基于STK的案例式教學(xué)法實踐

【摘 要】案例教學(xué)是在授課過程中通過設(shè)計具有一定工程應(yīng)用背景的某種簡化形式的個案（或稱為模擬課題），讓學(xué)生以研究小組形式開展自主攻關(guān)，從而達(dá)到培養(yǎng)高年級本科學(xué)生主動探索、學(xué)以致用、學(xué)術(shù)交流、撰寫論文等綜合科研素質(zhì)的目的。本文對基于STK的案例教學(xué)在軍事測繪專業(yè)和聯(lián)合作戰(zhàn)指揮專業(yè)的相關(guān)課程實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的實踐進(jìn)行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】素質(zhì)教育 案例 STK 案例教學(xué)

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）24-0081-02

隨著素質(zhì)教育在人才培養(yǎng)模式改革中日益重要的地位，專業(yè)課的案例教學(xué)已成為適應(yīng)時代對國際化教學(xué)的一種趨勢。其通過設(shè)置一系列難度適中、相對完整的小課題，充分挖掘?qū)W生的主觀能動性，變被動吸收為自主求索的學(xué)習(xí)模式。

美國Analytical Graphics公司的STK（Satellite Tool Kit）衛(wèi)星工具包軟件，在國內(nèi)外很多研究和工程領(lǐng)域諸如航天、航空、航海、遙感、導(dǎo)航和地理信息系統(tǒng)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。大學(xué)的相關(guān)專業(yè)課程均可以通過申請免費的STK學(xué)生版將其引進(jìn)到教學(xué)和實習(xí)環(huán)節(jié)中。

近年來，教研室在專業(yè)基礎(chǔ)課天體力學(xué)基礎(chǔ)、畢業(yè)設(shè)計和科技競賽等教學(xué)環(huán)節(jié)中開展了形式多樣的、基于STK的案例教學(xué)活動?，F(xiàn)做一粗淺探討，以期拋磚引玉，推動我校各學(xué)科案例式教學(xué)法的推廣工作。

一 案例教學(xué)實踐活動

1.選編天體力學(xué)基礎(chǔ)STK實習(xí)手冊

在授課前，教學(xué)組已經(jīng)在相關(guān)課程和班次中引進(jìn)了STK軟件，主要是利用其強(qiáng)大的可視化功能幫助學(xué)生理解時間和空間的轉(zhuǎn)換、不同參考系下的軌道運動形式等，并且積累了一定的教學(xué)素材。因此，借助教改研究項目的支持，在參考國外優(yōu)秀教學(xué)用書的基礎(chǔ)上，針對課程的教學(xué)大綱，為每章的教學(xué)重點精選了典型案例，編集成教學(xué)實習(xí)手冊。該手冊極大地方便了教與學(xué)的兩個環(huán)節(jié)。

2.授課中施行STK案例式教學(xué)法

在授課進(jìn)程表中，預(yù)留了三次案例課堂教學(xué)。天體力學(xué)基礎(chǔ)的授課內(nèi)容涵蓋了二體問題、雙（三）二體問題、受攝二體問題和限制性三體問題等由淺入深、由簡至繁的動力學(xué)理論，而其應(yīng)用則涉及航天領(lǐng)域的方方面面，我們選擇了學(xué)生們比較感興趣的與我國空間發(fā)展相關(guān)的幾個方向進(jìn)行案例設(shè)計，由學(xué)生組織案例小組并自主開發(fā)是案例教學(xué)實施，從組長選舉、組員分工、問題討論、公式編程、結(jié)果成圖、演示制作、項目匯報、現(xiàn)場答疑、案例報告撰寫等都做了編排。由于和傳統(tǒng)授課方式相比，這種案例學(xué)習(xí)十分新穎，一來就調(diào)動了大家的好奇心和新鮮感，加之有小組間的競技，每位組員在完成份內(nèi)任務(wù)的同時，對其他組員的問題也表現(xiàn)得躍躍欲試。這次案例教學(xué)共進(jìn)行了三次，每次三～四個小組，每組一個案例。要求每組在按時完成本案例的同時，對其他小組的案例也要討論和質(zhì)疑。事實證明，這期間除了正規(guī)的自習(xí)課外，還占用了不少的課余時間，但是同學(xué)們并未產(chǎn)生抱怨情緒，反而將興趣轉(zhuǎn)移到專業(yè)學(xué)習(xí)上來。

3.在導(dǎo)航專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中引進(jìn)嫦娥探月、火星螢火等任務(wù)的案例選題

針對目前我國深空探測的兩大任務(wù)，以月球探測和火星探測為目標(biāo)設(shè)計了嫦娥一號和螢火一號飛行軌道的STK實現(xiàn)，加強(qiáng)學(xué)生對軌道改變的理解，切身感受節(jié)能和省時的矛盾。此外，對目前國內(nèi)外掀起的平動點軌道任務(wù)也設(shè)計了相關(guān)案例，引導(dǎo)學(xué)生接觸精彩的三體問題周期軌道。在案例設(shè)計過程中結(jié)合以下幾點：一是注重知識點的連貫性，兼顧學(xué)習(xí)過的專業(yè)基礎(chǔ)課，如橢球大地測量學(xué)和球面天文學(xué)的部分相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生悟出學(xué)習(xí)過的基礎(chǔ)知識的用途；二是盡量涉及其他相關(guān)專業(yè)課，如衛(wèi)星軌道理論和大地重力學(xué)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)和體會學(xué)科間的內(nèi)在聯(lián)系；三是圍繞同一個問題設(shè)計不同力學(xué)模型下的結(jié)果進(jìn)行比較與分析，讓學(xué)生理解工程應(yīng)用中不同條件下力學(xué)模型的取舍對計算量和精度的影響特點等。

4.在聯(lián)合作戰(zhàn)指揮專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計中基于STK進(jìn)行三維作戰(zhàn)演示的案例選題

STK軟件目前已經(jīng)發(fā)展到對地面及其空中海上的三維作戰(zhàn)平臺的模擬。因此針對聯(lián)合作戰(zhàn)指揮專業(yè)學(xué)生，設(shè)計了導(dǎo)彈攻防仿真等若干模擬現(xiàn)代立體戰(zhàn)爭的案例。雖然是首次嘗試，但是獲得了學(xué)生的認(rèn)可，學(xué)生普通反映很有收獲和成就感。

5.參加全國深空軌道設(shè)計競賽

案例教學(xué)既是對學(xué)生實施素質(zhì)教育，同時又是檢驗素質(zhì)教育成果的有效手段。據(jù)調(diào)查，在國外大學(xué)本科高年級的教育培養(yǎng)方案中，通過設(shè)計教學(xué)案例和模擬課題來培養(yǎng)學(xué)生的綜合科研素質(zhì)和基本技能的教學(xué)理念和做法已十分普及，尤為矚目的則是通過舉辦各種形式的科技競賽。

近年來，國內(nèi)也正開展類似的競賽。第二屆（2010年）全國深空軌道設(shè)計競賽由中國力學(xué)學(xué)會、中國科學(xué)院光電研究院空間工程部、西安衛(wèi)星測控中心宇航動力學(xué)國家重點實驗室共同組辦。首屆（2009年）全國深空軌道設(shè)計競賽由中國力學(xué)學(xué)會、清華大學(xué)航天航空學(xué)院發(fā)起并組辦。

今年競賽的主題是深空多任務(wù)探測器飛行軌道設(shè)計。題目的應(yīng)用背景為小天體和火星探測，深空探測器通過飛越和最終撞擊小天體的方式實施探測，同時兼顧攜帶一個火星著陸器。

教學(xué)組將其作為一個檢驗案例教學(xué)成果的絕佳機(jī)會，在為天體測量和天體力學(xué)專業(yè)一年級碩士研究生講授天體力學(xué)課程的過程中，參加并順利完成了競賽題目，提交結(jié)果現(xiàn)已通過主辦方檢查，成為合格的參賽作品。

二 存在的問題與困難

在案例教學(xué)實踐中，主要有兩個方面困擾著案例教學(xué)的展開。

1.課程設(shè)置局限

開展案例教學(xué)，小班授課是前提。當(dāng)下，研究生的專業(yè)課程基本上可以采用案例教學(xué)，但是對于本科層次，無法回避大班授課師生比例懸殊、案例小組人數(shù)受限的客觀現(xiàn)實。

2.案例教材局限

案例重在培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生分析和解決問題的思維模式，因此案例貴精而不在多。目前的條件下，案例教學(xué)自身的局限還很突出。選編或改編適合學(xué)科教學(xué)大綱及授課學(xué)時的案例教材，受到師資水平和從事科研經(jīng)歷等各種因素的影響，進(jìn)行教材開發(fā)尚有一定難度。

三 結(jié)束語

本案例教學(xué)活動將優(yōu)秀的商用軟件STK引進(jìn)到軍事測繪專業(yè)和聯(lián)合作戰(zhàn)指揮專業(yè)的相關(guān)課程實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和科技競賽中，積極探索和開展了案例式教學(xué)實踐，取得了較為豐碩的成果，將有助于推進(jìn)我校復(fù)合型人才的培養(yǎng)工作。

參考文獻(xiàn)

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〔責(zé)任編輯：李錦雯〕