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摘要：針對城市軌道交通運營管理課程實踐教學中的現存問題，以能力本位教育為出發點，將CDIO工程教育模式應用于實踐教學中，開展“教、學、做”一體的實踐教學體系建設，利用可視化仿真軟件搭建實踐教學案例平臺，探討CDIO工程教育模式下“實現”和“運作”的教學方法，為城市軌道交通運營管理課程實踐教學提供新的教學模式和教學思路，促進學生工程實踐能力的全面發展。
關鍵詞：CDIO；城市軌道交通運營管理；實踐教學；虛擬仿真
近年來，隨著我國交通強國建設戰略的不斷推進，國家對鐵路等八項智慧交通基礎設施的規劃建設、調度指揮和運營服務提出了更高的要求，以期全面提升交通運輸的精細化管理和高質量服務[1]。在新型基礎設施建設的推動下，城市軌道交通建設已成為構建城市群一體化交通網的重要舉措。培養從事城市軌道交通系統規劃設計、熟悉列車運行組織、精于軌道交通運營管理方面的人才，對提升我國城市軌道交通系統的高效調度指揮和運輸管理智能化水平至關重要。目前，城市軌道交通運輸專業人才培養體系在理論聯系實踐方面還有待完善，學生走向工作崗位后往往會出現理論基礎知識與實際操作技能脫節的情況，難以利用所學知識解決現實問題。城市軌道交通運營管理作為軌道交通運輸專業的核心課程，其課程內容涵蓋城市軌道交通運行組織的各個方面，而在當前的課程教學過程中存在以教師理論講解為主、學生主觀能動性不高、案例實踐體系薄弱等問題。因此，有必要在基本理論和方法教學的基礎上有針對性地安排實踐教學環節，使其對理論教學內容進行補充、解釋、驗證和延伸[2]，構建靈活運用理論知識解決實際問題的新型實踐教學模式，促使學生將理論知識融會貫通地應用于實踐過程。
1CDIO模式下的城市軌道交通運營管理課程實踐教學
1.1CDIO工程教育模式
CDIO工程教育模式最早由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學共同研究創立，是近年來國際工程教育改革的先進成果[3]。CDIO是指構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)。該模式從必備的工程基礎知識、個人能力、團隊能力和工程系統能力方面，提出讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程知識，改變填鴨式和學生被動接受的教學現狀，倡導以“教、學、做”為一體的原則實施教學活動，讓學生成為整個教學活動的積極參與者，注重培養學生的系統工程技術知識、素質和能力，從而大幅度提升教學質量和學習效果，它是一種能夠充分實現以能力本位教育為出發點進行教學過程設計和教學效果評估的教育手段。
1.2城市軌道交通運營管理課程的CDIO模式實踐教學體系
我院針對目前城市軌道交通運營管理課程教學中出現的問題以及CDIO教育模式在實踐能力培養方面的優勢，結合課程培養目標和實踐教學特點，在課程實踐中融入“構思、設計、實現和運作”的教育理念，進行“產品研發周期式”的實踐教學體系構建。通過完成一個完整的工程實踐項目，使學生在理論學習的基礎上進行應用實踐，加深其對城市軌道交通運行組織、行車調度、車站作業和應急指揮等基本知識的理解，培養并強化學生的實踐創新能力、實際項目操作能力和團隊協作能力等綜合素質，改善城市軌道交通相關專業重理論學習、輕課程實踐的培養模式。為此，我院引入CDIO工程教育模式，建立了一套適用于城市軌道交通運營管理課程的實踐教學體系，如圖1所示。結合開展工程項目所需的思路和步驟，以技能認知、目標導向、綜合應用和能力評估為核心，構建實踐教學活動四維度推進框架，同時將城市軌道交通運營管理課程的理論內容提煉為六種崗位實踐技能，并針對六種技能模塊的特點逐級深化設計實踐教學過程，形成“四維度六技能”的城市軌道交通運營管理課程實踐教學體系。
1.3城市軌道交通運營管理課程“四維度六技能”實踐教學的內涵
結合CDIO工程教育模式，城市軌道交通運營管理的“四維度六技能”實踐教學過程包含實踐構思、實踐設計、實踐實現和實踐運作四個階段。通過分析城市軌道交通運營管理人員所需的崗位能力，將原本平行化的專業理論縱向關聯為工程項目實施進程，實現了理論知識與實踐操作的融會貫通。在實踐構思階段，將城市軌道交通運行過程涉及的重要環節提煉為列車開行方案、行車組織調度、列車運行控制、車站作業組織、票務服務管理和應急演練與評價六個需求模塊，使學生了解并掌握相關模塊的專業理論知識，為后續實踐項目的實現提供模塊化、鋪墊式的技能認知準備。在實踐設計階段，整合本學科專業的教學資源，為各個需求模塊設計實踐教學案例，形成多個實踐項目課題供學生選擇。通過下達項目任務書、安排實踐教學進度和制訂考核評價機制，設計出以需求目標為導向的系統化實踐教學方式，使學生逐漸從被動接受理論知識過渡到主動求知。在實踐實現階段，以自由選題的方式進行協作型實踐分組，任課教師借助多媒體課件講解項目的課題內容和仿真軟件的操作流程，指導學生應用仿真技術解決現實問題，幫助學生明確實踐教學任務、自主設計項目實施方案、構建仿真運行場景，并進行仿真模型調試，使學生加強對理論知識的直觀感受，提升學生解決問題、團隊協作和實際應用等綜合素質水平。在實踐運作階段，通過在虛擬環境中對各需求模塊進行實踐操作，模擬不同運行方式下的仿真實驗場景，發掘各種運行擾動或設備故障對城市軌道交通正常運行的影響。在此過程中教師要對實驗運行結果進行分析和完善，及時總結實踐項目完成情況和實踐教學效果，給出實踐教學改進建議，實現“教、學、做”一體化的實踐教學模式，促進學生工程實踐能力的全面發展。
2城市軌道交通運營管理實踐教學平臺
2.1基于AnyLogic仿真軟件的車站作業組織模塊實踐教學案例平臺搭建
AnyLogic仿真軟件是一款支持多方法混合系統建模的仿真工具，其專業的虛擬原型環境可為城市軌道交通運營管理實踐教學平臺提供流程建模庫、軌道庫、行人庫等多種專業化模型庫[4]，使學生能夠以模塊化的方式進行復雜交互式動態仿真，有效提升“教、學、做”一體化實踐教學的實施效果。利用AnyLogic仿真軟件，以車站作業組織模塊為例搭建實踐教學案例平臺，探討CDIO工程教育模式下城市軌道交通運營管理實踐課程的“實現”和“運作”的教學方法。為準確模擬城市軌道交通車站的行車作業和客運作業場景[5]，根據乘客進出站流線和列車運行方案，將某上下兩層地鐵站的站層布局圖導入AnyLogic仿真軟件中。車站作業組織空間場景主要使用AnyLogic的空間標記和演示模塊進行環境建模[6]，按照車站真實情況添加圍墻、護欄、自助和人工售票機等；車站作業組織行為特征主要使用AnyLogic行人庫、軌道庫和流程建模庫進行行為建模[6]，按照真實人員流動規律和列車行車方案建立乘客和列車進出站邏輯流程。車站作業組織模塊實踐教學案例平臺2D和3D場景分別如圖2和圖3所示。
2.2車站作業組織模塊實踐教學案例平臺應用場景分析
車站作業組織模塊實踐教學案例平臺實現了在虛擬環境中對真實場景的模擬，通過對關鍵系統進行測試和評估，管理人員能夠迅速發現和掌握系統運營問題，具有安全、可控、經濟和可重復等特點。針對客運作業，該平臺可模擬人員行為、安全疏散和乘客組織等場景；針對行車作業，該平臺可實現對城市軌道交通運營和列車編組、交路、停站[7]等方案的制訂和模擬，相比實際演練大大節省了人力、物力和財力[8]，能夠有效提升城市軌道交通運營管理系統的運營與服務效率，為城市軌道交通列車指揮調度、車站乘客組織、突發事件應對、通行能力分析的預判和設計提供了可靠和可操作性手段，充分發揮了實踐教學在知識轉為能力、能力融成素質過程中的重要作用[9]。
3結語
本文以CDIO工程教育模式為指導設計城市軌道交通運營管理課程實踐教學模式，改變了原有課堂教學中填鴨式、被動式的教育弊端，基于“教、學、做”一體化原則構建了實踐教學活動四維度推進框架，形成“四維度六技能”的城市軌道交通運營管理課程實踐教學體系。在此基礎上，利用AnyLogic動態交互式仿真軟件，借助可視化仿真技術探討了CDIO工程教育模式下實踐課程的“實現”和“運作”的教學方法，通過搭建車站作業組織模塊實踐教學案例平臺，模擬了城市軌道交通車站行車作業和客運作業場景。這種基于可視化仿真的CDIO工程教育模式實踐教學方法，實現了在虛擬環境中對真實城市軌道交通運營場景的模擬，促使學生將理論知識融會貫通地運用于實踐過程，是一種以能力本位教育為核心的新型實踐教學模式，對城市軌道交通運營管理課程知識的鞏固強化和應用型人才培養具有重要意義。
作者：賈萌 洪磊 王儉樸 劉釗 單位：南京工程學院汽車與軌道交通學院
