融合信息化的鐵道專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索

劉凱文 蘇謙 楊榮山

[摘 要] 信息化技術(shù)在各行業(yè)中扮演著越來越重要的角色，已日漸成為社會(huì)發(fā)展的趨勢之一。智能建造與管理創(chuàng)新大賽作為一類適合交通土建類尤其是鐵道專業(yè)學(xué)生參加的高水平競賽，不僅能全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，同時(shí)還能增強(qiáng)大學(xué)生靈活應(yīng)用信息化技術(shù)于鐵道工程行業(yè)中，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量?；谒拇ㄊ〈髮W(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新大賽，提出了關(guān)于依托大賽深度融合信息化技術(shù)的鐵道專業(yè)學(xué)生學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的初步思考與探索，并在初步實(shí)踐中得到了良好的反饋。

[關(guān)鍵詞] 鐵道信息化;大學(xué)生競賽;創(chuàng)新能力;培養(yǎng)策略

[基金項(xiàng)目] 2021年度西南交通大學(xué)校級教改項(xiàng)目“深度融合信息化技術(shù)的鐵道工程專業(yè)本科教學(xué)實(shí)踐改革與探索”（2103004）;2020年度西南交通大學(xué)校級教改項(xiàng)目“基于全局設(shè)計(jì)的鐵道工程新工科改造與專業(yè)課體系重構(gòu)”（20201003-05）

[作者簡介] 劉凱文（1985—），男，重慶人，博士，西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事鐵道工程研究;楊榮山（1975—），男，河北容城人，博士，西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事鐵道工程研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）09-0057-04 [收稿日期] 2021-08-25

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在交通土建專業(yè)尤其是鐵道專業(yè)工程中信息化應(yīng)用已成為一種趨勢。學(xué)科競賽是國內(nèi)外經(jīng)常采用的大學(xué)生培養(yǎng)策略，在這一過程中，不僅能實(shí)現(xiàn)科研素質(zhì)的提升，還能實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長，幫助指導(dǎo)老師了解自己在教學(xué)中的不足，并進(jìn)一步改善教學(xué)方案[1]。本次智能建造和管理創(chuàng)新大賽要求學(xué)生儲(chǔ)備諸如BIM、大數(shù)據(jù)等前沿知識參賽，目的在于全面培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，加強(qiáng)大學(xué)生工程管理創(chuàng)新和實(shí)踐能力。筆者以本次競賽為依托深度探討競賽對于大學(xué)生培養(yǎng)的作用和意義。

一、智能建造與管理創(chuàng)新大賽簡介

智能建造與管理創(chuàng)新大賽包括全國賽和各省市單獨(dú)舉辦的省市級賽事，四川省大學(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新大賽是一類由四川省教育廳為主辦單位，主要面向土建類和工程管理類相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生，是具有提升創(chuàng)新思維和科研能力的作用的團(tuán)體競賽。

截至目前，智能建造與管理創(chuàng)新大賽已成功舉辦兩屆，第三屆大賽也即將開始。第二屆智能建造與管理創(chuàng)新大賽的賽會(huì)主題分別是以下八個(gè)模塊：（1）工程管理大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用;（2）施工自動(dòng)化及工程管理虛擬仿真;（3）基礎(chǔ)設(shè)施智慧運(yùn)維;（4）HSE智能分析與控制;（5）新型工業(yè)化建造與管理;（6）極端環(huán)境智能建造;（7）智能交通建造與運(yùn)維;（8）其他。

雖然四川省大學(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新大賽的舉辦歷史并不久遠(yuǎn)，但隨著大賽的舉辦，參賽隊(duì)伍越發(fā)增多，賽事的領(lǐng)域影響力也越來越大。四川省大學(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新大賽的參賽隊(duì)伍第一屆舉辦時(shí)有53支，到第二屆舉辦時(shí)增長到了64支。

二、智能建造大賽促進(jìn)學(xué)術(shù)能力提升的因素分析

（一）競賽題目立足于鐵道信息化技術(shù)前沿

近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了鐵路施工和運(yùn)維向著信息化、智能化方向發(fā)展，使鐵路施工的技術(shù)水平和管理水平迅速提升，同時(shí)促進(jìn)了鐵路建設(shè)在節(jié)能減排、提高各部門人員溝通效率等方面的進(jìn)步[2]。本次競賽以BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)為基礎(chǔ)，要求參賽學(xué)生將信息化技術(shù)應(yīng)用于土木的施工和運(yùn)維管理過程中，提升學(xué)生運(yùn)用信息化技術(shù)去解決工程問題的思維能力，為以后的職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）競賽邀請行業(yè)頂尖的專家組進(jìn)行指導(dǎo)

本次競賽邀請了東南大學(xué)等多所知名高校的教師及企業(yè)內(nèi)高級技術(shù)人員作為比賽的評審專家，對各組學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。專家組將會(huì)從創(chuàng)新性、研究方法、數(shù)據(jù)分析和主要結(jié)論及實(shí)踐應(yīng)用等方面，對各組的作品提出建設(shè)性意見，一方面幫助各組進(jìn)一步完善作品，提升作品的可行性;另一方面幫助學(xué)生體會(huì)競賽的精神內(nèi)涵，并使學(xué)生將大賽所學(xué)知識融會(huì)貫通，轉(zhuǎn)化為科研能力和學(xué)術(shù)素養(yǎng)。同時(shí)，企業(yè)從業(yè)人員則會(huì)從應(yīng)用層面幫助學(xué)生了解作品本身同實(shí)際工程的結(jié)合點(diǎn)。

（三）競賽涉及多學(xué)科交叉

競賽以工程力學(xué)和材料學(xué)為基礎(chǔ)，并需要結(jié)合信息化技術(shù)，因此對土木工程的基礎(chǔ)知識、管理學(xué)和計(jì)算機(jī)相關(guān)知識均有要求。參賽學(xué)生必須將在校所學(xué)最大限度地應(yīng)用，并且還需要對課外知識進(jìn)行學(xué)習(xí)和補(bǔ)充。在這一過程中，學(xué)生的應(yīng)用能力、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力等均將得到提升。同時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同專業(yè)的同學(xué)一起組隊(duì)的情況，因而他們將會(huì)在幾個(gè)月的時(shí)間里協(xié)同作戰(zhàn)，這也對應(yīng)了在實(shí)際工程中經(jīng)常需要多專業(yè)共同承擔(dān)工程任務(wù)的情形。例如，在鐵路中經(jīng)常會(huì)分為站前專業(yè)，如路基、橋涵、隧道、站場、軌道等;以及站后專業(yè)，如給排水、電力、通信、信號等。在競賽中多學(xué)科、多專業(yè)的交叉，對學(xué)生宏觀地理解施工和運(yùn)維、提升各專業(yè)協(xié)作具有很大的意義，并可幫助學(xué)生提升科研和學(xué)術(shù)水平。

（四）競賽作品形式多樣

競賽允許的形式包括研究報(bào)告、商業(yè)方案、實(shí)物發(fā)明、裝置裝備或軟件等形式，這使得參賽學(xué)生能夠自由選擇喜歡的作品形式。在比賽過程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好、個(gè)人能力等，分別在突出科研能力、商業(yè)策劃能力、動(dòng)手能力、軟件編寫能力的各類參賽作品形式中進(jìn)行選擇。在這一過程中，體現(xiàn)了對學(xué)生的差異化培養(yǎng)思想，因材施教，使得不同的學(xué)生都能在競賽中獲得成就感，提升科研素質(zhì)和實(shí)踐能力，為以后的職業(yè)生涯或科研生涯奠定基礎(chǔ)。

（五）競賽流程精心設(shè)計(jì)

競賽過程中包含了初賽、復(fù)賽、決賽三個(gè)流程，每個(gè)流程都安排了專家進(jìn)行評審，評審?fù)ㄟ^的參賽隊(duì)伍才可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，保證了競賽程序的公平公正和嚴(yán)謹(jǐn)性。同時(shí)，能夠讓參賽學(xué)生如履薄冰，認(rèn)真嚴(yán)肅地對待本次比賽。競賽過程中，對各組學(xué)生的評價(jià)指標(biāo)是嚴(yán)謹(jǐn)且科學(xué)的，各組必須說明自己的數(shù)據(jù)來源和研究方法，保證作品的真實(shí)性和可行性，這和真實(shí)做科研是有一致性的。

三、依托智能建造大賽的鐵道信息化人才培養(yǎng)策略

近年來，依托學(xué)科競賽進(jìn)行大學(xué)生培養(yǎng)的方案在我校蔚然成風(fēng)，校內(nèi)也組織了包括智能建造大賽在內(nèi)的全國性大賽，如全國高校BIM畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、全國大學(xué)生巖土競賽、大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息技術(shù)大賽等，為學(xué)生提供了豐富的機(jī)會(huì)來發(fā)展和提升自我。我校積極組織廣大學(xué)生參賽，設(shè)立獎(jiǎng)金和各級獎(jiǎng)項(xiàng)榮譽(yù)，讓學(xué)生有足夠的動(dòng)力將比賽作品完善，并在比賽中培養(yǎng)自己的科研精神和學(xué)術(shù)素養(yǎng)，勇于提升自我。

（一）培養(yǎng)策略

1.促成競賽隊(duì)伍的形成。為了提升學(xué)生在競賽中的參與度，筆者認(rèn)為首先應(yīng)當(dāng)多維度地對競賽進(jìn)行宣傳，本次比賽通過校內(nèi)網(wǎng)站、微信公眾號、課堂等多種方式進(jìn)行宣傳，保證學(xué)生能夠有足夠的渠道了解競賽，并按照自己的興趣愛好選擇參賽形式。其次，學(xué)校應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)跨院系、跨院校組隊(duì)，只有這樣才能促進(jìn)不同專業(yè)的同學(xué)在比賽中拓展知識面，從不同學(xué)科的角度完善參賽作品。同時(shí)，這與真實(shí)工程中的施工和運(yùn)維需要土木工程、計(jì)算機(jī)、電氣等多專業(yè)協(xié)作的實(shí)際情況是相符的，也能夠讓學(xué)生提升團(tuán)隊(duì)精神。最后，鼓勵(lì)各參賽小組適當(dāng)采取高年級帶低年級、有經(jīng)驗(yàn)同學(xué)帶沒有經(jīng)驗(yàn)同學(xué)進(jìn)行比賽的方式[3]，一方面可以讓高年級同學(xué)起到帶頭作用，鍛煉他們的組織協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)的能力;另一方面可以讓低年級同學(xué)盡快上手，在幫助高年級同學(xué)的過程中提升自我，有問題可以互相請教。

2.競賽過程中積極組織例會(huì)。比賽過程中，應(yīng)當(dāng)為各組配備在本專業(yè)具有較高素養(yǎng)和水平的指導(dǎo)老師對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。指導(dǎo)老師不僅要具備相應(yīng)的科研能力，了解競賽的流程和各類事項(xiàng)，還應(yīng)當(dāng)對學(xué)生熱心，積極指導(dǎo)學(xué)生解決競賽中的困難[4]。筆者作為本次比賽的指導(dǎo)老師積極組織學(xué)生定期開展例會(huì)，一方面了解學(xué)生的參賽進(jìn)展，另一方面幫助學(xué)生解決比賽中的難題。在這一過程中，讓每位同學(xué)都能在組內(nèi)老師和同學(xué)面前進(jìn)行陳述和表現(xiàn)，鍛煉他們的膽量、表達(dá)能力、邏輯能力等[5]。

3.給予參賽學(xué)生足夠的科研條件。本次比賽中，參賽學(xué)生包括本科生和碩士生，本科由于日常接觸科研相對較少，一方面對于科研的認(rèn)識不足，另一方面，更重要的是對科研中涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器、編程軟件、數(shù)值模擬軟件、科研論文撰寫等并不十分熟悉。因而，學(xué)校和指導(dǎo)老師有必要對學(xué)生進(jìn)行這些方面的教學(xué)和訓(xùn)練，以便提升學(xué)生的科研能力，對其日后不論是工作還是繼續(xù)讀研都有較大幫助[6]。筆者認(rèn)為，在教學(xué)過程中，對一些學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)編程等方面的訓(xùn)練很有必要，而本次競賽，很好地做到了從工程和計(jì)算機(jī)兩方面對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)的目的。

（二）競賽效果評價(jià)

筆者所帶團(tuán)隊(duì)為本人的碩士生，包含研二和研一學(xué)生，其中由一名研二碩士生擔(dān)任隊(duì)長，團(tuán)隊(duì)在本次競賽中榮獲一等獎(jiǎng)。比賽結(jié)束后，小隊(duì)四位成員都建立了對BIM和深度學(xué)習(xí)的濃厚興趣，其中兩位學(xué)生決定對BIM進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，為以后成長為鐵道信息化綜合人才而努力;另兩位學(xué)生比賽后在深度學(xué)習(xí)方面又開展了相關(guān)研究，在比賽作品的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展，準(zhǔn)備在鐵路路基病害方面進(jìn)行下一步研究。在本次競賽中，兩位學(xué)生是剛剛本科畢業(yè)還未入校的準(zhǔn)碩士生，通過這次競賽，筆者發(fā)現(xiàn)該兩位學(xué)生相比未參加競賽的學(xué)生能夠更快融入碩士生涯的科研工作。在比賽過后，他們對實(shí)驗(yàn)和科研軟件都能很快上手，并且已經(jīng)對撰寫科研論文較為熟悉，迅速完成了從本科生向碩士生的蛻變。這說明本次競賽對學(xué)生的個(gè)人能力和科研素質(zhì)的培養(yǎng)是較為成功的，也為日后組織學(xué)科競賽提供了范例。

結(jié)語

四川省大學(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新大賽不僅可以促進(jìn)鐵道專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)代化信息技術(shù)，適應(yīng)社會(huì)潮流全面發(fā)展，還可以促進(jìn)研究生創(chuàng)新能力的提升，為培養(yǎng)更符合新時(shí)代鐵道工程要求的人才提供了交流平臺。本文基于筆者第二屆四川省大學(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新大賽獲獎(jiǎng)經(jīng)歷，總結(jié)了依托大賽深度融合信息化技術(shù)的鐵道類研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)策略的初步思考與探索。初步的探究實(shí)踐表明，依托本大賽，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到了有效提升。誠然，如何依托創(chuàng)新型競賽制定培養(yǎng)鐵道專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)術(shù)能力策略的工作，還需要結(jié)合時(shí)代特點(diǎn)繼續(xù)深入思考與實(shí)踐探索。

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Exploration on the Innovation Ability Cultivation of Railway Major Students Based on Informatization： Taking the Intelligent Construction and Management Innovation Competition of Sichuan Province as an Example

LIU Kai-wen， SU Qian， YANG Rong-shan

（School of Civil Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 610031， China）

Abstract： Information technology plays an increasingly important role in various industries， and has become one of the trends in social development. As a high-level competition suitable for transportation and civil engineering students， especially railway majors， the Intelligent Construction and Management Innovation Competition can not only comprehensively cultivate students’ innovative thinking， scientific research ability and team spirit， but also enhance students’ ability of flexibly applying information technology in the industry of railway engineering and continuously improve the quality of talent training. Based on the Intelligent Construction and Management Innovation Competition for College Students of Sichuan Province， this study puts forward some preliminary thoughts on the cultivation of the academic innovation ability of students majoring in railway engineering based on the deep integration of information technology in the competition， which has obtained positive feedback in the practice.

Key words： railway informatization; competition of college students; innovation ability; training strategies