基于STK的案例式教學法實踐

【摘 要】案例教學是在授課過程中通過設計具有一定工程應用背景的某種簡化形式的個案（或稱為模擬課題），讓學生以研究小組形式開展自主攻關，從而達到培養高年級本科學生主動探索、學以致用、學術交流、撰寫論文等綜合科研素質的目的。本文對基于STK的案例教學在軍事測繪專業和聯合作戰指揮專業的相關課程實習和畢業設計等環節的實踐進行了總結。

【關鍵詞】素質教育 案例 STK 案例教學

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）24-0081-02

隨著素質教育在人才培養模式改革中日益重要的地位，專業課的案例教學已成為適應時代對國際化教學的一種趨勢。其通過設置一系列難度適中、相對完整的小課題，充分挖掘學生的主觀能動性，變被動吸收為自主求索的學習模式。

美國Analytical Graphics公司的STK（Satellite Tool Kit）衛星工具包軟件，在國內外很多研究和工程領域諸如航天、航空、航海、遙感、導航和地理信息系統等方面得到了廣泛的應用。大學的相關專業課程均可以通過申請免費的STK學生版將其引進到教學和實習環節中。

近年來，教研室在專業基礎課天體力學基礎、畢業設計和科技競賽等教學環節中開展了形式多樣的、基于STK的案例教學活動。現做一粗淺探討，以期拋磚引玉，推動我校各學科案例式教學法的推廣工作。

一 案例教學實踐活動

1.選編天體力學基礎STK實習手冊

在授課前，教學組已經在相關課程和班次中引進了STK軟件，主要是利用其強大的可視化功能幫助學生理解時間和空間的轉換、不同參考系下的軌道運動形式等，并且積累了一定的教學素材。因此，借助教改研究項目的支持，在參考國外優秀教學用書的基礎上，針對課程的教學大綱，為每章的教學重點精選了典型案例，編集成教學實習手冊。該手冊極大地方便了教與學的兩個環節。

2.授課中施行STK案例式教學法

在授課進程表中，預留了三次案例課堂教學。天體力學基礎的授課內容涵蓋了二體問題、雙（三）二體問題、受攝二體問題和限制性三體問題等由淺入深、由簡至繁的動力學理論，而其應用則涉及航天領域的方方面面，我們選擇了學生們比較感興趣的與我國空間發展相關的幾個方向進行案例設計，由學生組織案例小組并自主開發是案例教學實施，從組長選舉、組員分工、問題討論、公式編程、結果成圖、演示制作、項目匯報、現場答疑、案例報告撰寫等都做了編排。由于和傳統授課方式相比，這種案例學習十分新穎，一來就調動了大家的好奇心和新鮮感，加之有小組間的競技，每位組員在完成份內任務的同時，對其他組員的問題也表現得躍躍欲試。這次案例教學共進行了三次，每次三～四個小組，每組一個案例。要求每組在按時完成本案例的同時，對其他小組的案例也要討論和質疑。事實證明，這期間除了正規的自習課外，還占用了不少的課余時間，但是同學們并未產生抱怨情緒，反而將興趣轉移到專業學習上來。

3.在導航專業畢業設計中引進嫦娥探月、火星螢火等任務的案例選題

針對目前我國深空探測的兩大任務，以月球探測和火星探測為目標設計了嫦娥一號和螢火一號飛行軌道的STK實現，加強學生對軌道改變的理解，切身感受節能和省時的矛盾。此外，對目前國內外掀起的平動點軌道任務也設計了相關案例，引導學生接觸精彩的三體問題周期軌道。在案例設計過程中結合以下幾點：一是注重知識點的連貫性，兼顧學習過的專業基礎課，如橢球大地測量學和球面天文學的部分相關內容，讓學生悟出學習過的基礎知識的用途；二是盡量涉及其他相關專業課，如衛星軌道理論和大地重力學，讓學生發現和體會學科間的內在聯系；三是圍繞同一個問題設計不同力學模型下的結果進行比較與分析，讓學生理解工程應用中不同條件下力學模型的取舍對計算量和精度的影響特點等。

4.在聯合作戰指揮專業的畢業設計中基于STK進行三維作戰演示的案例選題

STK軟件目前已經發展到對地面及其空中海上的三維作戰平臺的模擬。因此針對聯合作戰指揮專業學生，設計了導彈攻防仿真等若干模擬現代立體戰爭的案例。雖然是首次嘗試，但是獲得了學生的認可，學生普通反映很有收獲和成就感。

5.參加全國深空軌道設計競賽

案例教學既是對學生實施素質教育，同時又是檢驗素質教育成果的有效手段。據調查，在國外大學本科高年級的教育培養方案中，通過設計教學案例和模擬課題來培養學生的綜合科研素質和基本技能的教學理念和做法已十分普及，尤為矚目的則是通過舉辦各種形式的科技競賽。

近年來，國內也正開展類似的競賽。第二屆（2010年）全國深空軌道設計競賽由中國力學學會、中國科學院光電研究院空間工程部、西安衛星測控中心宇航動力學國家重點實驗室共同組辦。首屆（2009年）全國深空軌道設計競賽由中國力學學會、清華大學航天航空學院發起并組辦。

今年競賽的主題是深空多任務探測器飛行軌道設計。題目的應用背景為小天體和火星探測，深空探測器通過飛越和最終撞擊小天體的方式實施探測，同時兼顧攜帶一個火星著陸器。

教學組將其作為一個檢驗案例教學成果的絕佳機會，在為天體測量和天體力學專業一年級碩士研究生講授天體力學課程的過程中，參加并順利完成了競賽題目，提交結果現已通過主辦方檢查，成為合格的參賽作品。

二 存在的問題與困難

在案例教學實踐中，主要有兩個方面困擾著案例教學的展開。

1.課程設置局限

開展案例教學，小班授課是前提。當下，研究生的專業課程基本上可以采用案例教學，但是對于本科層次，無法回避大班授課師生比例懸殊、案例小組人數受限的客觀現實。

2.案例教材局限

案例重在培養和訓練學生分析和解決問題的思維模式，因此案例貴精而不在多。目前的條件下，案例教學自身的局限還很突出。選編或改編適合學科教學大綱及授課學時的案例教材，受到師資水平和從事科研經歷等各種因素的影響，進行教材開發尚有一定難度。

三 結束語

本案例教學活動將優秀的商用軟件STK引進到軍事測繪專業和聯合作戰指揮專業的相關課程實習、畢業設計和科技競賽中，積極探索和開展了案例式教學實踐，取得了較為豐碩的成果，將有助于推進我校復合型人才的培養工作。

參考文獻

[1]李同明.關于當代大學的辦學理念[J].教育發展研究，2004

[2]楊穎、王琦.STK在計算機仿真中的應用[M].北京：國防工業出版社，2005

〔責任編輯：李錦雯〕