轨道交通信息与控制虚拟仿真实验教学中心建设

轨道交通信息与控制虚拟仿真实验教学中心建设
WAN Baihua;MA Xiufei;MA Jun;ZHANG Cairong
【摘要】针对新工科教育人才培养需求,课题组以工程专业教育认证为引领,以培养轨道交通信息与控制类复合应用型和国际化人才为目标,以虚拟仿真技术最新成果为手段,开发了虚拟仿真实验智能指导与管理系统,建立了虚拟实验教学开放共享架构,创新了实践教学模式,拓展了实验内容的深度与广度.中心建设体现以人为本,重在人才培养的高等教育核心内涵.
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2019(038)005
【总页数】4页(P147-150)
【关键词】轨道交通;虚拟仿真;实验教学;开放共享
【作者】WAN Baihua;MA Xiufei;MA Jun;ZHANG Cairong
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
0 引言
江苏师范大学自2013年至2018年分别获批了江苏省“信息与控制工程实践教育中心”、教育部“轨道信息与控制”国家级虚拟仿真实验教育中心、江苏省“轨道与控制虚拟仿真实验教学共享平台”和教育部首批“动车组转向架检修实验”国家
级虚拟仿真实验教学项目建设点。

5年来，课题组秉持新工科教育需要走上数字化转型之路的理念，坚持问题和需求为导向，依据虚实结合，能实不虚，开放共享的建设思路，以提高大学生工程素养、实践能力和创新精神为目标，紧密结合工程教学和工程训练环节，体现多维度、系统化和自主式等特点，拓展实验教学内容的广度和深度，建立了“实验—实践—实训”、“虚实结合”的实践教学体系，教学模式持续优化，教学体系不断完善，延伸了实验教学时间和空间，调动了学生学习与创新的主动性和积极性[1-2]。

1 建设体系
1.1 教学资源建设
(1)开发“三层六型”实验项目。

课题组紧密融合专业建设和行业发展最新成果，根据经济社会发展对高校轨道交通信息与控制人才培养的需求，依托教育信息化服务企业提供专业技术和运营管理服务，与教育信息化服务企业合作，在行车控制、运行车辆、牵引供电、运输组织等，开发了具有展示、编辑和共建共享等功能的“三层六型”虚拟仿真实验教学项目50余个。

包括车站联锁、信号基础设备、区间列控、信号机和转辙机拆装、继电接口电路、计算机联锁系统故障、列车限制速度曲线绘制、车辆部件拆装、车辆检修、牵引变电所供电系统设备操作、接触网分区供电方式、列车编组、运行图编制、运输能力计算、运行计划编制等虚拟仿真实验教学资源。

基础层包括验证型、演示型仿真实验项目，应用层包括综合型、设计型仿真实训项目，提高层包括科研型、创新型仿真实验项目[3-4]。

其中，自主研制的“基于沙盘的计算机联锁半实物仿真系统”“牵引供电动态模拟与故障分析系统”“动车模拟驾驶系统”“动车虚拟检修系统”“动车虚拟故障处理系统”“高铁综合调度仿真系统”等得到较好使用。

(2)搭建“三位一体”实验平台。

课题组坚持以工程应用型人才培养为宗旨，提高学生的工程实践和创新能力，以“产学研”相结合为目标，提升教师的工程应用能
力，以深化校企合作为出发点，培养轨道交通行业职工的职业技术能力和应急处理能力，搭建如图1所示的集“实验教学虚拟仿真”“实践培训虚拟仿真”“科研
创新虚拟仿真”三大功能为一体的智能型虚拟实验共享平台。

3个平台集虚拟资源、创新设计、智能指导和教学管理于一体，功能联动，形成一体化相互推动关系。

实现“实验教学、实践培训、科研服务”的有机融合[3-4]。

图1 “实验教学、实践培训、科研服务”实验平台
(3)构筑“一纵四横”实验教学体系。

依托学校学科专业优势，借助我校与俄罗斯
圣彼得堡国立交通大学合作举办“3+2”本科教育项目的优质实验课程体系，按照虚实结合，能实不虚，以虚助实，虚实互补的基本路线，以轨道交通信息与控制主干课程知识点和能力要求为依据，以安全运行控制为准则，将“运输组织”“行车控制”“运行车辆”“牵引供电”虚拟仿真实验教学资源统筹建设，以满足多学校、多企业、多地区的虚拟仿真实践教学需求，形成如图2所示的“一纵四横”多分
支的实验教学体系[5-8]。

图2 “一纵四横”实验教学体系
1.2 师资团队建设
强化实践教学队伍建设，激励教师积极从事实践教学工作，采取专兼职相结合、国内外培养与引进并举、建立实验教学队伍专业发展计划、终身教育与职称晋升改革等措施，提升实验队伍水平。

目前形成了理论教学与实验教学互通，科学研究与工程开发结合，校内校外和国外相结合的高素质实验教学队伍。

师资类别、来源、职称和学历结构如图3所示。

图3 师资类别、来源、职称和学历结构
(1)校内师资。

中心利用学校师资队伍建设“153工程”和“331国际化工程”战略，加快高水平学科带头人和具有国际化背景的高层次专业人才引进。

以教学促进科研，以科研反哺教学，特色突出，成果显著。

目前专兼职教师68人，其中，中科院百人计划1人、江苏省双创人才1人，江苏省“333高层次人才培养工程”
首批中青年学科带头人及“六大人才高峰”高层次人才和“青蓝工程”中青年学术带头人等15人，江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师10人[1]。

(2)国外师资。

2014年经教育部批准，我校与俄罗斯圣彼得堡国立交通大学合作举办“3+2”本科教育项目，成立了全国第一所中俄合作办学机构。

以此为平台深化国际教育合作，聘用国外16名轨道交通专业优质师资，进一步强化了专业师资建设。

(3)企业师资。

2008年，我校与上海铁路局签定协议，共同培养轨道交通类专业人才。

学校与企业共同参与实验中心建设与实验教学改革，并聘请了一批高级工程师和业务骨干兼任中心教师，指导学生进行生产实习、毕业设计等，建立了校企共建课程建设、教学资源建设、实习实践基地建设的良好合作机制。

1.3 保障体系建设
(1)管理体系。

为确保虚拟仿真教学中心建设高效、管理科学、运行规范，学校建
立如图4所示的管理体系。

中心下设“教学培训部”“科研服务部”“技术研发部”“企业协调部”，教学培训部负责基础实验虚拟仿真教学、学生实训、企业职工培训；科研服务部负责向校内外师生和研究开发人员提供平台服务；技术研发部负责虚拟仿真实验项目开发与完善，科研成果转化为实验实训教学项目，系统维护；企业协调部提供工程技术标准和技术资料，参与中心规划建设、确定培训项目和科研服务平台功能。

图4 中心组织管理体系
(2)资金保障。

以学校为主体，与合作单位共同建设，共享建设成果。

经费投入以学校为主，企业资助为辅。

目前学校已投入4 000余万元，人才引进专项经费已投入200余万元，中心运行管理与维护经费50万元/年以上。

(3)评价体系。

建立了绩效、用户和服务“三位一体”的评价体系。

见图5所示。

图5 评价体系
1.4 共享体系建设
(1)信息化平台。

针对虚拟实验过程的智能指导和实验结果自动批改关键技术，开发了如图6所示的信息化平台。

实现了实验预约、审批、执行、评价和统计分析全方位的虚拟实验教学辅助功能，达到了整个实验过程的全程管理[9-11]。

图6 信息化平台
(2)共享架构。

以优质实验资源开放共享为目标，建立了如图7所示的虚拟实验教学开放共享基本架构。

可支持单片机、移动终端、局域网环境下使用，提供课程虚拟实验库，支持实验的选配和素材的选用，强化了虚拟仿真实验教学共享的技术支撑、系统服务和用户管理，实现了用户注册、登录、预约、查询实验状态信息及个人信息功能，满足实验教学的开放共享，激励了学生学习的积极性和提高学生创新能力[12-14]。

图7 虚拟实验教学共享基本架构
(3)开放共享。

实现了校内共享、校际共享、企业共享和国际共享。

校内服务相关专业，支持学科建设、支撑科学研究，满足仿真实验课程要求，为学生科技活动、学科竞赛、毕业设计、教师科研等提供服务。

实验学生每年3 200人，12.8万人时数；校外服务相关高校本科和研究生教学，8 000人时/年以上；为上海铁路局徐州电务段、供电段、徐州高铁客运站、徐州城市轨道交通有限责任公司提供动车模拟驾驶、运用检修、高速列车运行控制、综合调度、牵引供电等方面的虚拟仿真
训练和技术演练，每年提供300人以上的服务，同时服务企业科技创新，目前已
完成项目5项，实现项目成果转化8项；我校与俄罗斯圣彼得堡国立交通大学和
彼得大帝理工大学联合举办本、硕一体轨道交通信号与控制等专业，学生在国外学习期间可通过网络在线实验，目前学生人数已达300人，提高了资源利用率和使
用效益。

2 特色创新
(1)国际化课程嵌入的实验教学模式。

创建中俄合作办学、双方互惠、协同发展机制。

嵌入俄罗斯圣彼得堡国立交通大学实验课程，利用其优质教学资源，借鉴其实验教学模式和方法开展共同培养国际化人才。

(2)相辅相成的功能联体平台。

搭建实验教学、实践培训和科研服务“三位一体”
的功能平台。

依托企业先进技术力量，利用我校优势学科资源，使实验教学与工程应用紧密结合，校企深度融合。

(3)工程引领的虚拟仿真实验体系。

构建“行车控制、运输组织、运行车辆、牵引
供电”为核心轨道交通虚拟仿真实验教学资源。

形成以工程引领的“四体交融”实验教学体系，使学生在虚拟环境中客观的实现真实的实验，并具有身临其境的感受，提高了学生的工程应用能力。

3 结语
虚拟仿真实验教学中心通过几年的建设实践，将实验设备、仪器、操作过程及实验结果数字化和虚拟化，开发了“功能完备、界面友好”的虚拟仿真实验教学资源，打造在线实验平台，助力资源共建共享。

采用“虚实结合+自主学习”的虚拟仿真实验教学方法，构建了与企业、院所“开放共享、产教融合”的教学模式，拓展了实验内容的深度和广度，大幅提升学生学习兴趣，提高了学生学习成绩和创新能力。

加强了师生互动，使指导和学习模式得以变革，减少了教师传统指导工作量，教师工作得以优化，从而达到对课程体系的重塑和实验方法的变革。

真正体现了以人为
本，重在人才培养的高等教育核心内涵，取得了令人满意的效果[15-16]。

参考文献( References) :
【相关文献】
[1] 马然，马军，周连佺，等.现代轨道交通虚拟仿真实验教学中心建设[J].实验技术与管
理,2017,34(10):215-218.
[2] 杜玉宝,孙淑强,亓文涛.虚拟仿真实验教学信息化平台的建设与思考[J].中国现代教育装
备,2016(9):26-28.
[3] 马军，乔磊,张嘉鹭，等.高速动车组转向架系统检修虚拟仿真实验建设[J].实验技术与管理，2018,35(5):111-114.
[4] 叶果.轨道交通虚拟仿真实验教学中心建设探讨[J].中国管理信息化,2015(20):210-211.
[5] 赵铭超，孙澄宇.虚拟仿真实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索,2017,36(4):90-93.
[6] 《技术与教育》编辑部.国务院和教育部等有关部门职业教育重要文件摘编(2017年下半年)[J].技术与教育,2017,31(4):44-45.
[7] 潘公宇，江浩斌.车辆工程专业虚拟仿真实验教学平台的设计[J].实验技术与管理，2017，
34(4):1-5.
[8] 贺占魁,黄涛.虚拟仿真实验教学项目建设探索[J].实验技术与管理,2018,35(2):108-116.
[9] 刘来玉，陈晨，董焱,等.虚拟仿真实验教学助推双创教育的探索与实践[J].实验技术与管
理,2017,34(12):128-131.
[10] 李平.推进虚拟现实技术应用提高高校教育教学质量[J].实验室研究与探索,2018,37(1):1-4.
[11] 于敏，黄喆.区域内高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制研究[J].实验技术与管
理,2017,34(6):111-115.
[12] 马秀飞，胡福年.虚拟仿真实验教学信息化平台的建设与思考[J].现代计算机,2015(17):40-44.
[13] 付兴建，刘小河.信息与控制系统综合实验教学平台建设与实践[J].实验室研究与探
索,2016,35(4):190-193.
[14] 温立民,闫茂德,朱礼亚,等.交通信息与控制虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].实验室研究与探索,2017,36(5):118-121.
[15] 王森,李平.2014年国家级虚拟仿真实验教学中心分析[J].实验室研究与探索,2016,35(4):82-86.
[16] 胡凯，郑兴福，陈如松，等.江苏高校实验教学示范中心共享平台建设与实践[J].实验室研究与探索,2014,33(8):144-147.。