面向新工科的交通運輸專業開放實驗設計與探索

謝 超

（同濟大學交通運輸工程學院，交通運輸工程上海市實驗教學示范中心，道路與交通工程教育部重點實驗室，上海市軌道交通結構耐久與系統安全重點實驗室 上海 201804）

引言

“新工科”這一概念自2016年提出以來，在短時間內就迅速形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”。新工科要求培養能適應未來新興產業或行業發展，有強大的實踐力、創新力和競爭力的創新型卓越工程人才[1-5]。

同濟大學交通運輸專業一直立足專業特色，注重培養學生的實踐能力、創新能力。為實現這一培養目標，很重要的一個教學環節就是實驗教學。盡管一直以來實驗教學內容不斷調整更新，但其中仍存在著不少問題，制約著教學效果和學生實踐能力、創新能力的提高。

一、實驗教學存在的問題

（1）實驗學時少：在教學培養計劃中對實驗學時有明確規定，但實驗課時總體偏少。在有限的課內實驗課時里，指導老師難以把實驗內容完全展開。

以鐵路調度集中CTC系統仿真實驗為例，該實驗只有2學時的課內實驗，學生只能簡單了解鐵路調度的崗位職責、CTC工作原理和設備組成，卻沒時間了解各類突發情況下的情況分析和應對措施，更無法有效提高學生的動手能力和創新能力以適應新工科培養目標。

（2）實驗考核單一：實驗室多門實驗都是每組20人同時實驗，實驗指導老師難以一一看清每個學生的每一步操作，無法有效考核實驗過程的規范性，因此，考核往往只能側重實驗結果的考核。

（3）開放實驗少：開放實驗是非課內實驗，不是每個學生的必修環節，屬于對交通運輸專業知識感興趣的學生可以在課后空閑時間自由選擇的實驗項目。在開放實驗里，學生有更大的科研自主性，因而受到學生的歡迎。但學生的空閑時間大多集中在晚上，實驗時間不固定，實驗人數不固定，實驗指導老師不在就無法保證開放實驗的正常進行。

為提高實驗教學質量，培養學生的動手能力和創新思維，擴大實驗開放勢在必行[6-11]。

二、實驗開放的措施與建議

（一）信息管理系統建設

智能時代的到來為資源開放共享的有效實現提供了技術保障。同濟大學交通運輸工程實驗教學中心為有效擴大實驗開放程度，提高實驗管理，進行了實驗信息系統建設。

學生首次預約開放實驗前，必須先進行實驗室設備操作和實驗室安全培訓并考試，通過考試方可取得實驗室準入資格。實驗室管理人員在取得實驗室準入資格的學生校園一卡通上加載實驗室門禁識別信息后，學生方可在實踐教學管理信息系統（見圖1）中進行開放實驗項目網絡預約。實驗指導老師審核通過以后，學生在預約時間內通過校園一卡通進行門禁識別，進入實驗室自主實驗。

圖1 實踐教學管理信息系統

（二）開放實驗設置

根據實驗教學內容不同，開放實驗分為兩個層次，一是常規開放實驗，二是創新型開放實驗[12]。

1.常規開放實驗設置

由于課內學時限制，很多實驗無法在課內完成。為彌補課內實驗的不足，實驗室設置了大量常規開放實驗。這類常規開放實驗是對課內實驗的有效補充和拓展。以鐵路調度集中CTC系統仿真實驗為例（見表1），鐵路調度集中CTC系統是綜合了計算機技術、網絡通信技術和現代控制技術，采用智能化分散自律設計原則，以列車運行調整計劃控制為中心，兼顧列車與調車作業自動化的調度指揮系統。

表1 鐵路調度集中CTC系統仿真系列實驗

由于學時限制，鐵路調度集中CTC系統仿真實驗（2學時課內實驗），只能完成表1中的實驗1：CTC分散自律模式仿真實驗（中心控制）的教學。學生在課內只能了解CTC系統組成、CTC設備基本原理等。

為幫助學生掌握鐵路運輸調度生產的整個作業過程，掌握CTC/TDCS技術作業設備的具體操作程序，實驗室特別設置了CTC的開放實驗。學生可以進行CTC分散自律模式仿真實驗（車站操作方式）、CTC分散自律模式仿真實驗（車站調車操作方式）、CTC非常站控模式仿真實驗和CTC系統故障應急處置仿真實驗的操作練習，

學生通過與課內實驗配套的常規開放實驗的學習，可以全面了解鐵路運輸調度生產全過程，大大提高對理論知識的理解和綜合運用能力。

2.創新型開放實驗設置

為幫助學生了解交通學科發展，跟蹤學科前沿動態，培養創新思維能力和科學研究能力，實驗室鼓勵學生積極參加全國大學生交通科技大賽、“挑戰杯”全國大學生系列科技學術競賽、“同路人”交通科技大賽等各類科技活動。

為此，實驗室依托軌道交通運控一體化與安全評估仿真實驗平臺，利用引進的軌道交通系統軟件（RAlLSYS）和自主研發的列車運行圖計算機編制系統（TPM）、城市軌道交通乘務計劃編制系統 （CPM）、市軌道交通車站客流分布仿真系統（Stapass）等，開發了一系列關于運輸組織優化、貨物運輸、運營安全、布局優化、客流分析和乘務計劃等方向的創新型開放實驗項目。

學生可以自由選擇這些創新型開放實驗項目，也可以選擇自己感興趣的本專業方向的研究題目到實驗室進行拓展性研究，以此為依托申報國家級、市級、校級各類創新活動項目等。

在這類創新型開放實驗中，實驗指導老師不再是實驗的主導者，不對實驗設置任何的條件限制和實驗細節，只是對實驗進行適當的引導，更多的是學生的主動探索。通過創新型開放實驗，學生大大激發了科研興趣，提高了學習主動性，培養了學生的創新思維、創新能力和專業素養。

三、實驗考核

實驗考核是實驗教學中的一個重要環節，是檢驗實驗教學效果的一個關鍵步驟。我們把實驗考核落實到以下三個方面：

（一）出勤管理

學生進行預約，審核通過后，要準時通過門禁系統進入實驗室進行開放實驗。如因故不能參加實驗，學生要提前取消預約。

（二）實驗過程考核

實驗考核重視過程考核，實驗提供回放功能。指導老師對學生的操作過程不清楚或有疑問時，可以通過回放看清學生的操作，以此作為實驗過程考核的依據。

（三）實驗報告

實驗結束，學生要提交實驗報告。實驗報告不再是簡單的記錄實驗數據，而是完整的項目報告，除了記錄實驗過程、實驗結果以外，更側重實驗結果分析，以及實驗過程中的經驗和教訓的總結。

教師通過細化實驗考核，大大增強了學生學習的主動性和自覺性，提高了學生的動手能力和創新能力，強化了學生對理論知識的綜合理解運用和分析問題解決問題的能力。

四、結束語

“新工科”對交通運輸專業人才的培養提出了新的要求和挑戰。面向“新工科”，深化實驗教學改革，加強開放實驗建設，是提高學生動手能力，培養創新思維的有效途徑，是提高交通運輸專業人才培養質量的有效保障。