［摘 要］ 伴隨我國民用航空產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，針對當(dāng)前航空器適航領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)工程專業(yè)人才的迫切需求，從行業(yè)出發(fā)，分析“系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用”課程教學(xué)目標(biāo)，明確當(dāng)前課程存在的問題，開展改革探索與實踐，增加思政元素，面向新技術(shù)發(fā)展調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合國產(chǎn)大飛機適航形成多點案例教學(xué)，優(yōu)化混合教學(xué)方式，使學(xué)生能夠形成系統(tǒng)化思維，掌握相關(guān)的理論與方法，實現(xiàn)與大飛機研制的深度融合，緊跟技術(shù)前沿發(fā)展，拓寬學(xué)術(shù)視野。最后，通過對學(xué)生學(xué)業(yè)進(jìn)程跟蹤調(diào)研，表明相關(guān)改革探索為學(xué)術(shù)研究奠定良好的基礎(chǔ)，可以有效支撐對我國急需的高素質(zhì)高層級適航技術(shù)人才的培養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］ 系統(tǒng)工程；成果導(dǎo)向教育；適航；案例教學(xué)；混合教學(xué)模式

［基金項目］ 2022年度中國交通教育研究會教育科學(xué)研究課題“基于成果導(dǎo)向的《系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用》課程改革探索與探索”（JT2022YB236）

［作者簡介］ 馬 贊（1984—），男，天津人，碩士，中國民航大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事民機系統(tǒng)工程和安全性評估研究；田 毅（1983—），男，天津人，碩士，中國民航大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院副研究員，主要從事民機系統(tǒng)工程研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）38-0061-04 ［收稿日期］ 2023-04-20

引言

隨著客觀世界中物質(zhì)、能量和信息的不斷豐富，各事物之間相互聯(lián)系增強，出現(xiàn)了大量的跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨機構(gòu)的“大工程”，系統(tǒng)工程思想與原理也變得愈發(fā)重要，尤其體現(xiàn)在大型運輸類民用航空器及發(fā)動機研制中。安全性是民用客機研制的生命線，航空器適航是安全性保障，其基于系統(tǒng)工程思想與方法而實現(xiàn)。為順應(yīng)我國航空工業(yè)的發(fā)展，為行業(yè)培養(yǎng)擁有正確價值取向、具備創(chuàng)新能力與時代擔(dān)當(dāng)，以及擁有適航基礎(chǔ)理論知識和工程實踐能力的高素質(zhì)高層級技術(shù)人才，我校建立航空器適航審定工程的研究生專業(yè)，并設(shè)置專業(yè)基礎(chǔ)課“系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用”。然而，行業(yè)的發(fā)展及其高安全性對課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法提出了更高的要求［1］。在我國大飛機研制的關(guān)鍵階段，如何面向成果導(dǎo)向建設(shè)課程，高效輸出國家急需的適航人才，是亟待解決的問題。

張華明［2］分析當(dāng)前我國系統(tǒng)工程原理與方法課程教學(xué)中普遍存在的問題。雷洪濤［3］以“系統(tǒng)工程原理”課程為例，基于授課對象特征，探索了混合式教學(xué)模式及方法。朱權(quán)潔等［4］和劉樹峰［5］分別從礦山、農(nóng)業(yè)等行業(yè)出發(fā)，探索“系統(tǒng)工程”課程內(nèi)容及方法改革方案。同時，田宏等［6］將安全性評估技術(shù)與系統(tǒng)工程結(jié)合，探索“安全系統(tǒng)工程”課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式改革。然而，以上均尚未與我國大飛機研制的緊迫需求結(jié)合并給出具體指導(dǎo)。

因此，本文針對當(dāng)前我國航空器適航領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)工程專業(yè)人才的迫切需求，從行業(yè)出發(fā)，分析“系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用”課程教學(xué)目標(biāo)，明確課程存在的問題，并分別從課程思政、理論與實踐結(jié)合、緊跟前沿技術(shù)發(fā)展、混合教學(xué)方式等方面綜合提出基于成果導(dǎo)向的改革思路及方法，并通過效果評估證明其有效性。

一、把握行業(yè)發(fā)展需求，明確教學(xué)目標(biāo)

中國民航大學(xué)是民航局隸屬的綜合類航空院校，在國產(chǎn)民機快速發(fā)展的關(guān)鍵時期，面對當(dāng)前國際環(huán)境，承載“國之重器”的建設(shè)者和接班人培養(yǎng)的重任。

第一，應(yīng)結(jié)合課程，加強對學(xué)生的思政教育，培養(yǎng)其正確的價值取向和時代擔(dān)當(dāng)。

第二，大型客機研制是典型的大工程，必須依賴科學(xué)的系統(tǒng)工程方法論作為指導(dǎo)來保障不同學(xué)科和組織間的協(xié)同，才可能研制出安全可靠的航空器產(chǎn)品。為此，國際適航當(dāng)局已一致認(rèn)可了SAE ARP 4754A、ARP4761、RTCADO-178C、RTCADO-254等標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范航空器的研制過程，從而減少設(shè)計錯誤，提高安全性水平。這些標(biāo)準(zhǔn)是型號研制的基本規(guī)則，是從業(yè)人員的必修課，也是系統(tǒng)工程思想在航空領(lǐng)域的典型應(yīng)用。因此，加強對系統(tǒng)工程相關(guān)概念的深刻理解，培養(yǎng)系統(tǒng)化思維，掌握方法論及其應(yīng)用，熟悉規(guī)范的民機研制流程體系是學(xué)生高效參與民機研制工作的前提條件和基礎(chǔ)。

第三，型號研制中同樣需對系統(tǒng)進(jìn)行建模分析、權(quán)衡比對、指標(biāo)綜合評價、系統(tǒng)預(yù)測及決策等，需要采用相應(yīng)的系統(tǒng)工程方法加以解決。因此，應(yīng)加強學(xué)生對相關(guān)理論和方法的學(xué)習(xí)掌握，并結(jié)合實踐，通過案例教學(xué)提高應(yīng)用能力。

第四，隨著我國提出“中國制造2025”“工業(yè)4.0”等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，系統(tǒng)工程研究和應(yīng)用的范圍和規(guī)模逐漸擴大，且不斷涌現(xiàn)出新理論和熱點研究問題［3］。尤其是近年來，人工智能作為下一代工業(yè)革命的主要方向，已經(jīng)得到航空工業(yè)的高度關(guān)注，在積極推進(jìn)機器學(xué)習(xí)等技術(shù)在機載端應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于系統(tǒng)工程的研制流程方法已經(jīng)無法保證其安全性，必須結(jié)合不確定性理論和韌性理論研究，探索人工智能安全性保證方法。因此，教學(xué)應(yīng)緊跟時代發(fā)展，不斷把新的研究理論與方法融入教學(xué)內(nèi)容，便于學(xué)生掌握新的知識，提高創(chuàng)新能力。

二、當(dāng)前課程分析

當(dāng)前“系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用”課程與國內(nèi)與其他高校類同，重點講授系統(tǒng)建模、系統(tǒng)預(yù)測、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)評價、系統(tǒng)決策等理論方法。與教學(xué)目標(biāo)相比，仍存在以下不足：（1）教育部要求充分挖掘各類課程的思想政治資源，發(fā)揮好育人作用?！跋到y(tǒng)工程原理及應(yīng)用”課程中蘊含豐富的思政元素，目前尚未進(jìn)行系統(tǒng)性的挖掘，亟待與專業(yè)內(nèi)容深度融合。（2）“系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用”是科學(xué)與管理、工程技術(shù)等相結(jié)合的跨學(xué)科綜合型課程。目前其僅對理論方法進(jìn)行講解，忽略了管理及工程技術(shù)部分，造成片面理解，無法實現(xiàn)課程與航空器研制實踐的有效結(jié)合。（3）目前課程仍僅對傳統(tǒng)經(jīng)典方法進(jìn)行講解，沒能緊跟時代技術(shù)發(fā)展，缺乏前沿性。（4）當(dāng)前，航空器適航審定工程專業(yè)主要分為航空發(fā)動機、飛機結(jié)構(gòu)與材料和機載系統(tǒng)及設(shè)備等三個方向。各方向的學(xué)生知識結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)差異較大，并且系統(tǒng)工程知識繁雜、抽象，不易理解。僅通過講授的模式，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及主動性，課堂學(xué)習(xí)效率低。

三、基于成果導(dǎo)向的課程改革探索

針對以上教學(xué)目標(biāo)，開展“系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用”課程改革的探索與實踐，增加思政元素、面向新工科調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合國產(chǎn)大飛機適航形成多點案例教學(xué)，優(yōu)化混合教學(xué)方式，保證高質(zhì)量教學(xué)，使學(xué)生能夠掌握相關(guān)的理論與方法，更重要的是通過實踐能力的鍛煉，強化學(xué)生解決實際工程問題的綜合能力。

1.課程思政教學(xué)探索。系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用中包含豐富的思政元素。從應(yīng)用對象角度，講好我國大飛機、大火箭、北斗等工程研制故事。突出錢學(xué)森等老一輩科研工作者如何在技術(shù)基礎(chǔ)落后的情況下，充分利用系統(tǒng)工程思想，建造出我國第一枚導(dǎo)彈；弘揚北斗精神，鼓勵學(xué)生迎難而上、敢打硬仗、接續(xù)奮斗。從科學(xué)技術(shù)角度，重點講授錢學(xué)森系統(tǒng)工程思想及其在重點型號中的應(yīng)用。通過切克蘭德“調(diào)查學(xué)習(xí)”、物理—事理—人理（WSR）等社會系統(tǒng)工程方法論的講授，教導(dǎo)學(xué)生作為社會系統(tǒng)中的一分子，要積極發(fā)揮作用及體現(xiàn)價值。從理論與實踐結(jié)合的角度，以中國商用飛機有限責(zé)任公司（簡稱中國商飛）為例，闡述系統(tǒng)工程建設(shè)現(xiàn)狀及長期和短期規(guī)劃，分析并行工程在C919項目中的應(yīng)用情況及利害關(guān)系。

2.理論與實踐結(jié)合的探索。結(jié)合適航專業(yè)特點，突出適航安全與系統(tǒng)工程原理的結(jié)合。以大飛機研制為對象，分析其復(fù)雜性及系統(tǒng)屬性，分享FAA、波音、空客、中國商飛等國際主要制造商的系統(tǒng)工程定義及觀點。結(jié)合方法論，講解當(dāng)前國際適航當(dāng)局普遍認(rèn)可的民機研制流程規(guī)范及項目管理，使學(xué)生對民機研制有整體性的理解。民機機載系統(tǒng)研制過程規(guī)范見圖1。

在原有理論課程的基礎(chǔ)上，增加民機系統(tǒng)工程過程及管理模塊對民機系統(tǒng)工程過程、需求工程、系統(tǒng)安全性評估、研制保證及等級分配、質(zhì)量保證及過程保證，對構(gòu)型管理、系統(tǒng)工程的建設(shè)與運用等內(nèi)容進(jìn)行補充說明，并通過開放性問答引導(dǎo)學(xué)生深入思考，突出說明構(gòu)建自上而下的系統(tǒng)工程過程對確保型號安全性的重要意義。厘清型號研制中對利益相關(guān)方需要、場景、功能、需求、設(shè)計、架構(gòu)、實現(xiàn)、驗證、確認(rèn)等關(guān)鍵概念的理解，及其相互之間的關(guān)系。

此外，研制流程中需求捕獲、確認(rèn)及驗證、架構(gòu)設(shè)計、安全性評估等活動，需要采用系統(tǒng)建模、分析、評價、預(yù)測及決策等理論方法解決具體問題。結(jié)合科研成果，對各部分內(nèi)容設(shè)計案例，提高學(xué)生對具體理論方法的理解及在工程中的應(yīng)用能力。例如：以機載綜合模塊化航電系統(tǒng)等為對象，參照解析結(jié)構(gòu)模型的思路，學(xué)會用形式化方法表示復(fù)雜系統(tǒng)，并進(jìn)行失效傳遞鏈路的分析?；蚧赒FD對飛機級功能及需求進(jìn)行分解?；诨貧w分析預(yù)測方法，構(gòu)建機載EWIS鏈路可靠性預(yù)計模型等。

3.緊跟前沿技術(shù)發(fā)展的探索。人工智能可信性安全性問題已經(jīng)成為阻礙其在機載系統(tǒng)中應(yīng)用的“卡脖子”問題?？紤]到人工智能技術(shù)是傳統(tǒng)系統(tǒng)工程原理中回歸分析、貝葉斯決策等“黑盒”系統(tǒng)工程方法的進(jìn)一步延伸和發(fā)展。因此，在課程原有講解基礎(chǔ)上，增加相關(guān)算法簡要介紹，引導(dǎo)學(xué)生開啟人工智能研究的“大門”。例如，在《系統(tǒng)預(yù)測》章節(jié)中，介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等基本原理。在《系統(tǒng)決策》章節(jié)中，在原有傳統(tǒng)決策樹和貝葉斯定理的基礎(chǔ)上，說明人工智能環(huán)境下的應(yīng)用和改進(jìn)。同時，結(jié)合科研成果，介紹國際適航當(dāng)局對人工智能技術(shù)適航審定要求及方法發(fā)展現(xiàn)狀。

4.混合教學(xué)方式探索。為充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主動性，探索混合教學(xué)方式。在教師講授之余，采取案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、專家講座等教學(xué)方式。對于案例教學(xué)方式，一方面，讓學(xué)生通過簡單案例對系統(tǒng)工程方法進(jìn)行應(yīng)用。例如，在講授系統(tǒng)功能和需求分析時，可讓學(xué)生以自行車為對象進(jìn)行相關(guān)分析。另一方面，通過教師講解相關(guān)理論在航空業(yè)的具體應(yīng)用案例，激發(fā)學(xué)生興趣，加強理解。對于不斷涌現(xiàn)出的大量新理論和新方法，須充分調(diào)動學(xué)生的積極性，通過翻轉(zhuǎn)課堂的形式，由學(xué)生自主研究與相互交流，將枯燥的理論內(nèi)容映射到個人的學(xué)習(xí)、科研工作與生活問題中。例如，在授課內(nèi)容基礎(chǔ)上，拓展如下相關(guān)研究方向，每名學(xué)生選擇一個題目，并錄制相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)分享視頻。這樣既可以考查學(xué)生對系統(tǒng)工程知識的掌握情況，又可以擴展其知識面，鍛煉表達(dá)能力，提高綜合素質(zhì)。將學(xué)生的視頻進(jìn)行分享，高效學(xué)習(xí)更多的前沿系統(tǒng)工程方法，為后續(xù)研究工作提供了便利。此外，利用課余時間，邀請工業(yè)部門或適航審定系統(tǒng)專家舉辦講座，加深學(xué)生對民機系統(tǒng)工程過程的理解，同時也能清楚意識到其中功能、需求等看似抽象的概念在型號研制過程中的重要性。自主研究方向清單見表1。

四、實施效果評估

結(jié)合以上教學(xué)改革探索，對2022年授課及相關(guān)學(xué)生后續(xù)研究情況進(jìn)行調(diào)研、統(tǒng)計與分析。16名學(xué)生中有8人在開題報告中采用了課堂所講授或自主研究方向清單中的系統(tǒng)工程方法對相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行研究；5名學(xué)生在開題報告中準(zhǔn)確將自身研究內(nèi)容與民機研制流程規(guī)范建立了對應(yīng)關(guān)系。因此，可發(fā)現(xiàn)通過以上課程改革探索，首先充分調(diào)動了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)動力，課堂效果良好。其次，使學(xué)生充分理解了系統(tǒng)工程思想、概念、方法論及具體方法，充分?jǐn)U展學(xué)生知識范圍，培養(yǎng)學(xué)術(shù)素養(yǎng)，提高圍繞航空器適航前沿技術(shù)開展研究的能力，為其后續(xù)的研究提供了良好的支撐。最后，使學(xué)生體驗和熟悉了民機研制的過程，為后續(xù)相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

結(jié)語

本文從民用航空器適航領(lǐng)域需求出發(fā)，分析“系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用”課程教學(xué)目標(biāo)，明確當(dāng)前課程存在的問題，分別從課程思政、理論與實踐結(jié)合、緊跟前沿技術(shù)發(fā)展、混合教學(xué)方式等方面出發(fā)，提出基于成果導(dǎo)向的改革思路及方法，并結(jié)合具體實施情況證明相關(guān)探索的有效性。

參考文獻(xiàn)

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［2］張華明.“系統(tǒng)工程原理與方法”課程教學(xué)研究［J］.信息系統(tǒng)工程，2013（11）：139-140.

［3］雷洪濤.授課對象特征導(dǎo)向的混合式教學(xué)模式設(shè)計研究［J］.高等教育研究學(xué)報，2019，42（1）：56-63.

［4］朱權(quán)潔，劉曉云，趙啟峰，等.基于全過程管理的礦業(yè)系統(tǒng)工程課程教學(xué)改革與實踐［J］.高教學(xué)刊，2021，7（27）：131-136.

［5］劉樹峰.基于系統(tǒng)工程理論的農(nóng)業(yè)機械教學(xué)理念及設(shè)計方法探索［J］.冶金管理，2021（15）：181-182.

［6］田宏，王天明.基于OBE的《安全系統(tǒng)工程》課程教學(xué)改革及實踐［J］.安全，2021，42（3）：61-64+68.

Teaching Reform and Practice on the Course of System Engineering Theories and Application Using Outcome-Based Education（OBE） Approach

MA Zan， TIAN Yi

（College of Safety Science and Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）

Abstract： With the rapid development of China’s civil aviation industry， in view of the urgent demand for system engineering professionals in the current aircraft airworthiness field， this paper analyzes the teaching objectives of the course System Engineering Theories and Application from the perspective of the industry， clarifies the problems existing in the current course， carries out reform and practice， increases ideological and political elements， adjusts the teaching content for the development of new technology， and forms multi-point case teaching in combination with the airworthiness of domestic large aircraft， optimizes the mixed teaching mode， so that students can establish systematic thinking， profoundly master relevant theories and methods， realize deep integration with large aircraft development， keep up with the development of technology， and expand academic horizons. Finally， through the follow-up investigation of the students and their subsequent research work performance， the effect evaluation proves that the relevant reform and exploration have laid a good foundation for students to research the airworthiness problems， and can effectively support the training of high-quality high-level airworthiness technical personnel urgently needed in China.

Key words： system engineering; outcome-based education（OBE）; airworthiness; case teaching; mixed teaching mode