飛行控制系列課程“本研貫通”式教學模式探索

張 晶， 申功璋， 楊凌宇

(1. 北京航空航天大學 自動化科學與電氣工程學院，北京 100083;2. 北京航空航天大學 飛行器控制一體化技術重點實驗室，北京 100083)

0 引言

北京航空航天大學是我國具有航空航天特色和工程技術優勢的綜合性大學。飛行控制系列課程是自動化科學與電氣工程學院為相關專業本科生和研究生開設的航空航天特色專業課程，包括飛行器控制與仿真專業本科專業課“飛行控制系統I”和“飛行控制系統II”、研究生基礎及學科理論核心課“現代飛行控制系統”，該系列課程對學校一流專業建設、學科建設及航空航天領域卓越人才培養均具有重要的意義。

受到傳統教學模式的影響，飛行控制本科生課程和研究生課程之間相互獨立，授課教師不同，不能系統地規劃教學內容，導致本研課程之間不能有機銜接、授課內容存在重復和側重點不清現象，很大程度上影響了拔尖創新人才的培養效果。

“本研貫通”培養模式遵循拔尖創新人才的成長規律，有效打通本科生和研究生兩個培養階段，以“貫通設計，長程培養，梯度遞進，重在創新”為基本原則，促進學生知識、能力、實踐、創新的系統訓練和長程培養[1～3]。因此，結合“本研貫通”式教學模式的特點和優勢，有效提升面向不同學生群體的飛行控制系列課程的教學質量，具有重要的教學意義。

根據世界一流大學創新人才培養的目標定位，結合飛行控制專業課程的特點，采用本研貫通式一體化培養思路，加強飛行控制系列課程縱向深度建設，將本科生和研究生的相關課程有機結合、有效銜接，促進學生知識、能力、實踐、創新的系統訓練和長程培養。

1 飛行控制系列課程現狀分析

目前開設的飛行控制系列課程中，本科生課程包括飛行器控制與仿真專業課“飛行控制系統I、II”(64學時)，教學內容主要包括飛行控制系統的基本組成和功能、飛行力學基礎、飛行器運動方程、舵機與舵回路、典型飛行控制系統工作原理及基本分析方法等。研究生課程為控制科學與工程學科核心課“現代飛行控制系統”(48學時)，教學內容主要包括飛行動力學、飛行品質、電傳操縱系統、自動飛行控制系統、主動控制與綜合控制技術等。以上課程目前采用的教學方案均是在規定學時內采用理論授課的方式教授相關內容。上述本科專業課和研究生核心課屬于同一學科，飛行器控制與仿真專業繼續在本校讀研的本科生中，約50%會在研究生階段選修該系列課程。

飛行控制系列課程目前主要存在以下幾方面問題：

(1) 本研培養分離，教學內容銜接不足。本科生課程和研究生課程之間相互獨立，沒有統一、系統地規劃教學內容，本研課程授課內容存在重復、側重點不清等問題，學科研究方向與本科專業學習不能有機銜接，學生能力培養難以實現梯度遞進。

(2) 教學方式單一，缺乏多樣化教學手段。目前本科生和研究生課程的主要教學手段均是在教室中進行集中授課，單一大班教學缺少師生互動，學生的個性差異無法得到照顧。且飛行控制相關概念多、知識抽象，單一教學手段使學生對原理知識的深入理解存在困難，對所學知識的綜合運用能力不足[4,5]。

(3) 實踐教學環節較少，缺乏貫通設計。由于客觀條件所限，缺少課程配套的上機和硬件實驗、設計、參觀學習等實踐教學環節，且本、研課程實踐環節缺乏貫通設計，導致學生缺少實際的直觀感受和認識，學生尤其是研究生解決工程實際問題能力的鍛煉不足，沒有達到啟發和能力培養的目的。

2 飛行控制系列課程教學改革的必要性

航空航天行業一直被列入為國內外重點行業進行扶持發展。我國“十五”到“十三五”以來一直秉持“寓軍于民”的政策，大力發展軍用航空航天行業，在航空航天一些重要領域已經躋身于世界先進行列，取得了舉世矚目的成就。

航空航天行業的發展離不開過硬的專業人才隊伍、離不開人才的培育過程。飛行控制系列課程是航空航天特色專業課程，對培養航空航天領域的科技人才、推動行業發展、加強國防建設具有十分重要的意義。目前在我國知名高校的航空航天相關專業以及佐治亞理工等國外一流院校均開設了該課程，為航空航天企業、科研院所輸送了一大批精英人才。

隨著我國航空航天行業的發展，迫切需要在飛行控制等獨具特色的專業課程中，采用創新性的教學方法，培養基礎理論知識扎實、創新能力強、綜合素質高的拔尖人才，以適應我國戰略性產業快速發展的需求。因此，以一流大學建設為契機，在課程內容貫穿性建設、多樣化教學模式、實踐教學一體化建設等各個方面進行改革探索，加強飛行控制系列課程縱向深度建設，使飛行控制系列課程建設上一個新臺階，奠定學校在航空航天特色專業課程教學中的優勢地位。

3 教學改革的具體措施

“本研貫通”培養模式遵循拔尖創新人才的成長規律，有效打通本科生和研究生兩個培養階段，加強學生自主學習能力、工程實踐能力、研究創新能力的培養，有效提高人才培養質量。結合“本研貫通”式培養模式的優勢，從課程內容貫穿性建設、實踐教學一體化建設、多樣化教學手段等方面開展教學和培養模式的改革，提升面向不同學生群體的飛行控制系列課程教學效果。

3.1 本研課程內容一體化建設

飛行控制系列課程“本研貫通”式培養模式的要點是：以飛行控制為主線，突出不同階段課程的不同側重點，加強課程間的銜接與聯系，力求做到重點突出、前后貫穿。具體措施為：

(1) 精簡本研課程中的重復內容，擴展知識廣度和深度。飛行控制系列課程按照培養階段可劃分為基礎階段和高級階段，課程內容及關鍵知識點劃分如表1所示。本科階段是基礎階段，側重于基礎理論和基礎應用；研究生階段是高級階段，側重于先進算法理論和應用創新。按照不同側重點，調整課程內容和深度，研究生課程中的基礎理論部分與本科生課程有重復，應進行適當精簡，將更多的課時用在理論深度的提升上。

(2) 引入新算法、新算例，保持教學內容的先進性。航空航天領域技術高速發展，而現有教材整體上較為陳舊、脫離實際。因此，在教學改革中，要結合國際學術前沿發展動態，對課程內容(尤其是研究生課程)進行及時更新，將軍用、民用飛機的先進飛行控制科研成果引入課堂教學，形成課堂演示、研討的典型案例，或引入課后綜合設計環節中。

表1 飛行控制本研貫通式教學內容

3.2 分層遞進式實踐教學建設

實踐教學是培養學生實踐能力、創新能力和綜合素質的重要環節。目前，飛行控制系列課程缺少與理論授課內容配套的模擬實驗、硬件實驗等實踐教學環節。在教學改革中，構建本研貫通、分層遞進的一體化實踐教學體系[4,6]，如圖1所示。本科生課程的配套實驗以基礎性實驗為主，包括飛行控制基礎設計方法阻尼器、增穩系統等，側重于基礎理論方法的驗證以及知識鞏固；研究生課程的配套實驗以綜合性實驗和創新性實驗為主，包括飛行控制先進算法及自主設計性實驗、創新實踐性實驗等，側重于系統級綜合性設計以及學生創新能力的培養。

分層遞進式實踐教學體系由簡單到復雜、由基礎到綜合、最后到設計創新，層次結構清晰、銜接緊密。所形成的本研貫通、循序漸進的實踐教學能有效配合和支撐理論教學環節，促進知識向能力的轉化。

圖1 飛行控制系列課程分層遞進式實踐教學體系

3.3 多樣化教學手段探索

飛行控制系列課程具有內容抽象、概念繁多等特點，單一“大班化”課程授課方式使學生缺乏自主性，對知識的理解主要停留在記憶層次上，掌握不了飛行控制的精髓。因此，需要改變傳統的課堂教學模式，通過增加專題研討、互動教學、參觀教學等多種形式[7～9]調動學生學習的主動性，啟發學生積極思考、激發學習潛能。

在傳統課堂教學模式的基礎上，增加專題研討形式的小班式教學，選取飛行控制領域前沿或典型的知識點作為專題，采用研討的方式進行討論和學習，使學生主動積極地參與到教學過程中來，并能夠培養學生的團隊協作精神和創造思維。另外，增加課下的參觀教學、實例教學，與課上內容穿插進行、交替展開，優化課堂設計，將知識、能力、素質有機結合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。

4 教學效果

在2019學年研究生課程中，對上述教學改革措施進行了部分實踐，包括優化課堂內容設計，對本研課程中的重復內容適當精簡；將軍民機飛行控制前沿科研成果引入課堂教學，增加互動教學和實例教學等。(張 晶等文)

該課程授課內容和授課方式獲得學生的高度評價，2019年學校組織的匿名教學效果評估調查中，該課程評教得優率為95.76%、優良率為100%，遠超過2018年評教結果(得優率73.19%、優良率94.89%)，學生認為課程深入淺出、互動性好，實例教學和綜合設計環節對深入認識飛行控制本質、形成科學思維和創新意識具有很大幫助。

5 結語

飛行控制系列課程是北京航空航天大學獨具特色的核心專業課程，對航空航天領域卓越人才培養、推動行業發展及加強國防建設均具有重要的意義。

針對傳統教學模式下飛行控制本研課程內容重復、教學側重點不清晰、實踐環節缺乏貫通設計等問題，提出了將本科生和研究生培養有效銜接的貫通式一體化培養模式，提出了本研課程內容一體化建設、分層遞進式實踐教學建設以及多樣化教學手段等探索性改革措施，旨在結合本研貫通培養模式“貫通設計，長程培養，梯度遞進，重在創新”特點和優勢，打通本科生和研究生兩個培養階段，全面提升面向不同學生群體的飛行控制系列課程教學效果。