现代教学丨高铁教学模拟舱 提升学生工程素养
现代教学丨高铁教学模拟舱 提升学生工程素养
常州正源模型：
【摘 要】本文依托高铁仿真运输组织实验室，在相关课程实施过程中，以提升学生工程素养为核心，充分挖掘教学资源，精心设计教学。学生在了解、体验、思考后，在工程知识、思维素质、实践操作、意志品质、沟通协作、创新创意等方面有所收获。
【关键词】工程素养 问题解决 沟通协作
作为工程素养特色学校，除了在日常教学中渗透工程素养培育，我校还创建了工程科学创新实验中心。我们负责高铁仿真运输组织实验室，在实验室运行和相关课程的实施过程中，积累了一些提升学生工程素养的经验。
工程素养的形成并非是知识的简单组合，而是复杂的渐进过程，需要将不同学科的知识和素质要素融合在工程实践活动中，并且综合化、整体化、目标化。因此，学生工程素养的培育，应该渗透到教学的每一个环节，根据自身工程特色和环境特点，因地制宜、因人制宜、因环境和条件差异对学生进行综合培育。
一工程素养
工程技术是在工业生产过程中，应用科学知识或技术发展的研究成果，以达到按预定目标改造自然的手段和方法，具有可行性、经济性、综合性等特点。因此，工程素养可以是对工程设计与开发过程的理解，也可以指从事工程实践的工程专业技术人员的一种能力，或者面向工程实践活动时所具有的潜能和适应性。
课程介绍
（一）课程目标
高铁调度模拟课程面向我校全体高一年级学生，每个学生培训三次（六个课时）。该课程的学生涵盖面广、课程时间短，因此，该课程以激发学生兴趣、围绕工程素养、提升学生综合素质为主要目标。同时，该课程更注重学生基本素质的刺激与强化，如沟通表达、团结协作、分析设计、规则意识、实践能力、责任意识等，而工程技术知识掌握的广度则相对弱化。
（二）课程内容
1.高速铁路技术认知：让学生对轨道交通系统有基本认识，掌握铁路信号设备中的信号、联锁、闭塞的作用及相互关系。
2.轨道交通专业认知：让学生了解高速铁路的发展历程以及其关键技术。
3.列车驾驶模拟：让学生了解高速铁路系统中列车运行的基本特征，了解驾驶过程中的注意事项，掌握基本的行车组织规范。
4.车站计算机联控：让学生了解列车在车站接入、出发、通过作业的基本特征，掌握通过计算机联锁为列车安排进路的操作方法，了解安排进路过程中的注意事项。
（三）教学安排
1.第一次课：高速铁路和轨道交通相关知识和技术的介绍和讨论。教学方式上，教师借助PPT使用大量图片和视频，减少讲授，增加互动和讨论，注意激发兴趣，培养逻辑分析能力，养成表达讨论的习惯。教学内容上，教师可以挑选出激发学生兴趣的内容介绍。比如，让学生辨认铁路发展四纵四横、八纵八横上的站点，辨认国内轨道交通的几种类型，渗透基本常识；猜测国家铁路里程数，对比国内外铁路发展情况，提高民族自豪感；观看铁路事故的图片，提高规则与安全意识等。除了激发学生兴趣，还能培养学生逻辑思维，比如辨别道岔的类型和车轮的情况，分析怎样通过道岔改变方向；讨论如何避免出轨和撞车，提升学生思维能力、表达能力。
2.第二次课：基本动作分解、筑基，包括列车驾驶、车站联锁管理以及接发车配合。教学方式上，讲授、演示、提问、讨论和操作结合，注重检验，促使学生手脑并用。教学内容上，指导学生驾驶列车和管理车站中的基本操作，讨论接发车配合过程中的注意事项，形成一套简洁有效的沟通机制。
3.第三次课：团结协作演练沪杭之间多车多站点的行车组织过程。教学方式上，以演练体验为主，讨论总结为辅，让学生唱主角，教师默默关注。教学内容上，先是复习列车驾驶、车站联锁管理和接发车配合的动作，然后分配好开车和管理车站的任务，让学生同时开行四辆高铁，模拟列车接入、出发、通过等作业。在一节课中，演练—总结—演练交替进行，让学生自我反思、成长，体验成功配合的乐趣。
三课程在工程素养培育上的体现
（一）激发兴趣，落实学生的知识储备
事实上，并不是所有的学生都会对高铁和轨道交通感兴趣，尤其是枯燥的理论课。因此，我们不求理论知识的大而全，但求精而趣。教师精选知识点，辅之以有震撼力的图片和视频，在吸引学生眼球上很是成功，很多互动的设计，能有效提升学生的学习积极性和参与度。对于我们选择的工程知识和必要的操作技能，学生基本上可以有效掌握。对于对轨道交通特别感兴趣、学习热情很高的学生，教师则可以推荐给同济大学，为其提供深度学习的机会。
（二）促进讨论，提升学生的思维品质
很多学生思维不活跃、不积极，分析问题抓不住重点，回答问题没有针对性，答非所问。基于此，我们在有限的时间里，设计了两处重点渲染的讨论环节，都是有具体情境并且能够刺激学生积极参与的点。讨论环节既训练了学生思维，又给学生输入了相关的工程知识，同时还对学生养成沟通、表达和讨论的良好习惯具有促进作用。
例如，在讨论如何避免撞车时，给学生看事故照片刺激其学习积极性，让学生思考为何会撞车？什么时候不会撞车？有哪些方法可以避免撞车？每种方法有何局限性？因为有具体的情境，与生活贴合度高，所以每个问题都能引起学生的讨论，学生提出的方案也都会有人质疑和讨论。当学生的讨论越来越接近真相时，教师顺势介绍核心知识点“信联闭”，效果出奇的好。
又如，在讨论接发车过程中如何简洁有效地沟通时，教师先让学生体验在没有有效沟通方式的情况下，接发车的混乱，学生一方面增加了接发车的经验，另一方面也激起了好胜心，希望做得更好。在之后的讨论环节，学生会有的放矢地提出很多沟通的要点，在该过程中，教师和学生不断质疑与完善，最终形成一套简洁高效的沟通流程。
（三）拆分动作，夯实学生的操作技能
学生天生好动，一见到可以上手的东西，往往不听指挥、不懂要领就随意乱动。因此，我们重视基本动作的拆分、讲解、演练、检验，给每个学生任务训练熟悉动作要领，确保每个学生都能熟练进行列车驾驶和车站进路的设置与取消。对于接发车配合，我们可以让学生进行角色扮演，展示接发车的沟通协作流程。生动的形式、有效的检验加之每个人都有事可做，使得每个学生都能对基本的动手操作谙熟于心。
（四）创设情境，强化学生的协作意识
在合适的情境中，学生沟通、协作意识会自然生成，配合的熟练度通过训练可以提升。因此，我们课程依托课程核心资源——沙盘控制系统，让学生团结协作演练沪杭之间多车多站点的行车组织过程。真实有趣的情境让学生情不自禁地全身心投入进去，沟通协作意识自然生成，并得到强化。演练之前，对配合流程的讨论，让学生既知其然又知其所以然，深刻体会团结协作的内涵，追求配合熟练度的过程，还可以帮助学生提升团结协作能力。
此外，有些学生不敢大声说话，但是驾驶员和管理员之间要想有效沟通，就必须大声呼叫，积极回应，这个过程对这类学生而言就是很好的锻炼。有时，学生知道配合，但不能有效配合。比如，车辆通过车站时，驾驶员虽然知道呼叫，但不等回应就通过，或者呼叫后没人回答就一直等，不继续呼叫，这样的操作都是无效的沟通。教师应及时提醒点拨，让学生把沟通落到实处，注意做事的效果。成功的接发车需要每个人各负其责，熟练地做好自己的工作，并且相互之间流畅配合。这个过程可以让学生体会团结协作的细节和真谛，提高责任意识，避免太过自我。
（五）设计问题，培养学生的问题解决能力
多年的学习，让学生习惯了解决结构良好的问题，对于结构不良的问题不知从何下手。轨道交通背景的场景复杂、内容丰富，可以设计很多结构不良问题。例如，教师设计了两个讨论问题：列车运行如何避免撞车？接发车时如何有效沟通？没有明确的初始条件，目标状态也不是十分明确（比如什么算有效沟通需要学生自己界定），当然也没有明确的解决方案，需要学生自己去寻找条件、决定取舍、设计方案、评价效果、可行性之外，还要考量经济性，这对于学生感受真实的问题情境，提高问题解决能力和工程素养大有裨益。
（六）巧借故障，提升学生的意志品质
有些学生自主能力不足，遇到问题习惯性依靠教师，畏难情绪多，应变能力差。在实验室里，经常会有很多小故障，如大屏上车次号经常不随车走，给学生判断列车位置造成困难；车载摄像头信号不稳定或者错乱，给学生观察车前路况造成困难；行车过程中，列车偶尔会断电停车等。其实，软硬件只是教学的辅助，只要车能动起来，其他问题都能补救或克服。比如，大屏显示车次号虽不动，但是表示车辆位置的红光带移动正常，只要学生记住车子的大致位置以及行车方向，就可以判断出哪条红光带对应自己的车。车载摄像头信号错乱且不稳定也没关系，因为都在一个房间内，并且一台电脑两个人用，可以一个学生跟着车走（相当于坐在驾驶室里）发指令，另一个负责操作电脑。在后期演练中，很多学生都这样操作。碰到这样的问题，我们会鼓励学生仔细观察、积极思考、勇于担当，灵活多变地处理类似的问题。
（七）寻找不足，培养学生的创新意识
在列车一次次提速的过程中，既有对列车性能的升级，又有对行车组织技术和方法的升级，这都体现出工程技术者不满足于现状，不断推陈出新的创新精神和能力。在问题讨论环节，让学生发现问题寻找不足，并在改进的过程中，大胆设想、小心求证、不断质疑、理性辩论，最终形成优化方案。这个过程对于学生形成问题解决的思路和方法、提升创新意识和能力有很大的助益。
（八）抓住契机，矫正学生的个性缺陷
碰到不善于表达的学生，教师要创造机会鼓励他勇于表现。碰到粗枝大叶的“马大哈”，教师要提醒其注意细节，重大事故可能毁于一颗松动的螺帽。碰到太过自我的学生，教师可让其体验因自我而带来的失败。碰到懦弱消极的学生，教师要鼓励他敢于担当，展示自我。对于因失败而互相推诿卸责的学生，教师要让他们学会理性归因，同时用成功配合的体验，强化积极的归因方式和协作意识。对于安全和规则意识不清的学生，教师可以让他们看事故展示，使其有所触动，并利用行车组织过程强化他们的规则意识。
高铁调度模拟课程的内容丰富，可挖掘利用的素材有很多，我们在教学设计上每学期都有改进，但仍有很多的细节可以改善，也还有很多的突发情况需要我们随机应变，在以学生为核心，构建生动、自然、和谐、高效的课堂环境，提升学生综合素质和工程素养等方面一直努力下去。
