航班時(shí)刻優(yōu)化案例教學(xué)在《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程中的應(yīng)用

陳子怡

【摘 要】近些年，我國民航運(yùn)輸業(yè)呈現(xiàn)出大流量、高增長的快速發(fā)展趨勢，空中交通資源日益緊張，如何運(yùn)用科學(xué)的模型與方法對現(xiàn)有資源進(jìn)行合理的優(yōu)化配置顯得尤為重要?！犊罩薪煌ㄏ到y(tǒng)優(yōu)化與管理》課程設(shè)置的目的是讓交通運(yùn)輸專業(yè)的學(xué)生掌握運(yùn)籌學(xué)常用的模型和算法，具備從實(shí)際問題出發(fā)的數(shù)學(xué)建模能力，為今后在工作中應(yīng)用系統(tǒng)工程的科學(xué)觀點(diǎn)與方法處理空中交通管理、航空公司運(yùn)行以及機(jī)場現(xiàn)場管理等實(shí)際問題打下良好的基礎(chǔ)。本文對該課程以案例為教學(xué)核心的可行性進(jìn)行分析，以空中交通管理中的航班時(shí)刻優(yōu)化為案例對實(shí)施步驟及實(shí)施方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)。為貫徹培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力和動手能力，提升學(xué)生創(chuàng)新水平提供了教學(xué)改革方法。

【關(guān)鍵詞】空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理；教學(xué)改革；案例教學(xué)；航班時(shí)刻；航班波

【中圖分類號】G642.41 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）04-0260-01

一、引言

近些年，我國民航運(yùn)輸業(yè)呈現(xiàn)出大流量、高增長的快速發(fā)展趨勢，空中交通資源日益緊張，如何運(yùn)用科學(xué)的模型與方法對現(xiàn)有資源進(jìn)行合理的優(yōu)化配置顯得尤為重要。

課內(nèi)外一體化教學(xué)平臺是指根據(jù)學(xué)生的發(fā)展目標(biāo)，將教案和學(xué)案結(jié)合在一起，在課堂“思路引導(dǎo)”式教學(xué)的基礎(chǔ)上，為學(xué)生在課余提供自主學(xué)習(xí)機(jī)會的一個(gè)資源平臺，目前已成為高等院校的新型教學(xué)模式。本課題以增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新能力為目標(biāo)，遵循高等教育的一般規(guī)律，借鑒國內(nèi)外高校交通運(yùn)輸專業(yè)人才培養(yǎng)中實(shí)踐教學(xué)模式，對《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程課內(nèi)外案例一體化教學(xué)方法進(jìn)行了分析與研究。本文以培養(yǎng)空管專業(yè)工程技術(shù)人才為目的，對本課程理論教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方案進(jìn)行探索，結(jié)合項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合作的教學(xué)理念[1-3]，在教學(xué)中以項(xiàng)目為中心，以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)[4][5]。

二、課程改革基本思路

由于本課程是面向交通運(yùn)輸專業(yè)大二學(xué)生設(shè)置的，在這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)學(xué)生剛好學(xué)習(xí)完高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)和概率論等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課，具備了一定的數(shù)學(xué)分析功底；又通過學(xué)習(xí)民航概論這個(gè)入門課程，對于民航領(lǐng)域的基本知識和基本問題有了初步的了解。本課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容部分，在運(yùn)籌學(xué)理論和空中交通系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用之間架起了一座橋梁，不僅可以使學(xué)生迅速掌握每個(gè)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)及適用范圍，還可以激勵和啟發(fā)學(xué)生對于基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其在學(xué)習(xí)生活中的主動性和創(chuàng)造性。

為了充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性，避免陷入枯燥而單調(diào)的符號理解和公式推導(dǎo)，課程組將多年積累的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果進(jìn)行了梳理、歸納和總結(jié)，并通過調(diào)研空中交通管理部門、航空公司以及民航機(jī)場等一線生產(chǎn)單位，挑選出一些可以用到運(yùn)籌學(xué)中相關(guān)模型的實(shí)際問題作為實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，意在增加數(shù)學(xué)模型的生動性和趣味性，充分顯示運(yùn)籌學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，提高課堂教學(xué)效果[7]。樞紐機(jī)場航班波構(gòu)建是航班時(shí)刻優(yōu)化的重要解決方法，也是《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程一個(gè)重點(diǎn)案例。

本課程的改革正是順應(yīng)這樣的教學(xué)與科研結(jié)合的發(fā)展趨勢，滿足學(xué)生不斷提升的學(xué)習(xí)需求，以提升本門課程的教學(xué)質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)[8]。

三、航班時(shí)刻優(yōu)化案例簡介

樞紐機(jī)場的航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是機(jī)場基本功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，也是機(jī)場不同功能定位實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)涉及航線網(wǎng)絡(luò)的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面，與航線網(wǎng)絡(luò)的空間布局和航班時(shí)刻的編排息息相關(guān)。從當(dāng)今世界航空運(yùn)輸競爭趨勢看，打造大型航空樞紐是當(dāng)前及未來民航發(fā)展的重點(diǎn)和制高點(diǎn)。一個(gè)成功的航空樞紐的建立，需要樞紐機(jī)場和其主基地航空公司的通力合作，調(diào)整航線結(jié)構(gòu)，打造航班波。

四、案例教學(xué)實(shí)施步驟

《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》知識點(diǎn)的講授為案例教學(xué)的首要任務(wù)，在知識點(diǎn)的選擇方面首先要滿足教學(xué)大綱的要求，其次根據(jù)案例教學(xué)中所需知識點(diǎn)深度進(jìn)行擴(kuò)展教學(xué)，有重點(diǎn)的增加理論深度，為解決案例問題提供必要條件[9]。

實(shí)踐環(huán)節(jié)是提高學(xué)生理解知識、運(yùn)用知識、創(chuàng)造知識的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量直接影響該課程的教學(xué)評價(jià)[10]。案例教學(xué)可具體分為以下幾個(gè)步驟：科學(xué)選題、知識點(diǎn)組合、實(shí)踐步驟設(shè)計(jì)、案例講評及案例教學(xué)綜合成績評定5個(gè)主要過程。通過科研項(xiàng)目，選擇一個(gè)具有研究意義與實(shí)用價(jià)值的題目——樞紐機(jī)場航班時(shí)刻優(yōu)化及航班波構(gòu)造作為本文案例。

該案例主要實(shí)踐任務(wù)包括：（1）樞紐機(jī)場現(xiàn)狀及航班時(shí)刻問題分析；（2）典型樞紐機(jī)場中轉(zhuǎn)能力分析與航班波構(gòu)建；（3）基于航班波的樞紐機(jī)場航班時(shí)刻優(yōu)化；（4）樞紐機(jī)場航班時(shí)刻優(yōu)化及航班波構(gòu)造政策建議及措施；（5）優(yōu)化模型及算法編程實(shí)現(xiàn)。

1.案例準(zhǔn)備。

教師首先根據(jù)項(xiàng)目研究經(jīng)驗(yàn)在充分掌握該案例的立項(xiàng)目的、研究意義、研究方法、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)、相關(guān)研究成果及結(jié)論的基礎(chǔ)之上，編寫案例教學(xué)任務(wù)書。準(zhǔn)備內(nèi)容包括樞紐機(jī)場現(xiàn)狀調(diào)研，包括：樞紐機(jī)場地空保障能力分析、樞紐機(jī)場航線網(wǎng)絡(luò)分析、樞紐機(jī)場機(jī)型結(jié)構(gòu)分析、樞紐機(jī)場航空公司份額分析、樞紐機(jī)場航班時(shí)刻分析、樞紐機(jī)場航班時(shí)刻存在的問題。

第二，對國外典型樞紐機(jī)場航班時(shí)刻優(yōu)化及航班波構(gòu)建案例進(jìn)行對比分析。例如迪拜航空樞紐成功要素分析，借鑒成功經(jīng)驗(yàn)：優(yōu)越的地理位置、匯集較大的本地和中轉(zhuǎn)旅客、政府有力的支持、實(shí)力雄厚的基地航空公司、機(jī)場內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施完善和發(fā)達(dá)的地面交通網(wǎng)絡(luò)等。

第三，教師準(zhǔn)備基礎(chǔ)理論講解，主要為樞紐機(jī)場的基本理論，包括：樞紐機(jī)場的內(nèi)涵、航線網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)型、航班波的定義與意義、航班波的分類及特征、航班波的參數(shù)、樞紐機(jī)場銜接水平評估與航班波構(gòu)建方法。

第四，教師準(zhǔn)備航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，該內(nèi)容是機(jī)場功能實(shí)現(xiàn)最基本的條件，也是航空公司開展客貨運(yùn)輸市場的前提條件，打造合理的、具有結(jié)構(gòu)性的航線網(wǎng)絡(luò)，是機(jī)場充分發(fā)展的關(guān)鍵。教師需要對樞紐機(jī)場的小時(shí)圈進(jìn)行分析；從國際、國內(nèi)兩個(gè)角度對樞紐機(jī)場的航線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行中長期規(guī)劃。

第五，教師準(zhǔn)備基于航班波的樞紐機(jī)場航班時(shí)刻優(yōu)化方法，包括：中轉(zhuǎn)航線客流TOP10航線、樞紐場航班時(shí)刻優(yōu)化主要原則、樞紐機(jī)場航班波現(xiàn)狀分析、不同小時(shí)容量的樞紐機(jī)場航班波優(yōu)化方案。

2.案例實(shí)施。

在項(xiàng)目實(shí)施階段，項(xiàng)目首先小組對項(xiàng)目進(jìn)行分析，確定分工，制定完成項(xiàng)目的步驟、方法。其次，教師準(zhǔn)備基礎(chǔ)理論講解，對國外典型樞紐機(jī)場航班時(shí)刻優(yōu)化及航班波構(gòu)建案例進(jìn)行對比分析，對該項(xiàng)目的研究內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化。再次，在學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和解決問題方法后，引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)輔助手段求解。最后，撰寫項(xiàng)目報(bào)告及分組公開答辯，這一過程中學(xué)生對各自的項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)與展示相關(guān)成果。

五、結(jié)束語

本文針對《空中交通系統(tǒng)優(yōu)化與管理》課程的知識點(diǎn)及教學(xué)特點(diǎn)，提出了以航班時(shí)刻優(yōu)化及航班波構(gòu)建案例教學(xué)為核心的教學(xué)改革方法。運(yùn)用空管一線單位科研的重點(diǎn)課題的研究成果，設(shè)計(jì)了符合本科學(xué)生知識能力和案例研究能力的教學(xué)案例，提出了具體的案例教學(xué)任務(wù)、教學(xué)準(zhǔn)備、實(shí)施步驟和教師案例教學(xué)總結(jié)方案。

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