空域規劃課程教學改革探索

郭莉

【摘 要】 《空域規劃課》程是空中交通管理專業的一門專業必修課。課程以運籌學理論為基礎、結合了飛機性能等多方面航空專業知識，具有較強的理論性和實踐性。針對該課程的特點，文章圍繞學生工程能力培養的目標，對該課程教學方法和實踐教學實施方案進行探索，提出“理論講解案例化、實踐課程項目化”的教學模式，通過設計虛擬空域規劃工程項目將學生所需掌握的知識點串聯起來。在教學中以項目為中心，以團隊合作為基礎，激發學生自主學習的熱情和動力，貫徹“理論知識與工程實踐能力有機結合”的教育思想精髓，為學生日后工作打下基礎。

【關鍵詞】 工程能力培養；教學改革；實例講解；項目教學；運籌學

【中圖分類號】 G64.26 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）17-00-02

1 引言

空域規劃是指對某一給定空域通過對未來空中交通量需求的預測，根據空中交通流的流向、大小與分布，對區域范圍、航路/航線的布局、位置點、高度、飛行方向、通信/導航/監視設施類型和布局等進行設計和規劃，并加以實施和修正的全過程。隨著我國民航事業的飛速發展，飛行流量不斷上升，空中交通安全及效率問題越來越引起從業人員的關注。由于我國的空域結構特點的限制，如何實現有限空域資源的利用效率最大化，成為空域規劃課題領域的一個重要研究內容。因此，在新的形勢下，空管專業的畢業生在學校不僅需要扎實的民航專業基本知識和空域規劃專業知識，還需要具有綜合分析、解決實際工作中遇到的各種問題，并將所學的基礎知識運用到工程實踐中去的能力，以及良好的團隊合作意識[1]。

為響應《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》建設“有中國特色精英人才”的重要戰略，培養創新型、適合各類崗位的工程人才，提高工程教育人才培養質量，構建結構優化、多樣性和主動適應社會發展的高等工程教育體系，筆者結合空管行業特點，對本課程理論教學方法和實踐教學實施方案進行探索，結合項目團隊合作的教學理念[2]，提出了在教學中“理論講解案例化、實踐課程項目化”，以項目為中心，以問題為導向，引導學生自主學習的教學思路[3]，以提升學生的工程實踐能力和創造能力。

2 課程改革整體構思

本課程是交通運輸專業民航空管及簽派方向本科學生必修的專業基礎學科[4]。針對實際工作對人才的能力需求，將教學分為理論教學和實踐教學兩方面。提出了理論講解與項目實踐相結合“理論講解案例化、實踐課程項目化”的教學方法。

理論課程的講解是為實踐環節服務的，因此在該階段設計講解重點為基本理論知識的原理介紹，可以將理論知識點的范圍擴大，引導學生發散性思維，對實際工程項目中可能影響空域規劃決策的各種因素進行討論評估，但難度應當適中。在實際程序設計過程中，除須滿足安全余度及飛機性能要求，還要綜合考慮實際現場勘查中存在的種種情況。因此在理論教學過程中穿插實際案例分析討論，如引入噪聲影響作為設計起飛、進近程序設計中的考慮因素之一，評估所設計程序對周邊居民區的影響，從而引申介紹飛行程序噪聲影響評估模型的相關算法介紹；針對全球氣候變化大背景，可啟發學生思考飛行程序設計與航空碳排放的關系，進而引入飛行程序碳排放評估模型的介紹，等等。通過在理論教學中穿插案例分析，將枯燥的條款知識轉換為實際決策時的考慮因素，從而達到培養學生分析問題的綜合考慮思維的能力。

實踐環節教學設計是本文教學改革方案的主要方面，也是該課程的核心與靈魂所在。該環節是提高學生理解知識、運用知識、創造知識的關鍵環節。學生將通過解決實際工程項目問題，把理論課學習掌握的基本概念、模型和方法靈活應用。

教師根據實際工程中的飛行程序設計案例，設計虛擬工程項目，并撰寫項目任務書。任務書設計采取開放化原則，僅包含程序設計的關鍵信息，（如機場基準點、跑道方向、周邊障礙物信息、限制區信息等），適當增加某些實際設計工作中一些非常規的限制因素，隱含在背景資料中如周邊居民區分布（需考慮噪聲污染）等，其他均不作不限。學生開展實踐課程設計時，完全采用實際工程項目程序開展：選定題目后，需制定項目實施方案，項目開展中期進行進度匯報，并答辯；項目結束需編寫項目結題書，并舉行結題驗收答辯。最后，更具學生項目完成情況以及實際操作合理性，答辯委員會給出學生的最后成績并作項目實施講評，同時總結此教學階段開展的經驗及不足，改進下一周期的題目設計。

實踐環節不但可以對所學的理論加深理解，而且由于在任務執行過程中，學生必須主動思考所學知識點，通過組內合作、任務分解、合理分工、團結協作共同完成一項任務，將其應用到項目完成過程中去，從而培養了學生綜合運用知識、分析、解決問題的能力及團隊協作等能力。

3 實際教學案例

實踐環節項目教學的實施分為項目準備、項目實施、項目評估三個階段[5，6]，在完成項目的過程中體現“以任務為中心、以學生為主體、以教師為引導”的中心思想，激發學生團隊組織能力、分工協作能力及知識創造能力。

3.1項目準備

項目準備階段，教師針對同一項目主題，根據任務由易到難的原則設計出難易程度不同的項目版本，并編寫項目任務說明書。在任務書中盡量減少說明性文字，增加啟發式問題并附帶背景材料及參考文獻，鼓勵學生通過科技文獻數據庫查找相關文獻支持完成項目所需的知識點和思路。

本項目中需要引導學生對空域規劃的影響因素、評估方法及優缺點進行參考文獻查閱，掌握各種進離場程序設計規范以及保護區劃設原則。首先由教師介紹項目任務和完成步驟；然后學生根據自身能力和特點進行自由分組，并推選項目負責人；最后，教師會明確本次實踐項目的意義：一是綜合運用理論課中所學的空域規劃知識以及相關前導課程的知識完成任務說明書中的要求；二是學會團隊合作、交流的工作方法；三是查閱參考文獻方法。endprint

3.2項目實施

首先，項目小組對項目進行分析，確定分工，制定完成項目的步驟、方法。在本案例的實踐項目——國內某機場終端區空域規劃，學生需要首先對機場周圍障礙物情況進行評估。然后在對空域規劃影響因素及評估方法總結的基礎之上，分析教師提供的基礎數據。

其次，根據教師提供的基本思路，通過對未來空中交通量需求的預測根據空中交通流的流向大小與分布對區域范圍航路航線的布局位置點高度飛行方向通信導航監視設施類型和布局等進行設計和規劃。

在這一階段，學生主要運用理論課程學習的基本理論方法，在滿足基本限制條件的情況下，充分發揮設計的靈活性。然而項目中也設計了限制因素，較理論課例子不完全一致，是在其基礎上的提升和應用化改進，此過程考察學生對基礎知識的掌握程度和舉一反三的能力。

第三步，在基本飛行程序建立之后，引導學生使用計算機輔助手段求解。在這一階段，學生會查閱大量有關MATLAB編程的相關書籍，自行設計算法框架、流程和數據表達方式并對設計方案進行模擬仿真分析。

在整個項目的完成過程中學生不僅會運用到教師在理論授課過程中講解的知識點，并且會結合交通運輸專業（空管方向）及相關前導課程的知識，從而實現理論和實踐的結合及課程間的知識融合，使知識點內化為能力，培養學生的整體工程意識。

最后，撰寫項目報告及分組公開答辯，這一過程中學生對各自的項目進行總結與展示相關成果。在報告中要清楚的描述項目分工、實踐步驟、遇到問題及解決方法、成果及參考資料。并且在完成總結報告后進行公開的答辯，接受教師、同學的提問。該過程不僅可以鍛煉學生撰寫報告的能力，并且可以提高學生口頭表達和臨場演說能力，為日后在工作崗位上完成相關科研項目提供先期準備。

3.3項目評估

主要從分工合理性（10%）、資料查閱的正確性和全面性（10%）、空域規劃方法正確與否（20%）、模型建立正確與否（40%）、總結報告及答辯的準確性和全面性（20%）五個方面對項目進行評價。教師對每一個項目的完成情況進行歸納總結，針對每一個項目完成過程中學生出現的問題，分析其原因并給出解決問題的建議，在項目實施的每一個步驟和過程中提出進一步的思考，引導學生課后繼續思考和研究相關問題。并且對與該項目相關的知識點進行回顧，加深學生對這一知識點的理解，實現感性認識到理性認識的飛躍。

4 結束語

本文針對《空域規劃》課程的特點，提出以工程能力為培養目標的基于項目的教學方法，在教學過程中貫徹“以項目為中心、以問題為導向”引導學生自主學習的教學模式，并給出了具體可行的操作方案。學生在項目實踐的過程中體會到了團隊協作的工作模式，學生綜合分析及解決問題的能力、團隊合作能力、主動獨立思考能力及語言表達思辨等能力得到提升。這一教學模式對任課教師的講授課程、科學研究及引導組織能力提出更高要求，因此需要教師不斷掌握一線崗位上遇到的實際問題，并總結升華為實踐項目的能力，并能夠引導學生完成實踐項目的綜合能力。過去的“教書匠”轉變成為教育教學的實踐者、研究者，這種教學模式有助于教師專業水平的提高和發展。

參考文獻：

[1]吳鳴，熊光晶.以工程能力培養為導向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，（3）：54-58.

[2]陳艷，魏星，李志梅.CDIO工學教學模式在數據庫應用技術教學中的應用[J].教育探索，2013，（3）：136-137.

[3]郭兆正，尹作友，于鵬.典型案例教學法在單片機教學中的應用探索[J].渤海大學學報（自然科學版），2013，（3）：64-66.

[4]顧學雍.聯結理論與實踐的CDIO——清華大學創新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.

[5]傅四保.建構主義學習理論指導下的項目教學法初探[J].中國大學教學，2011，（2）：56-58.

[6]趙文平.工作過程導向課程實施中教師的角色定位[J].職業技術教育，2013，（1）：30-33.endprint