现代教学丨创设高铁调度模拟课程 提升学生工程素养

第一教育2018-06-29 10:39:45


【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。


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。


良好的工程素养应该具备如下几点,详见下表。


表??良好的工程素养

广博的工程知识

比较扎实的知识储备和技术基础

良好的思维素质

善于发现问题,分析和解决工程实际问题

娴熟的实践操作

必要的训练磨炼出的动手能力

坚定的意志品质

能够吃苦耐劳积极主动地解决问题

优秀的协作能力

善于表达和沟通,能够守职尽责,积极合作

积极的创新意识

不满于现状,有质疑精神,主动创新升级

扎实的方法论

成熟地发现、分析解决某领域问题的通用方法

活用的人文素质

见多识广,思维开阔,融会贯通


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。


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;车载余额宝五元红包怎么领取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。车载余额宝五元红包怎么领取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。


参考文献:


[1]蒋亚南.非工程专业学生工程素养培养研究[J].中国电力教育?,2014(2).

[2]王洋,柏毅.NAEP技术与工程素养评估简述[J].江苏科技信息,2013(5).

[3]杨毅,刘赞,唐如龙.基于创客教育的工程训练教学改革与实践[J].中国教育技术装备,2016(22).

[4]涂善东.全面工程教育的探索与实践[J].中国高等教育评估,2007(4).

[5]竺志超,杨金林,祝洲杰,杨文珍.基于“零距离”模式的非工程类专业工程素质认知教学[J].实验技术与管理,2011(7).


(作者系上海市徐汇中学??高建军??姚智伟)

(本文刊载于《现代教学》2018年4A刊)


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