航空航天學(xué)科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)教育課程體系對比研究

杜作娟 ，王春齊 ，岳建嶺 ，唐秀之 ，黃小忠 ，方秋蓮

（1.中南大學(xué)航空航天學(xué)院，湖南長沙 410083；2.中南大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，湖南長沙 410083）

航空航天技術(shù)是21世紀最活躍、發(fā)展最迅速、對人類社會生活最有影響的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。1903年美國萊特兄弟設(shè)計制造的飛機進行了成功的飛行，實現(xiàn)了人類歷史上第一次動力飛行，20世紀80年代后，飛機的最大音速超過3倍音速，逐步實現(xiàn)跨洲際飛行。飛行器不僅僅指飛機，其概念已發(fā)展到航空飛行器和航天飛行器，其中航空飛行器包括直升機、無人機、導(dǎo)彈、氣球等，航天飛行器包括人造衛(wèi)星、火箭、航天飛機、空間站等。我國的航天事業(yè)發(fā)展迅猛，從1999年發(fā)射第一艘“神州一號”無人實驗飛船到計劃于 2016年第三季度發(fā)射“神州十一號”飛船與“天宮二號”對接，已躋身國際一流行列。

航空航天科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，急需開拓創(chuàng)新進行和精益求精工匠精神的工程領(lǐng)軍人才和工程精英人才，這對航空航天學(xué)科教育的改革創(chuàng)新提出了新的要求?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出牢固確立人才培養(yǎng)在高校工作中的中心地位，著力培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才[1]。據(jù)此教育部實施“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，其主要目標指出面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才[2]。美國工程教育體系形成“回歸工程、大工程觀”先進工程教育理念，開展了CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）教學(xué)模式、合作教育、前衛(wèi)的歐林工學(xué)院等工程教育改革與實踐。

航空航天學(xué)科幾乎已成為世界前50位大學(xué)的必設(shè)學(xué)科，航空航天工程人才培養(yǎng)在世界先進工業(yè)國家的高等工程教育中占有重要地位。培養(yǎng)富于開拓創(chuàng)新精神和精益求精工匠精神的高素質(zhì)航空航天類本科生，將決定我國未來航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程和質(zhì)量。教育課程體系是實現(xiàn)培養(yǎng)目標的具體化和實現(xiàn)路徑，本文以航空航天學(xué)科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標，以經(jīng)典的美國麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology,簡寫MIT）和我國的西北工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等為例，對MIT和我國在航空航天學(xué)科專業(yè)設(shè)置和實行的教育課程體系進行了對比研究，我國航空航天學(xué)科教育繼續(xù)深化改革，實行學(xué)科大類招生和模塊化教育課程體系，使學(xué)生知識、素質(zhì)、能力相融合，成為德智體全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。

1 航空航天學(xué)科專業(yè)設(shè)置

1.1 MIT航空航天學(xué)科專業(yè)設(shè)置

MIT的航空航天專業(yè)是美國同領(lǐng)域中最有名的專業(yè)，其人才培養(yǎng)理念和課程設(shè)置舉世聞名[3]。MIT在1959年成立航空航天系（Technology Department of Aeronautics and Astronautics），分屬于工學(xué)院。在20世紀70年代早期，航空航天系建立起統(tǒng)一的工程課程體系，包括靜力學(xué)、固體力學(xué)、材料學(xué)、動力學(xué)、流體力學(xué)、熱動力學(xué)與推進、線性系統(tǒng)等。注重各課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，同時強調(diào)作為本領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者需要考慮技術(shù)解決方法與經(jīng)濟、政治、社會、環(huán)境需求和社會約束之間互相關(guān)系的理念[4]。在21世紀初，科學(xué)知識與工程實踐相結(jié)合逐步形成現(xiàn)代工程理論體系，航空航天系對課程體系進行了徹底改革，經(jīng)過兩年的全面發(fā)展，形成一種全新工程教育理念和實施體系[5]——CDIO，CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、 設(shè) 計 （Design）、 實 現(xiàn) （Implement） 和 運 作（Operate），這對MIT產(chǎn)生了根本而持久的制度影響，更廣泛地影響了全美工程教育，其航空航天學(xué)科從20世紀90年代起連續(xù)多年位居全美工科第一。獨特的航空航天工程教育不僅促進了科技創(chuàng)新與發(fā)展，也引領(lǐng)著世界工程教育的改革方向，對美國在航空航天領(lǐng)域走在世界的前列起著極其重要的作用。

學(xué)生在航空航天工程 （Aerospace Engineering）和工程學(xué)（Engineering）經(jīng)過4年學(xué)習(xí)，將獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位（Bachelor of Science）。工程學(xué)是航空航天工程的一個補充，對多學(xué)科關(guān)聯(lián)的工程技術(shù)領(lǐng)域如機器人與控制、計算工程、力學(xué)或工程管理等有更深入、更廣泛的理解，由ABET（Accreditation Board for Engineering and Technology）工程認證委員會授予學(xué)位[6]。航空航天系設(shè)有航空與航天科學(xué)工程和航空與航天信息科學(xué)工程兩個本科專業(yè)方向[7]。

1.2 國內(nèi)綜合性大學(xué)航空航天學(xué)科專業(yè)設(shè)置

航空航天是工程性極強的行業(yè)，集中了許多尖端技術(shù)，涉及機械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、計算機技術(shù)、材料科學(xué)等高新技術(shù)，是一個極其龐大、復(fù)雜、綜合的系統(tǒng)工程，依賴于多學(xué)科背景知識的支撐。根據(jù)教育部高等教育司頒布的 《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2012年）》[8]，航空航天類分屬工學(xué)學(xué)科門類，基本專業(yè)包括航空航天工程、飛行器設(shè)計與工程、飛行器制造工程、飛行器動力工程、飛行器環(huán)境與生命保障工程等5個專業(yè)；特設(shè)專業(yè)包括飛行器質(zhì)量與可靠性和飛行器適航技術(shù)兩個專業(yè)。

在《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006—2020年)發(fā)展目標提到生物、材料和航天等領(lǐng)域的前沿技術(shù)達到世界先進水平，大型飛機、載人航天與探月工程被列入16個重大專項，空天技術(shù)也被列入前沿技術(shù)中[9]。顯示出中央對我國航空航天事業(yè)發(fā)展的高度重視，給原來航空航天的高校帶來了巨大的發(fā)展機遇。原航空工業(yè)部時期的六大高校：南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南昌航空大學(xué)、沈陽航空航天大學(xué)、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院和西北工業(yè)大學(xué)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)始終保持航天特色，航天學(xué)院是1987年經(jīng)國家航天工業(yè)部批準成立，原隸屬于工業(yè)和信息化部。在辦學(xué)歷史上有航空航天血統(tǒng)的高校如清華大學(xué)（2004年）、浙江大學(xué)（2007 年）、廈門大學(xué)（2015 年）、上海交通大學(xué)（2008年）等積極重建航空航天類專業(yè)；北京大學(xué)（2008年）、電子科技大學(xué)（2012年）、中南大學(xué)（2009年）等也在各自學(xué)科特色的基礎(chǔ)上建設(shè)了航空航天類專業(yè)。

對比MIT與我國綜合性大學(xué)專業(yè)設(shè)置，我國航空航天學(xué)科專業(yè)設(shè)置較細，除《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2012）》設(shè)置含5個基本專業(yè)和兩個特設(shè)專業(yè)外，各綜合性大學(xué)依據(jù)自身學(xué)科所長進行專業(yè)設(shè)置，專業(yè)分屬的學(xué)院也有差異，如西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院飛行器控制與信息工程、航天學(xué)院探測制導(dǎo)與控制技術(shù)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院工程實驗班的工程力學(xué)和復(fù)合材料與工程兩個專業(yè)方向等。在一定程度上來說，專業(yè)設(shè)置的具體化對專業(yè)人才培養(yǎng)發(fā)揮了積極促進作用，為我國航空航天領(lǐng)域發(fā)展解決了工程技術(shù)人才的基礎(chǔ)供給問題。然而，專業(yè)設(shè)置過于具體化不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略要求，改革人才培養(yǎng)模式已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢。目前，我國高校招生已逐步按學(xué)科大類招生，如在2017清華大學(xué)年打破院系和專業(yè)壁壘，將所有本科專業(yè)劃分為數(shù)理類、人文與社會類、機械、航空與動力類等16個大類進行招生。按學(xué)科大類招生將改變原有的教學(xué)和人才培養(yǎng)模式，使學(xué)生可以根據(jù)自己的能力和興趣學(xué)習(xí)，從而形成寬基礎(chǔ)、交叉復(fù)合的知識結(jié)構(gòu)，有利于專業(yè)深入和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。這符合航空航天高技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用要求，契合對工程領(lǐng)軍人才和具有開創(chuàng)探索精神的工程精英人才的時代要求。

2 航空航天學(xué)科教育課程體系

2.1 MIT教育課程體系

典型的課程體系結(jié)構(gòu)有兩種：一類是層次化課程體系，循序漸進、邏輯性強。另一類是模塊化課程體系，能夠突破學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域的界限，滿足學(xué)生全面發(fā)展和個性發(fā)展需求。MIT的教育課程體系是典型的模塊化課程體系。MIT航空航天系航空航天工程專業(yè)課程計劃如表1所示。

表1 MIT航空航天系航空航天工程專業(yè)課程計劃

MIT的課程體系包括兩大模塊，模塊一為全校性統(tǒng)一要求課程 (General Institute Requirements，簡稱GIRs)，包括：（1）基礎(chǔ)科學(xué)課程包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和生物類；（2）人文、藝術(shù)、社會科學(xué)課程（Humanities,Arts,and Social Sciences,簡稱 HASS）；（3）科學(xué)與技術(shù)課程包括生態(tài)、環(huán)境、地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、材料、計算機、能源等；（4）實驗課程包括數(shù)字系統(tǒng)導(dǎo)論實驗（Introductory Digital Systems Laboratory）、 實驗項目Ⅰ（Experimental Projects Ⅰ）、實驗項目Ⅱ（Experimental Projects Ⅱ）、飛行器發(fā)展（Flight Vehicle Development）和空間系統(tǒng)發(fā)展（Space Systems Development），選擇其中 1 門。 這些課程一般在前兩學(xué)年完成。模塊二為航空航天系要求課程(Departmental Program)，系核心課程為8門必修課程和1門二選一課程，包括計算機科學(xué)與編程導(dǎo)論、材料與結(jié)構(gòu)、信號系統(tǒng)等。專業(yè)領(lǐng)域課程在至少3個專業(yè)領(lǐng)域選擇4門課程，包括航空動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、通訊系統(tǒng)等。實驗與前沿課程二選一課程是飛行器工程和空間系統(tǒng)工程，三選一課程是機器人學(xué)、實驗項目和前沿課程，包括飛行器前沿和空間系統(tǒng)前沿。非限選課課程類別較多，可任意選擇修讀，達到48個學(xué)分要求。

MIT的教育課程計劃將模塊一和模塊二相結(jié)合，其中模塊一為模塊二的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。模塊一開設(shè)的基礎(chǔ)科學(xué)和科學(xué)與技術(shù)限選課程共需完成8門課程，而開設(shè)的人文、藝術(shù)和社會科學(xué)課程也需完成8門課程，因此，科學(xué)類課程與人文素養(yǎng)課程作為模塊一的核心課程，同等重要，文理兼修得到充分體現(xiàn)。同時，從模塊一的實驗課程到模塊二的實驗與前沿課程，實踐教育在MIT的教育課程計劃中貫穿始終。實現(xiàn)了高校教育與工程實踐關(guān)系的重構(gòu)——在繼續(xù)加強基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，向生產(chǎn)實踐回歸[10]。

2.2 國內(nèi)典型航空航天學(xué)科的教育課程體系

我國綜合性大學(xué)的航空航天學(xué)科課程計劃普遍采用模塊化課程體系，根據(jù)自身學(xué)科所長開設(shè)課程有所差異，但模塊設(shè)置和課程計劃大同小異。西北工業(yè)大學(xué)是我國原航空工業(yè)部老牌的綜合性大學(xué)，是唯一一所同時發(fā)展航空、航天、航海（三航）工程教育和科學(xué)研究的多學(xué)科、研究型、開放式大學(xué)[12]。飛行器設(shè)計與工程專業(yè)是西北工業(yè)大學(xué)辦學(xué)歷史最為悠久的學(xué)科之一，實力雄厚。以西北工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)培養(yǎng)方案為代表，進行航空航天學(xué)科教育課程體系介紹，表2是西北工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的課程計劃（2015 年）[13]。

表2 西北工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的課程計劃（2015年）

西北工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的課程計劃（2015年）主要包括4個模塊：通識通修、學(xué)科專業(yè)、綜合素養(yǎng)和實踐訓(xùn)練。（1）通識通修，可分為必修課程和限選課程，其中必修課程包括思想政治理論課、職業(yè)規(guī)劃與發(fā)展課程、心理成長與個人發(fā)展課程、軍事課程。限選課程包括公共通修基礎(chǔ)課程和分層次通修課程，其中公共通修基礎(chǔ)課程包括計算機類基礎(chǔ)課程、大學(xué)英語基礎(chǔ)課程類、體育類和程序設(shè)計實驗。分層次通修課程包括非專業(yè)數(shù)學(xué)類課程和自然科學(xué)基礎(chǔ)課程。通識通修課程一般在前兩學(xué)年完成。（2）綜合素養(yǎng)，包括三航概論和藝術(shù)素養(yǎng)類課程，在藝術(shù)素養(yǎng)課程中至少選修2學(xué)分，未建議修讀學(xué)期。（3）學(xué)科專業(yè)課，包括學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課程、學(xué)科前沿課程和專業(yè)選修課程。學(xué)科前沿課程包括學(xué)科前沿系列講座和航空航天技術(shù)概論兩門。專業(yè)選修課程根據(jù)學(xué)科方向和個人發(fā)展進行選擇，有70余門課程可供選擇，至少選修9學(xué)分，跨學(xué)科至少選修2學(xué)分。（4）綜合實踐包括畢業(yè)設(shè)計/論文、集中實踐環(huán)節(jié)和科研訓(xùn)練三部分，其中集中實踐環(huán)節(jié)主要包括金工實習(xí)、認識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計等內(nèi)容。

西北工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的課程計劃（2015年）的通識通修模塊為學(xué)科專業(yè)模塊的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。特別提出的是在通識通修模塊中開設(shè)了思想政治理論類和軍事課程。這符合《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中指出：“堅持德育為先。立德樹人，把社會主義核心價值體系融入國民教育全過程”的要求。綜合素養(yǎng)課程除去三航概論的0.5學(xué)分，需修滿11.5學(xué)分，體現(xiàn)了對人文素養(yǎng)課程的重視。同時，綜合實踐形成獨立模塊，從第三學(xué)期金工實習(xí)A開始到第八學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計/論文，每學(xué)期均有不同的實踐課程，并在第六、七學(xué)期開展了科研訓(xùn)練課程。

與MIT航空航天學(xué)科教育課程體系相比，我國綜合性大學(xué)航空航天學(xué)科教育課程體系改革原有層次化教育課程體系為現(xiàn)行的模塊化課程體系，注重知識、能力、素質(zhì)的融合，以專業(yè)系統(tǒng)知識為核心，開設(shè)思想政治理論類和軍事課程、體育類課程、人文藝術(shù)素養(yǎng)類課程，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。以德育為先，能力為重，全面發(fā)展，使學(xué)生成為德智體全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人[14]。

3 結(jié)語

從專業(yè)設(shè)置到教育課程體系設(shè)置，我國雖然存在專業(yè)設(shè)置較細，教育課程體系中課程分類過細等問題，然而我國綜合性大學(xué)航空航天學(xué)科根據(jù)自身學(xué)科所長進行專業(yè)設(shè)置和課程體系建設(shè)而各具特色。我國高校招生已逐步按學(xué)科大類招生，將改變原有的教學(xué)和人才培養(yǎng)模式，形成寬基礎(chǔ)、交叉復(fù)合的知識結(jié)構(gòu)，有利于專業(yè)深入和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。改革原有層次化教育課程體系為模塊化課程體系，取得了長足進步。我國航空航天學(xué)科教育繼續(xù)深化改革，使學(xué)生知識、素質(zhì)、能力相融合，成為德智體全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。

然而，從專業(yè)設(shè)置和教育課程體系的對比分析來看，專業(yè)設(shè)置和教育課程體系均進行了框架設(shè)定，在這種情況下，學(xué)生的能動意識和創(chuàng)新意識一定程度上受到限制和抑制。洛克希德公司的創(chuàng)新靈魂-臭鼬工廠以無比的創(chuàng)造力發(fā)展出美國國防科技中最機密、最先進的武器產(chǎn)品如F-117A這一世界級著名軍用飛機，正是由“自由地從事自己真正喜歡的工作”帶來的無與比倫的創(chuàng)造力。因此，學(xué)生作為未來的航空航天技術(shù)工程創(chuàng)新主體，擁有對航空航天領(lǐng)域持續(xù)興趣，是激發(fā)主體創(chuàng)造力的基本要素，應(yīng)以學(xué)生為中心，構(gòu)建創(chuàng)新型人才培養(yǎng)教育課程體系。

[1]http://www.moe.edu.cn/srcsite/A01/s7048/201007/t2010 0729_171904.html.

[2]http://www.moe.edu.cn/s78/A08/gjs_left/moe_742/s5632/s3860/201109/t20110920_124884.html.

[3]田正雨，李樺.麻省理工學(xué)院航空航天類本科生課程體系分析[J].高等教育研究學(xué)報，2010,33（1）：58－61.

[4]http://aeroastro.mit.edu/about-aeroastro/brief-history.

[5]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式[J].理工高教研究，2009,28（4）：116－119.

[6]http://catalog.mit.edu/schools/engineering/aeronauticsastronautics/#undergraduatetext.

[7]謝燕，蔣建平，李健，等.基于航空航天專業(yè)CDIO課程體系分析MIT本科教學(xué)特點[J].高等教育研究學(xué)報，2012,35（3）：40－44.

[8]http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_1034/s3882/201 209/t20120918_143152.html.

[9]http://www.most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/gjkjgh/2008 11/t20081129_65774.html.

[10]catalog.mit.edu/degree-charts/aerospace-engineeringcourse-16/.html.

[11]http://www.nwpu.edu.cn/xxgk/xxjj.html.

[12]http://hangkong.nwpu.edu.cn/info/1263/7253.html.

[13]周永惠.航空工程教育課程體系研究——以飛行器設(shè)計與工程專業(yè)為例[D].南京航空航天大學(xué)，2014.