面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《仿真技術(shù)基礎(chǔ)S》課程改革探討

摘要：為有效支撐本專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，針對《仿真技術(shù)基礎(chǔ)S》課程中存在的不足，從教學(xué)方式、教學(xué)資源和考核方式三個方面提出了改革內(nèi)容：借鑒CDIO培養(yǎng)模式，改變重結(jié)果、輕過程的不足，增加實驗設(shè)計環(huán)節(jié)，使學(xué)生做到實驗設(shè)計和實現(xiàn)的綜合鍛煉；依靠課程組成員豐富的科研經(jīng)驗，從空管、航空公司、機場運行等實際問題中凝練出適合于本課程教學(xué)的實驗，充分發(fā)揮科研反哺教學(xué)的作用，不斷充實教學(xué)資源；采用學(xué)生分組答辯、課題組老師集體打分的方式，盡可能做到客觀、公平的評判。最后本文提出了參加企業(yè)實踐、利用新媒體和小班授課等措施來保障課程改革的成效。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才；仿真技術(shù)基礎(chǔ)S；實驗課；課程改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）26-0121-04

一、引言

交通運輸專業(yè)是我校首個教育部高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點、首批天津市品牌專業(yè)建設(shè)點、天津市重點建設(shè)專業(yè)、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)，于2012年10月通過工程教育專業(yè)認(rèn)證。本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)“高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才”。所謂“應(yīng)用型人才”，雖然目前學(xué)術(shù)界尚未有統(tǒng)一的定義，但對其概念和特征基本上形成了一種共識：利用科學(xué)原理改造世界，通過社會實踐創(chuàng)造性地解決現(xiàn)實問題，為人類社會提供物質(zhì)和精神財富，具有發(fā)現(xiàn)、分析、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力，即實踐能力[1]?！斗抡婕夹g(shù)基礎(chǔ)S》是面向交通運輸專業(yè)（卓越班）的一門學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課，既有理論教學(xué)內(nèi)容又有實驗教學(xué)內(nèi)容，其主要任務(wù)是使學(xué)生具備應(yīng)用MATLAB解決空中交通管理、飛行運行管理、機場運行管理中的典型實際問題的能力?？梢?，本課程的教學(xué)目標(biāo)與“應(yīng)用型人才”培養(yǎng)目標(biāo)相吻合，能夠為我校交通運輸專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成提供有益支撐。此外，本課程也可在學(xué)生參加的大創(chuàng)項目、數(shù)學(xué)建模競賽、畢業(yè)設(shè)計中發(fā)揮積極作用。為了更加有效地支撐人才培養(yǎng)目標(biāo)，本課程組將教學(xué)方式、課程資源、考核方式作為本課程建設(shè)的三個重要內(nèi)容，并在相關(guān)教研論文中對這三方面內(nèi)容提出了有益的改革思路。針對教學(xué)方式，為改變以教師講授為中心、與實際問題聯(lián)系不強等不足，提出了在教學(xué)過程中采用基于PBL（Problem Based Learning，基于問題學(xué)習(xí)）的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用MATLAB解決實際運行問題的能力[2]。針對課程資源，為改變沒有面向?qū)嶋H問題的課程資源的窘境，課程組以實際運行問題為對象，凝練了8個實驗作為課程資源[3]。針對考核方式，為改變考核方式單一、考核結(jié)果不夠客觀等問題，提出了基于分組實驗的競爭性考核方案[4]。上述的各種改革，一方面幫助課程組老師厘清了本課程建設(shè)的方向和內(nèi)容，另一方面也引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)，在提升學(xué)習(xí)積極性和對本課程的認(rèn)同感上發(fā)揮了積極作用，也使得學(xué)生更加直觀和明確地學(xué)習(xí)本課程的意義所在。

二、本課程存在的不足

經(jīng)過2年的實踐，從同學(xué)們反饋的情況看，同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果有了明顯提升，達(dá)到了當(dāng)初改革的目標(biāo)，但依然存在一些不足，需要在今后的教學(xué)中持續(xù)改進(jìn)和完善。

1.教學(xué)方式有待改進(jìn)。本課程教學(xué)內(nèi)容主要有2個部分組成：MATLAB基礎(chǔ)知識和MATLAB編程實驗。按照PBL的思想，每個實驗都是由實際運行問題凝練而成，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更為有效地掌握所學(xué)知識。由于本課程授課對象為大二學(xué)生，他們對于諸如跑道容量評估、機場滑行路徑優(yōu)化、航空公司航線網(wǎng)絡(luò)最短路徑等典型問題的背景知識尚不了解，因而需要教師對問題的背景環(huán)境進(jìn)行說明，給出求解思路，甚至是告知使用的MATLAB函數(shù)名稱，然后學(xué)生按照老師給出的思路，調(diào)用函數(shù)，去解決問題。這樣的方式較為簡單、直接，同學(xué)們可以少走彎路，節(jié)省了很多時間。

2.教學(xué)資源有待擴充。本課程的實驗教學(xué)部分是由若干個驗證型實驗和綜合型實驗組成的，驗證型實驗在課堂上結(jié)合MATLAB基礎(chǔ)知識一并完成，大作業(yè)是由8個綜合型實驗組成。考慮到同學(xué)們在大二階段掌握的行業(yè)背景、知識結(jié)構(gòu)的局限性，并不是每一個實際應(yīng)用問題都能夠直接拿來作為實驗內(nèi)容。這8個實驗是課程組老師在日常工作中搜索、積累、加工、創(chuàng)新的成果，每一個實驗都需要耗費大量時間精心準(zhǔn)備。因此，每增加一個綜合型實驗都需要一個過程和周期，這就造成了實驗題目的補充更新速度較慢。在近2年的教學(xué)中，只更新了3個全新實驗，其余5個實驗僅對原始數(shù)據(jù)和實驗要求進(jìn)行了小范圍的改動。

3.評分機制有待完善。本課程目前考核方式采用大作業(yè)的考查形式，最終成績由平時成績和期末成績按照比例15%：85%構(gòu)成。平時成績由任課教師評判，綜合考慮學(xué)生出勤、課堂表現(xiàn)、隨堂測驗、課后作業(yè)等情況。期末成績由課程設(shè)計成績決定。課程設(shè)計有8個獨立實驗，分組完成，每組需完成全部8個實驗，其成績由小組平均成績和個人成績各按50%共同判定。這種考核方式在一定程度上鍛煉了學(xué)生們的團(tuán)隊協(xié)作意識和能力，然而小組中每個成員的個人成績由組內(nèi)成員互相打分產(chǎn)生，本意是小組成員最了解每個人對于每組實驗的完成程度，但小組成員皆為同學(xué)關(guān)系，造成打分較為平均，不夠客觀，也不能反映出每位同學(xué)的真實貢獻(xiàn)度。此外，每個小組的實驗內(nèi)容是一樣的，依然無法避免組與組之間相互借鑒甚至抄襲的現(xiàn)象。此外，這種打分方式忽略了過程考核，缺乏對學(xué)習(xí)過程的掌握，容易導(dǎo)致學(xué)生在期末臨時抱佛腳的情況出現(xiàn)。

三、本課程的改革內(nèi)容

針對本課程目前存在的上述3方面不足，擬從以下幾個方面進(jìn)行改善。

1.借鑒CDIO培養(yǎng)模式，轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)方式，為了改變在本課程實驗教學(xué)中重結(jié)果、輕過程的弊端，可以借鑒CDIO（Conceive Design Implement Operate，構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行）培養(yǎng)模式[5]，結(jié)合本課程編程解決問題的特點，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計和實現(xiàn)上充分發(fā)揮主觀積極性和能動性。舉例來說，對于“單跑道飛機降落排序問題實驗”，教師只需要明確問題來源、實驗?zāi)繕?biāo)及要求，不再詳細(xì)講解求解思路和方法，要求學(xué)生自主完成表1中的實驗內(nèi)容。

從表1可以看出，通過實驗階段和實驗內(nèi)容的重新梳理，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計階段就要主動學(xué)習(xí)，避免了以往被動式接受教師講授的內(nèi)容，也能夠拓展學(xué)生其他方面的能力。這樣的方式加大了對于實驗過程的考量，不再以唯實驗結(jié)果論，一方面可以幫助教師提早發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗過程中的問題，及時指導(dǎo)學(xué)生改正；另一方面也可以幫助學(xué)生更好地理解實驗內(nèi)容，提升學(xué)生自我思考的能力，有利于編程實現(xiàn)的順利進(jìn)行。

2.充分發(fā)揮科研反哺作用，不斷充實教學(xué)資源，本課程的教學(xué)資源主要是指解決典型運行問題的實驗。為了支撐應(yīng)用型人才解決實際問題能力的培養(yǎng)，本課程的實驗不能采用大多數(shù)MATLAB課程中通用的實驗內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合空管、航空公司、機場運行實際問題，從中凝練出符合本課程教學(xué)目標(biāo)、難度適宜的實驗。這就對本課程組的教師提出了較高要求。本課程組成員長期從事本領(lǐng)域的科研工作，積累了豐富的科研成果和經(jīng)驗。在前期建立的8個教學(xué)資源都源自于科研項目，其中有4個是本文作者從近4年自身從事的科研工作中，對空管系統(tǒng)實際問題的抽象、簡化、加工而成的?？紤]到授課對象還包含飛行運行控制方向的學(xué)生，擬在后續(xù)課程教學(xué)中增加2個有關(guān)航空公司運行規(guī)劃管理方面的實驗內(nèi)容。這6個綜合型實驗與仿真技術(shù)知識點、MATLAB知識點的對應(yīng)關(guān)系如下頁表2所示。

從表2可以看出，本課程的每個實驗都是用于解決1個實際問題的，而每個實驗中又是諸多MATLAB知識點的綜合運用。

3.課程組集體考核，完善成績評判方式，目前，本課程實驗是分組完成的，每組5—6名成員，每組完成8個實驗。由于在未來考核中擬增加實驗設(shè)計階段，導(dǎo)致學(xué)生工作量也會相應(yīng)增加。因此，將原本每組必須完成8個實驗改為完成4個實驗，小組成員3—4人為宜，這樣可以保障每個小組成員有充足的時間和精力，把每一個實驗做好、做深、做精。本課程成績擬改為平時成績、期中成績和期末成績，按照比例15%：25%：60%構(gòu)成。平時成績由任課教師評判，綜合考慮學(xué)生出勤、課堂表現(xiàn)等情況。期中成績考查學(xué)生對于MATLAB基礎(chǔ)知識的掌握情況，由任課教師根據(jù)期中測試結(jié)果評判。期末成績由實驗成績決定，由小組成績和個人成績按照50%：50%的比例構(gòu)成。對于實驗成績的評判，可采取學(xué)生分組答辯的形式，課題組老師集體考核。

具體來說，每個學(xué)生的成績由4部分組成，如圖1所示。

如圖1所示，個人平時成績和個人期中成績由任課教師直接評判，實驗成績由課程組老師根據(jù)每個小組答辯情況給出的實驗平均分得到。其中，小組實驗成績按照表3的評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評判，個人實驗成績按照表4的評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評判。

四、保障措施

為了使本課程改革順利進(jìn)行，更好地幫助學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，應(yīng)在以下幾方面加強保障工作。

1.積極參加企業(yè)實踐，盡快完成實驗指導(dǎo)書的編寫。課程組老師應(yīng)積極參與企業(yè)實踐，利用寒暑假及一切機會，深入到空管、航空公司、機場運行一線，搜集可用的實驗素材，回來后進(jìn)行深度加工，分工合作盡快完成實驗指導(dǎo)書的編寫工作。

2.充分利用新媒體，建立線上線下聯(lián)動方式。由于很多編程語句的熟練和編程技巧的運用是需要通過大量編程實踐逐步達(dá)到的，而實驗課程的課堂時間有限，無法滿足每個人的學(xué)習(xí)需求。因此，教師建立了課程微信群，充分發(fā)揮新媒體的溝通便捷性，與本課程學(xué)生建立課后的溝通渠道。這樣的方式有幾方面優(yōu)勢，一方面有助于同學(xué)們在群中相互交流討論，另一方面教師可針對存在的共性問題進(jìn)行進(jìn)一步的解釋說明，也可針對個別同學(xué)進(jìn)行一對一輔導(dǎo)。

3.安排小班上課，提高實驗課學(xué)習(xí)效率。本課程授課人數(shù)近幾年保持在85人（2個自然班）左右，由于實驗場地和實驗設(shè)備的局限，在實驗課上只能2—3人共用1臺電腦，無法保障每位同學(xué)在課堂上有充足的動手編程時間，更多依靠同學(xué)在課后加強自學(xué)和練習(xí)，課后一旦遇到困難無法第一時間與老師溝通。因此，在條件允許的情況下盡可能安排小班授課，從而保障人手一臺電腦進(jìn)行編程操作。

五、結(jié)論

本文針對《仿真技術(shù)基礎(chǔ)S》課程從教學(xué)模式、課程資源、考核方式三方面提出了課程改革方面的一些認(rèn)識和思考，以及就保障措施談了一些自己的看法。新的方式、方法的教學(xué)效果如何，還需要在后續(xù)一段時間的教學(xué)活動中去總結(jié)、評估，并滾動完善。本文也可以為其他實驗類課程提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王濤波，王超.空中交通管理系統(tǒng)建模與仿真課程實驗教學(xué)探討[J].大學(xué)教育，2016：144-145.

[3]王超，王濤波，王飛.“空管系統(tǒng)建模與仿真”PBL教學(xué)中的典型空管問題設(shè)計[J].教育教學(xué)論壇，2016，（9）：153-156.

[4]王飛，王超，王濤波.“空管系統(tǒng)建模與仿真”課程競爭性考核方案研究[J].教育教學(xué)論壇，2016，（39）：169-171.

[5]Edward F.Crawley，等.顧佩華，等，譯.重新認(rèn)識工程教育——國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].高等教育出版社，2009.