航天强国建设新征程背景下《航天工程与材料》校企联合课程教学改革探索

TeachingReformsof“AerospaceEngineeringandMaterials”CourseundertheBackgroundofdevelopingthespaceindustryandbuildChinaintoaspacepower

SuFengmeiLiuHuChangBaobaoSongGangLiuChuntai

NationalEngineeringResearchCenterforRubber-PlasticMould，ZhengzhouUniversityHenanZhengzhou450002

Abstract：Inthecontextoftheconstructionofaspacepower，thenationaldemandforengineeringappliedtalentsisincreasing."Spaceengineeringandmaterials"isagraduatedegreerequiredcourses，courserequiresstudentstounderstandthedevelopmentofspaceengineering，thebasiccontentofspacecraftdesign，spaceenvironmentfortherequirementsofmaterialsandmodernadvancedspacematerialsapplicationpresentsituationandfuturedevelopmenttrend，makethestudentsaccordingtothematerialrequirementstractionresearchwork.Onthebasisofteachingba2Bascu7fC1lOqJdBqRsXWw==sicknowledgeandskills，thecourseaimstoguidestudentstothinkindependently，improvetheabilitytosolvecomplexengineeringproblems，andcultivateoutstandingtalentsinaerospacematerialsengineeringapplication.Inviewoftheproblemsinthetraditionalclassroom，thecorrespondingcurriculumreformstrategiesareputforward.Thecurriculumhasachievedgoodteachingresults，andsignificantlyimprovedthestudents'abilitytosolveengineeringapplicationproblems.Thispaperintroducestheteachingreformofthiscourseincoursecontent，classmodeandcourseassessmentmode.

Keywords：aerospaceengineeringandmaterials;engineeringapplication;school-enterprisecombination;teachingreform

摘要：在航天强国建设的背景下，国家对于工程应用型人才的需求日益增加。《航天工程与材料》是一门研究生专业学位必修课，课程要求学生了解我国航天工程的发展历程、航天器设计的基本内容、航天特因环境对材料的要求以及现代先进航天材料应用现状与未来发展趋势等，使学生能够根据材料需求牵引开展研究工作。课程旨在教授基础知识与技能的基础上，引导学生独立思考、提高解决复杂工程问题的能力，培养航天材料工程应用优秀人才。针对传统课堂中的问题，提出了相应的课程改革策略，课程取得了良好的教学效果，显著提高了学生解决工程应用问题的能力。本论文对该门课程在课程内容、上课模式、课程考核方式等方面的教学改革进行了介绍。

关键词：航天工程与材料；工程应用；校企联合；教学改革

一、概述

习近平总书记指出：“发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”党的十八大以来，中国航天坚定道路自信，把科技自立自强作为航天事业发展的战略支撑，在关键核心技术领域实现密集突破。近年来，我国在载人航天与空间站建设方面取得了圆满成功，随着“嫦娥”揽月、“祝融”探火、“羲和”逐日等重大航天工程的实施，航天探索向更远的深空迈进，我国正在航天强国建设的道路上稳步前行。

材料是社会发展与科技进步的基石，我国在航天领域取得的伟大进步离不开航天材料的高速发展。然而，航天与材料是两个相对独立的学科，航天学科与材料学科的有机结合，实现以航天发展为需求牵引的材料研究可以更好的助力航天事业发展。笔者认为，以学校与企业合作为契机，打造经典的校企联合培养课程，发挥学校在材料研究与企业在航天技术方面的优势，建立与强化高校与企业联合培养模式，结合学生培养要求，培养知识与技能并重的科学研究和产品开发优秀人才，可以更好的服务航天工程建设与发展。本文对《航天工程与材料》课程教学思路以及存在的问题进行分析，并结合课程教学过程中的经验对教学内容、教学方法以及课程考核方式进行了改革，提出了回顾历史激发兴趣、探讨案例式教学、灵活多样的授课方式、多元化课程考核方式等教学改革措施，提升了课程的教学质量。

二、课程主要内容与设计思路

《航天工程与材料》是针对研究生专业学位研究生设计的一门课程，课程涵盖内容较广，课程内容包括我国航天工程历史与现状以及航天材料的发展历程，这一部分内容旨在通过回顾老一辈研究人员艰苦奋斗克服困难从而取得航天事业上的一个又一个胜利的历程，调动学生的民族自豪感与责任感，讲述“两弹一星“以及近年来我国航天探测所取得的进展对我国综合国力的影响，激发学生以国家发展为己任的爱国热情。此外，该门课程要求学生了解航天器设计基本内容、了解航天发射、空间驻留、空间环境、空间环境、着陆回收等航天飞行过程，熟悉航天材料的空间环境效应，以及这些过程与效应对航天材料提出的特殊要求与挑战。了解载人航天生命保障与作业实施装备对材料的需求，掌握航天材料的现状与未来发展趋势，以及未来航天材料的制备与加工工艺。通过课程学习，使学生能够根据材料需求牵引，有目标的选择自己课题的研究方向，了解航天材料空间环境效应实验设计方法，掌握地面进行航天材料空间环境模拟与试验的方法。

三、航天强国建设新征程背景下《航天工程与材料》校企联合教学初步探索

（一）回顾历史，激发兴趣，提高学习内驱力

该门课程为研究生专业学位必修课，旨在培养具有较强的专业能力和职业素养的学生，提高学生在就业时的核心竞争力。兴趣是学习的第一动力，如何提高学生的学习兴趣，提升学习的内驱力非常关键。传统的上课方式中，老师机械性地传授知识的，学生机械式地背诵记忆，课程结束之后，所教授的知识点很快就被忘记。在如今航天等重大工程的应用需求背景下，要转变教学理念，以学生为主体，引导学生主动思考，激发学生主动学习的兴趣。在课程教学过程中，首先从我国航天发展史入手，回顾我国在航天历史上振奋人心的里程碑式的进步，激发了学生的民族自豪感与自信心。例如，讲述东方红一号的发展历史与历史意义。东方红一号卫星作为我国的第一颗人造卫卫星于1970年4月24日被送入太空，向太空播放了东方红乐曲，使我国成为第五个发射人造卫星的国家，是我国探索与开发太空起点，4月24日也被定为我国的航天日。在那个物质匮乏的年代，老一代航天人秉持国家利益高于一切的原则，艰苦攻关，经过了几代人的努力，实现了东方红一号的研制目标。通过讲述航天发展史上的老一辈航天人艰苦奋斗的历程，以及发展航天科技对于我国综合国力的影响，提升学生的责任感与使命感，激励同学们崇尚科学、探索未知，敢于创新的精神；讲述航天发展的材料应用需求，材料型号选择的依据与方法，使学生们切实感受到所研究的课题与我国航天事业发展的关联性以及课程的重要性。

（二）探讨式、案例式教学，由点及面

航天材料种类繁多，可以分为结构材料与功能材料两大类。其中结构材料包括铝合金、钛合金、镁合金、钢等金属材料以及碳纤维/环氧树脂与凯夫拉纤维/环氧树脂等复合材料，功能材料包括热控材料、光学材料、电学膜、密封材料、润滑材料以及胶结材料等。近年来随着新的航天任务的不断提出，对材料提出了更多、更高的要求，航天材料的种类也越来越多。那么几乎不可能通过一门课程系统地学习所有的材料。因此我们提出采用探讨式、案例式的教学，以几个经典的案例，重点探讨解决工程问题的方式方法，教会学生解决问题的思路。从而使学生学会做研究，在掌握基本技能的基础上，重点训练学生解决复杂问题的能力。例如，针对近地轨道与深空的高低温交变环境，提出航天服对隔热材料的需求，然后讲述真空环境下的传热机理，以及隔热材料的设计思路与制备方法。再例如，月面等深空环境由于脱离地球磁场的保护范围，由银河宇宙射线、太阳质子事件以及次级粒子等组成高能强辐射严重威胁着航天器与航天员的生命安全，辐射防护成为深空探测工程所面临的一个重要问题。因此研制高效、轻质的辐射防护材料，进行有效辐射防护十分关键。针对这个问题，教师在授课过程中针对深空环境、辐射粒子的种类与能量、辐射防护的原理、原材料选择依据、具体材使用部位对材料的要求等问题逐一介绍，在此基础提出，如何进行材料结构设计与加工的问题。上课过程中引导学生主动思考，让学生更多的参与到教学环节中。课程经过一段时间的建设发现，采用案例式、探讨式的教学方法，一方面可以避免课程泛化，充分发掘本门课程所特有的价值；另一方面通过系统充分的少数的案例，引导学生主动思考，起到由点及面的作用，让学生掌握解决问题的能力，从容应对学习工作中所面临的具体问题。

（三）灵活多样的授课方式

传统的“满堂灌”的教学方式，教师持续输出内容，学生则被动的接受。这样的教学方式导致学生对课程内容缺乏兴趣，教学的效果较差。相比于传统的教学模式，翻转课堂的教学方式受到广大师生的喜爱，翻转课堂可以调动学生的积极性，通过在课前与课后的主动学习探索，对于课程内容也有更深入的理解。因此在本课程的教学过程中，教师设置了翻转课堂的内容，如，让学生阐述气凝胶材料在航天工程中的应用，通过对需求分析，材料结构与性能，以及材料的设计与加工制备等方面的调研与论述，可建立学生对气凝胶材料的全面认识。此外，现如今学生受到微信息与短视频等大量的信息冲击，很难长时间的保持专注，上课过程中存在低头刷手机或者注意力不集中的现象，针对该问题，我们在上课过程中通过设置一系列的小问题，如我国不同发射场的区别是什么，“胖五”的特征是什么，神州系列的火箭为什么顶端是尖尖的等一连串的小问题吸引学生的注意力，提高学生上课的专注度也很重要。除此之外，我们在上课过程中，可以借助视频等多媒体技术，使学生更清楚直观的认识空间交会对接，火箭变轨、以及月面着陆等过程，通关观看专家讲座，认识探月的重要性，月球背面着陆的意义等。相比于传统的使用PPT投影等教学方式，教学效果更好。

课程教学过程中我们还邀请我国载人航天工程负责舱外航天服研制的工程师、飞船设计专家、空间站材料试验平台设计师以及空间环境研究专家等企业老师进行授课，介绍我国空间站建设、登月计划以及探测火星等航天探测工程以及新的航天任务对对材料的需求，企业专家对于航天特因环境、对材料结构性能要求有非常深入的了解，能够保障课程的高品质和质量。此外，我们还通过让学生参与到航天相关项目的研究、组织学生开展航天科普宣传活动，制作航天宣传片等方式，让学生参与到教学课程中。通过灵活多样的授课方式，提高学生在课程学习中的参与度，将课程学习延伸到工程实践中，提高教学效果。

（四）多元化课程考核方式

传统的课程考核通过将平时成绩与期末考试成绩进行加和作为学生的最终成绩，而绝大多数同学对于课程成绩并不在意，认为研究生的主要任务是完成科研任务，学生会选择逃课或者在课堂上表现比较消极，导致课堂教学效果较差；极少一部分认真的学生通过按时上课、积极回答老师的问题，记住老师所讲的知识点，最终可以在课程考核中获取高分。本门课程教学的目的不仅仅是传授知识与技能，更重要的是教学学生分析问题解决问题的能力，新的教学方法与模式下还需要配合采用多元化的考核方式对课程教学进行课程考核。因此，我们对这门课的课程考核方式也进行了改革。首先课程将平时成绩提高到百分之50，设置开放性问题，如在空间辐射环境与辐射防护的课后，请同学们针对于高辐射通量的太阳质子事件与高辐射能量的银河宇宙射线提出可能的防护措施，提出完整的防护材料的设计、加工与应用方案等。通过上课过程中的提问、课程实践评分、同学们的自评与互评以及课程论文等多元化的课程考核方式进行评分。此外，我们在课程中期与课程结束以后，还通过课程测评，征集学生的意见，持续改进课程的考核方式，逐步提高课程教学质量。

结语

在航天强国建设新征程背景下，对创新型与应用型人才的需求增加。学校的培养研究生尤其是专业学位研究生的过程中，应该重点培养学生应用型思维与解决问题的能力。我们基于学校与企业的深入密切合作，开设了《航天工程与材料》课程，旨在打造经典的工程硕士校企联合培养课程，结合学生培养要求，建立与强化高校与企业联合培养模式，培养知识与技能、基础与应用、原理实验与工程生产并重的科学研究和产品开发优秀人才。我们通过回顾历史激发兴趣、探讨案例式教学、灵活多样的授课方式、多元化课程考核方式等方法，不仅使学生掌握专业知识和技能，提高了学生解决问题的能力，同时提升了教师的教学水平与教学效果。

参考文献：

[1]李彦龙，贺业光，李秉硕，等.“项目为牵引、团队为核心”的大学生创新训练机制探索与实践[J].高等工程教育研究，2023（S1）：138-140.

[2]许斌，汤爱君，马海龙.校企联合的专业学位研究生培养模式研究[J].2013（7）：60-62.

[3].陶媚，侯红英，宋晔.基于工程能力培养的航图教学改革与实践[J].2014，37（5）：76-78+84.

[4]代坤，纪又新，韩文娟.以创新能力和工程能力协同提升为导向的教学改革探索[J].教育教学论坛，2019（23）：36-37.

[5]潘亚敏，刘宪虎，刘保臣.工程教育专业认证背景下<<模具制造工艺学>>教学改革初探[J].教育教学论坛，2020（14）：161-162.

[6]李立国.以人才培养结构优化助力高等教育强国建设[J].高等教育研究，2023，44（03）：8-15.

[7]李玮洁.以工程应用为导向的“材料力学”教改探索[J].教育教学论坛，2023（22）：49-53.

作者简介：苏凤梅（1987—），女，汉族，安徽阜阳人，博士，高级职称，研究方向：高分子材料加工。