航班时刻优化案例教学在《空中交通系统优化与管理》课程中的应用
【摘 要】近些年，我国民航运输业呈现出大流量、高增长的快速发展趋势，空中交通资源日益紧张，如何运用科学的模型与方法对现有资源进行合理的优化配置显得尤为重要。《空中交通系统优化与管理》课程设置的目的是让交通运输专业的学生掌握运筹学常用的模型和算法，具备从实际问题出发的数学建模能力，为今后在工作中应用系统工程的科学观点与方法处理空中交通管理、航空公司运行以及机场现场管理等实际问题打下良好的基础。本文对该课程以案例为教学核心的可行性进行分析，以空中交通管理中的航班时刻优化为案例对实施步骤及实施方法进行了设计。为贯彻培养学生团队合作能力和动手能力，提升学生创新水平提供了教学改革方法。
【关键词】空中交通系统优化与管理；教学改革；案例教学；航班时刻；航班波
【中图分类号】G642.41 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2019）04-0260-01
一、引言
近些年，我国民航运输业呈现出大流量、高增长的快速发展趋势，空中交通资源日益紧张，如何运用科学的模型与方法对现有资源进行合理的优化配置显得尤为重要。
课内外一体化教学平台是指根据学生的发展目标，将教案和学案结合在一起，在课堂“思路引导”式教学的基础上，为学生在课余提供自主学习机会的一个资源平台，目前已成为高等院校的新型教学模式。本课题以增强学生工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为目标，遵循高等教育的一般规律，借鉴国内外高校交通运输专业人才培养中实践教学模式，对《空中交通系统优化与管理》课程课内外案例一体化教学方法进行了分析与研究。本文以培养空管专业工程技术人才为目的，对本课程理论教学方法和实践教学实施方案进行探索，结合项目团队合作的教学理念[1-3]，在教学中以项目为中心，以问题为导向，引导学生自主学习[4][5]。
二、课程改革基本思路
由于本课程是面向交通运输专业大二学生设置的，在这个时间节点学生刚好学习完高等数学、线性代数和概率论等数学基础课，具备了一定的数学分析功底；又通过学习民航概论这个入门课程，对于民航领域的基本知识和基本问题有了初步的了解。本课程的实践教学内容部分，在运筹学理论和空中交通系统实际应用之间架起了一座桥梁，不仅可以使学生迅速掌握每个数学模型的特点及适用范围，还可以激励和启发学生对于基础理论学习的兴趣，培养其在学习生活中的主动性和创造性。
为了充分调动学生学习本课程的积极性，避免陷入枯燥而单调的符号理解和公式推导，课程组将多年积累的教学经验和科研成果进行了梳理、归纳和总结，并通过调研空中交通管理部门、航空公司以及民航机场等一线生产单位，挑选出一些可以用到运筹学中相关模型的实际问题作为实践教学的内容，意在增加数学模型的生动性和趣味性，充分显示运筹学的应用价值，提高课堂教学效果[7]。枢纽机场航班波构建是航班时刻优化的重要解决方法，也是《空中交通系统优化与管理》课程一个重点案例。
本课程的改革正是顺应这样的教学与科研结合的发展趋势，满足学生不断提升的学习需求，以提升本门课程的教学质量为出发点[8]。
三、航班时刻优化案例简介
枢纽机场的航线网络结构是机场基本功能实现的基础，也是机场不同功能定位实现的关键。航线网络结构涉及航线网络的空间结构和时间结构两个方面，与航线网络的空间布局和航班时刻的编排息息相关。从当今世界航空运输竞争趋势看，打造大型航空枢纽是当前及未来民航发展的重点和制高点。一个成功的航空枢纽的建立，需要枢纽机场和其主基地航空公司的通力合作，调整航线结构，打造航班波。
四、案例教学实施步骤
《空中交通系统优化与管理》知识点的讲授为案例教学的首要任务，在知识点的选择方面首先要满足教学大纲的要求，其次根据案例教学中所需知识点深度进行扩展教学，有重点的增加理论深度，为解决案例问题提供必要条件[9]。
实践环节是提高学生理解知识、运用知识、创造知识的关键环节，该环节的教学质量直接影响该课程的教学评价[10]。案例教学可具体分为以下几个步骤：科学选题、知识点组合、实践步骤设计、案例讲评及案例教学综合成绩评定5个主要过程。通过科研项目，选择一个具有研究意义与实用价值的题目——枢纽机场航班时刻优化及航班波构造作为本文案例。
该案例主要实践任务包括：（1）枢纽机场现状及航班时刻问题分析；（2）典型枢纽机场中转能力分析与航班波构建；（3）基于航班波的枢纽机场航班时刻优化；（4）枢纽机场航班时刻优化及航班波构造政策建议及措施；（5）优化模型及算法编程实现。
1.案例准备。
教师首先根据项目研究经验在充分掌握该案例的立项目的、研究意义、研究方法、关键技术及创新点、相关研究成果及结论的基础之上，编写案例教学任务书。准备内容包括枢纽机场现状调研，包括：枢纽机场地空保障能力分析、枢纽机场航线网络分析、枢纽机场机型结构分析、枢纽机场航空公司份额分析、枢纽机场航班时刻分析、枢纽机场航班时刻存在的问题。
第二，对国外典型枢纽机场航班时刻优化及航班波构建案例进行对比分析。例如迪拜航空枢纽成功要素分析，借鉴成功经验：优越的地理位置、汇集较大的本地和中转旅客、政府有力的支持、实力雄厚的基地航空公司、机场内基础设施完善和发达的地面交通网络等。
第三，教师准备基础理论讲解，主要为枢纽机场的基本理论，包括：樞纽机场的内涵、航线网络基本构型、航班波的定义与意义、航班波的分类及特征、航班波的参数、枢纽机场衔接水平评估与航班波构建方法。
第四，教师准备航线网络优化方法，该内容是机场功能实现最基本的条件，也是航空公司开展客货运输市场的前提条件，打造合理的、具有结构性的航线网络，是机场充分发展的关键。教师需要对枢纽机场的小时圈进行分析；从国际、国内两个角度对枢纽机场的航线网络进行中长期规划。
第五，教师准备基于航班波的枢纽机场航班时刻优化方法，包括：中转航线客流TOP10航线、枢纽场航班时刻优化主要原则、枢纽机场航班波现状分析、不同小时容量的枢纽机场航班波优化方案。
2.案例实施。
在项目实施阶段，项目首先小组对项目进行分析，确定分工，制定完成项目的步骤、方法。其次，教师准备基础理论讲解，对国外典型枢纽机场航班时刻优化及航班波构建案例进行对比分析，对该项目的研究内容进行细化。再次，在学生建立数学模型和解决问题方法后，引导学生使用计算机辅助手段求解。最后，撰写项目报告及分组公开答辩，这一过程中学生对各自的项目进行总结与展示相关成果。
五、结束语
本文针对《空中交通系统优化与管理》课程的知识点及教学特点，提出了以航班时刻优化及航班波构建案例教学为核心的教学改革方法。运用空管一线单位科研的重点课题的研究成果，设计了符合本科学生知识能力和案例研究能力的教学案例，提出了具体的案例教学任务、教学准备、实施步骤和教师案例教学总结方案。
参考文献
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