卓越計劃驅動的空域規劃模塊課改革與實踐

齊雁楠++戴福青++陶媚

[摘要]“卓越工程師培養計劃”是國家提高高等教育質量的重要舉措，旨在提高學生的創新能力與綜合素質，空域規劃與空域規劃課程設計是交通運輸專業重要的專業課，以模塊課的形式開設，具有極強的行業特色與實踐性，屬于設計類課程。近年來，空域規劃課程組在現空域規劃模塊課程的基礎上，以卓越工程師理念為指導，對課程教學體系進行了改革與實踐，采用專題化教學思想，從教學模式、教學環境和教學方法等方面對課程進行了優化，以“空域規劃思想”為主線培養學生分析問題、解決問題的綜合能力，經實踐表明，改革后的課程激發了學生的學習興趣，學生的綜合能力、創新能力以及協作能力一定程度上均有所提高。

[關鍵詞]卓越工程師培養計劃；空域規劃；模塊課；專題化教學

[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2016）030096050引言

中國民航大學交通運輸專業入選國家第二批卓越工程師教育培養計劃，在制定符合卓越工程師培養要求并能夠體現專業特色培養方案的基礎上，空域規劃課程組針對空域規劃模塊課程特點，結合行業發展需求對課程體系進行了綜合改革，主要目的是突出課程的實踐性與綜合性，提高教學質量，增強學生的創新能力與行業準入水平。

“卓越工程師培養計劃”是推進我國高等工程教育改革，促進高等工程教育質量全面提升的重要舉措，以培養創新能力強、適應行業發展需求的人才為培養目標。空域規劃主要研究空域的屬性、要素、使用方法與利用效率，近年來采用模塊課的方式開展教學，課程具有較強的行業特色，涉及到民航諸多方面的知識，綜合性很強。課程組為了提高教學質量和課程水平，進行了多次教學改革，專題化教學是各類學科廣泛使用的一種將知識系統化、綜合化，將分散的內容縱深歸納以實現教學目的的教學方法，適合空域規劃相關課程的教學特點，與模塊課的教學方式相結合能夠很好地將空域規劃思想與設計規范和其他相關的知識點形成一個整體，使學生系統地接受知識，能夠更好地培養學生創新能力、實踐能力、綜合能力以及協作能力[1]。

1卓越工程師理念下的空域規劃模塊課設計1.1空域規劃模塊課程現狀

空域規劃課程是中國民航大學交通運輸專業課程體系中的重要專業課，課程的主要目的是使學生建立空域的整體概念，掌握基本的空域設計方法，重在培養空域使用與設計思想的樹立。空域規劃模塊課程是交通運輸專業重要的專業課，包括空域規劃和空域規劃課程設計兩門課程，空域規劃為理論課程（54學時），空域規劃課程設計是實踐課程（60學時），屬于設計類課程，自2010年開始采用模塊化的授課方式，即理論課程和實踐課程穿插進行，實踐課以某機場終端區空域為原型，結合空域的綜合情況進行規劃，設計航空器飛行路徑，涉及專業諸多課程領域，以分組的形式進行，由多名學生配合完成設計工作，成果為機場整套進離場飛行程序。

雖然理論課與實踐課相互配合完成，空域規劃課程內容多數是對于設計規范的講解，包括航跡設計規范、保護區繪制方法、障礙物評估方法等。涉及很多計算，理論與實踐主要的結合方式是通過上習題課和案例教學課，但空域規劃模塊課程的主要目的是空域使用方法與設計思想的樹立，而原模塊課的教學效果通常為學生熟悉設計規范而沒有建立空域使用與設計的思想，偏離了課程的主要目的，見圖1。

1.2空域規劃模塊課設計思想

任何一門設計類課程，不同的人所用的設計方法與最后得到的結果都是不同的，具體哪個好哪個不好也不是一個標準可以定論的。教授課程內容（空域規劃概念、設計方法、驗證過程）是達到教學目的的一個必要條件，而使學生掌握如何提出問題并解決問題才應該是教學的精髓，上升到這樣一個層次，學生才能具備解決問題的“寶典”，即以不變應萬變的能力。學生的創新能力和實踐能力是以一定的基礎為前提的，掌握了事物的本質與核心才能充分利用所學的原理和知識。因此，空域規劃模塊課程的改革是以思想為主線，貫穿于理論課程和實踐課程中，緊密聯系理論與實踐[2]。

課程組根據空域規劃課程中的主要內容，結合實際應用，將課程內容分為幾個專題，為了讓學生充分參與到設計過程中，知道怎么分析、研究和發現問題，使用了專題化的研討式教學方法。同時，將近年來課程組承擔的科研項目成果轉化為教學的模型，融入理論和實踐的教學中，開發基于科研項目的課程設計實驗，將研究式實驗教學方法應用到空域規劃課程設計，見圖2。 圖2基于卓越計劃的課程理論與實踐結合方式與效果

2基于專題化的教學方法探索與應用

2.1專題化教學方法

理論課程的教學，不僅僅只講授或訓練學生設計方法、設計準則的掌握，思想才是最重要的設計工具，而要抓住學生的思想，要在教學內容與教學方法的結合方面考慮學生的興趣。“專題化”教學是根據行業需求，將課程內容劃分為若干個相互獨立又彼此關聯的知識點，并以知識點作為一個主題，從問題的提出、分析、解決到驗證等幾個過程來展開教學。這種方法首先要根據實際應用提出問題，激發學生的興趣，引起學生的思考，然后在教師的帶領下對具體問題進行分析，使用設計規范中的原則與方法解決問題，這樣較好地將知識融為一體，將空域規劃思想作為一根主線，貫穿于各個環節，提高學生分析問題解決問題的能力。

2.2發揮教學資源整體優勢，整合專題化教學內容專題化教學的教學內容不是原教學內容的簡單堆砌，否則學生還是知其然不知其所以然，理論課只教授了解決問題的方法就算是完成了教學任務，就像使用公式的例題，沒有把設計的根源、發展講清楚，遇到問題自然缺乏邏輯辯證的思維能力[3]。恰恰這些內容通常都是書本中缺乏的，怎樣豐富教學內容來發揮專題化的優勢是開展專題化課程的難點。

課程組教師將近年來承擔的科研項目及企業實踐材料一一整理，梳理出專題化教學的主題，豐富教學內容，結合各個專題發展的情況，制定專題化教學模式。專題化教學內容的整合，要細致到每一個細微的知識點，從引用實例發現問題、使用設計規范或方法分析問題、根據實際情況解決問題、提出解決方案到使用相應的理論驗證方案的可行性或正確性，每一個環節設計的內容都要經過系統的梳理以確定專題講授內容。

例如，課程中的精密進近程序設計可以作為一個專題，則教學內容應包括精密進近的發展、精密進近的應用范圍與條件、精密進近程序的設計理念、設計規范、障礙物評估面的使用、精密進近著陸標準的確定等內容。教學內容不僅僅來自于書本，還要依據實際的需求和學生的能力補充相應的知識，例如精密進近的發展、應用現狀以及技術要求等。這些知識構成一個系統的整體，可以讓學生與實際應用聯系更加緊密，避免了空洞地講授理論，能夠做到言之有物、論之有理，學生可以親身體會到所學的知識是非常有用的，激發學生的學習熱情。

2.3專題化教學模式設計

1） 明確教學目標。創新能力是卓越工程師培養計劃的第一目標，創新取決于個人的能力，部分能力是與生俱來的，但大部分取決于后天的培養和訓練。創新是有規律可循的，經過學習和訓練會使創造力獲得迅速提高，創造潛能得到有效開發。教學目標是課程開展的依據，教學設計、教學內容、教學評價都應圍繞教學目標進行，因此教學過程的質量是否達到要求與教學目標具有直接的關系[1]。

課程組在卓越計劃的背景下，明確了空域規劃課程的教學目標，結合專題化教學方法將教學目標分為三個層次，見圖3。第一層為課程目標，將分析問題、解決問題能力的培養提高至目標層次，把“設計思想”作為教學的主線，突出實踐能力和創新能力的培養。第二層和第三層為實現課程目標而制定的知識目標，包括專題目標和課堂目標。第二層次為專題目標，將知識點歸納為若干專題，每個專題為一個獨立又相互聯系的系統，專題內容、專題課的設計以及專題課堂環節都以專題目標為依據。第三層為課堂目標，為了保證每一節課的質量，通過詳細制定教案的形式設定了課堂目標，課堂的設計都圍繞課堂目標進行。

2） 教學設計。專題化教學模式是在一定教學目標的基礎上，在提煉出若干教學主題后，使用靈活而多樣的教學方法以及合適的教學手段，以教師與學生、學生與學生間互動以及反饋的方式完成教學。專題化教學是否能夠達到預定的目標，發揮專題化的優勢，必須以學生為根本，這也是近年來空域規劃課程改革的一個基本要求，打破教師在課程中的主體地位。以學生為根本首先要了解學生的需求以及對知識接受的最適宜的方式，及時了解學生的學習狀況，在課堂上破除教師“演講式”授課方式，要引導學生主動發現問題、主動汲取知識[4]。

空域規劃課程的教學設計，以專題為基礎，主要采用案例教學和研討式的教學方式，采用多媒體、軟件和一些實物模型為手段，見圖4。教師的角色發生轉變，成為課堂開展的導演，引導學生去思考，教師也結合自己的科研項目，向學生介紹有關某主題的科研構想，根據自己的實際情況，激發學生的創造欲望和科研熱情，使原來枯燥的理論課富有活力，學生富有熱情。

3） 教學環境的搭建。教學環境是使教學模式發揮效力的各種條件因素。空域規劃課程集中上課，采用模塊課的方式，學校教務部門為教師提供了良好的教學環境，保證了學生模塊課程的時間以及教室。

空域規劃是設計類課程，經過多年的探索和實踐，筆者意識到科學研究才是提高實踐課程質量最有效的平臺，基于這種意識，實驗教學與科學研究緊密結合，設置了研究式教學方法以及環境。研究式實驗教學方法是一種以人為本的實驗課程教學方式，采用科研模式，以學生的需求為依據提供條件、創造條件，在實驗過程中以學生為主體，以實際科研項目為原型設置實驗項目，講究嚴謹的科學態度和團隊協作精神。設計類課程進行的重要基地是實驗室，原空域規劃課程沒有課程實驗室，針對這種情況，課程組近年來也向學校不斷申請實驗室的建設，實驗室已于2013年年初批準建設。實驗室的一期建設主要解決目前比較迫切的問題，例如保護區的生成、障礙物輔助評估工具等[5]。同時，針對理論課中設計規范的內容，準備建設CBT教學軟件作為學生自學和復習的工具，將理論與實際相結合的過程加速。

為了體現空域規劃的思想，筆者依托目前的空域規劃學科實驗室，整理了課程組教室的科研項目成果，開發了相應的演示性實驗，包括視頻、輔助軟件等，從科研、學科的角度讓學生多接觸空域概念與應用，提高學生知識綜合運用能力，見圖5。

4） 課程考核。課程考核是課程建設水平的集中體現，考核方式對課程建設具有引導和約束的作用，反映了一門課程的教學質量[6]。鑒于空域規劃是設計類課程，為了避免應試教育的考核方法，以綜合素質考核作為課程考核改革的目標，實現了由結果考核向過程考核的轉變。經課程組不斷努力，逐步形成了具有一定特色、具有可操作性、方案合理的課程考核方式。該項改革得到了學校教務處的支持與肯定。

第一，理論課考核——由閉卷改為開卷考試。課程考核由平時成績、小論文成績和期末成績構成。平時成績主要評價學生的出勤情況、課堂表現、回答問題情況等；由于課程的專業性和綜合性，期末考試由原來的閉卷考試改為開卷考試，試題中有約20%概念題，以靈活使用、結合實際的方式設問；約30%知識應用題，以解決實際問題為目的；還有約50%的計算題，用于考察學生對基本空域規劃方法、技術的掌握情況。

第二，實踐課考核——分階段分知識點考核。由于設計類課程的結果比較靈活，為了更加全面、客觀地對設計團隊進行評價，實踐課考核由答辯成績和設計報告成績構成。課程組將慣常使用的答辯方法進行了改進，采用分階段、分知識點答辯的方式，以空域設計階段為節點安排答辯，每個階段以一個或若干個知識點為依據設計若干答辯題目，或由教師隨機提問，考察每個設計階段所要求知識點的掌握情況。設計團隊還應撰寫設計報告，提交設計成果圖，教師依據這些成果綜合考慮以團隊為單位進行考核。

實踐課考核答辯成績占70%，設計報告成績占30%，這種考核方式已在交通運輸專業09、10級本科學生中試驗，學生普遍認為能夠公平、公正的考察知識的掌握情況，反映良好。分階段考核和團隊考核也提高了學生的團隊協作能力，面對面的答辯督促學生主動學習，鍛煉學生的應變與反應能力，這些都是空管人才的必備素質。

3教學實施效果

2013年度課程組以交通運輸專業G和H班為試點，對基于卓越培養計劃的空域規劃模塊課教學體系進行了驗證，從課后學生交流、調查和期末成績兩方面進行了教學評價，總體效果良好。

學生充分意識到了空域規劃的重要性，普遍對空域相關問題的研究產生極大的興趣，由被動地學習轉為積極地汲取知識。由于采用了專題化教學方法，在實際應用中每個專題有自己明確的應用范圍，同時各個專題之間的聯系也更加明確，學生分析問題、解決問題的能力有所提高，這可以從考試各類題型的得分分布情況得出（圖6），且普遍考試成績較前幾年也有所提高（圖7）。

在教學實施過程中，也發現了一些問題和需要改進的地方：（1）由于目前學校教學資源所限，每個教學班的人數都在40人以上，對開展研討式教學或案例式教學都極為不利，不能完全發揮先進教學方法的優勢；（2）目前空域規劃教學實驗室正在建設之中，此次教學仍然使用手工地圖作業的方式，后繼課程建設中要加強實驗室的建設，實驗室建設是一個持續而系統的工作，需要更長時間的驗證；（3）卓越計劃的目標是培育具有創新能力、實踐能力和綜合素質的人才，要提高課程質量，除改進教學方法和模式，教師個人能力也是達到培養目標的重要因素，應注重教師能力的培養。

4結論

在原課程建設的基礎上，空域規劃課程組針對“卓越工程師計劃”的培養目標對空域規劃模塊的課程教學體系進行了優化并以樹立空域規劃思想