航空航天實踐課程體系建設現狀及其大類培養方案的改革探索

陳書文，聶洪奇，岳曉奎，嚴啟龍

（西北工業大學 航天學院，陜西西安 710065）

在新工科建設背景下，我國高校要加快新型工程教育改革，推動現有工科專業的改革，建設和發展新型工科專業[1]。高校為了提高大學生的創新創業能力，正在大力推進工程大類培養改革工作。在人才培養過程中，傳統的教學模式忽視了對學生實踐能力和綜合素質的培養，導致學生缺乏創新能力。因此，對大學生創新實踐能力的培養不僅是高等教育的改革目標，也是時代賦予高校的重要使命[2]。

我國航空航天事業已取得長足發展，航空航天大類旨在面向國家航空航天領域建設與發展，注重工學、理學、系統學、管理學等多學科交叉融合，注重基礎理論與工程實際相結合，以科學素養和工程素質為主線，緊密結合航空航天與國防工業現代化建設需求，推進創新實踐課程改革，有效支撐航空航天領域創新型人才的培養。

目前，多學科交叉人才培養仍以傳統學科培養模式為主，人才培養制度不科學，教育方法單一[3]。通過實踐教學課程，可以有效實現知識的交叉和整合[4]，通過理論聯系實際，培養和鍛煉學生的實踐能力和創新能力，提高學生的綜合素質[5]。一些航空航天特色高校已推行大類培養方案，通過一到兩年寬基礎課程的廣泛學習，學生根據自己的興趣，對大學三、四學年的學習方向進行選擇，從而進行跨學科發展。本文對國內幾所典型高校的航空航天大類培養方案進行探討，針對培養方案中實踐類課程的建設現狀，提出航空航天類創新實踐課程體系改革與完善的思路。

1 工科院校實踐課程體系建設現狀

新工科的建設離不開“學與教、實踐與創新創業、本土化與國際化”三大關鍵任務，其中，實踐教學作為培養學生實踐能力和創新能力的重要途徑，是衡量高等院校教學水平的重要標志之一[6]。隨著國家對復合型創新人才的要求越來越高，構建層次化、階段化、系統化新型實踐教學培養模式，用以培養應用型和創新型人才非常必要。

為適應國家對航空航天類人才培養的需求，航空航天類專業的課程設計既要有一定的理論深度，又要有明確的工程應用要求，以航空航天專業中的典型應用引導學生完成基礎理論應用和實踐創新能力培養。

航空航天大類培養方案要求學生在大學第一、二學年接受大類培養教育，完成通識課程和學科基礎課程的學習；在第三、四學年根據自身興趣從幾個具體專業方向中（包括機械、力學、電子、信息、控制大類）進行選擇，隨后按照專業方向相應的培養計劃進行學習。筆者通過查閱國內四所開設航空航天大類的高校（北京航空航天大學宇航學院、北京理工大學宇航學院、南京航空航天大學航空學院和西北工業大學航天學院）的大類培養方案發現，其通修課程和基礎課程設置大致相同。創新教育課程體系的設置與大部分理工科專業相似，由淺入深分為：面向全體學生素質拓展所設置的實踐類課程，基礎類課程所設置的實驗課程，專業課程所設置的實踐環節，本科畢業設計和科研訓練。其中：實踐類通修課程學分所占比例為2.0%～6.0%，基礎課程所設置的實驗課學分所占比例為4.0%～6.0%，專業相關的實踐課程各所高校所占比例相差較大，為1.5%～9.0%。綜合實踐環節包含生產實習和畢業設計論文，是本科生實踐教學環節的重點，學分占比為6.0%～10.0%。在西北工業大學和北京航空航天大學培養方案中，實踐課程體系所占比例最大，分別為22.5%和26.0%。

在實踐教學改革中，各高校均提高了實踐課程所占的比例，但是不同的創新課程由于教學目標不同，需要分開進行探討。對于航空航天類專業的學生來說，生產實習是培養實踐能力和創新意識的重要實踐教學環節，但由于航空航天類專業的國防屬性，存在實習基地建設困難、教師隊伍經驗不足、實習效果不理想等問題[7]。此外，實踐教學改革還普遍存在以下問題：學生從高中時期養成的只注重教材知識和應對考試的學習習慣，普遍缺乏提高動手能力和拓寬知識面的主動性；學校在人才培養方案制訂中，學時和師資因素的限制使得工程實踐類課程缺乏；教學過程中實驗設備臺數和經費限制使得基礎課程和專業課程中的實驗環節十分缺乏。為了實現創新型、復合型、應用型工程人才的培養目標，強化學生的實驗能力、實踐創新和創業能力，加強實踐教學改革成為必然要求。

在開展基礎教育的同時，多所高校還探索了分層次人才培養模式，依據專業優勢開設了特色培優班，如南京航空航天大學的“錢偉長班”、西北工業大學的“陳士櫓班”、北京航空航天大學的“航宇問天總師班”等，均由院士和名師授課，采取嚴進嚴出，分流和增補動態調整，通過加強人才培養方案的實踐創新性，實行導師制，注重學生綜合能力的培養，為我國航空航天事業培養領軍人才。

西北工業大學通過專業課程的教學實踐改革，根據專業課程的特點，增加了實踐學時，創新性地推進專業綜合實踐選修課程建設，提高了實踐教學的比例，構建了“基礎級、提升級和競賽級”層層遞進式的創新實踐教育新體系，使學生加深了對專業知識的理解，提高了學生的整體綜合素質。

以航空航天類飛行器動力工程專業為例，專業課程的設計在專業理論必修課程的基礎上，進行了專業細化，其中，開設小班授課形式的專業綜合實踐選修課程固體火箭發動機設計與實踐。該課程將開設的傳統固體火箭發動機三門基礎課程進行有機融合，再細化為設計理論、測試理論、設計技術與加工、實驗技術與試車等多個模塊。該課程以小型固體火箭發動機的設計和點火實驗為主要內容，通過發動機設計和測試技術相關知識的教學，讓學生掌握固體火箭發動機的設計流程、設計方法與關鍵技術，掌握測試技術的基本理論、常見參數測試方法、相關測試設備的原理和使用方法；通過完成火箭發動機設計、加工和點火實驗，讓學生熟練掌握固體發動機的設計方法和工具，掌握固體發動機點火實驗方法和實驗測量方法。這種課程設置打破傳統實踐環節以教師為主導的模式，學生在綜合實踐課程中需要自己查閱資料，尋找參考方案，根據發動機推力測試設計傳感器，需自學多種軟件，了解搭建測控系統要從最基本的理線布線、制作接頭等做起，通過討論答辯后進入實驗環節，利用所學的理論知識解決實驗操作中遇到的問題，鞏固和加深對所學知識的理解。

專業課程類實踐教學的改革要根據航空航天專業的特色，針對航空器、導彈、火箭和航天器等應用背景，建設一批探索性、研討式、問題導向的實驗教學課程或科研訓練項目，培養學生的創新意識，提高學生的實踐能力。課程改革還要加強專業教材的建設，建立校企、校所及國際合作的協同育人新機制，構建多場景的實驗場地，完善實踐教學條件[8]。

除了上述改革措施，航空航天類高校還積極主辦和鼓勵學生參加創新創業相關的比賽。目前，航空航天類競賽有很多，例如，“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽、中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽、全國未來飛行器設計大賽、國際大學生數學建模競賽等[9]。高校也可根據自身學科發展舉辦各類校級競賽，如西北工業大學舉辦的“飛豹杯”航空知識競賽、大學生實驗技能競賽等。這些學科競賽成績均可計入學生的科研訓練認定，以培養學生的實踐能力、團隊協作能力、表達能力和創新能力，幫助學生養成科研思維和創新意識[10]。

2 基于創新實踐與畢業設計的一體化培養模式現狀

在實踐教學中，本科畢業設計是實現培養目標的關鍵教學環節，畢業設計一般在大學四年級開始，要求學生綜合運用前三學年所學到的理論、知識和技能，在第四學年針對本專業相關的一個基礎科研或者實際工程問題進行畢業設計，實現理論到實踐的轉化[11]。本科畢業設計的質量是衡量高校教育教學水平的關鍵，也是檢驗學生綜合素質和創新實踐能力的標尺[12]。

一些學生在考研或就業的壓力下，沒有足夠的時間了解畢業設計所選題目，導致畢業設計質量不高。因此，提高畢業設計質量的首要工作是要確定一個合理恰當的選題，難度和學生實際水平相匹配，能夠激發學生的專業興趣和熱情，培養學生的學習主動性[12]。在創新實踐課程（科研訓練、學科競賽、大學生創新創業項目等）中，學生可將之前參與的項目在畢業設計環節進行延伸，對某個科學問題繼續進行研究，使自身的科研實踐能力得到充分的鍛煉。

教學團隊針對創新實踐課程與畢業設計一體化培養方案，進行了3年的探索。針對有意向繼續讀研深造的學生，創新實踐課程與畢業設計一體化培養方案以具體的科研項目為載體，指導教師首先依據專業知識結構單元將創新項目劃分為若干知識體系相對獨立且完整的技術模塊，學生可根據專業興趣選擇其一開展研究。經過教學團隊的初步探索和實踐，創新創業項目均獲得了國家級項目立項并如期順利結題，參與創新創業訓練的學生均獲得了研究生保送資格并依據項目共同發表高水平論文。學生在創新創業訓練中了解實驗方案和實驗過程，熟悉實驗室各項實驗設備的使用方法，為畢業設計積累了科研經驗[13]。此外，通過參與科研訓練，學生的實踐和創新思維能力得到提高。由于不同單元模塊所需要的基礎知識存在差異，學生在對各單元模塊所包含的技術點和知識面有深入了解后，也可以確定本科畢業設計乃至今后學習的研究方向。

創新實踐課程與畢業設計一體化解決了傳統本科畢業設計僅作為科研訓練的單一環節、缺少開拓性科研屬性等問題，為有效提升本科生畢業設計質量奠定了堅實基礎。有科研訓練經歷的本科生在畢業設計過程中能更快地進入角色，準確抓住課題的研究目標，縮短了對研究題目的消化和調研過程，在有限的畢業設計時間內開展更深入和全面系統的研究，保證畢業設計工作高效開展，提高畢業設計的質量。

3 航空航天大類創新實踐課程體系建設建議

為了推動航空航天類創新實踐課程體系的建設，高校加大支持力度，拓展學生掌握知識體系的深度和廣度，滿足學生的多元化和個性化發展需求，可遴選部分研究生實踐課程開放給本科生修讀。在課堂教學環節，對教學模式和教學內容進行改革，提升課堂教學質量。合理設計課程考核內容，強化以課堂參與、階段測試、項目研究、成果展示等為核心的學習過程考核，提升學生自主學習能力。

在學生自主申請和學有余力的情況下，允許學生提前進入畢業設計環節。西北工業大學航天學院開設了“本研銜接”的課程體系，滿足學生對不同層次知識的學習需求，提高了本科生對科研工作的興趣與能力。促進部分創新實踐課程與畢業設計一體化實施，通過成果評估為后續創新實踐課程與畢業設計一體化工作提供依據。

創新實踐課程體系的建設需要教師隨著時代發展和科技進步不斷地總結教學經驗、改進教學方法和措施、更新教學內容，培養社會所需的拔尖人才，最終實現高等教育系統的良性循環[14]。

4 結語

實踐課程體系建設是一項復雜且長期的工作，不同的院校有著不同的發展歷史和培養目標。航空航天大類創新實踐課程體系建設也要順應當前航空航天事業的發展，逐步完善。本科生實踐課程體系應因材施教，針對學生的職業發展規劃，不斷創新和探索，培養適應時代發展的人才。