空域规划课程教学改革探索

【摘 要】 《空域规划课》程是空中交通管理专业的一门专业必修课。课程以运筹学理论为基础、结合了飞机性能等多方面航空专业知识，具有较强的理论性和实践性。针对该课程的特点，文章围绕学生工程能力培养的目标，对该课程教学方法和实践教学实施方案进行探索，提出“理论讲解案例化、实践课程项目化”的教学模式，通过设计虚拟空域规划工程项目将学生所需掌握的知识点串联起来。在教学中以项目为中心，以团队合作为基础，激发学生自主学习的热情和动力，贯彻“理论知识与工程实践能力有机结合”的教育思想精髓，为学生日后工作打下基础。

【关键词】 工程能力培养；教学改革；实例讲解；项目教学；运筹学

【中图分类号】 G64.26【文献标识码】 A【文章编号】 2095-3089（2017）17-00-02

1 引言

空域规划是指对某一给定空域通过对未来空中交通量需求的预测，根据空中交通流的流向、大小与分布，对区域范围、航路/航线的布局、位置点、高度、飞行方向、通信/导航/监视设施类型和布局等进行设计和规划，并加以实施和修正的全过程。随着我国民航事业的飞速发展，飞行流量不断上升，空中交通安全及效率问题越来越引起从业人员的关注。由于我国的空域结构特点的限制，如何实现有限空域资源的利用效率最大化，成为空域规划课题领域的一个重要研究内容。因此，在新的形势下，空管专业的毕业生在学校不仅需要扎实的民航专业基本知识和空域规划专业知识，还需要具有综合分析、解决实际工作中遇到的各种问题，并将所学的基础知识运用到工程实践中去的能力，以及良好的团队合作意识[1]。

为响应《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》建设“有中国特色精英人才”的重要战略，培养创新型、适合各类岗位的工程人才，提高工程教育人才培养质量，构建结构优化、多样性和主动适应社会发展的高等工程教育体系，笔者结合空管行业特点，对本课程理论教学方法和实践教学实施方案进行探索，结合项目团队合作的教学理念[2]，提出了在教学中“理论讲解案例化、实践课程项目化”，以项目为中心，以问题为导向，引导学生自主学习的教学思路[3]，以提升学生的工程实践能力和创造能力。

2 课程改革整体构思

本课程是交通运输专业民航空管及签派方向本科学生必修的专业基础学科[4]。针对实际工作对人才的能力需求，将教学分为理论教学和实践教学两方面。提出了理论讲解与项目实践相结合“理论讲解案例化、实践课程项目化”的教学方法。

理论课程的讲解是为实践环节服务的，因此在该阶段设计讲解重点为基本理论知识的原理介绍，可以将理论知识点的范围扩大，引导学生发散性思维，对实际工程项目中可能影响空域规划决策的各种因素进行讨论评估，但难度应当适中。在实际程序设计过程中，除须满足安全余度及飞机性能要求，还要综合考虑实际现场勘查中存在的种种情况。因此在理论教学过程中穿插实际案例分析讨论，如引入噪声影响作为设计起飞、进近程序设计中的考虑因素之一，评估所设计程序对周边居民区的影响，从而引申介绍飞行程序噪声影响评估模型的相关算法介绍；针对全球气候变化大背景，可启发学生思考飞行程序设计与航空碳排放的关系，进而引入飞行程序碳排放评估模型的介绍，等等。通过在理论教学中穿插案例分析，将枯燥的条款知识转换为实际决策时的考虑因素，从而达到培养学生分析问题的综合考虑思维的能力。

实践环节教学设计是本文教学改革方案的主要方面，也是该课程的核心与灵魂所在。该环节是提高学生理解知识、运用知识、创造知识的关键环节。学生将通过解决实际工程项目问题，把理论课学习掌握的基本概念、模型和方法灵活应用。

教师根据实际工程中的飞行程序设计案例，设计虚拟工程项目，并撰写项目任务书。任务书设计采取开放化原则，仅包含程序设计的关键信息，（如机场基准点、跑道方向、周边障碍物信息、限制区信息等），适当增加某些实际设计工作中一些非常规的限制因素，隐含在背景资料中如周边居民区分布（需考虑噪声污染）等，其他均不作不限。学生开展实践课程设计时，完全采用实际工程项目程序开展：选定题目后，需制定项目实施方案，项目开展中期进行进度汇报，并答辩；项目结束需编写项目结题书，并举行结题验收答辩。最后，更具学生项目完成情况以及实际操作合理性，答辩委员会给出学生的最后成绩并作项目实施讲评，同时总结此教学阶段开展的经验及不足，改进下一周期的题目设计。

实践环节不但可以对所学的理论加深理解，而且由于在任务执行过程中，学生必须主动思考所学知识点，通过组内合作、任务分解、合理分工、团结协作共同完成一项任务，将其应用到项目完成过程中去，从而培养了学生综合运用知识、分析、解决问题的能力及团队协作等能力。

3 实际教学案例

实践环节项目教学的实施分为项目准备、项目实施、项目评估三个阶段[5，6]，在完成项目的过程中体现“以任务为中心、以学生为主体、以教师为引导”的中心思想，激发学生团队组织能力、分工协作能力及知识创造能力。

3.1项目准备

项目准备阶段，教师针对同一项目主题，根据任务由易到难的原则设计出难易程度不同的项目版本，并编写项目任务说明书。在任务书中尽量减少说明性文字，增加启发式问题并附带背景材料及参考文献，鼓励学生通过科技文獻数据库查找相关文献支持完成项目所需的知识点和思路。

本项目中需要引导学生对空域规划的影响因素、评估方法及优缺点进行参考文献查阅，掌握各种进离场程序设计规范以及保护区划设原则。首先由教师介绍项目任务和完成步骤；然后学生根据自身能力和特点进行自由分组，并推选项目负责人；最后，教师会明确本次实践项目的意义：一是综合运用理论课中所学的空域规划知识以及相关前导课程的知识完成任务说明书中的要求；二是学会团队合作、交流的工作方法；三是查阅参考文献方法。

3.2项目实施

首先，项目小组对项目进行分析，确定分工，制定完成项目的步骤、方法。在本案例的实践项目——国内某机场终端区空域规划，学生需要首先对机场周围障碍物情况进行评估。然后在对空域规划影响因素及评估方法总结的基础之上，分析教师提供的基础数据。

其次，根据教师提供的基本思路，通过对未来空中交通量需求的预测根据空中交通流的流向大小与分布对区域范围航路航线的布局位置点高度飞行方向通信导航监视设施类型和布局等进行设计和规划。

在这一阶段，学生主要运用理论课程学习的基本理论方法，在满足基本限制条件的情况下，充分发挥设计的灵活性。然而项目中也设计了限制因素，较理论课例子不完全一致，是在其基础上的提升和应用化改进，此过程考察学生对基础知识的掌握程度和举一反三的能力。

第三步，在基本飞行程序建立之后，引导学生使用计算机辅助手段求解。在这一阶段，学生会查阅大量有关MATLAB编程的相关书籍，自行设计算法框架、流程和数据表达方式并对设计方案进行模拟仿真分析。

在整个项目的完成过程中学生不仅会运用到教师在理论授课过程中讲解的知识点，并且会结合交通运输专业（空管方向）及相关前导课程的知识，从而实现理论和实践的结合及课程间的知识融合，使知识点内化为能力，培养学生的整体工程意识。

最后，撰写项目报告及分组公开答辩，这一过程中学生对各自的项目进行总结与展示相關成果。在报告中要清楚的描述项目分工、实践步骤、遇到问题及解决方法、成果及参考资料。并且在完成总结报告后进行公开的答辩，接受教师、同学的提问。该过程不仅可以锻炼学生撰写报告的能力，并且可以提高学生口头表达和临场演说能力，为日后在工作岗位上完成相关科研项目提供先期准备。

3.3项目评估

主要从分工合理性（10%）、资料查阅的正确性和全面性（10%）、空域规划方法正确与否（20%）、模型建立正确与否（40%）、总结报告及答辩的准确性和全面性（20%）五个方面对项目进行评价。教师对每一个项目的完成情况进行归纳总结，针对每一个项目完成过程中学生出现的问题，分析其原因并给出解决问题的建议，在项目实施的每一个步骤和过程中提出进一步的思考，引导学生课后继续思考和研究相关问题。并且对与该项目相关的知识点进行回顾，加深学生对这一知识点的理解，实现感性认识到理性认识的飞跃。

4 结束语

本文针对《空域规划》课程的特点，提出以工程能力为培养目标的基于项目的教学方法，在教学过程中贯彻“以项目为中心、以问题为导向”引导学生自主学习的教学模式，并给出了具体可行的操作方案。学生在项目实践的过程中体会到了团队协作的工作模式，学生综合分析及解决问题的能力、团队合作能力、主动独立思考能力及语言表达思辨等能力得到提升。这一教学模式对任课教师的讲授课程、科学研究及引导组织能力提出更高要求，因此需要教师不断掌握一线岗位上遇到的实际问题，并总结升华为实践项目的能力，并能够引导学生完成实践项目的综合能力。过去的“教书匠”转变成为教育教学的实践者、研究者，这种教学模式有助于教师专业水平的提高和发展。

参考文献：

[1]吴鸣，熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，（3）：54-58.

[2]陈艳，魏星，李志梅.CDIO工学教学模式在数据库应用技术教学中的应用[J].教育探索，2013，（3）：136-137.

[3]郭兆正，尹作友，于鹏.典型案例教学法在单片机教学中的应用探索[J].渤海大学学报（自然科学版），2013，（3）：64-66.

[4]顾学雍.联结理论与实践的CDIO——清华大学创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.建构主义学习理论指导下的项目教学法初探[J].中国大学教学，2011，（2）：56-58.

[6]赵文平.工作过程导向课程实施中教师的角色定位[J].职业技术教育，2013，（1）：30-33.