航空航天類專業(yè)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與思考

趙良玉，唐勝景，王 偉，王正平

(北京理工大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100081)

航空航天類專業(yè)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與思考

趙良玉，唐勝景，王 偉，王正平

(北京理工大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100081)

為了有效推進(jìn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”在航空航天類專業(yè)的實(shí)施，介紹了航空航天類專業(yè)的特殊性，分析了建設(shè)航空航天類專業(yè)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的必要性，總結(jié)了包括立足校內(nèi)、科教互融、興趣牽引、校企合作、國際合作等航空航天類專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。討論了以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的體系建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)和增強(qiáng)合作與開放力度為重點(diǎn)的建設(shè)方向，為培養(yǎng)航空航天類專業(yè)高層次、創(chuàng)新型的工程人才提供借鑒。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)室；航空航天類專業(yè)；卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃；科教互融；校企合作

為了貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》，教育部于2010年6月啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”(簡稱“卓越計(jì)劃”)。教育部批準(zhǔn)了兩批“卓越計(jì)劃”實(shí)施高校，第一批包含61所高校，第二批包含133所高校。在已經(jīng)批準(zhǔn)實(shí)施“卓越計(jì)劃”的824個(gè)本科學(xué)科專業(yè)里(不同學(xué)校的同名專業(yè)按不同學(xué)科專業(yè)處理)，包括“飛行器設(shè)計(jì)與工程”“飛行器動(dòng)力工程”“探測制導(dǎo)與控制技術(shù)”“飛行器制造工程”“飛行技術(shù)”和“飛行器系統(tǒng)與工程”在內(nèi)的航空航天類專業(yè)均名列其中，涉及北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、南京理工大學(xué)、清華大學(xué)、中國民航大學(xué)等12所高校[1]。因此，如何有效推進(jìn)“卓越計(jì)劃”在航空航天類專業(yè)的實(shí)施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也可為其他專業(yè)的“卓越計(jì)劃”實(shí)施提供參考。

“卓越計(jì)劃”是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量的各類型工程技術(shù)人才。“卓越計(jì)劃”有三個(gè)特點(diǎn)：行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程、學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才、通過實(shí)踐強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的重要手段，在學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面具有不可替代的作用，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心載體，是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)技能的重要基地，是實(shí)施素質(zhì)教育的重要場所[2-3]。因此，幾乎各個(gè)專業(yè)都非常重視教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)[4-7]，并形成了一系列可供借鑒的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[8-11]。但是，航空航天類專業(yè)有其自身的特殊性，無法完全套用普通工科專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室已有的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和成熟制度。針對(duì)其特殊性，需要相關(guān)高校的管理、教學(xué)及實(shí)驗(yàn)人員通力合作，探索一條有航空航天類專業(yè)特色的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路。

1 航空航天類專業(yè)的特殊性

航空航天工業(yè)是目前世界上最先進(jìn)、最高端的一種技術(shù)工程類專業(yè)，幾乎世界上所有最新的技術(shù)發(fā)明都被優(yōu)先應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

航空航天類專業(yè)首先是一類典型的工科專業(yè)，需要按照工科專業(yè)的培養(yǎng)模式來培養(yǎng)本科生和研究生，即需要通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣、提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力并強(qiáng)化學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識(shí)。但是，航空航天類專業(yè)又具有普通工科專業(yè)不具備的特殊性，這主要取決于航空航天類專業(yè)的應(yīng)用對(duì)象。

航空航天類專業(yè)的應(yīng)用對(duì)象包括衛(wèi)星、飛機(jī)、導(dǎo)彈、炮彈甚至還包括艦船和潛艇。在世界范圍內(nèi)，所有的工科教育都是基礎(chǔ)教育和應(yīng)用基礎(chǔ)教育的結(jié)合，航空航天類專業(yè)亦不例外。這一特點(diǎn)引導(dǎo)著高校教師在航空航天類專業(yè)的研究領(lǐng)域和研究方向，也決定了高校教師必然與軍方及大型的航空航天研究院所聯(lián)系密切。從上述應(yīng)用對(duì)象可以看出，除了為數(shù)不多的民用產(chǎn)品外，大都與關(guān)系國家國防安全的軍用產(chǎn)品有關(guān)，尤其一些尖端科技產(chǎn)品更是如此。事實(shí)上，即便是那些民用產(chǎn)品，其核心技術(shù)也往往涉及國家秘密或者商業(yè)秘密，如民航飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)一直為幾個(gè)軍事強(qiáng)國所把持。這些特點(diǎn)意味著許多高校航空航天類專業(yè)的研究場所和實(shí)驗(yàn)場所必須遵守人員出入受限、接觸范圍受限的法令法規(guī)，為“卓越計(jì)劃”的充分實(shí)施帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

2 航空航天教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性

很多航空航天類專業(yè)的課程都是與實(shí)際工程緊密結(jié)合的，以航空航天類專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課自動(dòng)控制原理來說[12]，不僅要講授基礎(chǔ)理論知識(shí)，還要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的自動(dòng)控制知識(shí)進(jìn)行飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這需要基于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)來進(jìn)行輔助。雖然各航空航天高校均已建立了各級(jí)別的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，但這些實(shí)驗(yàn)室仍主要為研究生所用，且其承擔(dān)的多是一些國防科研任務(wù)，不一定適合本科生接觸和參與。這也是導(dǎo)致航空航天類專業(yè)本科生實(shí)踐能力不足的另一個(gè)因素。

隨著我國航空航天事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，國家和地方的支持力度也不斷增強(qiáng)，開設(shè)航空航天類專業(yè)的高校越來越多，不管是研究型高校(985工程大學(xué))，還是教學(xué)研究型高校(211工程大學(xué))都唯恐落于人后，爭相設(shè)立與航空航天方向相關(guān)的學(xué)院或?qū)I(yè)。這在造成每年畢業(yè)的本科生數(shù)量與日遞增的同時(shí)，配套設(shè)施建設(shè)尤其是本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的進(jìn)度滯后，也使得這些專業(yè)的畢業(yè)生質(zhì)量參差不齊，進(jìn)一步凸顯了他們動(dòng)手實(shí)踐能力不足的問題。

隨著“卓越計(jì)劃”的推進(jìn)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室在高校教學(xué)、科研和學(xué)生培養(yǎng)方面的作用會(huì)越來越大，加強(qiáng)專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，并建立有效、開放的運(yùn)行機(jī)制，將是切實(shí)提高學(xué)生工程實(shí)踐能力的重要抓手。因此，有必要建立航空航天類專業(yè)的本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，用以承擔(dān)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和各類競賽、創(chuàng)新計(jì)劃等任務(wù)。

3 航空航天教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

北京理工大學(xué)(以下簡稱我校)建于1940年，是中國共產(chǎn)黨創(chuàng)辦的第一所理工科大學(xué)。建校70多年來，一直以建設(shè)強(qiáng)大的國防力量為己任，秉承“實(shí)事求是，不自以為是”的校風(fēng)，在航空航天領(lǐng)域取得了諸多輝煌成果。結(jié)合我校航空航天類專業(yè)的前述特殊性，以我校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)為例進(jìn)行說明。

3.1 立足校內(nèi)，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地

本科生教學(xué)仍以高校校內(nèi)為主要場所，在校園內(nèi)建設(shè)高水平的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地是重中之重。

我校與航空航天類專業(yè)本科生培養(yǎng)相關(guān)的專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室或工程教學(xué)中心有三個(gè)，即航空航天工程北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、基礎(chǔ)力學(xué)北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和北京理工大學(xué)宇航學(xué)院學(xué)生課外科技創(chuàng)新基地。宇航學(xué)院學(xué)生課外科技創(chuàng)新基地是學(xué)校的“985”計(jì)劃項(xiàng)目，已持續(xù)投資近200萬元，2002年開始組建，2005年建設(shè)完成后至今仍不斷補(bǔ)充和完善。面向全校尤其是航空航天類專業(yè)的本科生、研究生開設(shè)了近20門實(shí)驗(yàn)選修課程，每年平均接納學(xué)生1 000多人。同時(shí)承擔(dān)國家教育部、北京市創(chuàng)新項(xiàng)目研究5項(xiàng)，參與學(xué)生30多人，為全國大學(xué)生電子競賽、北京市電子競賽培訓(xùn)八屆學(xué)生計(jì)300多人，獲獎(jiǎng)15項(xiàng)，為大學(xué)生課外科技作品競賽培訓(xùn)了近200人。

該實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地為航空航天類專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)起到了重要的作用。

3.2 科教互融，掌握技術(shù)前沿

教學(xué)與科研的交互融合，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，同時(shí)有助于學(xué)生了解工程技術(shù)的難點(diǎn)和前沿領(lǐng)域，這需要確立具有實(shí)用性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在的不足主要是：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，多是原理性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生和老師均缺乏動(dòng)力和興趣。為此，航空航天類專業(yè)的責(zé)任教授和管理、實(shí)驗(yàn)人員一起重新規(guī)劃了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，注意發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性和創(chuàng)新思維，在原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，更注重在強(qiáng)化基礎(chǔ)理論的情況下結(jié)合學(xué)科發(fā)展前沿，鼓勵(lì)學(xué)生分組、分工完成課題。既培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，又培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神。同時(shí)，充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢，鼓勵(lì)教師把最新的科研成果融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，甚至鼓勵(lì)教師把自己的在研項(xiàng)目經(jīng)過處理后引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。經(jīng)過幾年的運(yùn)行和完善，已經(jīng)形成了一批特色鮮明的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，并在飛行器現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、飛行力學(xué)、飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了優(yōu)異的成績。

3.3 興趣牽引，建設(shè)專業(yè)社團(tuán)

我校航空航天類專業(yè)一直注重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，認(rèn)為這是讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變的良好催化劑，同時(shí)也是激勵(lì)創(chuàng)新的原動(dòng)力。

針對(duì)航空航天類專業(yè)的特點(diǎn)，2001年成立了學(xué)生科技創(chuàng)新社團(tuán)——航模隊(duì)，共有隊(duì)員100余人。為了更好地引導(dǎo)和鼓勵(lì)科技創(chuàng)新，學(xué)校還定期舉辦與此相關(guān)的講座和競賽，并為每組參賽選手配備專業(yè)的指導(dǎo)教師。

經(jīng)過多年的探索實(shí)踐，航空航天類專業(yè)在人才培養(yǎng)，尤其是拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面形成了系統(tǒng)的學(xué)生科技實(shí)踐創(chuàng)新體系：加強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新基地建設(shè)，引導(dǎo)科研一線教師積極參與，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，培育和支持學(xué)生科技創(chuàng)新作品，激發(fā)大學(xué)生科技創(chuàng)新和實(shí)踐探索意識(shí)，發(fā)揚(yáng)吃苦耐勞、團(tuán)結(jié)合作的精神，使更多的大學(xué)生了解科技創(chuàng)新，熱愛科技創(chuàng)新，投身科技創(chuàng)新。自2005年以來，多項(xiàng)學(xué)生作品在國內(nèi)外科技創(chuàng)新競賽中獲得大獎(jiǎng)，尤其是在被譽(yù)為當(dāng)代大學(xué)生科技創(chuàng)新“奧林匹克”盛會(huì)的“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽上，已獲得三個(gè)全國一等獎(jiǎng)。

3.4 校企合作，打造國家級(jí)實(shí)踐中心

為了更好地了解用人單位的需求，更切實(shí)地貫徹落實(shí)“卓越計(jì)劃”，我校一直注重航空航天類專業(yè)的校企合作。每屆學(xué)生大三學(xué)習(xí)結(jié)束的暑假，都會(huì)安排兩周～三周的畢業(yè)實(shí)習(xí)，針對(duì)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，精心遴選實(shí)習(xí)單位，讓學(xué)生親臨生產(chǎn)第一線，感受工程產(chǎn)品的真實(shí)生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝。經(jīng)過多年的堅(jiān)持發(fā)展，實(shí)習(xí)地點(diǎn)已覆蓋諸多大型航空航天及兵工企業(yè)，并在兵器工業(yè)第二〇三研究所、兵器工業(yè)西北工業(yè)集團(tuán)、中航工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)、8359所、航天519廠、中國空間技術(shù)研究院等單位建立了北京理工大學(xué)工程實(shí)踐教育中心。在“卓越計(jì)劃”的推動(dòng)下，飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)從2012年開始每年選派4名學(xué)生，在學(xué)校及企業(yè)雙導(dǎo)師的指導(dǎo)下，于兵器工業(yè)第二〇三研究所完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了企業(yè)深度參與培養(yǎng)的特色。

中國兵器第二〇三研究所一直是學(xué)校航空航天類專業(yè)尤其是飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的實(shí)習(xí)基地，近十年運(yùn)行下來，積累了豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。目前，我校已與該研究所合作建立了國家級(jí)的工程實(shí)踐教育中心，并獲批為國家級(jí)大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地。同時(shí)，學(xué)校還與中國空間技術(shù)研究院合作建立了國家級(jí)的工程實(shí)踐教育中心。這些國家級(jí)教育中心或?qū)嵺`基地的建設(shè)，為校企深度合作及學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供了良好的平臺(tái)。

3.5 國際合作，拓寬學(xué)生視野

4 航空航天教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)思考

結(jié)合航空航天類專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和已經(jīng)取得的成果，今后航空航天類專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)該加強(qiáng)以下三個(gè)方面的工作。

4.1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的體系建設(shè)

航空航天類專業(yè)盡管名稱和方向各異，但卻是一個(gè)圍繞應(yīng)用對(duì)象不同功能的有機(jī)整體。從學(xué)生的培養(yǎng)角度來說，尤其是本科生的培養(yǎng)，需要全面了解和通盤考慮。如北京理工大學(xué)航空航天工程北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心已經(jīng)構(gòu)建完成或部分完成了包括飛行器總體設(shè)計(jì)、制導(dǎo)與控制技術(shù)、半實(shí)物仿真等在內(nèi)的多套與飛行器設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，就是一個(gè)很好的嘗試。

4.2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)

教師是實(shí)驗(yàn)體系的主體，實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的水平和能力，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系運(yùn)行中起決定性的作用。必須建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、人員精干、專兼結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍，這支隊(duì)伍應(yīng)在培養(yǎng)本科生的實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新能力方面發(fā)揮主導(dǎo)作用。學(xué)校應(yīng)充分意識(shí)到師資隊(duì)伍在實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及人才培養(yǎng)中的地位，制定相應(yīng)的政策法規(guī)保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的發(fā)展和壯大。

4.3 加強(qiáng)合作與開放力度

航空航天類的本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室不應(yīng)該僅僅著眼于自身校園內(nèi)的若干平臺(tái)，而更應(yīng)該把目光放眼于整個(gè)高校圈、相關(guān)企業(yè)及相關(guān)的國外大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)。作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一部分，在加強(qiáng)學(xué)校不同專業(yè)之間合作的同時(shí)，更加切實(shí)地加強(qiáng)校校合作、校企合作和國際合作力度，同時(shí)加大開放力度，真正做到設(shè)備共享、人員共享和資源共享。

5 結(jié)束語

在貫徹落實(shí)教育部“卓越計(jì)劃”的大背景下，加強(qiáng)和完善航空航天類專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。本文在明確航空航天類專業(yè)特殊性的基礎(chǔ)上，分析了航空航天類專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性?？偨Y(jié)了北京理工大學(xué)航空航天類專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，包括立足校內(nèi)、科教互融、興趣牽引、校企合作、國際合作等方面。最后討論了以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的體系建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)和合作與開放力度為重點(diǎn)的建設(shè)方向。

總之，期望我國高校的航空航天類專業(yè)以“卓越計(jì)劃”的實(shí)施為契機(jī)，針對(duì)“卓越計(jì)劃”的具體特點(diǎn)，打造高水平的本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，為培養(yǎng)具有國際視野的高層次、創(chuàng)新型的航空航天類工程人才貢獻(xiàn)力量。

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Construction and Reflection of Teaching Laboratory for Undergraduates of Aerospace Specialties

ZHAO Liangyu, TANG Shengjing, WANG Wei, WANG Zhengping

(School of Aerospace Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

To effectively promote the implementation of “a plan for educating and training of outstanding engineers (PETOE)” in the aeronautics and astronautics (aerospace) specialties, the uniqueness of aerospace specialties is explored firstly. Then, the necessity of construction of teaching laboratory for undergraduates of aerospace specialties is analyzed. After that, some experiences on construction of this kind of laboratory are concluded, they are based-on the campus, fusion of research and teaching, interest in traction, university-enterprise cooperation, and international cooperation. Finally, several reflections including enhancing system construction of the laboratory, enhancing teaching team construction, and strengthening cooperation and opening are discussed. These are useful references on training and teaching of high level and innovative talents in aerospace engineering.

teaching laboratory; aerospace specialties; PETOE; fusion of research and teaching; university-enterprise cooperation

2013-07-29；修改日期: 2014-02-12

北京理工大學(xué)第十批教改項(xiàng)目資助；北京理工大學(xué)自制(改制)教學(xué)儀器項(xiàng)目資助。

趙良玉(1981-)，博士，副教授，主要從事飛行器總體設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究工作

G482；V41；V524

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.061