面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《仿真技術(shù)基礎(chǔ)S》課程改革探討

摘要：為有效支撐本專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，針對《仿真技術(shù)基礎(chǔ)S》課程中存在的不足，從教學(xué)方式、教學(xué)資源和考核方式三個(gè)方面提出了改革內(nèi)容：借鑒CDIO培養(yǎng)模式，改變重結(jié)果、輕過程的不足，增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使學(xué)生做到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的綜合鍛煉；依靠課程組成員豐富的科研經(jīng)驗(yàn)，從空管、航空公司、機(jī)場運(yùn)行等實(shí)際問題中凝練出適合于本課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮科研反哺教學(xué)的作用，不斷充實(shí)教學(xué)資源；采用學(xué)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(píng)判。最后本文提出了參加企業(yè)實(shí)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(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才；仿真技術(shù)基礎(chǔ)S；實(shí)驗(yàn)課；課程改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）26-0121-04

一、引言

交通運(yùn)輸專業(yè)是我校首個(gè)教育部高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、首批天津市品牌專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、天津市重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)，于2012年10月通過工程教育專業(yè)認(rèn)證。本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)“高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才”。所謂“應(yīng)用型人才”，雖然目前學(xué)術(shù)界尚未有統(tǒng)一的定義，但對其概念和特征基本上形成了一種共識(shí)：利用科學(xué)原理改造世界，通過社會(huì)實(shí)踐創(chuàng)造性地解決現(xiàn)實(shí)問題，為人類社會(huì)提供物質(zhì)和精神財(cái)富，具有發(fā)現(xiàn)、分析、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的能力，即實(shí)踐能力[1]?！斗抡婕夹g(shù)基礎(chǔ)S》是面向交通運(yùn)輸專業(yè)（卓越班）的一門學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課，既有理論教學(xué)內(nèi)容又有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，其主要任務(wù)是使學(xué)生具備應(yīng)用MATLAB解決空中交通管理、飛行運(yùn)行管理、機(jī)場運(yùn)行管理中的典型實(shí)際問題的能力?？梢?，本課程的教學(xué)目標(biāo)與“應(yīng)用型人才”培養(yǎng)目標(biāo)相吻合，能夠?yàn)槲倚＝煌ㄟ\(yùn)輸專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成提供有益支撐。此外，本課程也可在學(xué)生參加的大創(chuàng)項(xiàng)目、數(shù)學(xué)建模競賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)中發(fā)揮積極作用。為了更加有效地支撐人才培養(yǎng)目標(biāo)，本課程組將教學(xué)方式、課程資源、考核方式作為本課程建設(shè)的三個(gè)重要內(nèi)容，并在相關(guān)教研論文中對這三方面內(nèi)容提出了有益的改革思路。針對教學(xué)方式，為改變以教師講授為中心、與實(shí)際問題聯(lián)系不強(qiáng)等不足，提出了在教學(xué)過程中采用基于PBL（Problem Based Learning，基于問題學(xué)習(xí)）的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用MATLAB解決實(shí)際運(yùn)行問題的能力[2]。針對課程資源，為改變沒有面向?qū)嶋H問題的課程資源的窘境，課程組以實(shí)際運(yùn)行問題為對象，凝練了8個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jié)果不夠客觀等問題，提出了基于分組實(shí)驗(yàn)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(shè)的方向和內(nèi)容，另一方面也引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)，在提升學(xué)習(xí)積極性和對本課程的認(rèn)同感上發(fā)揮了積極作用，也使得學(xué)生更加直觀和明確地學(xué)習(xí)本課程的意義所在。

二、本課程存在的不足

經(jīng)過2年的實(shí)踐，從同學(xué)們反饋的情況看，同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果有了明顯提升，達(dá)到了當(dāng)初改革的目標(biāo)，但依然存在一些不足，需要在今后的教學(xué)中持續(xù)改進(jìn)和完善。

1.教學(xué)方式有待改進(jìn)。本課程教學(xué)內(nèi)容主要有2個(gè)部分組成：MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)和MATLAB編程實(shí)驗(yàn)。按照PBL的思想，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是由實(shí)際運(yùn)行問題凝練而成，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更為有效地掌握所學(xué)知識(shí)。由于本課程授課對象為大二學(xué)生，他們對于諸如跑道容量評(píng)估、機(jī)場滑行路徑優(yōu)化、航空公司航線網(wǎng)絡(luò)最短路徑等典型問題的背景知識(shí)尚不了解，因而需要教師對問題的背景環(huán)境進(jìn)行說明，給出求解思路，甚至是告知使用的MATLAB函數(shù)名稱，然后學(xué)生按照老師給出的思路，調(diào)用函數(shù)，去解決問題。這樣的方式較為簡單、直接，同學(xué)們可以少走彎路，節(jié)省了很多時(shí)間。

2.教學(xué)資源有待擴(kuò)充。本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分是由若干個(gè)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)組成的，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)在課堂上結(jié)合MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)一并完成，大作業(yè)是由8個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)組成?？紤]到同學(xué)們在大二階段掌握的行業(yè)背景、知識(shí)結(jié)構(gòu)的局限性，并不是每一個(gè)實(shí)際應(yīng)用問題都能夠直接拿來作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這8個(gè)實(shí)驗(yàn)是課程組老師在日常工作中搜索、積累、加工、創(chuàng)新的成果，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都需要耗費(fèi)大量時(shí)間精心準(zhǔn)備。因此，每增加一個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)都需要一個(gè)過程和周期，這就造成了實(shí)驗(yàn)題目的補(bǔ)充更新速度較慢。在近2年的教學(xué)中，只更新了3個(gè)全新實(shí)驗(yàn)，其余5個(gè)實(shí)驗(yàn)僅對原始數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行了小范圍的改動(dòng)。

3.評(píng)分機(jī)制有待完善。本課程目前考核方式采用大作業(yè)的考查形式，最終成績由平時(shí)成績和期末成績按照比例15%：85%構(gòu)成。平時(shí)成績由任課教師評(píng)判，綜合考慮學(xué)生出勤、課堂表現(xiàn)、隨堂測驗(yàn)、課后作業(yè)等情況。期末成績由課程設(shè)計(jì)成績決定。課程設(shè)計(jì)有8個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，分組完成，每組需完成全部8個(gè)實(shí)驗(yàn)，其成績由小組平均成績和個(gè)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(xué)生們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和能力，然而小組中每個(gè)成員的個(gè)人成績由組內(nèi)成員互相打分產(chǎn)生，本意是小組成員最了解每個(gè)人對于每組實(shí)驗(yàn)的完成程度，但小組成員皆為同學(xué)關(guān)系，造成打分較為平均，不夠客觀，也不能反映出每位同學(xué)的真實(shí)貢獻(xiàn)度。此外，每個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(xiàn)象。此外，這種打分方式忽略了過程考核，缺乏對學(xué)習(xí)過程的掌握，容易導(dǎo)致學(xué)生在期末臨時(shí)抱佛腳的情況出現(xiàn)。

三、本課程的改革內(nèi)容

針對本課程目前存在的上述3方面不足，擬從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改善。

1.借鑒CDIO培養(yǎng)模式，轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，為了改變在本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重結(jié)果、輕過程的弊端，可以借鑒CDIO（Conceive Design Implement Operate，構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行）培養(yǎng)模式[5]，結(jié)合本課程編程解決問題的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上充分發(fā)揮主觀積極性和能動(dòng)性。舉例來說，對于“單跑道飛機(jī)降落排序問題實(shí)驗(yàn)”，教師只需要明確問題來源、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及要求，不再詳細(xì)講解求解思路和方法，要求學(xué)生自主完成表1中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

從表1可以看出，通過實(shí)驗(yàn)階段和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重新梳理，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)階段就要主動(dòng)學(xué)習(xí)，避免了以往被動(dòng)式接受教師講授的內(nèi)容，也能夠拓展學(xué)生其他方面的能力。這樣的方式加大了對于實(shí)驗(yàn)過程的考量，不再以唯實(shí)驗(yàn)結(jié)果論，一方面可以幫助教師提早發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的問題，及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生改正；另一方面也可以幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提升學(xué)生自我思考的能力，有利于編程實(shí)現(xiàn)的順利進(jìn)行。

2.充分發(fā)揮科研反哺作用，不斷充實(shí)教學(xué)資源，本課程的教學(xué)資源主要是指解決典型運(yùn)行問題的實(shí)驗(yàn)。為了支撐應(yīng)用型人才解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，本課程的實(shí)驗(yàn)不能采用大多數(shù)MATLAB課程中通用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合空管、航空公司、機(jī)場運(yùn)行實(shí)際問題，從中凝練出符合本課程教學(xué)目標(biāo)、難度適宜的實(shí)驗(yàn)。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(lǐng)域的科研工作，積累了豐富的科研成果和經(jīng)驗(yàn)。在前期建立的8個(gè)教學(xué)資源都源自于科研項(xiàng)目，其中有4個(gè)是本文作者從近4年自身從事的科研工作中，對空管系統(tǒng)實(shí)際問題的抽象、簡化、加工而成的?？紤]到授課對象還包含飛行運(yùn)行控制方向的學(xué)生，擬在后續(xù)課程教學(xué)中增加2個(gè)有關(guān)航空公司運(yùn)行規(guī)劃管理方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這6個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)與仿真技術(shù)知識(shí)點(diǎn)、MATLAB知識(shí)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系如下頁表2所示。

從表2可以看出，本課程的每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是用于解決1個(gè)實(shí)際問題的，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)中又是諸多MATLAB知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用。

3.課程組集體考核，完善成績評(píng)判方式，目前，本課程實(shí)驗(yàn)是分組完成的，每組5—6名成員，每組完成8個(gè)實(shí)驗(yàn)。由于在未來考核中擬增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，導(dǎo)致學(xué)生工作量也會(huì)相應(yīng)增加。因此，將原本每組必須完成8個(gè)實(shí)驗(yàn)改為完成4個(gè)實(shí)驗(yàn)，小組成員3—4人為宜，這樣可以保障每個(gè)小組成員有充足的時(shí)間和精力，把每一個(gè)實(shí)驗(yàn)做好、做深、做精。本課程成績擬改為平時(shí)成績、期中成績和期末成績，按照比例15%：25%：60%構(gòu)成。平時(shí)成績由任課教師評(píng)判，綜合考慮學(xué)生出勤、課堂表現(xiàn)等情況。期中成績考查學(xué)生對于MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，由任課教師根據(jù)期中測試結(jié)果評(píng)判。期末成績由實(shí)驗(yàn)成績決定，由小組成績和個(gè)人成績按照50%：50%的比例構(gòu)成。對于實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)判，可采取學(xué)生分組答辯的形式，課題組老師集體考核。

具體來說，每個(gè)學(xué)生的成績由4部分組成，如圖1所示。

如圖1所示，個(gè)人平時(shí)成績和個(gè)人期中成績由任課教師直接評(píng)判，實(shí)驗(yàn)成績由課程組老師根據(jù)每個(gè)小組答辯情況給出的實(shí)驗(yàn)平均分得到。其中，小組實(shí)驗(yàn)成績按照表3的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判，個(gè)人實(shí)驗(yàn)成績按照表4的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判。

四、保障措施

為了使本課程改革順利進(jìn)行，更好地幫助學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，應(yīng)在以下幾方面加強(qiáng)保障工作。

1.積極參加企業(yè)實(shí)踐，盡快完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編寫。課程組老師應(yīng)積極參與企業(yè)實(shí)踐，利用寒暑假及一切機(jī)會(huì)，深入到空管、航空公司、機(jī)場運(yùn)行一線，搜集可用的實(shí)驗(yàn)素材，回來后進(jìn)行深度加工，分工合作盡快完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編寫工作。

2.充分利用新媒體，建立線上線下聯(lián)動(dòng)方式。由于很多編程語句的熟練和編程技巧的運(yùn)用是需要通過大量編程實(shí)踐逐步達(dá)到的，而實(shí)驗(yàn)課程的課堂時(shí)間有限，無法滿足每個(gè)人的學(xué)習(xí)需求。因此，教師建立了課程微信群，充分發(fā)揮新媒體的溝通便捷性，與本課程學(xué)生建立課后的溝通渠道。這樣的方式有幾方面優(yōu)勢，一方面有助于同學(xué)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(jìn)行進(jìn)一步的解釋說明，也可針對個(gè)別同學(xué)進(jìn)行一對一輔導(dǎo)。

3.安排小班上課，提高實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效率。本課程授課人數(shù)近幾年保持在85人（2個(gè)自然班）左右，由于實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限，在實(shí)驗(yàn)課上只能2—3人共用1臺(tái)電腦，無法保障每位同學(xué)在課堂上有充足的動(dòng)手編程時(shí)間，更多依靠同學(xué)在課后加強(qiáng)自學(xué)和練習(xí)，課后一旦遇到困難無法第一時(shí)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(tái)電腦進(jìn)行編程操作。

五、結(jié)論

本文針對《仿真技術(shù)基礎(chǔ)S》課程從教學(xué)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(rèn)識(shí)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(xué)效果如何，還需要在后續(xù)一段時(shí)間的教學(xué)活動(dòng)中去總結(jié)、評(píng)估，并滾動(dòng)完善。本文也可以為其他實(shí)驗(yàn)類課程提供參考。

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