航空宇航類課程思政實踐
——以“小衛星系統設計”課程為例

陳雪芹，葉 東，劉 明

（哈爾濱工業大學，黑龍江 哈爾濱 150001）

2020 年6 月7 日，習近平總書記致信祝賀哈爾濱工業大學建校100 周年。為全面學習貫徹落實總書記賀信精神，哈爾濱工業大學組建賀信精神宣講團，開展了200 余場宣講。學校黨委堅持把習近平總書記賀信精神貫穿學校黨代會、教代會、學代會籌備召開和“十四五”規劃制定全過程，并全面推進人才培養、隊伍建設、科學研究、內部治理等重點領域改革，結合哈爾濱工業大學的百年發展史推動黨史學習教育走深走實，推動學校新百年各項事業高質量開局。

習近平總書記在北京大學師生座談會上指出，人才培養一定是育人和育才相統一的過程，而育人是本。人無德不立，育人的根本在于立德。建設政治素質過硬、業務能力精湛、育人水平高超的高素質教師隊伍是大學建設的基礎性工作[1]。

作為航空宇航科學與技術學科的教師，我們需要體會并向學生傳達新時代的航天精神，新時代的“八百壯士”精神、馬祖光精神、習主席賀信精神等，并在專業課的講解過程中自然融入。根據國務院辦公廳《關于深化新時代學校思想政治理論課改革創新的若干意見》和教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》，堅持以立德樹人為根本，以“三全育人”為目標，完善推進課程思政建設，用實際行動踐行習近平總書記賀信精神。通過學習優秀通識課課程思政范例，逐步將思政元素融入航空宇航類課程思政建設。通識課課程思政范例例如哈爾濱工業大學何蕊老師講授的土木工程制圖[2]，課程以突出培育知行合一、精益求精的“工匠精神”為主線，將社會主義核心價值觀貫穿于整個教學實踐中，在每個教學章節自然融合紅色基因、思政元素等，該課程深受學生喜愛。

一、課程目標的思政融合

（一）教學目標

本課程將系統地學習當前國際航天高校普遍流行的立方體衛星設計與研制涉及的各個方面，借助紫丁香學生創新工場開展課程實踐[3]，讓學生了解與掌握微納衛星的研制過程，鍛煉其獨立解決專業問題的能力和團隊協作的能力，培養高水平的航天專業相關人才。

本課程采用課程講授和課程實踐兩種授課形式，面向航空宇航、力學、控制、通信、機電、微電子、熱能等諸多航天相關專業的學生開放，通過多學科學生之間的交流學習，也實現了跨學科復合型人才培養模式的探索。課程的開設目標是讓學生學習衛星的系統研制過程，鍛煉學生獨立解決專業問題的能力，培養學生在專業團隊中的協作能力。

教學目標：學習了解立方體衛星的專業知識，并能夠利用專業知識解決立方體衛星設計中的問題；學習立方體衛星的設計方法，在實踐中培養工程應用能力；在實踐過程中培養團隊協作能力和溝通能力。

（二）思政建設目標

教書育人包含兩個方面，教書，即完成教學環節實現知識傳授；育人，即在教學過程中有機地融入思政元素，使課堂變為立德樹人的主陣地，將知識傳授與價值引領有機結合，實現全程育人，全方位育人。

本課程的課程思政目標：使學生養成敢于突破創新，勇于奉獻自身的新時代航天精神，以身作則，用嚴謹實干的工作作風引導學生厚植愛國主義情懷，牢固樹立為實現中華民族偉大復興“中國夢，航天夢”而努力奮斗的終身理想，成長為敢于創新樂于奉獻的新時代航天領軍人才的后備力量。

（三）思政教學實施

結合教學目標和課程思政目標，具體的思政教學實施方案是從教學目標、教學內容、教學方法等多維度深入探討課程思政的改革策略。結合航天專業特色和人才培養要求，緊跟當前航天科技發展技術水平，梳理課程脈絡，深入發掘思政元素，探索思政元素與知識點有機結合的方式，完成教學過程的調整及修訂。在教學過程中秉承教學目標、課程思政目標雙驅動，顯隱結合的教學方式，努力將知識傳授、能力培養和價值引領同頻共振，形成合力，真正做到在“教書”的同時彰顯“育人”功能[2]。

課程思政教學實施的關鍵是收集整理思政元素，并在講授過程中有效融入。作為一門系統的航空宇航類專業課，本課程可以結合航天精神，采用大量案例教學的方式，在授課過程中不斷摸索，將課程思政與教學內容自然融合，以潤物細無聲的方式達到最佳教學效果。在師生互動和生生互動環節，主動引領學生在家國情懷、理想信念，專業素養等方向深入思考，結合自身學習過程和已開展的課程設計或者正在開展的課題項目等內容，尋求解決問題的方法，追求更高水準的答案。

二、教學設計中的思政元素設計

采用課程講授和課程實踐兩種授課形式。課程的講授環節集中講解微納衛星系統在研發過程中涉及的分系統專業知識，包括小衛星發展現狀、衛星總體設計、衛星電源系統設計、衛星綜合電子系統設計、衛星姿態軌道控制系統設計、衛星結構與熱控系統設計方法等。課程的實踐環節，根據學生的興趣和專業規劃分組。各小組分別對紫丁香系列衛星對應分系統的正樣備份產品進行測試與分析，形成對應的實踐報告，并最終實現與在軌紫丁香衛星的實時通信。

（一）課程講授環節

1.微納衛星總體設計技術：結合時政要聞，例如面對美日方面罔顧事實，捏造渲染所謂中國“太空威脅”論[4]；結合星鏈衛星這類數量極其龐大機動能力強的特點，以及星鏈衛星兩次接近我國空間站的事實[5]，引導學生正確看待當前國際太空局勢，樹立航天人的新時代歷史使命感和責任感，熱愛祖國，志存高遠。

2.微納衛星姿軌控設計技術：分析星鏈系列衛星對空間站的兩次近距離觀察中的相關技術，以及我國空間站采取兩次緊急避碰措施的姿軌控技術細節，提升學生對我國航天科技的自信心，建立航天自豪感和民族自豪感。

3.衛星電源系統設計技術：電源系統的設計包含電池片、蓄電池和電源控制三部分。在對這三部分的設計內容講解時，可以分別結合我國在相關技術領域的發展，引導學生樹立對我國工業技術的自信心。例如，太陽電池片從十幾年前的大量依賴國際進口，到進口、國產齊頭并進，再到如今大量民營產品的廣泛應用。

（二）課程實踐環節

1.實踐小組劃分。按照衛星的不同分系統劃分，由學生自主選擇對應的分系統作為實踐學習內容，形成不同分系統學習小組開展課程實踐。學生在自主選擇學習小組時，往往容易集中到熱門的分系統，例如姿軌控分系統、綜合電子分系統、測控數傳分系統等就業范圍較廣的行業相關的分系統，而相對冷門的分系統，例如結構分系統、電源分系統等就業范圍相對較窄的行業相關分系統則無人問津。

此時，可以通過引入習近平總書記在中國科學院第19 次院士大會上提出的：“要瞄準世界科技前沿，抓住大趨勢，下好‘先手棋’，打好基礎、儲備長遠，甘于坐冷板凳，勇于做栽樹人、挖井人，實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破，夯實世界科技強國建設的根基。”同時，結合學生選擇的課題研究方向，引導學生在學習和科研中，不要一門心思追求熱點，急于得到研究成果，應以興趣為指引，敢坐冷板凳，深入挖掘熱點背后的科學問題，避免急功近利。只有踏踏實實，靜心科研，才能取得更多更大的引領性原創科研成果，才能夯實我國開展世界科技強國建設的根基。

2.實踐環節項目的設定。根據不同分系統的特點，為每一個分系統小組設計一個實踐項目。例如：測控數傳分系統小組的實踐項目為：與紫丁香在軌衛星實現實時通信。通過與哈爾濱工業大學學生自主研制的在軌衛星的零距離接觸，讓學生對真實存在的衛星產生敬畏之心，引導培養學生的航天情懷。

電源分系統小組的實踐項目：通過光照試驗測試太陽電池片的電壓電流；測試計算紫丁香衛星電源分系統正樣備份產品的電源控制與分配電路的供電效率。在本項目講解環節，播放哈爾濱工業大學研制的多顆衛星的太陽電池陣在不同研制階段的光照試驗和帆板展開試驗視頻，以及我國空間站上新型柔性太陽電池陣的特點，激發學生對航天器研制的興趣。

三、教學內容的改革策略

我國首顆完全由在校學生自主設計、研制與管控的微納衛星是“紫丁香2 號衛星”。本課程是在該衛星的設計之初，為了培養各專業的學生參與到衛星系統研制中，針對相關專業的本科生設置的專業選修課，并在研究生課程體系中也開設了專業難度較高的課程。隨著哈爾濱工業大學紫丁香學生團隊的壯大，以及學校對紫丁香創新工場的大力支持[6]，本課程的設置已經逐漸從為紫丁香系列衛星研制輸送人才的具體目標，向為我國航天事業輸送高端領軍人才的目標轉變。

本課程的教學內容按照衛星研制的分系統設置和關鍵技術設計。課程開設之初，對于衛星研制的技術還停留在理論和試驗階段，缺乏型號研制基礎，講授環節以理論講解為主，數學/數字仿真實例講解為輔。經過10 余年微納衛星型號研制經驗積累，目前講授內容轉變為型號設計為主，理論講解為輔。如圖1 所示，過去講到電源控制器設計時，我們會給出相應的關鍵電路原理圖和設計圖并進行講解，而現在則可以結合實物中對應的電路與原理圖結合講解。

圖1 課程講授環節的教學內容改革

從如何設計到如何實現的轉變，可以讓學生看到更尖端的技術細節，并適當引入課程思政要素，可以激發學生的專業學習積極性，以及從事航天事業的熱情。

課程設置初期，課程實踐環節的內容為熟悉相關專業設備，了解利用專業設備進行衛星研制的方法，并利用專業知識，按綜合電子、電源系統、結構與熱控、姿軌控、測控通信以及載荷應用等分系統分組情況，根據總體方案規定的各個分系統的主要任務，分組開展各自計算與設計等工作，最后進行系統集成。此時的實踐內容與衛星型號研制還無法建立直接聯系，學生的實踐難度大。

目前，課程實踐環節的內容改革體現在，將課程實踐內容從設計實踐轉變為型號實踐。同樣按照不同的分系統分組，將紫丁香系列衛星的正樣備份產品發放到每一位學生手中，分組開展單機或部件級測試與數據分析，從實踐入手，將實踐與理論相結合，可以更直接更便捷地學習不同的衛星分系統設計。最后，通過與紫丁香在軌衛星的實時通信，了解星地信道的建立。通過內容改革，使得學生從專業技術上能夠學到更多內容，與型號衛星的零距離接觸，也打開了學生的專業視野。

圖2 用于課程實踐環節的紫丁香型號衛星的部分正樣備份產品

紫丁香衛星研制期間，本課程的選修生多為對紫丁香衛星研制有極大興趣，或者已經參與到衛星研制過程中的學生。教師通過講授和實踐兩種課程形式，為學生獨立參與衛星研制提供技術支持。2015 年，紫丁香2 號衛星發射。2017 年，紫丁香1 號衛星發射。此后，通過本課程的學習，吸引了多名在讀本科生與研究生參與到了哈爾濱工業大學“珠海一號”02、03 組共10 顆商業衛星的研制中，傳承了航天情懷，引導了學生敢做新時代的航天夢，為航天院所輸送了大量高水平專業人才。

此外，在教學內容中還增加了課堂互動、講練結合等模式，也大幅提高了學生的上課積極性。

四、考核方式

采用多環節累加式考核方式，在傳授專業技術知識的同時實現正能量的價值引領，力爭做到知識傳授與價值引導的有機統一，激發學生的航天夢想，為中華民族偉大復興貢獻力量。

1.在課堂互動過程中，通過學校統一組織的課程教學中學生評教反饋，根據學生感興趣的技術方向，針對不同學生設計不同的作業內容，分析思政教育對學生的價值引領作用，并根據評價反饋和課堂反應及時調整教學方案。

2.在實踐環節形成報告。報告內容從課程設置之初的設計與仿真報告，轉變為現在采用的實踐與測試報告，對學生的動手能力提出了更高的要求。學生需要在報告中明確相應分系統的研制目的、設計依據、關鍵技術指標提煉以及初步方案設計，對照紫丁香正樣備份件的實物，找到設計環節與實物的明確對應設計內容，并據此開展測試，得到測試數據并進行分析。報告涵蓋內容較多，因此以小組為單位提交一份報告。考核報告的成績時，主要考核報告的完整度，設計思路是否清晰，數據是否真實等。

五、教學反思

航空航天類學科是我國傳統的工程學科，是教育部公布的首批“新工科”研究與實踐項目的學科之一[7]。通過學科建設的逐步改革創新，專業選修課程已經逐步從概論型課程向融入多學科特色的個性化課程轉變。然而，通過對比通識課程中的思政教育，可以發現專業課程還有很多環節可以細化，特別是航空宇航類學科專業，畢業生大多是我國未來航空航天技術高端人才，如果能從專業選修課程的課程設計上融入更多的思政元素，例如中國空間站技術、載人航天技術、在軌服務技術、深空探測技術等，想必能對學生在職業選擇和價值導向方面起到很好的引導作用，為我國航空航天事業輸送更多更專的領軍人才。