面向航空強國的航空工程學位教育綜合改革與創(chuàng)新實踐

張超 劉貞報 李斌 周勇

摘 要：圍繞航空工程全日制專業(yè)學位研究生教育進行了系統(tǒng)深入的理論研究和改革探索，提出了面向航空強國跨越需求的航空電類研究生拔尖人才“3333”育成新模式。通過構(gòu)建三雙平臺（雙導師、雙學堂、雙基地）、堅持三化引領(lǐng)（系統(tǒng)化、信息化、智能化）、實現(xiàn)三新突破（新體系、新模式、新路徑）、深化三合支撐（多元聯(lián)合、深度結(jié)合、交叉融合），順利完成了航空電類研究生培養(yǎng)體系、理論傳授、實踐訓練、創(chuàng)新思維等全方位創(chuàng)新實踐，不僅有效產(chǎn)出了三個“一流”，而且顯著提升了研究生的創(chuàng)新能力和大系統(tǒng)工程觀，還明確了新時代下航空工程新工科教育和新人才培養(yǎng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：航空工程；專業(yè)學位；研究生教育；創(chuàng)新能力；新工科

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）02-0019-03

Abstract： Around the full-time professional degree graduate education of aeronautical engineering， the systematic and in-depth theoretical researches and reform explorations have been done， and a new model of "3333" cultivation for the top-notch graduate students of aviation electronics has been proposed. Through the construction of three-double platforms （double tutors， double classes， double bases）， persisting in the guidance of the three issues （systematization， informatization， intelligence）， the realization of three new breakthroughs （new systems， new models， new paths）， and deepening the support of three-in-one （multiple integration， deep integration， cross-integration）， all-round innovative practices of aviation electronics graduate students have been completed successfully on training system， theory teaching， practical training， innovative thinking. It not only effectively produces three "first-class"， but also significantly improves the innovative ability of graduate students and the concept of large-scale systems engineering. It also clarifies the development direction of emerging engineering and new personnel training of aeronautical engineering in the new era.

Keywords： Aeronautical engineering； professional degree； graduate education； innovative ability； emerging engineering

一、概述

航空工業(yè)是體現(xiàn)一個國家科技、工業(yè)和國防實力的重要標志。我國航空工業(yè)發(fā)展目前正面臨良好機遇，兩機重大專項、重點工程、通用航空以及無人機等國家重大戰(zhàn)略明確，軍民融合發(fā)展迅速，國家從航空大國向航空強國跨越的意志堅定。而航空工程研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)是積極推進國家航空工業(yè)發(fā)展實現(xiàn)彎道超車躋身國際一流的重要基礎(chǔ)。如何快速有效地培養(yǎng)出大批能夠熱愛祖國航空事業(yè)、具有前瞻視野和創(chuàng)新能力、具備無私奉獻精神和職業(yè)勝任力的高素質(zhì)航空工程研究生專業(yè)人才，不僅是我國航空工程教育界的新時代使命，也是我國航空宇航學科邁向“雙一流”的必然選擇[1]。但由于現(xiàn)代飛行器越來越朝著信息化、系統(tǒng)化和智能化的方向發(fā)展，高素質(zhì)航空電類研究生拔尖人才培養(yǎng)方面與當前創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略及國家需求之間還存在著新差距：1. 研究生原始創(chuàng)新能力薄弱與航空強國人才所需素質(zhì)不相適應[2，3]。2. 研究生系統(tǒng)工程概念缺失與現(xiàn)代飛行器系統(tǒng)綜合化不相適應?，F(xiàn)代飛行器功能、性能以及安全性、經(jīng)濟性、可靠性的提高，迫使飛行器系統(tǒng)綜合化程度不斷提高，大航電、大飛管、大機電、火飛推等概念不斷提出與實施，學生知識結(jié)構(gòu)還無法滿足系統(tǒng)綜合化的要求。

為破解上述難題，率先開展基于航空強國跨越需求的航空電類研究生拔尖人才“3333”培養(yǎng)模式綜合改革，如圖1所示。該模式貫徹新時代高等教育全面育人的中心，結(jié)合航空工程新工科教育的主線，從航空工程新人才培養(yǎng)角度出發(fā)，順利完成了航空電類研究生培養(yǎng)體系、理論傳授、實踐訓練、創(chuàng)新思維等全方位創(chuàng)新。

二、實施途徑

（一）構(gòu)建“三雙平臺”

1. 構(gòu)建“雙導師”形成航空電類研究生培養(yǎng)的“高水平導研”平臺

以立德樹人為根本，加強校內(nèi)導師隊伍建設(shè)，嚴格執(zhí)行導師選聘和審核制度，采用傳-幫-帶等多種形式強化導師素質(zhì)和能力提升，積極支持導師出國留學交流和到航空院所進行實踐鍛煉。誠聘中國科學院楊偉院士和中國商飛趙越讓總經(jīng)理等20余位業(yè)內(nèi)頂尖專家擔任校外導師。在培養(yǎng)方案修訂、培養(yǎng)計劃制定、課程體系構(gòu)建、論文選題、課題研究、課外實踐、論文指導等培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，最大限度地發(fā)揮雙導師的指導作用。通過組建“校內(nèi)優(yōu)秀教師+校外行業(yè)專家”的雙師隊伍，形成了高層次全周期的導研局面。

2. 構(gòu)建“雙學堂”形成航空電類研究生培養(yǎng)的“探究型研學”平臺

以專業(yè)核心課程為抓手，通過“小班授課、探究為主、聘請名師、對外開放、優(yōu)質(zhì)共享”方式，建成《飛行器故障預測與健康管理》研究生在線課程以及《微機測控技術(shù)》《智能圖形圖像處理》《機載系統(tǒng)自動化測試》《機載系統(tǒng)容錯設(shè)計與可靠性工程》4門研究生高水平全英文課程。集中安排研究生前往清華大學和浙江大學等院所參加暑期研修班，積極邀請海內(nèi)外專家學者來校授課和開設(shè)講座，舉辦35場青年學術(shù)報告。通過開設(shè)“線上線下課堂+名家名師講堂”的雙向?qū)W堂，形成了探究型自主化的研學局面。

3. 構(gòu)建“雙基地”形成航空電類研究生培養(yǎng)的“多維度實踐”平臺

以我校載運工具與運用工程及適航技術(shù)與管理這2個國防特色學科為基礎(chǔ)，獲批建成陜西通用飛機協(xié)同創(chuàng)新中心和中國商飛民用飛機維修工程研究中心，積極申報研究生修購建設(shè)經(jīng)費在航空學院研究生教學實驗園建成航空電類研究生創(chuàng)新區(qū)。立足我校航空專業(yè)特色鮮明的行業(yè)優(yōu)勢，先后與中航工業(yè)631所、中航工業(yè)618所、國航AMECO、天利航空科技集團、南山集團、北京易訊通公司合作共建研究生聯(lián)合實踐基地。通過建立“校內(nèi)創(chuàng)新中心+校外院所企業(yè)”的雙?；?，形成了多維度廣聯(lián)動的實踐局面。

（二）堅持“三化引領(lǐng)”

1. 堅持“系統(tǒng)化”培養(yǎng)航空電類研究生的“綜合化”創(chuàng)新思維能力

以承擔的2項民機專項和2項國家自然科學基金等為依托，積極指導研究生開展飛行器健康管理技術(shù)研究，培養(yǎng)研究生從飛機“系統(tǒng)級-LRU級-SRU級”角度分析問題，鍛煉研究生從“功能-性能-五性”角度解決問題，設(shè)計了空-天-地一體化健康管理系統(tǒng)，攻克了智能BIT間歇故障降虛警、航電網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)故障診斷、板級電路深度診斷、鋰電池PF故障預測等技術(shù)難點，成果榮獲2016年教育部科技進步二等獎。通過以“大航電PHM”為出發(fā)點，增強了研究生系統(tǒng)工程素質(zhì)，培養(yǎng)了研究生綜合化創(chuàng)新思維能力。

2. 堅持“信息化”培養(yǎng)航空電類研究生的“工程型”創(chuàng)新思維能力

以國家某重大需求和軍民融合戰(zhàn)略為聚焦點，積極組織研究生開展航空弱磁測量技術(shù)研究，從傳感器開發(fā)、硬件開發(fā)、軟件開發(fā)、實驗室測試、外場測試、計量校驗全過程鍛煉研究生的實際動手能力，從磁感知、磁凈化、磁補償、磁傳輸、磁分析全流程增強研究生的信息處理能力，研制出高精度航空氦光泵磁力儀系統(tǒng)，成果榮獲2017年“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品“一帶一路”國際專項大賽特等獎。通過以“航空磁測”為著眼點，提升了研究生信息應用技能，培養(yǎng)了研究生工程型創(chuàng)新思維能力。

3. 堅持“智能化”培養(yǎng)航空電類研究生的“前瞻性”創(chuàng)新思維能力

以承擔的4項國家自然科學基金和20余項省部級科研項目等為依托，以輕小型無人機為對象，積極帶領(lǐng)研究生開展航空智能化技術(shù)研究，將深度學習和類腦計算等先進理論應用于航空環(huán)境感知和處理，突破了三維模型自動理解、三維場景深度重建、三維模型功能性分析、無人機實時地圖重建、多無人機路徑規(guī)劃和自主避障等關(guān)鍵難點，原創(chuàng)開發(fā)了無人機實時地圖RTMapper，成果已應用于大疆無人機上。通過以“Smart無人機”為突破點，開闊了研究生國際動態(tài)視野，培養(yǎng)了研究生前瞻性創(chuàng)新思維能力。

（三）實現(xiàn)“三新突破”

1. 實現(xiàn)“三維”建立航空電類研究生人才知識結(jié)構(gòu)“新體系”

針對現(xiàn)代飛行器系統(tǒng)綜合化程度不斷提高的現(xiàn)狀，以及大航電等概念不斷實施的實際，積極將自動測試、信號處理、圖形處理、智能算法、系統(tǒng)可靠性、安全性、測試性、適航性等相關(guān)理論知識引入航空電類研究生培養(yǎng)過程中，圍繞“軍民用飛機、通航飛機、無人機”三維對象進行知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將知識重點原來只側(cè)重于飛機本身，逐漸擴充到關(guān)注飛機整個運行全周期，更加注重飛機航空電子電氣系統(tǒng)的安全運行和適航保障。

2. 實現(xiàn)“四步”建立航空電類研究生創(chuàng)新人才育成“新模式”

遵循“認識-實踐-再認識”的哲學規(guī)律，實現(xiàn)了“提出問題、主動思考、深度研究、素質(zhì)養(yǎng)成”四步方法為核心的航空電類研究生創(chuàng)新人才育成新模式。培養(yǎng)過程中以“問題”為起點，設(shè)計“問題”引導“主動思考和主動探索”，針對“問題”開展“深度研究和創(chuàng)新實踐”，逐漸實現(xiàn)“創(chuàng)新素質(zhì)養(yǎng)成”，增強研究生知識結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新能力協(xié)調(diào)發(fā)展，有效解決航空電類研究生創(chuàng)新精神不夠、工程實踐能力不足、系統(tǒng)性研究訓練欠缺等問題。

3. 實現(xiàn)“五化”建立航空電類研究生創(chuàng)新人才育成“新路徑”

依托所成功構(gòu)建的“雙導師”導研平臺、“雙學堂”研學平臺和“雙基地”實踐平臺，積極探索開展“課程模塊化、教學情景化、實踐平臺化、能力工程化、素質(zhì)綜合化”五化途徑為核心的航空電類研究生創(chuàng)新人才育成新路徑。按照飛機安全攸關(guān)系統(tǒng)設(shè)置多課程模塊；增加理論課程和實踐課程有機連接；增加授課過程的情景化關(guān)聯(lián)程度；結(jié)合國家重大需求開展科學研究；通過論文寫作、專利發(fā)表、創(chuàng)新競賽等多種方式提升綜合素質(zhì)。

（四）深化“三合支撐”

1. 深化“多元聯(lián)合”支撐新型化的航空電類研究生“培養(yǎng)共同體”

積極構(gòu)建以高水平課程為主體、個性化通選課程為輔的課程體系，組建基于核心課項目訓練的“課程組群體、群體組團隊”的學習共同體，實施“雨課堂+在線課堂+探究課堂”等多元化授課方式，夯實理論基礎(chǔ)。依托學科特色，將人才培養(yǎng)鏈由單一的教學科研區(qū)延伸到實驗外場區(qū)、競賽內(nèi)場區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)和網(wǎng)絡(luò)社區(qū)等多元化環(huán)境中，建設(shè)育人共同體，實施“創(chuàng)新+創(chuàng)業(yè)+創(chuàng)惠”多元驅(qū)動培養(yǎng)方式，在校內(nèi)外培養(yǎng)并檢驗人才質(zhì)量。通過多元聯(lián)合途徑，有效支撐了航空電類研究生培養(yǎng)新型共同體的形成和構(gòu)建。

2. 深化“深度結(jié)合”支撐高效順暢的航空電類研究生“培養(yǎng)鏈路”

結(jié)合航空電類研究生系列課程的教學內(nèi)容，開設(shè)無人機三維環(huán)境感知、飛行管理系統(tǒng)半實物仿真和飛行器虛擬維修仿真等20余項“實體+虛擬+虛實結(jié)合”探究實驗，強化研究生前沿理論與實踐訓練的有機結(jié)合。依托多項研究生創(chuàng)新基金和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，指導研究生發(fā)表了40余項科技作品、開發(fā)了HandsFree等創(chuàng)新產(chǎn)品、制作了NPU1008異磁檢測儀等科研精品，注重理論知識與創(chuàng)新實戰(zhàn)的深度結(jié)合。通過“理論+實踐+實戰(zhàn)”和“作品+產(chǎn)品+精品”兩種結(jié)合方式，有效支撐了高效順通的研究生培養(yǎng)鏈路網(wǎng)絡(luò)。

3. 深化“交叉融合”支撐多維互促的航空電類研究生“培養(yǎng)生態(tài)”

面向航空電類專業(yè)和學科交叉需求，按照“導師交叉、方向交叉、碩博交叉、年級交叉、中外交叉”原則，形成航電健康管理、航空安全適航、航空弱磁測量、航空虛擬現(xiàn)實和靈巧無人機5個研究生小組，實施團隊式合作，實現(xiàn)研究生培養(yǎng)中多學科交叉滲透。按照“來源于工程、凝練于工程、反饋于工程”原則，積極引導研究生從重大項目里挖掘理論問題，落實論文研究與工程實際的交叉融合，提升研究生解決實際問題能力。通過“交叉、滲透、融合”等多種方法，有效支撐了多維互促的研究生培養(yǎng)生態(tài)體系。

三、實施成效

（一）產(chǎn)出“三個一流”

1. 原始創(chuàng)新，取得一流學術(shù)科研成果。近三年來，研究生發(fā)表學術(shù)論文56篇（其中SCI收錄20篇、EI收錄40篇、IEEE論文12篇），申請發(fā)明專利10項（已授權(quán)10項）。

2. 提升質(zhì)量，培養(yǎng)一流航空電類人才。畢業(yè)研究生主要去向為中航工業(yè)第一飛機設(shè)計院、中航工業(yè)試驗飛行研究院、中航工業(yè)直升機所、中航工業(yè)發(fā)動機集團、中國航天科技504所、中電集團29所、中電集團28所、中電集團24所、 中電集團20所、道通智能無人機、國航公務(wù)機飛機設(shè)計部、阿里巴巴、華為、中興、美國馬里蘭大學博士后、加拿大西蒙菲沙大學博士、澳大利亞國立大學博士、新加坡南洋理工大學博士等。近三年的研究生學業(yè)測評中有1人獲全院第一、2人獲全院第三，7人獲國家獎學金，5人被評為校優(yōu)秀畢業(yè)研究生，榮獲各類競賽獎勵20余項。

3. 同步發(fā)展，促進一流航宇學科建設(shè)。近年來，航空電類方向獲批3項民機專項、8項國家自然科學基金、30余項省部級科學基金和50余項橫向科研課題，榮獲省部級成果獎3項，建成陜西通用飛機協(xié)同創(chuàng)新中心和中國商飛民用飛機維修工程研究中心，建成1門研究生在線課程和4門校級研究生高水平全英文課程，出版1部全英文教材，聘請了20余位外籍教授來校講座，教師出國留學和學術(shù)交流30余人次、榮獲各類獎勵30余人次。航空電類方面的學科成果作為主要增長點支撐了我校航空宇航學科在第四輪全國學科評估中被評為A+，所依托的載運工具與運用工程及適航技術(shù)與管理這2個國防特色學科作為航空宇航的支撐學科也進入了學校“雙一流”建設(shè)中。

（二）示范輻射，推廣交流

先后于2013年11月主辦了首屆國際航空維修與管理學術(shù)會議暨維修裝備展覽會、2015年10月主辦了中國國際通用航空大會通用航空發(fā)展論壇、2016年12月主辦了載運學科與適航管理交叉論壇、2017年5月主辦了全國輕小型民用飛機飛行安全與監(jiān)管技術(shù)研討會暨載運工具與運用工程學科論壇，交流宣傳本項目成果，受到陜西電視臺、陜西衛(wèi)視、鳳凰網(wǎng)、國際在線、陜西日報、文匯報、中新社、香港文匯報、香港大公報等約20家新聞媒體廣泛報道。教改成果在2016年航空科學與技術(shù)全國博士生學術(shù)論壇和2017年中國高校航空學院院長聯(lián)席會等多個重要會議上做經(jīng)驗交流，英國約克大學、荷蘭代爾夫特大學和美國加州大學長灘分校等多所國外高校教師給予高度贊譽。

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