航空航天实践课程体系建设现状及其大类培养方案的改革探索

2023-02-24陈书文聂洪奇岳晓奎严启龙

创新创业理论研究与实践 2023年23期

陈书文，聂洪奇，岳晓奎，严启龙

（西北工业大学航天学院，陕西西安 710065）

在新工科建设背景下，我国高校要加快新型工程教育改革，推动现有工科专业的改革，建设和发展新型工科专业[1]。高校为了提高大学生的创新创业能力，正在大力推进工程大类培养改革工作。在人才培养过程中，传统的教学模式忽视了对学生实践能力和综合素质的培养，导致学生缺乏创新能力。因此，对大学生创新实践能力的培养不仅是高等教育的改革目标，也是时代赋予高校的重要使命[2]。

我国航空航天事业已取得长足发展，航空航天大类旨在面向国家航空航天领域建设与发展，注重工学、理学、系统学、管理学等多学科交叉融合，注重基础理论与工程实际相结合，以科学素养和工程素质为主线，紧密结合航空航天与国防工业现代化建设需求，推进创新实践课程改革，有效支撑航空航天领域创新型人才的培养。

目前，多学科交叉人才培养仍以传统学科培养模式为主，人才培养制度不科学，教育方法单一[3]。通过实践教学课程，可以有效实现知识的交叉和整合[4]，通过理论联系实际，培养和锻炼学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合素质[5]。一些航空航天特色高校已推行大类培养方案，通过一到两年宽基础课程的广泛学习，学生根据自己的兴趣，对大学三、四学年的学习方向进行选择，从而进行跨学科发展。本文对国内几所典型高校的航空航天大类培养方案进行探讨，针对培养方案中实践类课程的建设现状，提出航空航天类创新实践课程体系改革与完善的思路。

1 工科院校实践课程体系建设现状

新工科的建设离不开“学与教、实践与创新创业、本土化与国际化”三大关键任务，其中，实践教学作为培养学生实践能力和创新能力的重要途径，是衡量高等院校教学水平的重要标志之一[6]。随着国家对复合型创新人才的要求越来越高，构建层次化、阶段化、系统化新型实践教学培养模式，用以培养应用型和创新型人才非常必要。

为适应国家对航空航天类人才培养的需求，航空航天类专业的课程设计既要有一定的理论深度，又要有明确的工程应用要求，以航空航天专业中的典型应用引导学生完成基础理论应用和实践创新能力培养。

航空航天大类培养方案要求学生在大学第一、二学年接受大类培养教育，完成通识课程和学科基础课程的学习；在第三、四学年根据自身兴趣从几个具体专业方向中（包括机械、力学、电子、信息、控制大类）进行选择，随后按照专业方向相应的培养计划进行学习。笔者通过查阅国内四所开设航空航天大类的高校（北京航空航天大学宇航学院、北京理工大学宇航学院、南京航空航天大学航空学院和西北工业大学航天学院）的大类培养方案发现，其通修课程和基础课程设置大致相同。创新教育课程体系的设置与大部分理工科专业相似，由浅入深分为：面向全体学生素质拓展所设置的实践类课程，基础类课程所设置的实验课程，专业课程所设置的实践环节，本科毕业设计和科研训练。其中：实践类通修课程学分所占比例为2.0%～6.0%，基础课程所设置的实验课学分所占比例为4.0%～6.0%，专业相关的实践课程各所高校所占比例相差较大，为1.5%～9.0%。综合实践环节包含生产实习和毕业设计论文，是本科生实践教学环节的重点，学分占比为6.0%～10.0%。在西北工业大学和北京航空航天大学培养方案中，实践课程体系所占比例最大，分别为22.5%和26.0%。

在实践教学改革中，各高校均提高了实践课程所占的比例，但是不同的创新课程由于教学目标不同，需要分开进行探讨。对于航空航天类专业的学生来说，生产实习是培养实践能力和创新意识的重要实践教学环节，但由于航空航天类专业的国防属性，存在实习基地建设困难、教师队伍经验不足、实习效果不理想等问题[7]。此外，实践教学改革还普遍存在以下问题：学生从高中时期养成的只注重教材知识和应对考试的学习习惯，普遍缺乏提高动手能力和拓宽知识面的主动性；学校在人才培养方案制订中，学时和师资因素的限制使得工程实践类课程缺乏；教学过程中实验设备台数和经费限制使得基础课程和专业课程中的实验环节十分缺乏。为了实现创新型、复合型、应用型工程人才的培养目标，强化学生的实验能力、实践创新和创业能力，加强实践教学改革成为必然要求。

在开展基础教育的同时，多所高校还探索了分层次人才培养模式，依据专业优势开设了特色培优班，如南京航空航天大学的“钱伟长班”、西北工业大学的“陈士橹班”、北京航空航天大学的“航宇问天总师班”等，均由院士和名师授课，采取严进严出，分流和增补动态调整，通过加强人才培养方案的实践创新性，实行导师制，注重学生综合能力的培养，为我国航空航天事业培养领军人才。

西北工业大学通过专业课程的教学实践改革，根据专业课程的特点，增加了实践学时，创新性地推进专业综合实践选修课程建设，提高了实践教学的比例，构建了“基础级、提升级和竞赛级”层层递进式的创新实践教育新体系，使学生加深了对专业知识的理解，提高了学生的整体综合素质。

以航空航天类飞行器动力工程专业为例，专业课程的设计在专业理论必修课程的基础上，进行了专业细化，其中，开设小班授课形式的专业综合实践选修课程固体火箭发动机设计与实践。该课程将开设的传统固体火箭发动机三门基础课程进行有机融合，再细化为设计理论、测试理论、设计技术与加工、实验技术与试车等多个模块。该课程以小型固体火箭发动机的设计和点火实验为主要内容，通过发动机设计和测试技术相关知识的教学，让学生掌握固体火箭发动机的设计流程、设计方法与关键技术，掌握测试技术的基本理论、常见参数测试方法、相关测试设备的原理和使用方法；通过完成火箭发动机设计、加工和点火实验，让学生熟练掌握固体发动机的设计方法和工具，掌握固体发动机点火实验方法和实验测量方法。这种课程设置打破传统实践环节以教师为主导的模式，学生在综合实践课程中需要自己查阅资料，寻找参考方案，根据发动机推力测试设计传感器，需自学多种软件，了解搭建测控系统要从最基本的理线布线、制作接头等做起，通过讨论答辩后进入实验环节，利用所学的理论知识解决实验操作中遇到的问题，巩固和加深对所学知识的理解。

专业课程类实践教学的改革要根据航空航天专业的特色，针对航空器、导弹、火箭和航天器等应用背景，建设一批探索性、研讨式、问题导向的实验教学课程或科研训练项目，培养学生的创新意识，提高学生的实践能力。课程改革还要加强专业教材的建设，建立校企、校所及国际合作的协同育人新机制，构建多场景的实验场地，完善实践教学条件[8]。

除了上述改革措施，航空航天类高校还积极主办和鼓励学生参加创新创业相关的比赛。目前，航空航天类竞赛有很多，例如，“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、全国未来飞行器设计大赛、国际大学生数学建模竞赛等[9]。高校也可根据自身学科发展举办各类校级竞赛，如西北工业大学举办的“飞豹杯”航空知识竞赛、大学生实验技能竞赛等。这些学科竞赛成绩均可计入学生的科研训练认定，以培养学生的实践能力、团队协作能力、表达能力和创新能力，帮助学生养成科研思维和创新意识[10]。

2 基于创新实践与毕业设计的一体化培养模式现状

在实践教学中，本科毕业设计是实现培养目标的关键教学环节，毕业设计一般在大学四年级开始，要求学生综合运用前三学年所学到的理论、知识和技能，在第四学年针对本专业相关的一个基础科研或者实际工程问题进行毕业设计，实现理论到实践的转化[11]。本科毕业设计的质量是衡量高校教育教学水平的关键，也是检验学生综合素质和创新实践能力的标尺[12]。

一些学生在考研或就业的压力下，没有足够的时间了解毕业设计所选题目，导致毕业设计质量不高。因此，提高毕业设计质量的首要工作是要确定一个合理恰当的选题，难度和学生实际水平相匹配，能够激发学生的专业兴趣和热情，培养学生的学习主动性[12]。在创新实践课程（科研训练、学科竞赛、大学生创新创业项目等）中，学生可将之前参与的项目在毕业设计环节进行延伸，对某个科学问题继续进行研究，使自身的科研实践能力得到充分的锻炼。

教学团队针对创新实践课程与毕业设计一体化培养方案，进行了3年的探索。针对有意向继续读研深造的学生，创新实践课程与毕业设计一体化培养方案以具体的科研项目为载体，指导教师首先依据专业知识结构单元将创新项目划分为若干知识体系相对独立且完整的技术模块，学生可根据专业兴趣选择其一开展研究。经过教学团队的初步探索和实践，创新创业项目均获得了国家级项目立项并如期顺利结题，参与创新创业训练的学生均获得了研究生保送资格并依据项目共同发表高水平论文。学生在创新创业训练中了解实验方案和实验过程，熟悉实验室各项实验设备的使用方法，为毕业设计积累了科研经验[13]。此外，通过参与科研训练，学生的实践和创新思维能力得到提高。由于不同单元模块所需要的基础知识存在差异，学生在对各单元模块所包含的技术点和知识面有深入了解后，也可以确定本科毕业设计乃至今后学习的研究方向。

创新实践课程与毕业设计一体化解决了传统本科毕业设计仅作为科研训练的单一环节、缺少开拓性科研属性等问题，为有效提升本科生毕业设计质量奠定了坚实基础。有科研训练经历的本科生在毕业设计过程中能更快地进入角色，准确抓住课题的研究目标，缩短了对研究题目的消化和调研过程，在有限的毕业设计时间内开展更深入和全面系统的研究，保证毕业设计工作高效开展，提高毕业设计的质量。

3 航空航天大类创新实践课程体系建设建议

为了推动航空航天类创新实践课程体系的建设，高校加大支持力度，拓展学生掌握知识体系的深度和广度，满足学生的多元化和个性化发展需求，可遴选部分研究生实践课程开放给本科生修读。在课堂教学环节，对教学模式和教学内容进行改革，提升课堂教学质量。合理设计课程考核内容，强化以课堂参与、阶段测试、项目研究、成果展示等为核心的学习过程考核，提升学生自主学习能力。

在学生自主申请和学有余力的情况下，允许学生提前进入毕业设计环节。西北工业大学航天学院开设了“本研衔接”的课程体系，满足学生对不同层次知识的学习需求，提高了本科生对科研工作的兴趣与能力。促进部分创新实践课程与毕业设计一体化实施，通过成果评估为后续创新实践课程与毕业设计一体化工作提供依据。

创新实践课程体系的建设需要教师随着时代发展和科技进步不断地总结教学经验、改进教学方法和措施、更新教学内容，培养社会所需的拔尖人才，最终实现高等教育系统的良性循环[14]。