航空航天类专业本科教学实验室建设与思考

赵良玉，唐胜景，王 伟，王正平

(北京理工大学 宇航学院，北京 100081)

航空航天类专业本科教学实验室建设与思考

赵良玉，唐胜景，王 伟，王正平

(北京理工大学 宇航学院，北京 100081)

为了有效推进“卓越工程师教育培养计划”在航空航天类专业的实施，介绍了航空航天类专业的特殊性，分析了建设航空航天类专业本科教学实验室的必要性，总结了包括立足校内、科教互融、兴趣牵引、校企合作、国际合作等航空航天类专业教学实验室的建设经验。讨论了以加强实验室的体系建设、实验室教学团队的建设和增强合作与开放力度为重点的建设方向，为培养航空航天类专业高层次、创新型的工程人才提供借鉴。

教学实验室；航空航天类专业；卓越工程师教育培养计划；科教互融；校企合作

为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》，教育部于2010年6月启动了“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)。教育部批准了两批“卓越计划”实施高校，第一批包含61所高校，第二批包含133所高校。在已经批准实施“卓越计划”的824个本科学科专业里(不同学校的同名专业按不同学科专业处理)，包括“飞行器设计与工程”“飞行器动力工程”“探测制导与控制技术”“飞行器制造工程”“飞行技术”和“飞行器系统与工程”在内的航空航天类专业均名列其中，涉及北京航空航天大学、北京理工大学、国防科学技术大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、南京航空航天大学、南京理工大学、清华大学、中国民航大学等12所高校[1]。因此，如何有效推进“卓越计划”在航空航天类专业的实施具有重要的现实意义，同时也可为其他专业的“卓越计划”实施提供参考。

“卓越计划”是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济和社会发展需要的高质量的各类型工程技术人才。“卓越计划”有三个特点：行业企业深度参与培养过程、学校按通用标准和行业标准培养工程人才、通过实践强化培养学生的工程能力和创新能力。

实验教学作为培养学生动手能力的重要手段，在学生实践能力和创新能力培养方面具有不可替代的作用，教学实验室作为实验教学的核心载体，是学生学习和掌握知识技能的重要基地，是实施素质教育的重要场所[2-3]。因此，几乎各个专业都非常重视教学实验室的建设[4-7]，并形成了一系列可供借鉴的建设经验[8-11]。但是，航空航天类专业有其自身的特殊性，无法完全套用普通工科专业教学实验室已有的建设经验和成熟制度。针对其特殊性，需要相关高校的管理、教学及实验人员通力合作，探索一条有航空航天类专业特色的教学实验室建设思路。

1 航空航天类专业的特殊性

航空航天工业是目前世界上最先进、最高端的一种技术工程类专业，几乎世界上所有最新的技术发明都被优先应用于航空航天领域。

航空航天类专业首先是一类典型的工科专业，需要按照工科专业的培养模式来培养本科生和研究生，即需要通过实验教学来培养学生的专业兴趣、提高学生的动手实践能力并强化学生的工程能力和创新意识。但是，航空航天类专业又具有普通工科专业不具备的特殊性，这主要取决于航空航天类专业的应用对象。

航空航天类专业的应用对象包括卫星、飞机、导弹、炮弹甚至还包括舰船和潜艇。在世界范围内，所有的工科教育都是基础教育和应用基础教育的结合，航空航天类专业亦不例外。这一特点引导着高校教师在航空航天类专业的研究领域和研究方向，也决定了高校教师必然与军方及大型的航空航天研究院所联系密切。从上述应用对象可以看出，除了为数不多的民用产品外，大都与关系国家国防安全的军用产品有关，尤其一些尖端科技产品更是如此。事实上，即便是那些民用产品，其核心技术也往往涉及国家秘密或者商业秘密，如民航飞机发动机的设计和制造技术一直为几个军事强国所把持。这些特点意味着许多高校航空航天类专业的研究场所和实验场所必须遵守人员出入受限、接触范围受限的法令法规，为“卓越计划”的充分实施带来了巨大的挑战。

2 航空航天教学实验室建设的必要性

很多航空航天类专业的课程都是与实际工程紧密结合的，以航空航天类专业本科生必修的专业基础课自动控制原理来说[12]，不仅要讲授基础理论知识，还要引导学生运用所学的自动控制知识进行飞行器制导控制系统的设计，这需要基于实验室的实践教学来进行辅助。虽然各航空航天高校均已建立了各级别的专业实验室，但这些实验室仍主要为研究生所用，且其承担的多是一些国防科研任务，不一定适合本科生接触和参与。这也是导致航空航天类专业本科生实践能力不足的另一个因素。

随着我国航空航天事业的持续发展，国家和地方的支持力度也不断增强，开设航空航天类专业的高校越来越多，不管是研究型高校(985工程大学)，还是教学研究型高校(211工程大学)都唯恐落于人后，争相设立与航空航天方向相关的学院或专业。这在造成每年毕业的本科生数量与日递增的同时，配套设施建设尤其是本科生教学实验室建设的进度滞后，也使得这些专业的毕业生质量参差不齐，进一步凸显了他们动手实践能力不足的问题。

随着“卓越计划”的推进，教学实验室在高校教学、科研和学生培养方面的作用会越来越大，加强专业教学实验室的建设，并建立有效、开放的运行机制，将是切实提高学生工程实践能力的重要抓手。因此，有必要建立航空航天类专业的本科生教学实验室，用以承担本科生的实验教学和各类竞赛、创新计划等任务。

3 航空航天教学实验室的建设经验

北京理工大学(以下简称我校)建于1940年，是中国共产党创办的第一所理工科大学。建校70多年来，一直以建设强大的国防力量为己任，秉承“实事求是，不自以为是”的校风，在航空航天领域取得了诸多辉煌成果。结合我校航空航天类专业的前述特殊性，以我校相关专业的教学实验室建设经验为例进行说明。

3.1 立足校内，建立实验教学基地

本科生教学仍以高校校内为主要场所，在校园内建设高水平的专业实验教学基地是重中之重。

我校与航空航天类专业本科生培养相关的专业教学实验室或工程教学中心有三个，即航空航天工程北京市实验教学示范中心、基础力学北京市实验教学示范中心和北京理工大学宇航学院学生课外科技创新基地。宇航学院学生课外科技创新基地是学校的“985”计划项目，已持续投资近200万元，2002年开始组建，2005年建设完成后至今仍不断补充和完善。面向全校尤其是航空航天类专业的本科生、研究生开设了近20门实验选修课程，每年平均接纳学生1 000多人。同时承担国家教育部、北京市创新项目研究5项，参与学生30多人，为全国大学生电子竞赛、北京市电子竞赛培训八届学生计300多人，获奖15项，为大学生课外科技作品竞赛培训了近200人。

该实验教学基地为航空航天类专业学生的实践能力培养起到了重要的作用。

3.2 科教互融，掌握技术前沿

教学与科研的交互融合，不仅有助于培养学生的专业兴趣，同时有助于学生了解工程技术的难点和前沿领域，这需要确立具有实用性和创新性的实验教学内容。

原有实验教学方式存在的不足主要是：实验内容陈旧，多是原理性的验证实验，学生和老师均缺乏动力和兴趣。为此，航空航天类专业的责任教授和管理、实验人员一起重新规划了实验教学模式。在实验教学中，注意发挥学生的积极主动性和创新思维，在原理性验证实验的基础上，更注重在强化基础理论的情况下结合学科发展前沿，鼓励学生分组、分工完成课题。既培养学生的动手能力，又培养学生团队协作的精神。同时，充分发挥学科优势，鼓励教师把最新的科研成果融入实验教学环节中，甚至鼓励教师把自己的在研项目经过处理后引入实验教学。经过几年的运行和完善，已经形成了一批特色鲜明的专业实验课，并在飞行器现代设计方法、飞行力学、飞行器制导控制系统设计等专业课程的实验教学中取得了优异的成绩。

3.3 兴趣牵引，建设专业社团

我校航空航天类专业一直注重培养学生的专业兴趣，认为这是让学生由被动学习向主动学习转变的良好催化剂，同时也是激励创新的原动力。

针对航空航天类专业的特点，2001年成立了学生科技创新社团——航模队，共有队员100余人。为了更好地引导和鼓励科技创新，学校还定期举办与此相关的讲座和竞赛，并为每组参赛选手配备专业的指导教师。

经过多年的探索实践，航空航天类专业在人才培养，尤其是拔尖创新人才培养方面形成了系统的学生科技实践创新体系：加强实践创新基地建设，引导科研一线教师积极参与，培养学生科技创新团队，培育和支持学生科技创新作品，激发大学生科技创新和实践探索意识，发扬吃苦耐劳、团结合作的精神，使更多的大学生了解科技创新，热爱科技创新，投身科技创新。自2005年以来，多项学生作品在国内外科技创新竞赛中获得大奖，尤其是在被誉为当代大学生科技创新“奥林匹克”盛会的“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛上，已获得三个全国一等奖。

3.4 校企合作，打造国家级实践中心

为了更好地了解用人单位的需求，更切实地贯彻落实“卓越计划”，我校一直注重航空航天类专业的校企合作。每届学生大三学习结束的暑假，都会安排两周～三周的毕业实习，针对学生的专业特点，精心遴选实习单位，让学生亲临生产第一线，感受工程产品的真实生产过程和生产工艺。经过多年的坚持发展，实习地点已覆盖诸多大型航空航天及兵工企业，并在兵器工业第二〇三研究所、兵器工业西北工业集团、中航工业西安飞机工业集团、8359所、航天519厂、中国空间技术研究院等单位建立了北京理工大学工程实践教育中心。在“卓越计划”的推动下，飞行器设计与工程专业从2012年开始每年选派4名学生，在学校及企业双导师的指导下，于兵器工业第二〇三研究所完成毕业设计，充分体现了企业深度参与培养的特色。

中国兵器第二〇三研究所一直是学校航空航天类专业尤其是飞行器设计与工程专业的实习基地，近十年运行下来，积累了丰富的操作经验。目前，我校已与该研究所合作建立了国家级的工程实践教育中心，并获批为国家级大学生校外实践教育基地。同时，学校还与中国空间技术研究院合作建立了国家级的工程实践教育中心。这些国家级教育中心或实践基地的建设，为校企深度合作及学生实践能力的培养提供了良好的平台。

3.5 国际合作，拓宽学生视野

4 航空航天教学实验室的建设思考

结合航空航天类专业的教学实验室建设经验和已经取得的成果，今后航空航天类专业教学实验室的建设应该加强以下三个方面的工作。

4.1 加强实验室的体系建设

航空航天类专业尽管名称和方向各异，但却是一个围绕应用对象不同功能的有机整体。从学生的培养角度来说，尤其是本科生的培养，需要全面了解和通盘考虑。如北京理工大学航空航天工程北京市实验教学示范中心已经构建完成或部分完成了包括飞行器总体设计、制导与控制技术、半实物仿真等在内的多套与飞行器设计相关的实验系统，就是一个很好的尝试。

4.2 加强实验教学团队的建设

教师是实验体系的主体，实验教师队伍的水平和能力，在整个实验体系运行中起决定性的作用。必须建设一支结构合理、人员精干、专兼结合的实验教师队伍，这支队伍应在培养本科生的实验与创新能力方面发挥主导作用。学校应充分意识到师资队伍在实验教学以及人才培养中的地位，制定相应的政策法规保障实验教学队伍的发展和壮大。

4.3 加强合作与开放力度

航空航天类的本科教学实验室不应该仅仅着眼于自身校园内的若干平台，而更应该把目光放眼于整个高校圈、相关企业及相关的国外大学实验室和企业。作为教学实验室建设的一部分，在加强学校不同专业之间合作的同时，更加切实地加强校校合作、校企合作和国际合作力度，同时加大开放力度，真正做到设备共享、人员共享和资源共享。

5 结束语

在贯彻落实教育部“卓越计划”的大背景下，加强和完善航空航天类专业教学实验室的建设是一项迫在眉睫的任务。本文在明确航空航天类专业特殊性的基础上，分析了航空航天类专业教学实验室建设的必要性。总结了北京理工大学航空航天类专业教学实验室的建设经验，包括立足校内、科教互融、兴趣牵引、校企合作、国际合作等方面。最后讨论了以加强实验室的体系建设、实验室教学团队的建设和合作与开放力度为重点的建设方向。

总之，期望我国高校的航空航天类专业以“卓越计划”的实施为契机，针对“卓越计划”的具体特点，打造高水平的本科教学实验室，为培养具有国际视野的高层次、创新型的航空航天类工程人才贡献力量。

[1]赵良玉, 唐胜景, 赵坤. 基于“卓越工程师教育培养计划”的航空航天类专业本科生培养模式探讨[C]//泰安第二届高等教育理工类教学研讨会.泰安：[出版者不详]，2012：24-25.

[2]肖虹. 加强实验室建设 提高实验教学质量[J]. 高校实验室工作研究, 2012, 111(1): 66-67.

[3]张春平, 唐建华, 陈世童. 新时期人才培养需要加强实验室的建设与管理[J]. 实验技术与管理, 2011, 28(9): 195-197.

[4]郑冬梅, 王悦. 构建研究生实验教学体系，培养研究生创新能力[J]. 实验技术与管理, 2010, 27(5): 146-148.

[5]见伟平, 周智明, 焦纯，等. 大专院校计算机教学实验室的建设与探讨[J]. 实验科学与技术, 2013, 11(2): 153-155.

[6]朱正伟, 杨丹. 加强实验室建设 深化实验教学改革[J]. 中国大学教学, 2010(8): 79-80.

[7]赖燕玲. 加强实验室建设与管理，提高学科建设水平[J]. 实验技术与管理, 2012, 29(6): 27-30.

[8]吴庆宪. 改革人才培养体系，提高创新人才培养质量[J]. 临沂师范学院学报, 2008, 30(5): 16-20.

[9]谢娜, 钱建波, 戴玉蓉，等. 教学实验室开放与运行状况研究[J]. 实验室研究与探索, 2008, 27(3): 121-126.

[10]冯小平, 谢峻林, 金明芳. 校企共建材料专业本科教学实验室的探索与实践[J]. 高校实验室工作研究, 2012, 114(4): 92-94.

[11]王信, 黄霓. 瞄准航空航天特色的力学实验室建设与管理[J]. 时代教育, 2012(11): 145-146.

[12]赵良玉, 宋建梅, 唐胜景. 航空航天类专业自动控制原理课程教学改革与探讨[J]. 教学研究, 2012, 35(5): 48-52.

Construction and Reflection of Teaching Laboratory for Undergraduates of Aerospace Specialties

ZHAO Liangyu, TANG Shengjing, WANG Wei, WANG Zhengping

(School of Aerospace Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

To effectively promote the implementation of “a plan for educating and training of outstanding engineers (PETOE)” in the aeronautics and astronautics (aerospace) specialties, the uniqueness of aerospace specialties is explored firstly. Then, the necessity of construction of teaching laboratory for undergraduates of aerospace specialties is analyzed. After that, some experiences on construction of this kind of laboratory are concluded, they are based-on the campus, fusion of research and teaching, interest in traction, university-enterprise cooperation, and international cooperation. Finally, several reflections including enhancing system construction of the laboratory, enhancing teaching team construction, and strengthening cooperation and opening are discussed. These are useful references on training and teaching of high level and innovative talents in aerospace engineering.

teaching laboratory; aerospace specialties; PETOE; fusion of research and teaching; university-enterprise cooperation

2013-07-29；修改日期: 2014-02-12

北京理工大学第十批教改项目资助；北京理工大学自制(改制)教学仪器项目资助。

赵良玉(1981-)，博士，副教授，主要从事飞行器总体设计领域的研究工作

G482；V41；V524

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.061