空間科學及應用專業(yè)《空間輻射及其效應》課程的教學探索

【摘要】空間輻射及其效應是影響航天任務順利進行的重要因素，而《空間輻射及其效應》作為南京航空航天大學空間科學與應用專業(yè)的專業(yè)課程之一，本文作者在經(jīng)過該課程兩年的教學實踐總結后，對該課程的特點、課程內(nèi)容、教學方式和考核方式進行了初步探討。

【關鍵詞】空間輻射及其效應 教學實踐 教學探索

【課題項目】南京航空航天大學教育教學改革研究項目（項目編號：1304JG1506Y）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）03-0243-01

空間科學與應用專業(yè)是適應國家航天戰(zhàn)略發(fā)展的需求而產(chǎn)生，旨在培養(yǎng)空間科學與航天科技領域的高素質(zhì)的人才，國內(nèi)只有北京大學、哈爾濱工業(yè)大學、南京航空航天大學、成都理工大學等少數(shù)大學開設了此專業(yè)。空間科學與應用作為一個新興的專業(yè)，所涵蓋的領域廣闊、內(nèi)容豐富，其中空間環(huán)境科學與技術是其重要內(nèi)容，復雜的空間環(huán)境嚴重影響航天器及其器件的高可靠及長壽命，對航天任務的順利進行帶來嚴峻的挑戰(zhàn)，而空間中的輻射環(huán)境是引起航天器在軌故障的主要環(huán)境因素[1]，因此學習了解空間輻射環(huán)境及其效應、產(chǎn)生效應的機理機制等，是空間科學與應用專業(yè)的學生、也是從事航天相關領域的工作人員和科研工作者必須所具備的專業(yè)知識。

一、課程的特點

《空間輻射及其效應》是隨著航天科學與技術的發(fā)展，面向航天工程應用需求應運而生的一門課程。它具有多學科交叉且學科跨度大、涵蓋內(nèi)容多且前沿性強、成果突出且未知領域多等特點，具有集基礎知識、專業(yè)知識和實踐應用于一體的特色。要求授課教師和學生不僅具有扎實的基礎數(shù)理知識，同時也需要具備一定的電路、材料、化學、生物及計算機知識。此外，要在現(xiàn)有的知識結構中與航天領域背景相關知識進行交叉、融合，因此學科難度大，對教師和學生的要求高。由于航天活動的不斷推進，在航天任務高可靠和長壽命要求背景前提下，課程的內(nèi)容不斷更新，課程具有非常強的與時俱進的特點，大大增加了教學難度。

二、課程內(nèi)容

同一門課程針對不同的階段的學生有不同的課程內(nèi)容要求，針對本科生的授課，那么課程內(nèi)容應多注重的概念、基礎知識、理論知識的講解，旨在提高學生的知識面和對學科的總體把握[2]。由于本課程與傳統(tǒng)的課程不同，它是面向空間系學生的一門新的課程，目前沒有合適的教材，現(xiàn)有的參考書目多是面向研究型的，因此，授課教師在經(jīng)過長時間的調(diào)研基礎上，制定了本課程的內(nèi)容，核心內(nèi)容分為以下四大部分：

（一）第一部分：空間輻射環(huán)境

主要知識點：地磁場捕獲帶輻射環(huán)境及模型、太陽電磁輻射環(huán)境及模型、銀河宇宙線環(huán)境及模型、深空輻射環(huán)境（火星輻射環(huán)境、月球輻射環(huán)境、木星輻射環(huán)境、土星輻射環(huán)境等）、次級輻射環(huán)境（大氣層內(nèi)的輻射環(huán)境，航天器內(nèi)部輻射環(huán)境）。

（二）第二部分：空間輻射環(huán)境效應機理

主要知識點：不同類型輻射與物質(zhì)相互作用過程及計算。

（三）第三部分：空間輻射環(huán)境效應及分析

主要知識點：單粒子效應、總劑量效應、深層充放電效應、位移損傷效應、生物效應，航天半導體典型器件效應分析、材料損傷效應分析、宇航員損傷效應分析。

（四）第四部分：空間輻射環(huán)境效應實驗方法

主要知識點：地面等效實驗方法、空間實驗方法、大型設備的介紹。

為了讓學生更好的掌握課程內(nèi)容，除了給學生提供課程講義資料外，還有相關的參考書目：沈自才《空間環(huán)境工程》、魏志勇《輻射劑量學》、劉忠立（譯）《先進半導體材料及器件的輻射效應》等。

三、教學模式

《空間輻射及其效應》是理論學習及實踐應用并重的一門課程，如何提高教學效果，使學生充分掌握每個知識點，并激發(fā)學習興趣是課程教學過程中需要重點解決的問題。

（一）課件采用圖文并茂的PPT

本課程的PPT要求不僅能展示課程內(nèi)容，而且還通過語言、圖像、視頻、動畫等形式來生動的進行展示和表達，刺激學生的感官，激發(fā)學生的對本課程的學習興趣。

（二）制定合理的教學計劃

教學計劃是一個循環(huán)的過程，制定合理的、多層次的計劃。首先教師從教學目標角度出發(fā)，根據(jù)學生活動和學生已掌握知識水平，制定課程總的計劃。其次，根據(jù)課程內(nèi)容將課程劃分為主題單元進行學習，并制定相應的單元計劃。

（三）將數(shù)值計算模型引入課程教學

由于目前與課程配套的實驗設備匱乏，為了讓學生鞏固所學專業(yè)知識，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，課程中引入數(shù)值計算模型實驗方法。在課程的教學內(nèi)容的設計中，將數(shù)值計算與課程知識點結合，如表1所示為目前設計的可與課程知識點結合的數(shù)值模型。

此外，還引入專業(yè)課程軟件與課程教學相結合，如Space Radiation 7.0，DEEP-CHARGING（深層充電軟件，自編），RADBELT（輻射帶計算軟件，自編）。

（四）進行研究性教學，增加小組討論

研究性教學可以培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，可以引導學生自主學習和自主研究的能力，因此有必要通過引入相關文獻探討、融入教師的科研項目等方式方法來進行研究性教學，通過教師提出問題、引導學生解決問題、最后學生自己提出問題的方式開展，并以小組的形式進行課堂討論，鼓勵小組之間進行互相探討和辯論。

四、采用合理的考核方式

《空間輻射及其效應》注重學生專業(yè)知識和專業(yè)能力的培養(yǎng)，為了建立與人才培養(yǎng)模式向匹配的考核方式，課程采用了多種考核方式相結合，將平時成績、課堂表現(xiàn)、討論總結等納入考核體系，全面評價學生的學習效果。

五、結語

《空間環(huán)境及其效應》經(jīng)過兩年的教學實踐，圍繞突出航天類專業(yè)的特點[3]，不停地改革和提高，注重有效教學方式，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，得到學生的歡迎和認可。

以上是對該課程兩年來的教學實踐的探索與總結，由于本課程開設時間和筆者的教學經(jīng)驗有限，對于進一步改善教學效果，提高教學質(zhì)量，有待進一步的研究和實踐。

參考文獻：

[1]沈自才，空間輻射環(huán)境工程[M]，中國宇航出版社，2013.6.

[2]常樹全，《核技術應用》課程教學的幾點思考與探索[J]，科技創(chuàng)新導報，2011，27：196.

[3]沈秋，航天類專業(yè)“人工智能”課程的教學探索[J]，科技創(chuàng)新導報，2014，29：155～156.

作者簡介：

方美華（1982-），女，漢族，浙江湖州人，博士，講師，研究方向：空間輻射探測、空間輻射效應。