航空航天實(shí)踐課程體系建設(shè)現(xiàn)狀及其大類培養(yǎng)方案的改革探索

陳書文，聶洪奇，岳曉奎，嚴(yán)啟龍

（西北工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院，陜西西安 710065）

在新工科建設(shè)背景下，我國(guó)高校要加快新型工程教育改革，推動(dòng)現(xiàn)有工科專業(yè)的改革，建設(shè)和發(fā)展新型工科專業(yè)[1]。高校為了提高大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，正在大力推進(jìn)工程大類培養(yǎng)改革工作。在人才培養(yǎng)過(guò)程中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏創(chuàng)新能力。因此，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)不僅是高等教育的改革目標(biāo)，也是時(shí)代賦予高校的重要使命[2]。

我國(guó)航空航天事業(yè)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，航空航天大類旨在面向國(guó)家航空航天領(lǐng)域建設(shè)與發(fā)展，注重工學(xué)、理學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、管理學(xué)等多學(xué)科交叉融合，注重基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際相結(jié)合，以科學(xué)素養(yǎng)和工程素質(zhì)為主線，緊密結(jié)合航空航天與國(guó)防工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)需求，推進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐課程改革，有效支撐航空航天領(lǐng)域創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

目前，多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)仍以傳統(tǒng)學(xué)科培養(yǎng)模式為主，人才培養(yǎng)制度不科學(xué)，教育方法單一[3]。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)課程，可以有效實(shí)現(xiàn)知識(shí)的交叉和整合[4]，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[5]。一些航空航天特色高校已推行大類培養(yǎng)方案，通過(guò)一到兩年寬基礎(chǔ)課程的廣泛學(xué)習(xí)，學(xué)生根據(jù)自己的興趣，對(duì)大學(xué)三、四學(xué)年的學(xué)習(xí)方向進(jìn)行選擇，從而進(jìn)行跨學(xué)科發(fā)展。本文對(duì)國(guó)內(nèi)幾所典型高校的航空航天大類培養(yǎng)方案進(jìn)行探討，針對(duì)培養(yǎng)方案中實(shí)踐類課程的建設(shè)現(xiàn)狀，提出航空航天類創(chuàng)新實(shí)踐課程體系改革與完善的思路。

1 工科院校實(shí)踐課程體系建設(shè)現(xiàn)狀

新工科的建設(shè)離不開(kāi)“學(xué)與教、實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、本土化與國(guó)際化”三大關(guān)鍵任務(wù)，其中，實(shí)踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑，是衡量高等院校教學(xué)水平的重要標(biāo)志之一[6]。隨著國(guó)家對(duì)復(fù)合型創(chuàng)新人才的要求越來(lái)越高，構(gòu)建層次化、階段化、系統(tǒng)化新型實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式，用以培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才非常必要。

為適應(yīng)國(guó)家對(duì)航空航天類人才培養(yǎng)的需求，航空航天類專業(yè)的課程設(shè)計(jì)既要有一定的理論深度，又要有明確的工程應(yīng)用要求，以航空航天專業(yè)中的典型應(yīng)用引導(dǎo)學(xué)生完成基礎(chǔ)理論應(yīng)用和實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

航空航天大類培養(yǎng)方案要求學(xué)生在大學(xué)第一、二學(xué)年接受大類培養(yǎng)教育，完成通識(shí)課程和學(xué)科基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)；在第三、四學(xué)年根據(jù)自身興趣從幾個(gè)具體專業(yè)方向中（包括機(jī)械、力學(xué)、電子、信息、控制大類）進(jìn)行選擇，隨后按照專業(yè)方向相應(yīng)的培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行學(xué)習(xí)。筆者通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)四所開(kāi)設(shè)航空航天大類的高校（北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院、北京理工大學(xué)宇航學(xué)院、南京航空航天大學(xué)航空學(xué)院和西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院）的大類培養(yǎng)方案發(fā)現(xiàn)，其通修課程和基礎(chǔ)課程設(shè)置大致相同。創(chuàng)新教育課程體系的設(shè)置與大部分理工科專業(yè)相似，由淺入深分為：面向全體學(xué)生素質(zhì)拓展所設(shè)置的實(shí)踐類課程，基礎(chǔ)類課程所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程，專業(yè)課程所設(shè)置的實(shí)踐環(huán)節(jié)，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研訓(xùn)練。其中：實(shí)踐類通修課程學(xué)分所占比例為2.0%～6.0%，基礎(chǔ)課程所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課學(xué)分所占比例為4.0%～6.0%，專業(yè)相關(guān)的實(shí)踐課程各所高校所占比例相差較大，為1.5%～9.0%。綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)包含生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，是本科生實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)，學(xué)分占比為6.0%～10.0%。在西北工業(yè)大學(xué)和北京航空航天大學(xué)培養(yǎng)方案中，實(shí)踐課程體系所占比例最大，分別為22.5%和26.0%。

在實(shí)踐教學(xué)改革中，各高校均提高了實(shí)踐課程所占的比例，但是不同的創(chuàng)新課程由于教學(xué)目標(biāo)不同，需要分開(kāi)進(jìn)行探討。對(duì)于航空航天類專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)是培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，但由于航空航天類專業(yè)的國(guó)防屬性，存在實(shí)習(xí)基地建設(shè)困難、教師隊(duì)伍經(jīng)驗(yàn)不足、實(shí)習(xí)效果不理想等問(wèn)題[7]。此外，實(shí)踐教學(xué)改革還普遍存在以下問(wèn)題：學(xué)生從高中時(shí)期養(yǎng)成的只注重教材知識(shí)和應(yīng)對(duì)考試的學(xué)習(xí)習(xí)慣，普遍缺乏提高動(dòng)手能力和拓寬知識(shí)面的主動(dòng)性；學(xué)校在人才培養(yǎng)方案制訂中，學(xué)時(shí)和師資因素的限制使得工程實(shí)踐類課程缺乏；教學(xué)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)數(shù)和經(jīng)費(fèi)限制使得基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)十分缺乏。為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?shí)踐創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)改革成為必然要求。

在開(kāi)展基礎(chǔ)教育的同時(shí)，多所高校還探索了分層次人才培養(yǎng)模式，依據(jù)專業(yè)優(yōu)勢(shì)開(kāi)設(shè)了特色培優(yōu)班，如南京航空航天大學(xué)的“錢偉長(zhǎng)班”、西北工業(yè)大學(xué)的“陳士櫓班”、北京航空航天大學(xué)的“航宇問(wèn)天總師班”等，均由院士和名師授課，采取嚴(yán)進(jìn)嚴(yán)出，分流和增補(bǔ)動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)加強(qiáng)人才培養(yǎng)方案的實(shí)踐創(chuàng)新性，實(shí)行導(dǎo)師制，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，為我國(guó)航空航天事業(yè)培養(yǎng)領(lǐng)軍人才。

西北工業(yè)大學(xué)通過(guò)專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐改革，根據(jù)專業(yè)課程的特點(diǎn)，增加了實(shí)踐學(xué)時(shí)，創(chuàng)新性地推進(jìn)專業(yè)綜合實(shí)踐選修課程建設(shè)，提高了實(shí)踐教學(xué)的比例，構(gòu)建了“基礎(chǔ)級(jí)、提升級(jí)和競(jìng)賽級(jí)”層層遞進(jìn)式的創(chuàng)新實(shí)踐教育新體系，使學(xué)生加深了對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的整體綜合素質(zhì)。

以航空航天類飛行器動(dòng)力工程專業(yè)為例，專業(yè)課程的設(shè)計(jì)在專業(yè)理論必修課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了專業(yè)細(xì)化，其中，開(kāi)設(shè)小班授課形式的專業(yè)綜合實(shí)踐選修課程固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐。該課程將開(kāi)設(shè)的傳統(tǒng)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)三門基礎(chǔ)課程進(jìn)行有機(jī)融合，再細(xì)化為設(shè)計(jì)理論、測(cè)試?yán)碚?、設(shè)計(jì)技術(shù)與加工、實(shí)驗(yàn)技術(shù)與試車等多個(gè)模塊。該課程以小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和測(cè)試技術(shù)相關(guān)知識(shí)的教學(xué)，讓學(xué)生掌握固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵技術(shù)，掌握測(cè)試技術(shù)的基本理論、常見(jiàn)參數(shù)測(cè)試方法、相關(guān)測(cè)試設(shè)備的原理和使用方法；通過(guò)完成火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、加工和點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟練掌握固體發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法和工具，掌握固體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法。這種課程設(shè)置打破傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)以教師為主導(dǎo)的模式，學(xué)生在綜合實(shí)踐課程中需要自己查閱資料，尋找參考方案，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)試設(shè)計(jì)傳感器，需自學(xué)多種軟件，了解搭建測(cè)控系統(tǒng)要從最基本的理線布線、制作接頭等做起，通過(guò)討論答辯后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，利用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)驗(yàn)操作中遇到的問(wèn)題，鞏固和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

專業(yè)課程類實(shí)踐教學(xué)的改革要根據(jù)航空航天專業(yè)的特色，針對(duì)航空器、導(dǎo)彈、火箭和航天器等應(yīng)用背景，建設(shè)一批探索性、研討式、問(wèn)題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程或科研訓(xùn)練項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。課程改革還要加強(qiáng)專業(yè)教材的建設(shè)，建立校企、校所及國(guó)際合作的協(xié)同育人新機(jī)制，構(gòu)建多場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，完善實(shí)踐教學(xué)條件[8]。

除了上述改革措施，航空航天類高校還積極主辦和鼓勵(lì)學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相關(guān)的比賽。目前，航空航天類競(jìng)賽有很多，例如，“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽、中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)未來(lái)飛行器設(shè)計(jì)大賽、國(guó)際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等[9]。高校也可根據(jù)自身學(xué)科發(fā)展舉辦各類校級(jí)競(jìng)賽，如西北工業(yè)大學(xué)舉辦的“飛豹杯”航空知識(shí)競(jìng)賽、大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽等。這些學(xué)科競(jìng)賽成績(jī)均可計(jì)入學(xué)生的科研訓(xùn)練認(rèn)定，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、表達(dá)能力和創(chuàng)新能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成科研思維和創(chuàng)新意識(shí)[10]。

2 基于創(chuàng)新實(shí)踐與畢業(yè)設(shè)計(jì)的一體化培養(yǎng)模式現(xiàn)狀

在實(shí)踐教學(xué)中，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)，畢業(yè)設(shè)計(jì)一般在大學(xué)四年級(jí)開(kāi)始，要求學(xué)生綜合運(yùn)用前三學(xué)年所學(xué)到的理論、知識(shí)和技能，在第四學(xué)年針對(duì)本專業(yè)相關(guān)的一個(gè)基礎(chǔ)科研或者實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化[11]。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量是衡量高校教育教學(xué)水平的關(guān)鍵，也是檢驗(yàn)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實(shí)踐能力的標(biāo)尺[12]。

一些學(xué)生在考研或就業(yè)的壓力下，沒(méi)有足夠的時(shí)間了解畢業(yè)設(shè)計(jì)所選題目，導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量不高。因此，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的首要工作是要確定一個(gè)合理恰當(dāng)?shù)倪x題，難度和學(xué)生實(shí)際水平相匹配，能夠激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣和熱情，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性[12]。在創(chuàng)新實(shí)踐課程（科研訓(xùn)練、學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等）中，學(xué)生可將之前參與的項(xiàng)目在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行延伸，對(duì)某個(gè)科學(xué)問(wèn)題繼續(xù)進(jìn)行研究，使自身的科研實(shí)踐能力得到充分的鍛煉。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)一體化培養(yǎng)方案，進(jìn)行了3年的探索。針對(duì)有意向繼續(xù)讀研深造的學(xué)生，創(chuàng)新實(shí)踐課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)一體化培養(yǎng)方案以具體的科研項(xiàng)目為載體，指導(dǎo)教師首先依據(jù)專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)單元將創(chuàng)新項(xiàng)目劃分為若干知識(shí)體系相對(duì)獨(dú)立且完整的技術(shù)模塊，學(xué)生可根據(jù)專業(yè)興趣選擇其一開(kāi)展研究。經(jīng)過(guò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的初步探索和實(shí)踐，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目均獲得了國(guó)家級(jí)項(xiàng)目立項(xiàng)并如期順利結(jié)題，參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的學(xué)生均獲得了研究生保送資格并依據(jù)項(xiàng)目共同發(fā)表高水平論文。學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練中了解實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，熟悉實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法，為畢業(yè)設(shè)計(jì)積累了科研經(jīng)驗(yàn)[13]。此外，通過(guò)參與科研訓(xùn)練，學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新思維能力得到提高。由于不同單元模塊所需要的基礎(chǔ)知識(shí)存在差異，學(xué)生在對(duì)各單元模塊所包含的技術(shù)點(diǎn)和知識(shí)面有深入了解后，也可以確定本科畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至今后學(xué)習(xí)的研究方向。

創(chuàng)新實(shí)踐課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)一體化解決了傳統(tǒng)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)僅作為科研訓(xùn)練的單一環(huán)節(jié)、缺少開(kāi)拓性科研屬性等問(wèn)題，為有效提升本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。有科研訓(xùn)練經(jīng)歷的本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中能更快地進(jìn)入角色，準(zhǔn)確抓住課題的研究目標(biāo)，縮短了對(duì)研究題目的消化和調(diào)研過(guò)程，在有限的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)開(kāi)展更深入和全面系統(tǒng)的研究，保證畢業(yè)設(shè)計(jì)工作高效開(kāi)展，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3 航空航天大類創(chuàng)新實(shí)踐課程體系建設(shè)建議

為了推動(dòng)航空航天類創(chuàng)新實(shí)踐課程體系的建設(shè)，高校加大支持力度，拓展學(xué)生掌握知識(shí)體系的深度和廣度，滿足學(xué)生的多元化和個(gè)性化發(fā)展需求，可遴選部分研究生實(shí)踐課程開(kāi)放給本科生修讀。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。合理設(shè)計(jì)課程考核內(nèi)容，強(qiáng)化以課堂參與、階段測(cè)試、項(xiàng)目研究、成果展示等為核心的學(xué)習(xí)過(guò)程考核，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

在學(xué)生自主申請(qǐng)和學(xué)有余力的情況下，允許學(xué)生提前進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院開(kāi)設(shè)了“本研銜接”的課程體系，滿足學(xué)生對(duì)不同層次知識(shí)的學(xué)習(xí)需求，提高了本科生對(duì)科研工作的興趣與能力。促進(jìn)部分創(chuàng)新實(shí)踐課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)一體化實(shí)施，通過(guò)成果評(píng)估為后續(xù)創(chuàng)新實(shí)踐課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)一體化工作提供依據(jù)。

創(chuàng)新實(shí)踐課程體系的建設(shè)需要教師隨著時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步不斷地總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、改進(jìn)教學(xué)方法和措施、更新教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)社會(huì)所需的拔尖人才，最終實(shí)現(xiàn)高等教育系統(tǒng)的良性循環(huán)[14]。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐課程體系建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜且長(zhǎng)期的工作，不同的院校有著不同的發(fā)展歷史和培養(yǎng)目標(biāo)。航空航天大類創(chuàng)新實(shí)踐課程體系建設(shè)也要順應(yīng)當(dāng)前航空航天事業(yè)的發(fā)展，逐步完善。本科生實(shí)踐課程體系應(yīng)因材施教，針對(duì)學(xué)生的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，不斷創(chuàng)新和探索，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的人才。