孫淑光

(中國(guó)民航大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院,天津 300300)

20世紀(jì)80年代,為適應(yīng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo),項(xiàng)目式教學(xué)(PBL)在美國(guó)大學(xué)得到空前發(fā)展,并逐漸在全球各國(guó)得到推廣[1]。PBL教學(xué)模式通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、交流能力以及領(lǐng)導(dǎo)能力。以項(xiàng)目需求為牽引,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)查閱資料,利用已掌握的知識(shí),通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成項(xiàng)目設(shè)計(jì),使學(xué)生從工程應(yīng)用的角度來(lái)理解知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生使用相關(guān)知識(shí)和工具解決工程問(wèn)題的能力,提高工程素養(yǎng)[2-4]。

PBL教學(xué)過(guò)程中,分析解決問(wèn)題能力的高低取決于學(xué)生及其對(duì)知識(shí)的掌握程度,項(xiàng)目設(shè)計(jì)效果與學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力有很大關(guān)系,但分析解決問(wèn)題的主動(dòng)性與完備性卻與教師的引導(dǎo)密切相關(guān)[5-7]。在信息來(lái)源廣泛、開(kāi)發(fā)平臺(tái)智能化、設(shè)計(jì)輔助工具多源化的今天,如果教師在PBL教學(xué)過(guò)程中不能激發(fā)學(xué)生持續(xù)探索的意識(shí),確保其項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主動(dòng)性、自主性及獨(dú)立見(jiàn)解,則PBL教學(xué)模式將流于形式,學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程容易出現(xiàn)知識(shí)或資料拼湊的情況,甚至出現(xiàn)類(lèi)似網(wǎng)絡(luò)抄襲等更壞的情況,這不僅不利于學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng),也不利于學(xué)生養(yǎng)成良好的工程習(xí)慣,對(duì)系統(tǒng)性、安全性要求極高的航空航天類(lèi)學(xué)生的工程習(xí)慣養(yǎng)成是一個(gè)極大的隱患。

1 目的

PBL教學(xué)過(guò)程分為四個(gè)階段:教師出題、學(xué)生選題、項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程、項(xiàng)目答辯,如圖1所示。

圖1 PBL教學(xué)過(guò)程

PBL教學(xué)中,項(xiàng)目指導(dǎo)教師提出項(xiàng)目題目并明確項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果要求,學(xué)生可以自行組成項(xiàng)目小組,或由指導(dǎo)教師指定學(xué)生分組,各小組自行選擇題目或由指導(dǎo)教師指定題目。此后,項(xiàng)目小組通過(guò)查閱相關(guān)資料,首先進(jìn)行方案設(shè)計(jì),然后利用一定的工具或平臺(tái)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì),確保項(xiàng)目成果滿足指導(dǎo)教師的指標(biāo)要求,即算完成項(xiàng)目。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中,小組成員需要首先對(duì)教師提供的項(xiàng)目需求進(jìn)行分析,明確所要實(shí)現(xiàn)的功能及性能,與之對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題以及各種約束條件,據(jù)此確定項(xiàng)目的整體架構(gòu)(模塊化)及各模塊的指標(biāo)要求,梳理功能指標(biāo)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,將其轉(zhuǎn)換為清晰、連續(xù)、確定的邏輯和時(shí)序架構(gòu),并據(jù)此尋找解決問(wèn)題的辦法,這是項(xiàng)目的構(gòu)思過(guò)程。構(gòu)思過(guò)程是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵,它直接關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目工作的可行性及有效性,也關(guān)系到項(xiàng)目設(shè)計(jì)的可靠性和完備性。構(gòu)思完成后,項(xiàng)目小組將根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)及指標(biāo)要求,選擇合適的設(shè)計(jì)工具及接口標(biāo)準(zhǔn),分別進(jìn)行各分模塊的軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn),然后將各模塊組裝聯(lián)調(diào),對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試,通過(guò)運(yùn)行觀察和實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證項(xiàng)目設(shè)計(jì)的正確性和有效性。最后提交設(shè)計(jì)報(bào)告及設(shè)計(jì)成果,完成項(xiàng)目答辯,由指導(dǎo)教師給出對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果的評(píng)價(jià)及成績(jī)。整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程及工作主體如圖2所示。

圖2 PBL實(shí)施過(guò)程及工作主體

工程項(xiàng)目的功能及指標(biāo)需求與其運(yùn)行環(huán)境有極大的關(guān)系,忽視運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)屬于無(wú)效設(shè)計(jì),而有些設(shè)計(jì)項(xiàng)目的應(yīng)用環(huán)境通常比較復(fù)雜,尤其是與安全密切相關(guān)的航空航天系統(tǒng)。從工程的角度來(lái)看,項(xiàng)目組在項(xiàng)目需求分析階段(即構(gòu)思階段)對(duì)項(xiàng)目功能及性能分析的完備性及透徹程度將直接影響項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效果及工程適用性,這也是項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量判定的重要依據(jù)。

當(dāng)學(xué)生以學(xué)習(xí)者的身份開(kāi)始項(xiàng)目研究時(shí),其對(duì)項(xiàng)目應(yīng)用背景及運(yùn)行環(huán)境的理解往往比較狹窄、單一,容易只關(guān)注功能實(shí)現(xiàn)而忽視應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性。項(xiàng)目小組在接到項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)后,通常會(huì)直接進(jìn)入資料查閱和項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段,而忽略對(duì)項(xiàng)目需求及運(yùn)行環(huán)境的詳細(xì)調(diào)研、分析與思考,對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行性能,特定環(huán)境對(duì)設(shè)備性能的影響以及可能出現(xiàn)的危害這些問(wèn)題考慮不周或認(rèn)識(shí)不足,導(dǎo)致項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果缺陷多,運(yùn)行適用性差,影響成果的完備性。這對(duì)工程類(lèi)學(xué)生的培養(yǎng)來(lái)說(shuō),不僅可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)掌握出現(xiàn)偏離或疏漏,而且還會(huì)對(duì)學(xué)生工程習(xí)慣的培養(yǎng)產(chǎn)生不良影響,為未來(lái)的設(shè)計(jì)工作埋下安全隱患,失去PBL教學(xué)的真正意圖及優(yōu)勢(shì)。

PBL教學(xué)過(guò)程中,大部分時(shí)間,學(xué)生為工作主體,教師作為在學(xué)生背后的支持者,起到答疑解惑的作用。而大多數(shù)PBL課程中,教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)通常是通過(guò)周期性、階段性的師生討論交流來(lái)進(jìn)行,但由于種種原因,學(xué)生的工作進(jìn)度通常并非周期性的,這就導(dǎo)致二者之間的有效交流較少或不暢,教師難以發(fā)現(xiàn)并及時(shí)糾正學(xué)生工作過(guò)程中存在的問(wèn)題。另外,PBL教學(xué)過(guò)程的檢查通常僅有階段性項(xiàng)目進(jìn)展考核和最終成果評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)不完備問(wèn)題時(shí)通常已晚,而學(xué)生由于項(xiàng)目時(shí)間限制問(wèn)題,很難或不愿進(jìn)行徹底修改,導(dǎo)致PBL教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)難以得到良好的發(fā)揮。

可見(jiàn),PBL教學(xué)模式的過(guò)程管理尤其是項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段的質(zhì)疑和引導(dǎo)是影響教學(xué)效果的關(guān)鍵要素,需要在PBL教學(xué)中尤其關(guān)注。

基于此,以“導(dǎo)航原理與系統(tǒng)”課程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例,關(guān)注PBL教學(xué)模式中的薄弱環(huán)節(jié),嘗試改進(jìn)教學(xué)手段,加強(qiáng)項(xiàng)目研究初期指導(dǎo)教師的引導(dǎo)力度與強(qiáng)度,打破項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中小組工作封閉的狀態(tài),引入外部刺激要素,激發(fā)學(xué)生思考意識(shí)和參與熱情,將項(xiàng)目評(píng)估和改進(jìn)的關(guān)口前移,在項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施之前增加項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案完備性測(cè)評(píng)環(huán)節(jié)(擂臺(tái)賽),允許教師、其他小組學(xué)生參與到項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,尋找設(shè)計(jì)漏洞,對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行質(zhì)疑。通過(guò)這種方式,將工程實(shí)際問(wèn)題及時(shí)充實(shí)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案中,拓展學(xué)生項(xiàng)目需求分析的廣度及深度,確保項(xiàng)目研究的完備性及進(jìn)展的順暢性。

2 擂臺(tái)賽實(shí)行方案

根據(jù)教育心理學(xué),成功和興趣是推動(dòng)學(xué)生思維發(fā)展的重要保證,鼓勵(lì)學(xué)生自主探索,對(duì)其問(wèn)題做出及時(shí)有效的回應(yīng),會(huì)提高學(xué)生的成功感,并保持其探究興趣。為學(xué)生提供提問(wèn)及反駁的機(jī)會(huì)能有效激發(fā)他們的創(chuàng)造性思維及高水平思維[7]。

高等教育工程認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定,學(xué)生在設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案方面,應(yīng)該能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案,設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元(部件)或工藝流程,并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí),考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素[8]。這要求學(xué)生必須具備系統(tǒng)化思維能力及全局意識(shí),在PBL教學(xué)過(guò)程中,為學(xué)生提供足夠的提問(wèn)與被提問(wèn),回答與被回答的機(jī)會(huì),不僅可以提高學(xué)生主動(dòng)思考的興趣和意識(shí),而且可以培養(yǎng)其思考、解決問(wèn)題的系統(tǒng)性及完備性,養(yǎng)成良好工程設(shè)計(jì)習(xí)慣。

鑒于上述教育思想及學(xué)生培養(yǎng)需求,“導(dǎo)航原理與系統(tǒng)”課程嘗試在PBL項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中,在學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施工作正式開(kāi)展之前增加了一個(gè)切磋交流環(huán)節(jié)——擂臺(tái)賽,具體執(zhí)行過(guò)程如圖3所示。

圖3 “導(dǎo)航原理與系統(tǒng)”課程PBL過(guò)程

擂臺(tái)賽的目的是利用在線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)——超星學(xué)習(xí)通的討論模塊,為學(xué)生、教師提供一個(gè)虛擬空間的實(shí)時(shí)交流互動(dòng)場(chǎng)景,對(duì)項(xiàng)目小組的設(shè)計(jì)方案、疑問(wèn)等進(jìn)行實(shí)時(shí)討論反饋。預(yù)期在線實(shí)時(shí)挑戰(zhàn)式交流可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和好奇心,以挑戰(zhàn)迎戰(zhàn)的模式激勵(lì)學(xué)生自主、自動(dòng)思考問(wèn)題,逐漸了解工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素和實(shí)現(xiàn)過(guò)程,培養(yǎng)其獨(dú)立思考能力、工程設(shè)計(jì)能力以及交流協(xié)作能力。并通過(guò)教師引導(dǎo)、同學(xué)討論使項(xiàng)目設(shè)計(jì)更加接近工程實(shí)際,確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)的完備性。

根據(jù)發(fā)展心理學(xué)原理,處于相同認(rèn)知水平的同學(xué)之間的略有差異的視點(diǎn)與認(rèn)知碰撞,會(huì)引起各自?xún)?nèi)部的認(rèn)知矛盾,而這種認(rèn)知矛盾的解決將會(huì)引起每一個(gè)個(gè)體內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重新構(gòu)建。項(xiàng)目小組內(nèi)部成員差異化觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)的碰撞,將促進(jìn)其各自對(duì)問(wèn)題情境思想內(nèi)容認(rèn)識(shí)的深化,優(yōu)化解決問(wèn)題的思路。而不同項(xiàng)目組之間的挑戰(zhàn),將為學(xué)生提供多視角思考問(wèn)題的機(jī)會(huì),產(chǎn)生集約思維效果,在挑戰(zhàn)其他小組的同時(shí),也為自己小組的問(wèn)題解決帶來(lái)新的思路。而教師在學(xué)生的討論發(fā)生混亂或出現(xiàn)歧途時(shí),適當(dāng)指點(diǎn)起到支撐學(xué)生討論“腳手架”的作用[9-10]。另外,教師可以在學(xué)生討論陷入狹窄空間無(wú)路可走時(shí),給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo),使討論進(jìn)入更廣更深的領(lǐng)域。

擂臺(tái)賽在各小組針對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求給出初步設(shè)計(jì)方案之后開(kāi)始,通過(guò)攻擂與守擂的方式開(kāi)展。各小組作為自己項(xiàng)目的守擂方,而攻擂方為全體指導(dǎo)教師和所有其他小組成員。為確保攻擂與守擂的實(shí)時(shí)性及便捷性,擂臺(tái)賽采取線上線下結(jié)合的方式。所有小組的項(xiàng)目題目、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方案以及攻擂、守擂都在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上進(jìn)行,學(xué)習(xí)通平臺(tái)討論模塊可以直接上傳、查看有關(guān)文檔,并可以在分組模塊下隨時(shí)輸入信息,便于攻擂和守擂的問(wèn)答信息錄入。所有項(xiàng)目信息都是網(wǎng)上公開(kāi)的,指導(dǎo)教師和學(xué)生可以實(shí)時(shí)在線查看項(xiàng)目組的設(shè)計(jì)方案,并隨時(shí)提出挑戰(zhàn),而守擂方也可以隨時(shí)對(duì)挑戰(zhàn)問(wèn)題做出回答并進(jìn)行方案修訂。擂臺(tái)賽平臺(tái)顯示如圖4所示。

圖4 擂臺(tái)賽平臺(tái)顯示

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)時(shí)性與靈活性,使學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的討論可以隨時(shí)開(kāi)展,避免了線下PBL教學(xué)指導(dǎo)教師周期性指導(dǎo)的局限性,使學(xué)生的問(wèn)題可以得到及時(shí)的回應(yīng),有效保護(hù)學(xué)生的參與熱情[11-12]。教師和其他學(xué)生的實(shí)時(shí)關(guān)注和問(wèn)題,也可以有效引導(dǎo)研究關(guān)注點(diǎn),避免項(xiàng)目設(shè)計(jì)的偏離,并通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的完備性。項(xiàng)目設(shè)計(jì)小組可以及時(shí)思考分析并修訂設(shè)計(jì)方案,提高工作進(jìn)度,持續(xù)保持項(xiàng)目設(shè)計(jì)的熱情。對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題或線上交流不暢的問(wèn)題,項(xiàng)目組可以預(yù)約指導(dǎo)教師或同學(xué)進(jìn)行線下溝通交流,形式靈活,也更加及時(shí)流暢。

通過(guò)對(duì)指導(dǎo)教師和其他小組同學(xué)攻擂問(wèn)題的回應(yīng),項(xiàng)目小組對(duì)研究對(duì)象的理解進(jìn)一步加深,對(duì)項(xiàng)目真實(shí)工程運(yùn)行環(huán)境的考慮更加周全,模塊功能及邏輯關(guān)系清晰度得以提高,項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案與工程實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的吻合度也進(jìn)一步提高。

另外,在對(duì)其他小組研究方案攻擂的過(guò)程中,以及查看其他小組的設(shè)計(jì)方案及守擂應(yīng)答時(shí),也可以審視本組的設(shè)計(jì)方案,發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞和問(wèn)題,及時(shí)改進(jìn)完善。各小組成員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)隨時(shí)關(guān)注各組的進(jìn)展情況,一定程度上也可以促進(jìn)小組的工作進(jìn)度。

2.1 項(xiàng)目(擂臺(tái)賽)分組

根據(jù)“導(dǎo)航原理與系統(tǒng)”課程的教學(xué)內(nèi)容,課程教師選擇關(guān)鍵導(dǎo)航參數(shù)的測(cè)量作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)主題,提出7個(gè)項(xiàng)目,分別涉及飛機(jī)姿態(tài)、航向的測(cè)量以及速度、位置的計(jì)算等。學(xué)生自行組隊(duì),各小組選擇自己擅長(zhǎng)或感興趣的研究項(xiàng)目,每個(gè)項(xiàng)目平均1～2組學(xué)生。擂臺(tái)賽的題目及守擂小組列表如表1所示。

表1 擂臺(tái)賽項(xiàng)目列表

擂臺(tái)賽內(nèi)容基本覆蓋“導(dǎo)航原理與系統(tǒng)”課程的關(guān)鍵內(nèi)容,通過(guò)小組間的攻擂守擂,使得每個(gè)學(xué)生不僅要關(guān)注本小組的研究?jī)?nèi)容,也要對(duì)其他小組的內(nèi)容進(jìn)行研究,以便提出有效的挑戰(zhàn)質(zhì)疑,在這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生可以綜合分析比較不同導(dǎo)航參數(shù)的測(cè)量方法、方法的優(yōu)勢(shì)及局限性,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的橫向比較和縱向深入,將知識(shí)內(nèi)化為對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力。

2.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案完備性的資源支持

PBL過(guò)程中,學(xué)生對(duì)項(xiàng)目情景的建立越接近真實(shí)工程環(huán)境,其對(duì)知識(shí)的整體性理解效果越好。擂臺(tái)賽在很大程度上是為了通過(guò)教師、學(xué)生的打擂來(lái)幫助學(xué)生構(gòu)建盡可能詳細(xì)、真實(shí)的工程情景,將教師和其他學(xué)生放到工程項(xiàng)目需求方的位置上來(lái)對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行考評(píng)。

擂臺(tái)賽的攻擂信息主要是其他小組學(xué)生的挑戰(zhàn)、指導(dǎo)教師的提問(wèn),以及工程實(shí)際案例的引入。其中工程實(shí)際案例的引入主要由指導(dǎo)教師來(lái)完成,工程實(shí)際案例來(lái)自各航空公司的維修實(shí)踐,指導(dǎo)教師通過(guò)不定期的校企技術(shù)交流或企業(yè)調(diào)研,收集航空公司維修維護(hù)過(guò)程中遇到的導(dǎo)航系統(tǒng)的故障問(wèn)題及解決方案,形成資源庫(kù),在打擂過(guò)程中根據(jù)項(xiàng)目要求及設(shè)計(jì)目標(biāo)適時(shí)插入,將其補(bǔ)充到對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)方案的提問(wèn)中,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題的思考及設(shè)計(jì)防范。

工程案例的引入為學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)增添了工程現(xiàn)實(shí)意義。例如,針對(duì)2017年某架飛機(jī)的GPS接收機(jī)出現(xiàn)GPS日期錯(cuò)誤的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考GPS接收機(jī)定位計(jì)算時(shí),初始時(shí)間確定的問(wèn)題,分析機(jī)載GPS接收機(jī)與飛行管理計(jì)算機(jī)以及慣性基準(zhǔn)組件之間的信號(hào)傳輸關(guān)系,使學(xué)生理解導(dǎo)航數(shù)學(xué)計(jì)算與工程顯示的關(guān)系。通過(guò)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣壓高度差值過(guò)大告警問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生分析飛機(jī)的機(jī)動(dòng)飛行對(duì)氣壓測(cè)量的影響,從而分析傳感器位置及安裝方式對(duì)氣壓高度測(cè)量系統(tǒng)精度的影響,在設(shè)計(jì)中應(yīng)該如何考慮。這些問(wèn)題在學(xué)生獨(dú)立項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中通常很容易被忽視。通過(guò)擂臺(tái)挑戰(zhàn)的形式將這些隱秘的問(wèn)題提出,便于學(xué)生在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)中就考慮到這些問(wèn)題,避免設(shè)計(jì)漏洞,提高項(xiàng)目的工程完備性。

擂臺(tái)賽過(guò)程中,學(xué)生為尋找攻擂問(wèn)題的解決方案會(huì)去查閱大量相關(guān)資料,促使項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案逐步從模糊到清晰,再到完善,接近工程實(shí)際環(huán)境。這個(gè)過(guò)程鍛煉了學(xué)生工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化思維、工程思維以及溝通協(xié)作能力。但這個(gè)過(guò)程對(duì)教師的工作要求以及參考資料的需求會(huì)比較苛刻,要求教師投入大量時(shí)間關(guān)注每個(gè)小組的設(shè)計(jì)方案,并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)提出恰當(dāng)?shù)墓こ虒?shí)踐問(wèn)題。

“導(dǎo)航原理與系統(tǒng)”課程的擂臺(tái)賽持續(xù)一個(gè)多月。一個(gè)多月的攻擂與守擂,各項(xiàng)目小組對(duì)本組項(xiàng)目的功能及性能目標(biāo)日漸清晰,項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案逐步完善,功能需求轉(zhuǎn)化為具體的功能模塊,并明確了不同模塊的功能及技術(shù)指標(biāo),各模塊的實(shí)現(xiàn)技術(shù)及模塊間接口關(guān)聯(lián)關(guān)系,為設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)提供了明確的實(shí)施方法及路線。

2.3 擂臺(tái)賽有效推進(jìn)的保障措施

為充分發(fā)揮擂臺(tái)賽的作用,鼓勵(lì)項(xiàng)目小組成員積極參與到擂臺(tái)賽中,并提出充足、有效的挑戰(zhàn)問(wèn)題,課程指導(dǎo)教師綜合考慮設(shè)計(jì)了項(xiàng)目題目及設(shè)計(jì)要求,并制定了擂臺(tái)賽實(shí)施規(guī)則,分別從攻擂問(wèn)題的數(shù)量、質(zhì)量,守擂的回答的要求等幾個(gè)方面做了規(guī)定,并將其作為判定小組成績(jī)和成員個(gè)人成績(jī)的參考依據(jù)。

項(xiàng)目題目盡可能覆蓋所有導(dǎo)航參數(shù)的測(cè)量及計(jì)算,每個(gè)小組的設(shè)計(jì)方案要求包括該導(dǎo)航參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路,以及所要實(shí)現(xiàn)的功能(功能要求應(yīng)能符合飛機(jī)各種情況下對(duì)導(dǎo)航參數(shù)的要求)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案可以選用現(xiàn)有飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)所采用的方案,也可以設(shè)計(jì)新的實(shí)現(xiàn)方案。質(zhì)疑問(wèn)題要深入到所有飛行階段及飛行狀況,可以是具體功能問(wèn)題,也可以是詳細(xì)的技術(shù)指標(biāo)。

1) 攻擂要求

攻擂是為了引導(dǎo)學(xué)生盡可能地多地參與到項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中,并盡可能廣泛地覆蓋所學(xué)知識(shí),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的理解與掌握。

所有學(xué)生都可以對(duì)其他任意項(xiàng)目組的設(shè)計(jì)方案提出質(zhì)疑并發(fā)問(wèn),被提問(wèn)組必須給出相應(yīng)的答復(fù),必要時(shí)修改或補(bǔ)充完善設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案以及問(wèn)題應(yīng)答可以被多次質(zhì)疑,如果項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)自己的方案無(wú)法滿足功能要求,則需要更改設(shè)計(jì)方案。

指導(dǎo)教師可以隨時(shí)對(duì)項(xiàng)目組的設(shè)計(jì)方案提出質(zhì)疑,教師對(duì)每個(gè)小組質(zhì)疑的問(wèn)題不能超過(guò)5個(gè),但是,針對(duì)項(xiàng)目小組前一個(gè)質(zhì)疑問(wèn)題回答得不完善或不清楚的追加問(wèn)題不在5個(gè)問(wèn)題之列。

2) 守擂終止

守擂終止規(guī)定是為了確保攻擂問(wèn)題都得到有效解決。因此要求守擂成員必須對(duì)攻擂問(wèn)題做出回答,只有當(dāng)問(wèn)題得到圓滿回答,沒(méi)有新的質(zhì)疑出現(xiàn)時(shí),才算一個(gè)守擂的完成;如果守擂小組發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有方案無(wú)法解決攻擂問(wèn)題,可以放棄原方案,重新進(jìn)行方案設(shè)計(jì),則針對(duì)原方案的問(wèn)題自動(dòng)作廢;擂臺(tái)賽討論到期后所有問(wèn)題自動(dòng)結(jié)束,但未回答的問(wèn)題會(huì)作為無(wú)效守擂問(wèn)題計(jì)入成績(jī)計(jì)算中。

3) 擂臺(tái)賽評(píng)分規(guī)則

為確保學(xué)生有效參與,多數(shù)參與到擂臺(tái)賽中,項(xiàng)目小組擂臺(tái)賽中的攻擂提問(wèn)及守擂應(yīng)答的數(shù)量和質(zhì)量計(jì)入到成績(jī)中,限定教師提問(wèn)數(shù)量是為了給學(xué)生提供更多的參與機(jī)會(huì),同時(shí)確保在打擂冷場(chǎng)或跑偏時(shí)及時(shí)干預(yù)。

擂臺(tái)賽成績(jī)計(jì)入到課程最終成績(jī),成績(jī)?cè)u(píng)定綜合考慮小組設(shè)計(jì)方案、守擂回答的質(zhì)量以及對(duì)其他小組的攻擂質(zhì)疑貢獻(xiàn),所有攻擂及守擂都是指有效質(zhì)疑與回答,成績(jī)由三部分組成。

設(shè)計(jì)方案及守擂成績(jī)(A):根據(jù)設(shè)計(jì)方案以及守擂應(yīng)答的數(shù)量及正確率給定。被質(zhì)疑問(wèn)題的數(shù)量不超過(guò)10個(gè)作為基準(zhǔn)滿分,如果被質(zhì)疑問(wèn)題超過(guò)10個(gè)(預(yù)示著設(shè)計(jì)方案不詳細(xì)或可行性低),則每超過(guò)2個(gè)問(wèn)題,成績(jī)會(huì)相應(yīng)地降低10%,由此給出基于質(zhì)疑問(wèn)題數(shù)量的成績(jī),再根據(jù)問(wèn)題回答的正確率進(jìn)一步調(diào)整成績(jī)。

攻擂成績(jī)(B):根據(jù)本小組成員有效攻擂問(wèn)題相對(duì)所有攻擂問(wèn)題(教師的除外)數(shù)量的百分比確定成績(jī),提出5個(gè)及以上有效質(zhì)疑問(wèn)題的小組中,問(wèn)題最少的小組成績(jī)?yōu)?0分,其他組的成績(jī)?cè)?0分的基數(shù)上增加本組成員有效攻擂問(wèn)題百分比×40。攻擂問(wèn)題低于5個(gè)的小組成績(jī)?yōu)楣ダ迒?wèn)題個(gè)數(shù)×10。

小組成員互評(píng)成績(jī)(C):小組根據(jù)各成員在擂臺(tái)賽方案設(shè)計(jì)和守擂問(wèn)題回答中的貢獻(xiàn)給出小組成員互評(píng)成績(jī)。

每位學(xué)生擂臺(tái)賽的最終成績(jī)?yōu)?0.5A+0.3B+0.2C。成績(jī)的給定方式調(diào)動(dòng)了學(xué)生攻擂與守擂的熱情,也由此帶動(dòng)了學(xué)生對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的時(shí)間及精力投入。

3 擂臺(tái)賽數(shù)據(jù)采集及分析

擂臺(tái)賽持續(xù)一個(gè)月,指導(dǎo)教師對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行了定性與定量分析,并與前幾學(xué)期未增加擂臺(tái)賽環(huán)節(jié)的教學(xué)進(jìn)行了對(duì)比。整體來(lái)看,經(jīng)過(guò)擂臺(tái)賽后形成的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證較充分,項(xiàng)目各組成模塊的功能及模塊間關(guān)聯(lián)關(guān)系明確,項(xiàng)目小組成員之間任務(wù)劃分明確,相互之間的溝通也比較暢通,項(xiàng)目參與度較以往有所提高。與沒(méi)有經(jīng)過(guò)擂臺(tái)賽環(huán)節(jié)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作相比,設(shè)計(jì)進(jìn)展明顯加快,設(shè)計(jì)過(guò)程中的討論也更順暢有效。

以衛(wèi)星導(dǎo)航小組的設(shè)計(jì)為例,項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)劃分了四個(gè)模塊:接收機(jī)輸出信息處理模塊,導(dǎo)航定位計(jì)算模塊,導(dǎo)航定位性能分析模塊以及全球?qū)Ш叫窍到y(tǒng)民航應(yīng)用的分析模塊。小組成員利用GPS接收模塊獲取導(dǎo)航電文信息及測(cè)距信息,用Matlab軟件計(jì)算衛(wèi)星的位置以及接收機(jī)的位置,并根據(jù)數(shù)據(jù)輸出分析接收機(jī)接收衛(wèi)星數(shù)量的變化,導(dǎo)航定位精度與衛(wèi)星數(shù)量、高度角之間的關(guān)系,分析了基于性能的導(dǎo)航運(yùn)行情況下,衛(wèi)星導(dǎo)航所面臨的問(wèn)題以及相應(yīng)的解決方案。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)效果良好,對(duì)于GPS在民航中的應(yīng)用更合理。答辯過(guò)程中,學(xué)生回答問(wèn)題的效果相對(duì)更令人滿意。

整個(gè)擂臺(tái)賽期間,學(xué)生發(fā)起或回復(fù)打擂討論92條,全部討論136條,涉及幾乎所有的導(dǎo)航參數(shù)或系統(tǒng)。部分問(wèn)題的解決方案超出授課教師預(yù)期,出現(xiàn)了可喜的效果。擂臺(tái)賽打擂信息如表2所示。

將設(shè)置擂臺(tái)賽的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與未設(shè)擂臺(tái)賽過(guò)程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)成績(jī)進(jìn)行比較,數(shù)據(jù)歸一化處理后可以看出:設(shè)置擂臺(tái)賽過(guò)程對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)效果有一定的提升,尤其是在項(xiàng)目的工程適用性及完備性方面,有較好的提升。但由于擂臺(tái)賽占用了一定的時(shí)間,項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間被壓縮,整體成績(jī)提升并沒(méi)有顯著提高。

課程結(jié)束后,任課教師對(duì)項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行了滿意度調(diào)查。問(wèn)卷調(diào)查將滿意度設(shè)置為5個(gè)等級(jí),分別為1-幾乎沒(méi)有、2-很小、3-中等、4-較大、5-非常大,進(jìn)行分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

圖5 擂臺(tái)賽滿意度調(diào)查

70%以上的學(xué)生認(rèn)為,如果項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)一下,則設(shè)計(jì)效果會(huì)更好。隨著擂臺(tái)賽時(shí)間的增長(zhǎng),項(xiàng)目小組對(duì)本組項(xiàng)目設(shè)計(jì)完備性的滿意度逐漸增加,但很明顯還有可以改進(jìn)的空間。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)PBL教學(xué)過(guò)程中學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)的完備性及工程適用性經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題,“導(dǎo)航原理與系統(tǒng)”課程通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)擂臺(tái)賽的形式進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)果顯示擂臺(tái)賽可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生項(xiàng)目參與的熱情和深度,教師的有意識(shí)引導(dǎo)可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)工程真實(shí)運(yùn)行環(huán)境的認(rèn)識(shí),并將其引入到項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)的完備性,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的工程設(shè)計(jì)習(xí)慣有較好的促進(jìn)作用。