大创项目在“轨道工程”教学的应用探讨

［摘 要］ 理论与实践相结合的教学模式是我国大学教育改革的重要方向之一。“轨道工程”是一门理论与技术并重、实践性强且注重学生创新及综合能力培养的课程，单独通过课堂讲授的方式已不能满足新时代的课程教学需求。大创项目在专业实践方面具有独特优势，以北京交通大学的“铁路有砟轨道小型机械换枕作业优化和安全保障措施研究”大创项目为例，对大创项目在大学生培养方面发挥的重要作用进行了系统分析，最后提出大创项目在轨道工程教学中应用的三大实施路径。

［关键词］ 轨道工程；大创项目；实践教学；实施路径

［基金项目］ 2024年度中央高校基本科研业务费人才项目“捣固作业对有砟道床力学性能的影响研究”（2024XKRC034）

［作者简介］ 石顺伟（1993—），男，四川绵竹人，博士，北京交通大学土木建筑工程学院副教授，硕士生导师，主要从事轨道工程研究。

大学教育对学生个人的成长、社会各业的发展、国家整体的进步发挥了至关重要的作用［1］。专业教学是大学教育的核心环节，是大学生在校期间理论学习与工作岗位上专业实操的重要纽带。专业实践与理论课程、社会服务、科学研究、创业就业相结合的培养模式是高等学校教育改革的重要方向［2］。

轨道是保障高速铁路列车安全平稳运行的关键基础设施。“轨道工程”是一门专业性极强、与铁路现场结合十分密切的课程，单独通过理论教学的方式难以使学生深入理解轨道工程的专业知识。大创项目全称为大学生创新创业训练计划项目，是实践教学与理论教学相结合的重要途径［3］。因此，将大创项目应用于轨道工程的教学中具有重要意义。

一、“轨道工程”专业教学的特点分析

“轨道工程”是一门聚焦于铁路轨道设计、施工、维护和管理的专业课程，包含了轨道工程结构、轨道几何形位、轨道结构力学、道岔、无缝线路等多方面的内容。“轨道工程”专业教学具有以下显著特点［4］。

（一）理论与技术相结合

“轨道工程”理论性深、技术性强，且两者结合十分紧密。例如，在曲线轨道章节的教学中，教师会引导学生根据曲线半径、轨距、列车运行速度等条件计算列车通过曲线时承受的向心力及离心力，基于受力平衡得出曲线超高的表达式，为铁路现场曲线地段轨道的设计技术提供重要基础；再如，对于无缝线路章节的教学，教师会引导学生根据钢轨强度检算、无缝线路稳定性计算等多方面确定设计锁定轨温，是铁路现场无缝线路的铺设技术的重要理论支撑。因此，“轨道工程”专业课程具有理论与技术相结合的显著特点。

（二）实践性强

轨道工程是一门应用实践型的工程学科，在教学中注重实践技能的训练。例如，有砟轨道的施工包含了铺轨前预铺道砟、铺枕、铺设长钢轨、单元轨焊接、分层上砟整道、应力放散、无缝线路锁定、钢轨预打磨、轨道整理等多个流程，该部分内容理论性不强，但实践性极强；再如，有砟道床横向阻力的检测包含了扣件拆除、设备安装、外力加载、数据采集等多个流程，该部分也是实践性很强的内容，单独通过书本讲解很难让学生掌握检测的本质。因此，“轨道工程”的施工技术、状态检测、维护技术等多个方面均是强调实践性的知识，单独通过课程讲解的方式难以使学生有深入的理解，且难以形成长期记忆。

（三）重视学生创新能力的培养

我国轨道工程的部分技术经历了引进、吸收、再创新的发展历程，以高速铁路的主要轨道结构形式——无砟轨道为例：20世纪60年代，我国开始了普通铁路无砟轨道的早期研发与应用，20世纪90年代，开始了高速铁路无砟轨道的前期研究与小规模试铺，在具有初步技术的基础上，于21世纪初引进了德国、日本等国家的无砟轨道技术。在充分学习吸收国外技术后，结合我国铁路复杂气候、地质等环境特征，研发了CRTSⅠ型、CRTSⅡ型无砟轨道，最后还研发了具有自主知识产权的CRTSⅢ型无砟轨道，成为我国高速铁路的核心技术。由此可知，创新是我国轨道工程发展的原动力。随着我国高速铁路更高速度、更高稳定性、更高舒适度的迅猛发展，这便要求轨道工程不断开展技术革新。大学生是未来我国轨道工程事业发展的主力军，创新能力的培养一直是轨道工程专业教学的重中之重。

（四）注重学生综合能力的培养

学习“轨道工程”课程的学生将来可能会从事铁路科研、设计、施工、管理等行业，不同行业对从业人员的综合能力均有较高要求。以科研人员为例，轨道工程科研人员需要面向国家发展战略，解决现场实际工程问题，这便要求科研人员能够有效挖掘国家发展需求的相关信息，同时能够有效和铁路一线的工作人员沟通；此外，一个科研项目的攻关，常常需要团队合作完成，这便要求科研人员具有较强的团队协作能力，同时还应具有一定的组织、规划、管理能力；再者，在研究过程中必然会遇到各种各样的问题和挑战，要求科研人员具有较强的应变能力，能够灵活调整研究手段攻克难题。因此，学生综合能力的培养也是轨道工程专业教学的重点。

（五）思政元素浓郁

习近平总书记一次次深情点赞：“高铁是我国装备制造的一张亮丽的名片”［5］。轨道工程是与高速列车发生直接接触的重要基础设施，其服役性能直接影响了列车的高速、安全、平稳运行，因此，轨道工程对于高速铁路的发展发挥着至关重要的作用，学习轨道工程专业的学生具有较强的荣誉感和自豪感。此外，学习“轨道工程”课程的部分学生将来是我国轨道工程事业的接班人，教师会培养学生的责任感和使命感，以及面对时代挑战的担当精神。再者，职业道德和规范是轨道工程从业人员必须遵守的底线。教师通过对国内外的相关案例进行分析，培养学生的职业素养和道德情操。最后，高铁人的工匠精神是保障我国高铁持续领先的重要基石。教师通过介绍轨道交通的杰出人物事迹，培养学生精益求精、追求卓越的职业态度。

二、大创项目的作用分析

大创项目通过参与式的项目训练，使大学生将书本学到的基础理论及专业知识应用于实践中，对于大学生能力的培养发挥着重要作用。以北京交通大学的“铁路有砟轨道小型机械换枕作业优化和安全保障措施研究”大创项目为例进行分析［6］。

（一）加深对专业知识的理解和认知

大学生在开展大创项目的过程中会涉及诸多的专业调研及试验，该大创项目通过优化小型换枕机械的设备、作业工艺，改善了小型换枕机械对有砟轨道换枕作业的效率、质量、安全性等。对于该大创项目的开展，需通过现场调研总结分析小型换枕机械目前存在的问题，挖掘小型换枕机械可优化的空间，这个过程可帮助大学生对轨道工程现场有清晰的感性认知，有效加强大学生对轨道的结构、轨道的病害、轨道的养护维修等多个方面的理解。因此，大创项目对于加深学生对专业知识的理解和认知发挥着重要作用。

（二）培养创新精神和创业能力

大创项目通常会结合现场实际需求研发新型设备，在铁路有砟轨道小型换枕机械作业过程中须配合人工进行扣件安装等操作，存在较大的安全风险。该大创项目拟研发安装于小型换枕机械的扣件自动安装设备，避免人工安装扣件，大大提高现场换枕作业的安全性。研发扣件自动安装设备的过程可有效培养大学生的创新精神及创新能力，且研发的设备能直接应用于现场作业，存在较大的工程价值及市场前景，能够培养大学生的创业能力。因此，大创项目对大学生创新精神及创业能力的培养起到了显著的促进作用。

（三）激发科研兴趣及思维

大创项目一般会涉及简单完整的逻辑思维训练，该大创项目针对铁路现场换枕作业存在的问题，利用现场试验及数值仿真研究小型换枕机械对道床的力学作用机制，最后提出小型机械换枕的优化作业参数及工艺。这个过程可使大学生的科研逻辑思维得到充分训练。相较于课本上的理论知识学习，开展现场试验及数值仿真研究的趣味性更强，能够激发大学生的科研兴趣，为将来读研深造及科研工作打下基础。此外，该大创项目的研究成果能直接服务于工程现场，使大学生较易获得成就感。因此，大创项目能够有效激发大学生的科研兴趣及思维。

（四）提升综合素养

大创项目须内部团结协作结合外部沟通交流才能完成，该大创项目对于大学生是存在一定难度的，这便要求小组成员必须团队协作、勠力同心。该大创项目会涉及现场调研、现场试验、仿真模拟、设备购置、数据分析等多个环节，要求大创小组的组长能够合理分工，对大学生的管理能力是一个较好的训练。此外，开展该大创项目的大学生需和铁路现场的工作人员沟通交流，了解现场实际存在的问题同时协调现场试验，在该大创项目的开展过程中，大学生还须和教师保持沟通，获取有效的指导和帮助。因此，大创项目对大学生的综合素养有较大的提升作用。

（五）强化政产学研用

大创项目是实现政产学研用的重要途径之一。大创项目是由中国教育部实施的培养大学生创新、创业、综合能力的教育计划，由中央财政和地方财政共同支持，即为“政”；该大创项目涉及产品研发，需相关企业共同参与，即为“产”；该大创项目主旨在于强化学生的专业认知，培养学生的创新、创业能力及综合素养，为学生未来发展方向提供铺垫，即为“学”；该大创项目需研发扣件自动安装的新设备、开发小型换枕机械作业的新工艺、新技术，即为“研”；该大创项目面向铁路有砟轨道小型机械换枕作业的实际需求，研究成果能直接应用于工程现场，提高现场换枕作业的效率、质量、安全性，即为“用”。因此，大创项目能够有效强化政产学研用。

三、对大创项目在“轨道工程”教学应用实施路径的思考

“轨道工程”专业教学具有理论与技术并重、实践性强、注重学生创新能力及综合能力培养、思政元素浓郁等特点，单独通过课堂讲授的方式难以达到理想的教学效果。大创项目具有能够加深对专业的理解和认知、培养创新精神和创业能力、激发科研兴趣及思维、提升综合素养、强化政产学研用等作用。因此，将大创项目应用于“轨道工程”的教学具有十分重要的意义，提出了大创项目在“轨道工程”教学中应用的三大实施路径。

（一）将大创项目纳入“轨道工程”专业课程的必修环节

目前“轨道工程”主要还是通过课堂讲授的方式进行教学，通过该方式可以让学生对轨道工程的基本概念、基础理论有一定了解，基本能够满足桥梁、隧道、路基等专业的教学需求，但对于轨道工程专业的学生，将来不管从事轨道工程的科研、设计、施工、管理等哪个行业，都要求有较强的实践技能且对专业有深入的理解和认知，课堂教学所掌握的知识点都是远远不足的。因此，对于轨道工程专业的学生，有必要将大创项目纳入“轨道工程”专业课程的必修环节，大创项目的内容是轨道工程专业的一个“点”，但学生在开展项目研究的过程中一定会辐射至轨道工程的“面”，从而对轨道工程知识产生更透彻、更全面的理解。当然，不同学校对于“轨道工程”课程的设置有所不同，如上课学生的年级、专业范围等，对于大创项目纳入“轨道工程”专业课程的形式可根据实际情况灵活调整。

（二）加强“轨道工程”大创项目的校企联合

企业是大创项目研发新产品、应用于工程现场的主要载体，加强校企联合对于大创项目的高效、高质、规模化、规范化推进和发展发挥着至关重要的作用。对于高校来说，大部分教师和企业在科研课题方面具有较好的合作基础，则大创项目可主要依托科研课题开展；此外，高校毕业的大部分校友在企业从事专业相关的工作，为了满足大创项目进一步拓展的需求，利用校友资源开展校企合作可做进一步挖掘。对于企业而言，通过大创项目的校企合作可充分利用高校的理论研究优势，助力解决现场面临的实际工程问题；此外，通过大创项目的校企合作，也可使大学生了解合作企业的业务、文化等多个方面，有利于企业的人才输入。因此，加强大创项目的校企联合对高校及企业均会产生较高价值。

（三）建立“教师为主+研究生为辅”的大创项目指导模式

轨道工程大创项目专业性强，且包含工程问题的挖掘、研究方法的掌握、技术路线的制定、技术难题的攻关等多个方面。参加大创项目的大学生专业基础相对薄弱，且尚未经历过类似的科研训练，对他们来说大创项目具有较大的难度。因此，需要教师在各个环节提供一定指导和帮助。而对于高校的大部分教师，科研及教学压力大、任务繁重，很难保证全程及时地指导。轨道工程专业的大部分研究生已经参与了导师的科研项目，专业认知相对较深入，具有一定的科研基础，且时间相对充裕，可以为大学生开展大创项目提供一定的指导和帮助。因此，为了保障轨道工程大创项目高效、高质地完成，有必要建立“教师为主+研究生为辅”的大创项目指导模式。