新工科背景下無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)課程教學(xué)研究

齊福強(qiáng)，劉光才

（中國民航大學(xué)，天津 300300）

目前，我國開設(shè)無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)的高校僅十余所，新工科培養(yǎng)模式對(duì)無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)人才的創(chuàng)新能力和跨界整合能力提出了更高的要求。探索新工科教育的實(shí)現(xiàn)形式和培養(yǎng)模式，實(shí)質(zhì)是根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)確立人才培養(yǎng)模式，其核心問題是課程改革，微觀基礎(chǔ)是課程教學(xué)模式的改革[1-3]。而無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)是該專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是畢業(yè)生從業(yè)應(yīng)具備的基本技能。但由于該課程涉及理論知識(shí)多、實(shí)踐要求高等特點(diǎn)，作為本校甚至國內(nèi)新開設(shè)的課程，有必要結(jié)合實(shí)際的教學(xué)情況，做進(jìn)一步教學(xué)內(nèi)容和方法上的實(shí)際研究和探索，從本學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，詳細(xì)研究無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)課程的內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)方法等。因此，在該門課程的教學(xué)過程中，如何讓學(xué)生學(xué)好這門課，且能夠?qū)W以致用是教師需充分考慮并致力解決的問題。

目前，無人機(jī)的本科相關(guān)課程改革研究相對(duì)較少，研究表明無人機(jī)課程普遍存在缺乏理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力不足等問題[4-6]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同教學(xué)課程，開展了各種課程教學(xué)改革的研究[7-9]，尤其是一些學(xué)者在新工科背景下探討了通用航空專業(yè)人才培養(yǎng)方式與方法[10-11]，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)方法上進(jìn)行探索，為大學(xué)課程教學(xué)改革提供借鑒。因此，本課程將基于新工科人才培養(yǎng)模式，積極探索課程內(nèi)容與教學(xué)方式改革，提高無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)學(xué)生的綜合安全素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

一 課程問題分析

在新時(shí)期國家推進(jìn)高等教育改革的新工科背景下，新工科對(duì)高級(jí)工程技術(shù)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)交叉融合能力、技術(shù)創(chuàng)新能力等方面提出了更高的要求。因此，無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)強(qiáng)調(diào)學(xué)生工程應(yīng)用能力、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。中國民航大學(xué)自2018 年開展無人駕駛航空器系統(tǒng)工程本科專業(yè)申報(bào)論證以來，一直致力于該專業(yè)的課程體系探索與研究。根據(jù)專業(yè)“立足民航，面向社會(huì)；重視基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐；層次分明，規(guī)模適度；教研結(jié)合，學(xué)用相輔”的目標(biāo)定位，無人機(jī)運(yùn)行管理為專業(yè)的重要方向之一。為了更充分發(fā)揮無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)作用，需要學(xué)生在掌握風(fēng)險(xiǎn)管理基本理論的基礎(chǔ)上，能夠熟知無人機(jī)運(yùn)行管理理論與行業(yè)現(xiàn)行的評(píng)估方法，如何在多學(xué)科知識(shí)交叉復(fù)雜的教學(xué)過程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，是教學(xué)面臨的主要問題之一。

本校無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)依托民航特色，民用無人機(jī)領(lǐng)域也是學(xué)生重要的就業(yè)領(lǐng)域，與其他院校無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)培養(yǎng)“航空器設(shè)計(jì)”人材相比，本校的無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)具有明顯的行業(yè)院校專業(yè)特點(diǎn)，無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)不僅是“航空器設(shè)計(jì)”人材，更是“運(yùn)行管理”人材。這就要求在本課程中，不僅僅要注重學(xué)生的應(yīng)用理論、方法及能力的培養(yǎng)，同時(shí)更應(yīng)具備較強(qiáng)的無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理工作實(shí)踐能力。本課程是無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是畢業(yè)生從業(yè)應(yīng)具備的基本技能，授課中應(yīng)注重課堂實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，提高教學(xué)效果。但由于本課程涉及理論知識(shí)多、實(shí)踐要求高等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，會(huì)出現(xiàn)教條化、空洞化等諸多弊端，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，教學(xué)環(huán)節(jié)與實(shí)際工程問題脫軌，影響教學(xué)效果?？傮w來看，該課程的建設(shè)和開展還存在以下重要問題。

（一）教學(xué)缺乏系統(tǒng)規(guī)劃教材

傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論一般聚焦在傳統(tǒng)的生產(chǎn)領(lǐng)域，而無人機(jī)作為新業(yè)態(tài)，其運(yùn)行要求、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)等與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論有顯著不同；同時(shí)，無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與無人機(jī)各專業(yè)知識(shí)結(jié)合，存在專業(yè)化程度高、專業(yè)集中程度強(qiáng)的問題，尤其是2019 年民航局發(fā)布《特定類無人機(jī)試運(yùn)行管理規(guī)程（暫行）》規(guī)定，對(duì)特定類無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出了明確的要求，現(xiàn)有教材核心內(nèi)容與實(shí)際工作需求存在差距。因此，將傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論的教材專門用于本科的無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估教學(xué)實(shí)際上有一定的難度。

（二）學(xué)生缺乏無人機(jī)運(yùn)行實(shí)踐基礎(chǔ)

由于無人駕駛航空器系統(tǒng)工程強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，注重理論的“學(xué)”與實(shí)際工程的“用”的聯(lián)系。因此，這就要求老師和學(xué)生都要具備一定的工程基礎(chǔ)，通過增加實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容來幫助學(xué)生理解各種理論的特點(diǎn)和適用性。而本課程的授課對(duì)象主要是缺乏生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的大學(xué)三年級(jí)的學(xué)生，很難實(shí)現(xiàn)理論的融會(huì)貫通。

（三）授課中理論與實(shí)踐結(jié)合要求高

課程中大量的理論邏輯和數(shù)學(xué)推理掩蓋課程的工程實(shí)踐性，學(xué)生難以將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的內(nèi)涵意義與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，也就切斷了連接專業(yè)理論知識(shí)與就業(yè)崗位需求之間的橋梁。本課程旨在為學(xué)生建立一個(gè)以無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為核心及以相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)為支撐的多層次、多梯度化的理論知識(shí)培養(yǎng)機(jī)會(huì)，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)踐操作和驗(yàn)證，加深對(duì)無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的深層次認(rèn)識(shí)和實(shí)踐認(rèn)知能力。這就需要通過教學(xué)設(shè)計(jì)來打破課程涉及的知識(shí)點(diǎn)壁壘，以更大的視野來思考問題和提出教學(xué)方案，使課程教學(xué)目標(biāo)更貼近于工作的實(shí)際環(huán)境，提高理論聯(lián)系實(shí)際的水平。

二 課程教學(xué)內(nèi)容的改革

本課程作為無人駕駛航空器系統(tǒng)工程專業(yè)重要的理論基礎(chǔ)課，教學(xué)內(nèi)容從“理論與實(shí)踐相結(jié)合、繼承與創(chuàng)新相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合”的三個(gè)結(jié)合方面進(jìn)行改革。首先，將課程基本知識(shí)內(nèi)容（風(fēng)險(xiǎn)原理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、ISO31000 風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)和特定類無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等）從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行梳理。然后，增設(shè)無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估“實(shí)踐篇”，針對(duì)課程基本理論設(shè)計(jì)案例分析、專題設(shè)計(jì)和模擬評(píng)估等環(huán)節(jié)，重點(diǎn)構(gòu)建典型的無人機(jī)運(yùn)行場(chǎng)景，基于運(yùn)行場(chǎng)景開展運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的模擬評(píng)估，理論與實(shí)踐相結(jié)合，從評(píng)估方法選擇、評(píng)估實(shí)施等方面提升學(xué)生獨(dú)立思考與實(shí)踐能力；最后，考慮本課程內(nèi)容是我國民航行業(yè)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)較高的無人機(jī)運(yùn)行進(jìn)行管理、批準(zhǔn)實(shí)施部分試運(yùn)行的核心內(nèi)容，引入“拓展知識(shí)模塊”的“無人機(jī)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估政策”“風(fēng)險(xiǎn)分析新技術(shù)”等不同學(xué)科知識(shí)、理論和技術(shù)，用來分析解決無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的實(shí)際問題，構(gòu)建“整合課程”模式是培養(yǎng)綜合性、復(fù)合型人才的有效選擇之一，能讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的聯(lián)系、運(yùn)用，也更能提高其分析問題、解決問題的能力。其課程內(nèi)容體系設(shè)置如圖1 所示。

圖1 課程內(nèi)容體系

三 教學(xué)方法的改革

（一）教學(xué)模式設(shè)計(jì)

針對(duì)無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)教學(xué)中缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)，教材中理論缺乏聯(lián)系實(shí)際，教材案例實(shí)踐性、新穎性及原創(chuàng)性較差等問題，教學(xué)過程中引入LBD 教學(xué)方法，選擇典型無人機(jī)運(yùn)行案例進(jìn)行模擬實(shí)踐是提高學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的有效方式?；趩栴}的學(xué)習(xí)也稱問題式學(xué)習(xí)（PBL）是一種探究式教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生“提出問題—查找資料—討論研究—總結(jié)反思”。PBL 教學(xué)方式以問題作為學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的切入點(diǎn)，教學(xué)中設(shè)置一定數(shù)量的無人機(jī)安全相關(guān)問題，也鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的問題，然后引導(dǎo)學(xué)生分組合作、查找資料，團(tuán)隊(duì)合作去研究解決問題的方法，然后在課堂上給予學(xué)生上講臺(tái)的機(jī)會(huì)，啟發(fā)其解決問題的思考方式，鍛煉學(xué)生綜合能力。

兩種教學(xué)模式都是強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主，通過以各種無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)問題為引導(dǎo)，以解決問題為學(xué)習(xí)方式，鍛煉學(xué)生思考問題、解決問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力，二者結(jié)合起來的教學(xué)模式改變傳統(tǒng)教師講授為主的“預(yù)習(xí)—聽課—復(fù)習(xí)—考試”的教學(xué)方法，開展以實(shí)踐LBD+PBL 模式教學(xué)，通過實(shí)踐而學(xué)習(xí)，針對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏的現(xiàn)狀，增加模擬實(shí)踐環(huán)節(jié)，基于現(xiàn)實(shí)問題，使用“理論講授—案例討論—專題模擬—融會(huì)貫通”探究式教學(xué)方法，如圖2 所示。結(jié)合抽象化的例題，開展系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析方法講授，學(xué)生掌握安全風(fēng)險(xiǎn)分析基礎(chǔ)理論；以風(fēng)險(xiǎn)分析實(shí)例的形式將風(fēng)險(xiǎn)理論應(yīng)用到無人機(jī)運(yùn)行管理中，拓展學(xué)生相關(guān)專業(yè)知識(shí)；隨著課程深入，采用自行選題和給定議題結(jié)合的方式，開展無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)綜合分析，提升學(xué)生解決無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析問題的實(shí)踐能力；最后，指導(dǎo)學(xué)生開展分組研究，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、理論提煉，構(gòu)建知識(shí)“點(diǎn)”共識(shí)，鍛煉根據(jù)實(shí)踐需求選擇方法、解決問題的能力。教師在這一過程中承擔(dān)指導(dǎo)、咨詢和顧問的角色，而學(xué)生成為分析問題、解決問題的主角。使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過知識(shí)擴(kuò)展、解決問題能力的鍛煉，最后能對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，并能進(jìn)一步對(duì)知識(shí)加以創(chuàng)新提升。

圖2 探究式教學(xué)流程

（二）LBD+PBL 的探究式教學(xué)實(shí)現(xiàn)

本課程將依據(jù)“基礎(chǔ)—實(shí)訓(xùn)—綜合—?jiǎng)?chuàng)新”設(shè)置四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，以教學(xué)追求為目標(biāo)，即通過理論講授掌握基礎(chǔ)知識(shí)，通過案例討論的實(shí)踐來擴(kuò)展知識(shí)，通過綜合模擬來解決問題，通過融會(huì)貫通來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新提升。

理論是這門課程的基礎(chǔ)，也是解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)。在講授理論知識(shí)之前，以問題為學(xué)習(xí)的導(dǎo)向、以問題為學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，讓學(xué)生帶著這個(gè)問題去學(xué)習(xí)理論知識(shí)，尤其是風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的各種方法。例如，在講解故障類型及影響分析方法時(shí)，可在講授之前向同學(xué)們提一些問題：“無人機(jī)為什么會(huì)墜毀？無人機(jī)在墜毀之前出現(xiàn)了哪些故障？故障產(chǎn)生了哪些影響？”把理論知識(shí)點(diǎn)逐步融入到分析問題、解決問題的過程中，將會(huì)有助于學(xué)生掌握各種分析方法的特點(diǎn)、適用條件及使用過程中應(yīng)注意的問題，結(jié)合基本例題及問題，使學(xué)生達(dá)到對(duì)該方法的初步理解和完整認(rèn)識(shí)，能夠運(yùn)用系統(tǒng)安全基本知識(shí)解決典型的安全問題。同時(shí)，每一個(gè)基礎(chǔ)理論講授后，給學(xué)生布置課外閱讀任務(wù)，可以是教師指定的學(xué)術(shù)論文或文獻(xiàn)，也可以是學(xué)生根據(jù)興趣方向自己選擇的學(xué)術(shù)論文或資料，然后提交讀書筆記或簡(jiǎn)述閱讀摘要。通過課外閱讀既鞏固課內(nèi)理論又提高學(xué)生專業(yè)興趣與解決問題的能力。

課程中的風(fēng)險(xiǎn)分析理論、ISO31000 風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)和特定類無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的概念、原理和步驟等內(nèi)容單調(diào)，學(xué)生通過以問題為導(dǎo)向的理論學(xué)習(xí)后會(huì)有一定的了解，但是學(xué)生很難抓住關(guān)鍵點(diǎn)，如果缺乏進(jìn)一步理解加深的環(huán)節(jié)，會(huì)很快將理論知識(shí)遺忘。可以通過在課后布置案例閱讀與分析的作業(yè)來加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。如在講授事件樹分析方法后，可布置作業(yè)：以2020 年某地?zé)o人機(jī)墜毀傷人事件為例進(jìn)行事件樹分析。隨后在課堂上對(duì)該作業(yè)進(jìn)行適當(dāng)點(diǎn)評(píng)，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生思考“怎樣把所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用到實(shí)踐中去？”不僅加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，也同時(shí)掌握了民航的部分專業(yè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的擴(kuò)展。

當(dāng)知識(shí)點(diǎn)講授達(dá)到一個(gè)節(jié)點(diǎn)以后，學(xué)生對(duì)講授的理論知識(shí)及無人機(jī)相關(guān)案例已經(jīng)有了很好的掌握，這時(shí)需要考慮的是學(xué)生能否綜合運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題，一次綜合模擬訓(xùn)練就顯得尤為重要。例如，在講解特定類無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法之后，可設(shè)置一個(gè)綜合實(shí)踐模擬，學(xué)生將以城市物流無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析為題開展特定類無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專題訓(xùn)練研究，通過劃分研究小組，學(xué)生承擔(dān)不同角色，完成各自任務(wù)等環(huán)節(jié)形成研究報(bào)告。教師在這一過程中承擔(dān)咨詢、顧問的角色，而學(xué)生成為分析問題、解決問題的主角。這不僅幫助學(xué)生真正掌握解決問題的方法，更培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)工作的能力。

提高教學(xué)質(zhì)量，從根本上說是核心問題，是創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。提高創(chuàng)新能力就要求學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，通過對(duì)所學(xué)方法、理論的提煉，能夠根據(jù)實(shí)踐的需要綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題。教師在課堂中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)專業(yè)問題的思考，將專業(yè)研究熱點(diǎn)、難點(diǎn)引入課堂。作為課程的重點(diǎn)內(nèi)容，無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估涉及大量評(píng)估要素及復(fù)雜的運(yùn)算，學(xué)生對(duì)各種方法的理解與綜合運(yùn)用效果不理想。課堂引入典型的無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)模擬評(píng)估訓(xùn)練，通過對(duì)不同環(huán)境情景進(jìn)行評(píng)估模擬，學(xué)生分組獨(dú)立完成實(shí)際工作中面臨的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題。通過模擬評(píng)估的研究，不僅鍛煉學(xué)生實(shí)際研究的科研與創(chuàng)新能力，也提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，最終實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的創(chuàng)新提升。

四 結(jié)束語

在基礎(chǔ)理論與行業(yè)需求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了“基礎(chǔ)知識(shí)模塊+拓展知識(shí)模塊”的課程內(nèi)容體系；同時(shí)圍繞“基礎(chǔ)—實(shí)踐—綜合—?jiǎng)?chuàng)新”四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，將LBD+PBL 教學(xué)模式引入到無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)課程教學(xué)中，提出“理論講授—案例討論—專題模擬—融會(huì)貫通”探究式教學(xué)方法。以問題為學(xué)習(xí)導(dǎo)向，以解決問題為學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)講授與實(shí)踐并重，通過綜合模擬投入到實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的擴(kuò)展，最終通過科研項(xiàng)目的參與融會(huì)貫通，全面提升與創(chuàng)新。

1）從“理論與實(shí)踐相結(jié)合、繼承與創(chuàng)新相結(jié)合、基本知識(shí)與拓展知識(shí)相結(jié)合”的三個(gè)結(jié)合方面進(jìn)行改革，融合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基礎(chǔ)理論、行業(yè)運(yùn)用必備知識(shí)技能，知識(shí)體系有效銜接，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2）基于LBD+PBL，將“理論講授—案例討論—專題模擬—融會(huì)貫通”探究式教學(xué)方法融入課堂教學(xué)，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)深度融合，學(xué)生在案例分析、模擬評(píng)估實(shí)踐中掌握理論知識(shí)，全方位提升課堂教學(xué)質(zhì)量。