趙長嘯， 肖國松， 王 鵬，

（中國民航大學a.安全科學與工程學院；b.民航航空器適航審定技術(shù)重點實驗室，天津 300300）

0 引 言

“大類培養(yǎng)”的人才培養(yǎng)模式［1］順應了“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強能力、高素質(zhì)”的高校深化教育體制改革方向［2］，逐漸成為高校人才培養(yǎng)改革的重要突破口。大類培養(yǎng)可分為按照學科規(guī)劃的學科大類培養(yǎng)［3］和按照應用領(lǐng)域規(guī)劃的專業(yè)集群培養(yǎng)［4］。大類培養(yǎng)模式下，如何針對性、有效提高不同學科專業(yè)方向?qū)W生的創(chuàng)新和實踐能力成為各大類專業(yè)改革和發(fā)展的重要問題［5］。招生與人才培養(yǎng)模式的改革需要對應的課程體系架構(gòu)的支撐，學生課程培養(yǎng)體系需要從“公共基礎(chǔ)課—專業(yè)基礎(chǔ)課—專業(yè)方向課”的專業(yè)培養(yǎng)模式課程體系，向“通識課程—大類課程—專業(yè)課程”新的適合大類培養(yǎng)的課程體系轉(zhuǎn)變［6］。文獻［7］中分析了國內(nèi)外航空航天類專業(yè)的培養(yǎng)體系和課程分類，介紹了航空航天類專業(yè)實行的“書院制”培養(yǎng)模式和基于兩個層次、三大課程模塊的課程體系結(jié)構(gòu)。文獻［8］中分析了東南大學“三制五化”相結(jié)合的本科人才培養(yǎng)模式和大類學科基礎(chǔ)平臺課程的建設(shè)情況。

在這樣大類招生、分流培養(yǎng)的學科建設(shè)背景下，我校于2018 年啟動了面向機務類應用型人才的大類培養(yǎng)計劃，適航學院承擔了論證在我校機務類專業(yè)設(shè)置適航模塊課程的工作任務（校黨［2018］8 號文件），形成了“機務專業(yè)設(shè)置適航課程實施方案”，在電氣工程及其自動化、電子信息工程、飛行器制造工程和飛行器動力工程4 個機務專業(yè)開設(shè)適航模塊課程實施，并首批建設(shè)8 門課程。適航關(guān)系到飛機的本質(zhì)安全，“系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”［9］作為適航模塊的重要基礎(chǔ)課程，成為了各專業(yè)的必修課，不同專業(yè)雖然隸屬于機務大類，但是在人才培養(yǎng)目標、核心知識體系等方面存在差異，采用同一套教學方案、同一套實驗教學案例，難以滿足各專業(yè)的差異化需求，為此課程組設(shè)計了基于“共性＋特性”的差異化教學內(nèi)容規(guī)劃，并針對各專業(yè)的特點設(shè)計了實驗教學模塊，開發(fā)了積木式實驗平臺。

1 面向機務類各專業(yè)差異化需求的課程建設(shè)

適航是民機產(chǎn)品進入市場、投入運營的前提，隨著我國大飛機戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，據(jù)保守估計，我國航空器適航技術(shù)專業(yè)人才的缺口為8 000 ～10 000 人［12］，因此在我校機務類相關(guān)專業(yè)開設(shè)適航模塊課程，補齊學生相關(guān)知識短板，增強工程實踐能力，可以有效地提高學生就業(yè)競爭力。為了有效地支持各專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，需針對各專業(yè)人才培養(yǎng)計劃，發(fā)現(xiàn)、識別與適航模塊課程的結(jié)合點，以各專業(yè)課程體系為基礎(chǔ)分析各專業(yè)對系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估的需求，形成“共性通用知識要素＋差異化教學模塊”的課程教學內(nèi)容規(guī)劃，并根據(jù)各專業(yè)的特色與人才培養(yǎng)需求設(shè)計針對性的實驗教學模塊，課程建設(shè)思路如圖1 所示。

圖1 課程建設(shè)思路

系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估課程的內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論和應用實踐兩部分，因此針對不同專業(yè)的差異化教學設(shè)計包括兩方面，①各部分理論內(nèi)容的側(cè)重點不同，例如針對特定風險分析（PRA）這一知識點，非包容轉(zhuǎn)子失效是飛行器動力工程專業(yè)需重點了解與掌握的內(nèi)容，而對于電子信息工程專業(yè)則高強度輻射場是需要重點關(guān)注的內(nèi)容；②對于各知識點的應用對象及場景進行差異化設(shè)計，例如飛行器動力工程專業(yè)培養(yǎng)計劃中的課程體系圍繞航空動力裝置的原理、結(jié)構(gòu)、故障診斷、失效分析展開，則該專業(yè)的課程需針對航空動力裝置的特性開設(shè)相關(guān)安全性評估理論與實踐內(nèi)容，而電子信息工程專業(yè)則以航空電子相關(guān)課程為主線，則課程應結(jié)合航空電子系統(tǒng)的特性開展應用場景分析。課程的整體教學規(guī)劃如表1 所示。

表1 “共性＋特性”的差異化教學方案

2 積木式實驗教學平臺設(shè)計

2.1 實驗教學平臺總體設(shè)計

根據(jù)課程的整體建設(shè)思路，建立針對不同專業(yè)需求的“積木式”實驗教學平臺，以支撐課程培養(yǎng)目標和不同專業(yè)的差異化人才培養(yǎng)目標。平臺整體包括平臺管理、共性知識實驗教學、差異化知識實驗教學三大模塊（見圖2）。

圖2 實驗教學平臺總體設(shè)計

2.2 實驗教學平臺各模塊設(shè)計

平臺管理模塊主要負責平臺用戶角色管理、任務發(fā)布與追蹤管理、作業(yè)下發(fā)與收集管理、知識庫管理等，主要提供平臺的基礎(chǔ)能力。

（1）共性知識實驗模塊設(shè)計。共性知識教學實驗模塊向所有學生角色用戶開放，本模塊的實驗內(nèi)容主要以演示性實驗、感知性實驗為主，按照教學內(nèi)容規(guī)劃設(shè)計了7 個實驗單元。以“系統(tǒng)安全性評估流程”單元以圖形化的形式向?qū)W生展示了民機系統(tǒng)安全性評估中“雙V”概念，使學生了解“確認（Validation）”和“驗證（Verification）”的區(qū)別與聯(lián)系及其在不同安全性評估活動中的作用。

（2）差異性知識實驗模塊設(shè)計。差異性知識教學實驗模塊主要用于為不同專業(yè)提供差異化的實驗教學，設(shè)計了12 個實驗單元，主要包括系統(tǒng)安全系評估活動的認知和實踐、安全性評估方法與工具的實踐、復雜系統(tǒng)安全性評估案例分析等內(nèi)容，實現(xiàn)對學生自主性、工程型、研究性和設(shè)計性的實驗教學能力培養(yǎng)。本模塊設(shè)計采用了“專業(yè)透明”的設(shè)計思路，即平臺向不同專業(yè)學生提供統(tǒng)一的實驗教學界面，同時在后臺鏈接不同專業(yè)對應的實驗案例數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)教學平臺的“統(tǒng)一化流程、差異化案例”設(shè)計，可有效減少實驗教師學習平臺使用的時間，簡化了界面開發(fā)的工作量，可將更多的資源投入到案例資源庫的開發(fā)。

如針對“系統(tǒng)級功能危害性分析（SFHA）”單元設(shè)計，教學流程與實驗環(huán)節(jié)設(shè)計如圖3 所示。

圖3 SFHA單元設(shè)計

SFHA以各系統(tǒng)為對象，分析在飛機設(shè)計的整個飛行包線和不同飛行階段內(nèi)，可能導致各系統(tǒng)失效甚至影響飛機整機安全飛行的功能失效，對系統(tǒng)基本功能實施的定性評估，對與系統(tǒng)級功能相關(guān)的失效狀態(tài)進行識別并分類，形成各系統(tǒng)對應的安全性設(shè)計需求和目標，是銜接飛機級安全性工作與系統(tǒng)級安全性工作的重要內(nèi)容。模塊設(shè)計時以SFHA的整體分析流程為依據(jù)，學生在線閱讀實驗指導書后，系統(tǒng)根據(jù)學生的不同專業(yè)從案例庫選擇合適的系統(tǒng)，針對電子信息工程專業(yè)選擇通信系統(tǒng)（ATA 23）作為SFHA 實驗實踐點，針對電氣工程及其自動化選擇起落架系統(tǒng)（ATA 32），針對飛行器制造工程專業(yè)選擇電源系統(tǒng)（ATA 24），針對飛行器動力工程選擇動力裝置系統(tǒng)（ATA 71）。同時在不同實驗環(huán)節(jié)設(shè)置不同層次的實驗教學手段，如對于SFHA 單元的重要知識點“失效狀態(tài)分析”，采用“指示字”提示的方式，由學生按類別開放式填寫具體失效狀態(tài)類別，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和分析能力。對于易混淆的概念和構(gòu)型清單問題，提供可選擇項供學生選擇。學生在完成所有實驗環(huán)節(jié)后，提供整體實驗報告預覽功能，在確認無誤提交后，系統(tǒng)自動生成電子化的實驗報告，匯總至實驗教師賬號下進行批改，電子化的實驗報告利于數(shù)據(jù)的存儲、整理，可為課程后續(xù)的持續(xù)改進提供完備的教學數(shù)據(jù)。

3 實驗教學平臺實現(xiàn)

平臺整體采用B/S（Browser/Serrer）架構(gòu)，支持在校園網(wǎng)環(huán)境下登錄實驗教學平臺，學生通過學校的VPN（Virtual Private Network）系統(tǒng)可實現(xiàn)外網(wǎng)環(huán)境下使用，配合各種網(wǎng)絡(luò)視頻軟件和教學站點，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的實驗教學，有效保證在疫情等突發(fā)情況下，學生無法到校時實驗教學仍能順利開展。

安全性平臺的實驗界面如圖4 所示，通過任務管理單元進行學生實驗教學任務的下發(fā)、管理，學生可以查看已完成的實驗環(huán)節(jié)的教師評分及評語，查看后續(xù)的教學實驗進度安排。平臺提供的工具箱用于學生的自主學習，在未接受到實驗任務時仍可以進行學習和練習，對自主學習可用的存儲數(shù)據(jù)空間大小進行限制以減少服務器壓力。

圖4 安全性平臺實驗界面

針對共性知識模塊通過圖形化的形式使學生能夠直觀地學習知識點，以系統(tǒng)安全性評估中的雙Ⅴ（Validation and Verifieation，確認和驗證）概念為例，開發(fā)的知識學習界面如圖5 所示。學生可以直觀了解雙V模型的各個環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)間的聯(lián)系與支撐關(guān)系學生可以點擊圖中的各模塊進一步了解學習系統(tǒng)安全分析各活動的流程、輸入、輸出與該活動安全性分析關(guān)注點。

圖5 共性知識-雙V模型

對差異性教學實驗模塊，以SFHA為例，實驗界面如圖6 所示，根學生專業(yè)的不同，為其開通左側(cè)飛機功能樹中相應系統(tǒng)的數(shù)據(jù)權(quán)限，學生按照實驗流程開展實驗。安全性平臺后臺規(guī)劃了39 個飛機系統(tǒng)的案例數(shù)據(jù)庫，目前已完成9 個系統(tǒng)的案例數(shù)據(jù)開發(fā)用于4個專業(yè)的實驗教學活動。

圖6 SFHA環(huán)節(jié)實驗平臺界面

4 結(jié) 語

大類招生，分流培養(yǎng)已成為現(xiàn)在高校人才培養(yǎng)的大趨勢，如何解決好專業(yè)基礎(chǔ)類課程對多個專業(yè)人才培養(yǎng)目標的支撐作用是各課程組需重視的問題。系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估課程組，堅持“以學生為中心”的思想，在課程內(nèi)容規(guī)劃及實驗教學模塊上細化差異化培養(yǎng)理念，采用“共性＋特性”的課程模塊規(guī)劃思路，開發(fā)了“積木式”的系統(tǒng)安全性課程實驗教學平臺，通過信息化的手段推動學生自主學習，通過構(gòu)建差異化的教學案例庫滿足了不同專業(yè)人才的實驗教學需求。

·名人名言·

讀書有三到，謂心到，眼到，口到。心不在此，則眼不看仔細，心眼即不專一，卻只漫浪誦讀，決不能記，記不能久也。三到之中，心到最急。

——朱熹