團隊協(xié)作和競爭的跨專業(yè)課程設(shè)計教學實踐

嚴德，鮑蕊，李道春，蔣崇文，萬志強

(北京航空航天大學 航空科學與工程學院，北京 100191)

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團隊協(xié)作和競爭的跨專業(yè)課程設(shè)計教學實踐

嚴德，鮑蕊，李道春，蔣崇文，萬志強

(北京航空航天大學 航空科學與工程學院，北京 100191)

針對航空工程專業(yè)課程設(shè)計的現(xiàn)狀和存在的問題，提出了團隊協(xié)作和競爭的跨專業(yè)課程設(shè)計教學實踐新模式：建立由飛行器總體、氣動、結(jié)構(gòu)、飛力等專業(yè)教師組成的跨專業(yè)指導教師團隊；設(shè)置既滿足課程設(shè)計基本要求，又激發(fā)學生主動性和創(chuàng)新思維的跨專業(yè)的課程設(shè)計任務；在課程設(shè)計的組織和管理上，引入團隊協(xié)作和團隊競爭，為航空工程專業(yè)的復合式人才培養(yǎng)提供新思路。

課程設(shè)計；跨專業(yè)；團隊協(xié)作和競爭；教學實踐；創(chuàng)新思維

課程設(shè)計是本科教學的重要實踐環(huán)節(jié)，是學生在學完有關(guān)理論課程及專業(yè)技術(shù)課程后的一個重要教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生獨立解決專業(yè)實際問題的一個基本訓練過程。要求學生能將工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復雜工程問題；能夠設(shè)計針對復雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)或部件，并能在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識；能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色，為畢業(yè)設(shè)計以及畢業(yè)后在工作中解決更全面復雜的技術(shù)問題打好基礎(chǔ),在培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮不可替代的作用[1，2]。

航空工程專業(yè)具有系統(tǒng)、跨專業(yè)綜合的特點，涉及飛行器總體、氣動、結(jié)構(gòu)、操控等專業(yè)方向，實踐性強。目前，航空工程專業(yè)學生的課程設(shè)計分別由各專業(yè)方向的教師指導，課程設(shè)計的內(nèi)容往往集中在某一專業(yè)領(lǐng)域，不利于學生了解飛行器設(shè)計的流程和掌握交叉學科專業(yè)知識。另一方面，存在課程設(shè)計題目綜合性不足、內(nèi)容和要求未留給學生自主思考和探索的空間等問題，限制了學生的創(chuàng)新思維，讓學生在課程設(shè)計中處于較為被動的位置，難以調(diào)動學生參與課程設(shè)計的積極性和主動性，更難以提高學生解決實際工程問題的能力。團隊協(xié)作式的課程設(shè)計有助于提升學生的參與感和責任感，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識，在其他專業(yè)的課程設(shè)計中已有相關(guān)的探索和實踐[3-6]，但團隊協(xié)作并不能完全激發(fā)學生的主動性，還須引入團隊之間的競爭，營造“一損俱損”的競爭壓力和環(huán)境，讓學生將團體的榮譽感和自己的責任感緊密結(jié)合起來，最大程度地調(diào)動學生的積極性。

因此，需要建立一個穩(wěn)定的、專業(yè)交叉的、具備工程設(shè)計素養(yǎng)、綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新思想的實踐教學團隊，探索相對集中的、滿足學科專業(yè)要求和行業(yè)需求的課程設(shè)計教學新模式。有鑒于此，航空學院先進飛行器創(chuàng)新研究團隊利用創(chuàng)新團隊的平臺，整合教師資源，開展了團隊協(xié)作與競爭的跨專業(yè)課程設(shè)計教學實踐。

1　實踐思路和內(nèi)容

本次課程設(shè)計教學實踐強調(diào)跨專業(yè)的指導教師團隊、跨專業(yè)的課程設(shè)計任務以及團隊協(xié)作與競爭的組織形式，注重促進學生團隊協(xié)同意識和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和交叉學科知識的掌握，以及教師專業(yè)綜合能力的提高。

1.1實踐思路

針對目前航空工程專業(yè)課程設(shè)計中的問題，主要從課程設(shè)計的指導教師團隊、任務、組織和管理、評價和考核等幾個方面進行了改革和實踐。

1.1.1組建跨專業(yè)的指導教師團隊

針對航空工程專業(yè)的專業(yè)綜合特點，由飛行器設(shè)計、結(jié)構(gòu)力學、空氣動力學、飛行力學與控制等專業(yè)的教師組成課程設(shè)計指導教師團隊，促進學科專業(yè)的交叉和綜合，這是跨專業(yè)課程設(shè)計開展的基礎(chǔ)和前提。

1.1.2提出跨專業(yè)的課程設(shè)計任務

將綜合性、專業(yè)性、創(chuàng)新性作為選題的指導原則，難度契合學生的知識水平和課程設(shè)計要求，提出便于專業(yè)分工，又能激發(fā)學生創(chuàng)造力的課程設(shè)計任務，從設(shè)計任務和內(nèi)容上促使學生能開展團隊協(xié)作。

1.1.3構(gòu)建團隊協(xié)作和競爭的課程設(shè)計模式

以團隊形式開展課程設(shè)計，在團隊內(nèi)部進行分工和合作；團隊之間在相同的課程設(shè)計任務和要求下展開競爭，同時，相同課程設(shè)計任務下各團隊的課程設(shè)計方案不能相同。

參照本科畢業(yè)設(shè)計，設(shè)置定期公開答辯環(huán)節(jié)。在每個答辯環(huán)節(jié)，不僅小組組長概述團隊的進展和成果，而且每位組員也須展示個人工作的完成情況，前者激勵團隊之間的競爭，后者避免“搭便車”或“大鍋飯”的情況。

1.1.4設(shè)立個人與團隊相結(jié)合的評價機制

學生課程設(shè)計成績的評定由以前的個人評價轉(zhuǎn)變?yōu)閭€人與團隊評價兩部分：團隊部分由小組的總報告以及同一題目下各小組課程設(shè)計的優(yōu)劣而定；個人部分則由個人的課程設(shè)計報告和圖紙、答辯情況而定。從評價機制上，營建團隊協(xié)作與競爭的氛圍。

1.2實踐內(nèi)容和過程

當前，航空科學與工程學院在研究生的培養(yǎng)模式上進行了一次大膽的嘗試，設(shè)立研究生創(chuàng)新團隊，以團隊形式招錄研究生，以實際科研項目為中心實施教育培養(yǎng)計劃。先進飛行器創(chuàng)新研究團隊由來自于飛行器設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、固體力學、空氣動力學和飛行力學與控制專業(yè)的5名青年教師組成，其中教授1名、副教授2名、講師2名，均承擔有各專業(yè)的教學任務和科研項目，積累了較多的教學和工程設(shè)計經(jīng)驗。在課程設(shè)計過程中，指導教師團隊不僅有教學和工程設(shè)計經(jīng)驗的交流，還有專業(yè)知識的相互學習，實現(xiàn)了互通有無，切實提高了教師的專業(yè)綜合能力。

1.2.1課程設(shè)計任務的設(shè)置

創(chuàng)新團隊擬定了具有學科專業(yè)交叉和創(chuàng)新性的課程設(shè)計任務：伸縮旋翼的方案設(shè)計、折疊機翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計、長距管線監(jiān)察的無人機概念設(shè)計，并提出了技術(shù)指標和要求。這三個設(shè)計任務涉及總體、氣動、結(jié)構(gòu)和操控等各專業(yè)，學生本科階段在“飛行器總體設(shè)計”“空氣動力學”“結(jié)構(gòu)力學”“飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計”“航空器飛行動力學”等專業(yè)理論課程中所學的專業(yè)知識可以得到充分運用。同時，任務的設(shè)置具有創(chuàng)新的內(nèi)在要求，比如，伸縮旋翼是一個全新的概念，其伸縮方式、機構(gòu)設(shè)計均無參考；基于無人機的長距管線監(jiān)察國內(nèi)外均未有過實施的報道；折疊機翼雖有先例，但并不是在飛行中且具有一定載荷的情況下實現(xiàn)。此外，任務并未規(guī)定具體方案，具備一定程度的開放性，比如，沒有指定伸縮旋翼的伸縮方式、折疊機翼的折疊方式以及滿足長距管線監(jiān)察需求的無人機具體類型，給學生留下了想象的空間。

1.2.2課程設(shè)計實踐過程

首先按照課程設(shè)計的人員數(shù)量和學生個人意愿進行分組，每個設(shè)計任務下至少有2個小組。每個小組的組長由組員推薦，組內(nèi)的分工則由組長負責，形成團隊協(xié)作的氛圍。

其次安排了3次定期公開答辯：方案評估(開題)、中期匯報和最終答辯。方案評估階段由各組匯報初步方案，主要突出思路的創(chuàng)新性；指導教師團隊進行方案審核，重點在方案的可行性和專業(yè)性。由于小組之間存在競爭，每個小組均提出了2種以上新穎可行的方案，并運用所學專業(yè)知識對方案的優(yōu)劣進行了評價，期望得到最優(yōu)的方案。承擔伸縮旋翼方案設(shè)計的一個小組在方案評估時，發(fā)現(xiàn)另一小組的方案使得旋翼收縮后的儲藏空間更小，立即展開了更優(yōu)的方案設(shè)計。團隊競爭的效果明顯。中期匯報重在檢查各組的進度以及每個小組內(nèi)各成員的工作進展和工作量分配。這一階段確實出現(xiàn)了部分學生工作量不夠的情況，指導教師團隊對小組的分工進行了調(diào)整。也有同學主動發(fā)現(xiàn)問題并展開研究，比如，無人機長距管線監(jiān)察出于經(jīng)濟性的要求，難以做到全時全天候全范圍覆蓋，一位同學開展了事件檢出的概率模型研究，既解決了設(shè)計任務中不可回避的問題，又拓展了自己的工作量。學生學習的主動性和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力得到了鍛煉。最終答辯核查各小組的工作完成情況并對標準課程設(shè)計的要求檢查每位學生的完成情況。學生表達的邏輯性、術(shù)語的專業(yè)性和工程設(shè)計的規(guī)范性都有了明顯的提高。

總的來說，由于課程設(shè)計任務的跨專業(yè)特點和跨專業(yè)教師團隊的指導，每個團隊在各專業(yè)的知識運用和綜合上進行了有益地嘗試；團隊競爭的引入很好地激發(fā)了學生思考的主動性。

2　實踐效果和思考

2.1實踐效果總結(jié)

本次課程設(shè)計實踐中，學生利用課程設(shè)計的結(jié)果發(fā)表了1篇科研論文，申請了4項專利。學生的優(yōu)秀率達75%，取得了較好的實效。

根據(jù)學生的反饋，學生普遍覺得本次課程設(shè)計工作量大，時間短，但學到的知識更多，運用所學知識的能力增強，也深切體會到在航空工程專業(yè)領(lǐng)域總體、氣動、結(jié)構(gòu)和操控等專業(yè)的相關(guān)性，行業(yè)規(guī)范和標準在方案可行性評價中的重要性以及必不可少的跨專業(yè)團隊協(xié)作。

2.2經(jīng)驗與思考

第一，把握航空工程領(lǐng)域的跨專業(yè)特點，建立跨專業(yè)的指導教師團隊，構(gòu)建起相對完整的指導教師知識結(jié)構(gòu)體系；從“跨專業(yè)”這個“源”闡明各專業(yè)既相對獨立又相互聯(lián)系，讓學生明白為什么要團隊協(xié)作，如何進行組內(nèi)的專業(yè)分工，從而形成“你中有我，我中有你”，但又不能相互替代的局面。在具體的實施過程中，學生能更深地理解跨專業(yè)的特點，也有助于學生將來進入航空工程領(lǐng)域后，明白各部門的設(shè)置和分工。

第二，團隊協(xié)作的同時要引入團隊競爭，激發(fā)學生進取的動力。當團隊之間展開競爭時，學生的集體榮譽感使得學生的目標不是“達標”式地完成課程設(shè)計任務，而是比其他組更高水平地完成設(shè)計任務，這在無形中提高了整體的課程設(shè)計質(zhì)量。

第三，注重課題設(shè)計任務的創(chuàng)新性和專業(yè)性。創(chuàng)新性使得學生無法按照現(xiàn)存和已有的方案“照搬照用”，促使學生主動地思考；專業(yè)性讓學生能用所學專業(yè)知識去評估方案的可行性，自行確定出難點，避免學生思維不切實際地發(fā)散。

第四，組長概述和個人陳述相結(jié)合的公開答辯環(huán)節(jié)能幫助學生理清思路、聚焦關(guān)鍵技術(shù)，能引導學生何時需要合力攻關(guān)，何時需要各盡其責，團隊內(nèi)部的協(xié)調(diào)更細致有序。

3　結(jié)語

通過團隊協(xié)作和競爭的跨專業(yè)課程設(shè)計教學實踐，改變了原有按專業(yè)細分的課程設(shè)計教學模式，建立了跨專業(yè)的指導教師團隊并提高了指導教師的專業(yè)綜合能力和教學能力；培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作能力和競爭意識以及創(chuàng)新思維能力，有效提高了學生綜合運用本科基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的能力和工程設(shè)計素養(yǎng)，有效保證了課程設(shè)計的教學質(zhì)量，有利于培養(yǎng)航空工程專業(yè)的復合式人才。

[1] 王少剛.課程設(shè)計是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要途徑[J].中國大學教學，2007(8)：23-25.

[2] 徐穎.航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與強度課程設(shè)計教學改革的探索和思考[J].教育教學論壇,2015(18):79-80.

[3] 段桂江,徐世新.基于專業(yè)平臺，提升學生團隊協(xié)作能力[J].高等工程教育研究,2012(1):132-137.

[4] 李平,杜力.機械原理課程設(shè)計的教學改革與實踐[J].重慶工商大學學報(自然科學版),2015(3):100-102.

[5] 仉春華,歐曉霞,張鳳杰，等.團隊合作學習在課程設(shè)計中的應用與探索[J].中國電力教育,2013(10):154-155.

[6] 席本強,王琦,曲輝.機械原理課程設(shè)計的創(chuàng)新型教學模式[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010(21):94-95.

(責任校對謝宜辰)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.08.015

20160311

北京航空航天大學本科校級重點教改項目 (201402)；北京航空航天大學研究生教育與發(fā)展研究專項基金(201504)；“凡舟教育獎勵基金”教學團隊建設(shè)(201509)

嚴德(1979-)，男，四川南江人，講師，博士，主要從事飛機飛行動力學、氣動彈性力學研究。

G642.1

A

1674-5884(2016)08-0047-03