基于故障案例的區間信號及列車運行控制技術課程實驗教學模式探索

楊 妮

（蘭州交通大學自動化與電氣工程學院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

“軌道交通信號與控制”專業是蘭州交通大學的鐵路特色專業，隨著我國鐵路持續建設和投入運營，需求大量“軌道交通信號與控制”專業的畢業生，學生的專業理論知識和綜合工程實踐能力是就業單位的重要衡量標準。區間信號及列車運行控制技術課程（簡稱區間列控）是軌道交通信號與控制專業的核心專業課之一，其實驗課作為重要的實踐性教學環節，也是培養學生創新思維和綜合能力的重要途徑。本文以區間列控課程為例，對區間列控課程實驗的教學模式進行分析比較，探討如何上好一門本科生的區間列控實驗課。

1 區間列控課程實驗存在問題

1.1 實驗內容

根據區間列控課程大綱制定實驗內容，每個實驗分為實驗目的、實驗內容、實驗設備、實驗步驟、實驗報告等內容，全部內容均由課程組教師撰寫完成。實驗內容偏重驗證，學生按照實驗步驟一般均能完成實驗，挑戰性小，主動思考機會少。

1.2 實驗質量

在目前的區間列控實驗教學模式中，實驗前，學生基本照抄實驗指導書預習內容。實驗中，學生基本上只能根據實驗指導書進行簡單的演練及參數測試，學生實驗過程積極性低，思考性實驗環節份量小，創新性訓練不夠，學生動手機會少，處理隨機故障的能力更是幾乎接近于零。實驗后，學生整理實驗測試數據，完成實驗報告。實驗全程學生只是照搬實驗流程，機械式學習實驗內容。實驗全程忽視了學生獨立思考和解決實際問題的能力的培養，從而導致學生在這門課程結束后，即使理論知識掌握較好，但是對現場各設備所處場景認知及其隨機故障的處理能力還是相對薄弱。

2 區間列控實驗課改革探索

2.1 注重課堂討論

實驗課作為課堂理論知識的延展，考核學生綜合運用理論知識的能力。在課堂授課過程中，注重課堂討論，根據教學內容，加入討論話題，調動學生學習積極性，深化理論知識理解程度，發散思維，提高創新思維，為實驗課程奠定扎實的理論底蘊。

2.2 培養興趣，深度參與實驗

學生學習興趣最好的培養方式是激發其自身的求知欲，調動其好奇心，使學生主動參與到探知問題、解決問題的過程中，從而培養其解決問題的能力。引入預習思考環節。針對實驗內容，設計實驗思考題目。思考題目考查學生對實驗預習內容的綜合理解能力，發散思維，拔高課堂理論教學內容，引導學生多方位、多層次思考，激發學生學習興趣。學生通過預習思考環節的完成，很好地避免了以前照抄實驗報告的行為，將被動學習變為主動學習，較好地理解了本次實驗預習內容，為實驗過程的開展奠定了理論基礎。

例如，在無絕緣軌道電路實驗中，引入思考題目，理論教學中ZPW—2000A由主軌道和小軌道電路組成，小軌道電路的鋼軌長度為29m，此長度的鋼軌由于參與電氣絕緣節工作，長度一般固定不變，實驗室由于場地有限，沒有小軌道電路，那么如何保證ZPW—2000A的正常工作呢？此問題的正確解答，需要學生對ZPW—2000A工作原理的熟練掌握，同時對ZPW—2000A接收器和GJ的動作原理深入理解才能給出解題思路，綜合要求高。學生在思考的同時，遞進式地整理課堂理論知識，融會貫通，學以致用。

2.3 加強實驗實踐能力培養，加深對理論知識的理解

基于故障案例教學是學生對專業知識的一個整體認知過程，通過故障案例，學生可以系統地了解區間列車運行的特點及發展應用，并且逐漸建立專業自信的過程。大學生的專業自信則是對本專業的專業知識、專業技能、發展前途、就業方向等有充分的認知，主要體現在專業知識的學習、應用和創新等方面。引入實驗案例教學，基于故障案例的實驗教學的引入，在學生發現問題、解決問題的不斷思考過程中，訓練其創新思維能力，提高其工程實踐水平，激發學生自身榮譽感，積累實踐經驗，增強自身專業技術水平及專業自信，為本專業長久發展提供內在潛力支持。學生對自己所學專業的積極肯定和認可程度，也影響著學生對自身的認識與價值觀。同時也讓學生及時了解本專業的現場應用情況，擴展專業知識層面，認知本專業現階段的發展水平及局限性，讓學生關注社會、關注生活、感同身受，增強其愛國意識，從而達到思政教育的目的。具體實施過程如下：

（1）通過現場調研，搜集區間信號及列控系統的典型常見故障，對故障現象進行分析，研究導致故障的理論原因。

（2）根據調研結果及現有實驗條件，在不影響原實驗運行的前提下，參考典型的故障案例，在實驗室對原系統電路進行改造，設置故障，然后根據故障案例，制定故障處理流程。運用多種形式啟發學生的獨立思考和創新思維能力，通過對故障現象進行分析研究，提出見解，直到完成故障判斷和處理這一系列過程，激發學生的學習主動性及自我成就感，提高學生分析問題和解決問題的能力。

例如，在主體化實驗中，設置機車信號故障，引導學生根據故障現象，分析故障原因，什么情況會導致機車信號無碼，出現紅燈和白燈，根據理論知識分析結果，一步步測試可疑故障點，進而定位故障，排除故障。

2.4 改革實驗成績過程考核細則

成績作為學生學習效果的最直觀體現，也是驅動學生學習的最主要動力源泉。根據實驗內容和方式的改革過程，改革實驗成績評定標準及細則。制定實驗前（實驗預習）、實驗中（實驗過程）、實驗后（實驗報告）三個環節的成績評分標準及細則見表1、表2、表3所示。每個環節根據評價內容不同等級評分。最終實驗成績為實驗前、實驗中、實驗后三個環節的平均值，以此規范實驗過程成績考核。同時改革實驗報告，實驗前加入啟發思考題目及要求，實驗中強化學生實踐參與能力考核，實驗后考核學生報告總結分析能力，讓學生深入分析總結本次實驗內容，融匯知識點。

表1 實驗預習環節成績評定標準及細則

表2 實驗過程環節成績評定標準及細則

表3 實驗報告環節成績評定標準及細則

3 結語

理論與實踐相結合，現場應用與理論教學相銜接，實驗教學與時俱進，不斷創新，是培養本科生工程應用能力和創新能力的發展要求。通過本次實驗改革的實施，學生學習興趣極大提高，實驗參與度較高。故障案例的設置，可以激發學生好勝心，將學生從知識學習轉化為實踐能力的鍛煉，機械知識理解轉為對知識的深入理解及整體認知。學生思維活躍，探知能力進一步加強，對相關儀器設備的使用更加熟練，對相關理論知識的實踐應用能力更加強化。