真系統、可重復操作且不受時空限制的生產作業環節虛擬仿真系統，又要求搭建高度仿真多崗位、多工種、多環節生產現場實際的實踐環境，提高學生對系統優化控制與調整的綜合能力訓練效果。

表1 交通運輸虛擬仿真實驗教學中心資源功能及課程

通過網絡虛擬仿真和虛實結合仿真的實驗教學資源分類建設模式，學生既能夠利用虛擬仿真實驗教學平臺在實踐基地中自由選擇搭建實驗項目，進行遠程學習實驗，也可以在虛實結合仿真實驗環境的實踐基地中進行綜合技能和創新能力培養[12]。

2.5 實踐基地師資結構

按照“立足培養、加快引進、強化競爭、優化結構”的指導思想[6]，由“交通運輸工程”專業教學團隊、專職實驗教學人員、信息技術研發人員組成的“專兼結合、互通互融”的實驗教學和管理隊伍共57人，實驗教學經驗豐富，科研實力雄厚，年齡結構、學歷結構、學緣結構合理。其中，國家教學名師2人，信息技術研發人員12人，有企業經歷人員15人。團隊結構合理，實踐教學經驗豐富，科研實力雄厚，近5年來，建成國家視頻公開課1門，國家精品資源共享課 3門，國家精品課程3門，獲國家級教學成果二等獎2項、出版國家級規劃教材6部、實驗教材11部；承擔了國家級科研項目73項、省部級項目131項，獲省部級科技成果獎9項，發明專利11項，發表了高水平學術論文500余篇。

2.6 實踐基地組織與經費保障

交通運輸工程專業碩士實踐基地依托學院國家級虛擬仿真實驗教學中心現有資源，在學校資產與實驗室管理處指導下開展工作，逐步建立并完善各項規章制度，實踐基地工作實現了規范化、科學化，提高實驗教學管理水平，保障實驗教學質量。實踐基地設立實驗教學教授崗，實行專職與兼職實驗教師制，即要求教學名師、精品課程主講教師、學科帶頭人參與實踐基地的建設及實驗的教學工作，保證實驗項目的更新率，提高實驗教學質量；設置專職人員進行信息技術研發及虛擬仿真實驗平臺的運行維護，保證實驗教學的順利進行；鼓勵實驗教學教師積極參與科研和信息技術研發，提高專職實驗人員的業務水平。專職教師相對固定，負責基地的建設、管理和實驗教學，兼職教師和項目教師根據實驗教學和教學改革項目的需求實行動態流動管理。

交通運輸工程專業碩士實踐基地建設經費的主要來源是學校的國撥專項資金，此外，還有校企合作等多項經費支持。運行維護費用主要來自學校專門用于實驗設備維護維修專項經費和實驗教學保障專項基金，以及學院運行事業經費等支持。

3 實踐基地評價方案

3.1 評價指標體系構建

在梳理國內外學者關于實踐基地評價研究現狀的基礎上，實踐基地評價指標體系應遵循目標性、科學性、可行性、監測性、共享性等基本原則[13-14]。

從基地實踐教學、基地建設與管理、基地師資隊伍建設、基地條件及設施、基地科研、基地社會服務、特色與創新等方面構建了實踐基地評價指標體系，見圖3。

圖3 實踐基地評價指標體系

3.2 實踐基地評價方法

根據所構建的評價指標體系，運用綜合評價方法對實踐基地進行評價，將多個指標轉化為一個能夠反映綜合情況的指標來進行評價[15]，并按該思路設計了實踐能力實現矩陣，如圖4所示。

圖4 實踐能力目標實現矩陣

由于評價體系中各因素之間互相影響，為保證評價結果的合理性和科學性，應充分考慮高校的定位、專業特征、校內實踐基地建設要求與發展。最后，根據評價指數或分值對參評單位進行排序，并由此得出結論，將實踐基地劃分為優秀、合格、改進3個層次。依據綜合評價的結果，針對“合格”及“改進”層次的實踐基地制定相應的改進對策，為“以評促建”和“以評促管”提供決策支撐。

隨著我院虛擬仿真中心教師積極開展教育教學改革研究，參加全國高校虛擬仿真與示范中心交流會，聚力創新實驗教學模式，專注探索虛擬仿真實驗教學保障機制和教學效果考核、評價、反饋機制，從而取得較好的研究成果與經驗總結。

4 結 語

校內實踐基地作為培養應用型、研發型和創新型人才的一個重要平臺，依托交通運輸虛擬仿真實驗教學中心建立的交通運輸工程專業校內實踐基地，實現了優質實驗教學資源的高度共享和實驗教學體系的改革與創新，建成了適應創新性工程應用與研究型交通運輸工程專業人才培養的“大交通”特色鮮明、軌道交通優勢突出、國內一流的實驗教學平臺。在下一步研究過程中仍需針對方案評價方面開展更為深入的研究，綜合考慮組織與管理機制、設施設備、師資力量及科研技術等因素，并制定評價標準作為評價依據，才能促使交通運輸工程專業型碩士生在實驗基地得到更多的鍛煉和成長，并產生更多的科研成果。

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