工程教育專業(yè)認證背景下《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程教學改革研究

趙元棣　馬蘭

摘要：《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程是面向民航院校交通運輸專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課程。本文對該課程與工程教育專業(yè)認證的關系進行梳理與分析，總結該課程在工程化教育背景下所存在的問題，從教學內(nèi)容、教學方法和教學效果三個方面引入先進的教學模式，提出適用于該課程的改革方案，并針對已實施方案的改革效果進行對比分析。

關鍵詞：空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理；工程教育；教學模式；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）34-0138-02

一、引言

近些年，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，民航運輸業(yè)呈現(xiàn)出大流量、高增長的快速發(fā)展趨勢，但是隨之而來的問題是空中交通資源日益緊張，目前已成為制約民航發(fā)展的主要瓶頸。因此，如何運用科學的方法對現(xiàn)有資源進行合理的優(yōu)化配置顯得尤為重要。事實上，空中交通系統(tǒng)存在許多優(yōu)化問題，如：空中交通管理方面的航空器進離場排序問題、航空公司運行方面的機組排班問題、機場現(xiàn)場管理方面的停機位分配問題等，都可以抽象成為優(yōu)化問題的數(shù)學模型，并利用優(yōu)化理論進行求解。《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程開設至今，課程組一直進行課程建設與課程改革，并取得了一定的成效。然而，目前該課程仍無法滿足新時代民航行業(yè)對高級工程技術和管理人才的培養(yǎng)需求。本文首先對該課程與工程教育專業(yè)認證的關系進行梳理與分析，并通過調(diào)研相關文獻，總結該課程目前所存在的問題。在此基礎上，從教學內(nèi)容、教學方法和教學效果三個角度提出適用于該課程的改革方案，并針對已實施方案的改革效果進行對比分析。

二、課程設置與工程教育專業(yè)認證的關系

以專業(yè)培養(yǎng)目標為牽引，中國民航大學交通運輸專業(yè)在2012年通過了全國工程教育專業(yè)認證，并獲得了最高等級。工程教育專業(yè)認證的核心就是要確認畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質(zhì)量標準要求，是一種以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導向的合格性評價。課程體系是工程教育專業(yè)認證的7項重要評估指標之一[1]，要求“課程設置能支持畢業(yè)要求的達成”。對照文件中的“畢業(yè)要求”標準，通過該課程的學習，可以使學生滿足12項畢業(yè)要求中的工程知識、問題分析、使用工具和項目管理四項。因此，該課程的設置符合工程教育專業(yè)認證對于畢業(yè)要求的修訂和工程教育改革的需求，為學生畢業(yè)后在社會與專業(yè)領域取得一定的成就奠定了堅實的基礎。

三、課程現(xiàn)狀分析

根據(jù)教學大綱的設置，該課程在第4學期開設，總共64課時，其主要內(nèi)容包括線性規(guī)劃、對偶問題、運輸問題、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡分析、網(wǎng)絡計劃技術、排隊論、決策論等。最終成績由平時成績和期末考試成績兩部分構成，分別占總成績的15%和85%。其中，平時成績根據(jù)學生的出勤、課堂表現(xiàn)以及平時作業(yè)的完成情況等綜合因素確定；期末考試采用閉卷、筆試的考核方式，重點考查學生針對民航領域的典型案例，經(jīng)過分析問題、確定目標、建立模型并準確求解的能力。課程組在教學實踐過程中不斷總結經(jīng)驗，持續(xù)進行教學內(nèi)容的充實與優(yōu)化，然而，運籌學的基本理論和概念模型內(nèi)容復雜而枯燥，在64學時內(nèi)讓學生將其完全掌握十分困難：它結合了工程思想和管理思想，應用系統(tǒng)的、科學的數(shù)學分析方法，通過建立、檢驗和求解數(shù)學模型等手段來獲得最優(yōu)決策；同時，學習這些內(nèi)容還要充分運用前序課程（包括線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等）的知識作為輔助工具來求解數(shù)學模型，對學生的數(shù)學思想和理論功底有一定的要求，因此，該課程在教學內(nèi)容上依然存在優(yōu)化空間，在培養(yǎng)學生工程能力方面與工程教育專業(yè)認證的培養(yǎng)要求還存在一定的差距。存在的問題：（1）教學內(nèi)容需要層次性優(yōu)化。目前該課程的教學內(nèi)容仍然集中在運籌學的理論性知識，案例部分所占篇幅相對較小，培養(yǎng)學生工程化思維、提高學生工程能力的效果有限，需要進一步優(yōu)化，建立包含理論、技術、方法和應用等多層次的教學內(nèi)容結構。（2）教學方法需要多元化發(fā)展。由于該課程理論性知識偏多，主要以教師講授為主，導致課堂氣氛較為沉悶、學生的學習興趣不高，不符合新時代“以學生為中心”的教育理念。（3）教學效果需要科學化分析。在教學效果方面，缺乏有針對性的分析方法，無法及時發(fā)現(xiàn)“教學死角”。需要采集相關數(shù)據(jù)，提出科學的試卷分析方法，全面評估學生的學習效果，并通過深刻的教學反思反饋于教學實踐過程，實現(xiàn)以學生為中心的“閉環(huán)式”教學模式。

四、課程改革方案與實施

1.教學內(nèi)容。工程教育的目的是將學生培養(yǎng)成為“整裝待發(fā)”的工程師，也就是在其從事職業(yè)前具備較好的工程能力和深厚的技術基礎知識[2]。如前所述，該課程在教學內(nèi)容上以理論教學為主，缺乏工程技術層面內(nèi)容。因此，調(diào)整該課程的理論與工程的教學內(nèi)容比例，并優(yōu)化課時設置，使學生充分參與到有關空中交通系統(tǒng)的實際問題分析與解決中。課程組在講授理論知識內(nèi)容的同時，設計了民航領域的十余個典型案例，目的是讓學生經(jīng)過分析問題、確定目標、建立模型并求解的過程掌握運籌學的核心，增強解決實際問題的能力，為樹立學生工程化意識奠定良好的基礎。

2.教學方法。在每章的教學過程中，為避免概念性內(nèi)容抽象而枯燥，本著“激發(fā)興趣比傳授知識更重要”的教學理念，采用可視化教學方法[3]調(diào)節(jié)課堂氣氛，增加教學的趣味性。課程組通過網(wǎng)絡搜集相關圖像與視頻材料，并結合課程內(nèi)容開發(fā)演示動畫或程序，化抽象為形象，變枯燥為生動。此外，鼓勵學生課后利用所掌握的工具技能，構思、設計并開發(fā)與課程相關的小程序，使學生能夠充分體會到完成工程項目的樂趣和成就感。作為交通運輸專業(yè)的基礎課之一，該課程的作用不僅僅是簡單的介紹運籌學理論與案例，還應與后續(xù)課程良好銜接。因此，在教學方法上，應運用“關聯(lián)式思維[4]”，將各個課程的點狀教學形成結構化教學。避免出現(xiàn)“為知識而知識”“為考試而學習”的學習誤區(qū)，將所有與運籌學相關的課程利用工程化思維串聯(lián)起來，使學生對課程群的知識具有全局性了解，在后續(xù)課程的學習中能夠更加輕松。

3.教學效果。教學效果分析是教學過程中的重要組成部分，應該從數(shù)據(jù)出發(fā)科學設計試卷分析方法，直觀反映每個教學環(huán)節(jié)是否達到其預期效果。該課程采用新時代國際主流教育教學理念——“反饋式教學”模式[5]，分別從“點到線再到面”來分析考試試卷分數(shù)數(shù)據(jù)，用實際數(shù)據(jù)驗證上述課程改革方案的實施效果。由于不同學年的考試在各章節(jié)、重要知識點和題型的分數(shù)設置有一定差異，直接比較平均分并不準確，因此應引入“正確率”作為比較對象。這種“反饋式教學”模式通過數(shù)據(jù)分析尋找教學過程中的“死角”，教師可以根據(jù)分析結果深刻反思教學活動中存在的問題與改進方向，并及時反饋于教學實踐過程，實現(xiàn)以學生為中心的“閉環(huán)式”教學模式。

五、結束語

在工程化教育的背景下，為培養(yǎng)具有扎實專業(yè)知識和較強技術能力的復合型人才，交通運輸專業(yè)在教學觀念和培養(yǎng)方式等方面需要不斷改革，與時俱進。本文對《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程的定位與作用進行了梳理，對課程現(xiàn)狀與存在問題進行了總結。在此基礎上，從教學內(nèi)容、教學方法和教學效果三個角度提出了適用于該課程的改革方案，并針對已實施方案的改革效果進行了對比分析。當然，新興的教學模式需要教師具備較強的個人能力，并付出更多的備課努力，只有不斷提升自身素質(zhì)和能力才能做好教育教學工作。

參考文獻：

[1]中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會.工程教育認證標準[S].2017.

[2]顧佩華，沈民奮，陸小華.重新認識工程教育[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]李芒，蔡旻君，蔣科蔚，等.可視化教學設計方法與應用[J].電化教學研究，2013，（3）：16-22.

[4]王秀坤，張憲超，郭禾.本科軟件工程專業(yè)軟件類核心課程關聯(lián)式教學模型研究與實踐[J].計算機教育，2008，（12）：91-92.

[5]吳木林，張京洲.三位一體反饋式教學模式探究[J].吉林省教育學院學報，2013，29（5）：26-28.