面向應用型人才培養的《仿真技術基礎S》課程改革探討

摘要：為有效支撐本專業應用型人才培養目標的達成，針對《仿真技術基礎S》課程中存在的不足，從教學方式、教學資源和考核方式三個方面提出了改革內容：借鑒CDIO培養模式，改變重結果、輕過程的不足，增加實驗設計環節，使學生做到實驗設計和實現的綜合鍛煉；依靠課程組成員豐富的科研經驗，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的實驗，充分發揮科研反哺教學的作用，不斷充實教學資源；采用學生分組答辯、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。

關鍵詞：應用型人才；仿真技術基礎S；實驗課；課程改革

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

一、引言

交通運輸專業是我校首個教育部高等學校特色專業建設點、首批天津市品牌專業建設點、天津市重點建設專業、教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業，于2012年10月通過工程教育專業認證。本專業的人才培養目標是培養“高素質應用型工程技術人才”。所謂“應用型人才”，雖然目前學術界尚未有統一的定義，但對其概念和特征基本上形成了一種共識：利用科學原理改造世界，通過社會實踐創造性地解決現實問題，為人類社會提供物質和精神財富，具有發現、分析、創造性地解決實際問題的能力，即實踐能力[1]。《仿真技術基礎S》是面向交通運輸專業（卓越班）的一門學科專業基礎課，既有理論教學內容又有實驗教學內容，其主要任務是使學生具備應用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。可見，本課程的教學目標與“應用型人才”培養目標相吻合，能夠為我校交通運輸專業人才培養目標的達成提供有益支撐。此外，本課程也可在學生參加的大創項目、數學建模競賽、畢業設計中發揮積極作用。為了更加有效地支撐人才培養目標，本課程組將教學方式、課程資源、考核方式作為本課程建設的三個重要內容，并在相關教研論文中對這三方面內容提出了有益的改革思路。針對教學方式，為改變以教師講授為中心、與實際問題聯系不強等不足，提出了在教學過程中采用基于PBL（Problem Based Learning，基于問題學習）的教學方式，培養學生應用MATLAB解決實際運行問題的能力[2]。針對課程資源，為改變沒有面向實際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的方向和內容，另一方面也引領學生進行有效學習，在提升學習積極性和對本課程的認同感上發揮了積極作用，也使得學生更加直觀和明確地學習本課程的意義所在。

二、本課程存在的不足

經過2年的實踐，從同學們反饋的情況看，同學們的學習積極性和學習效果有了明顯提升，達到了當初改革的目標，但依然存在一些不足，需要在今后的教學中持續改進和完善。

1.教學方式有待改進。本課程教學內容主要有2個部分組成：MATLAB基礎知識和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，有助于提高學生學習興趣，幫助學生更為有效地掌握所學知識。由于本課程授課對象為大二學生，他們對于諸如跑道容量評估、機場滑行路徑優化、航空公司航線網絡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境進行說明，給出求解思路，甚至是告知使用的MATLAB函數名稱，然后學生按照老師給出的思路，調用函數，去解決問題。這樣的方式較為簡單、直接，同學們可以少走彎路，節省了很多時間。

2.教學資源有待擴充。本課程的實驗教學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合MATLAB基礎知識一并完成，大作業是由8個綜合型實驗組成。考慮到同學們在大二階段掌握的行業背景、知識結構的局限性，并不是每一個實際應用問題都能夠直接拿來作為實驗內容。這8個實驗是課程組老師在日常工作中搜索、積累、加工、創新的成果，每一個實驗都需要耗費大量時間精心準備。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年的教學中，只更新了3個全新實驗，其余5個實驗僅對原始數據和實驗要求進行了小范圍的改動。

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%構成。平時成績由任課教師評判，綜合考慮學生出勤、課堂表現、隨堂測驗、課后作業等情況。期末成績由課程設計成績決定。課程設計有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生們的團隊協作意識和能力，然而小組中每個成員的個人成績由組內成員互相打分產生，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關系，造成打分較為平均，不夠客觀，也不能反映出每位同學的真實貢獻度。此外，每個小組的實驗內容是一樣的，依然無法避免組與組之間相互借鑒甚至抄襲的現象。此外，這種打分方式忽略了過程考核，缺乏對學習過程的掌握，容易導致學生在期末臨時抱佛腳的情況出現。

三、本課程的改革內容

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行改善。

1.借鑒CDIO培養模式，轉變實驗教學方式，為了改變在本課程實驗教學中重結果、輕過程的弊端，可以借鑒CDIO（Conceive Design Implement Operate，構思、設計、實現、運行）培養模式[5]，結合本課程編程解決問題的特點，引導學生在設計和實現上充分發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、實驗目標及要求，不再詳細講解求解思路和方法，要求學生自主完成表1中的實驗內容。

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

2.充分發揮科研反哺作用，不斷充實教學資源，本課程的教學資源主要是指解決典型運行問題的實驗。為了支撐應用型人才解決實際問題能力的培養，本課程的實驗不能采用大多數MATLAB課程中通用的實驗內容，應當緊密結合空管、航空公司、機場運行實際問題，從中凝練出符合本課程教學目標、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域的科研工作，積累了豐富的科研成果和經驗。在前期建立的8個教學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，對空管系統實際問題的抽象、簡化、加工而成的。考慮到授課對象還包含飛行運行控制方向的學生，擬在后續課程教學中增加2個有關航空公司運行規劃管理方面的實驗內容。這6個綜合型實驗與仿真技術知識點、MATLAB知識點的對應關系如下頁表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計階段，導致學生工作量也會相應增加。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%構成。平時成績由任課教師評判，綜合考慮學生出勤、課堂表現等情況。期中成績考查學生對于MATLAB基礎知識的掌握情況，由任課教師根據期中測試結果評判。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%的比例構成。對于實驗成績的評判，可采取學生分組答辯的形式，課題組老師集體考核。

具體來說，每個學生的成績由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的評分標準進行評判，個人實驗成績按照表4的評分標準進行評判。

四、保障措施

為了使本課程改革順利進行，更好地幫助學生達成學習目標，應在以下幾方面加強保障工作。

1.積極參加企業實踐，盡快完成實驗指導書的編寫。課程組老師應積極參與企業實踐，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，回來后進行深度加工，分工合作盡快完成實驗指導書的編寫工作。

2.充分利用新媒體，建立線上線下聯動方式。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到的，而實驗課程的課堂時間有限，無法滿足每個人的學習需求。因此，教師建立了課程微信群，充分發揮新媒體的溝通便捷性，與本課程學生建立課后的溝通渠道。這樣的方式有幾方面優勢，一方面有助于同學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行進一步的解釋說明，也可針對個別同學進行一對一輔導。

3.安排小班上課，提高實驗課學習效率。本課程授課人數近幾年保持在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，無法保障每位同學在課堂上有充足的動手編程時間，更多依靠同學在課后加強自學和練習，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行編程操作。

五、結論

本文針對《仿真技術基礎S》課程從教學模式、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、方法的教學效果如何，還需要在后續一段時間的教學活動中去總結、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：

[1]李素芹.應用型人才相關問題辨析[J].揚州大學學報（高教研究版），2014，（01）：13-18.

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

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

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

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