智能飛行器技術專業數字化教學變革路徑研究
——以數字樣機建設為牽引

高顯忠，邵 帥*，包 磊，何湘粵，張國斌，梅亞飛，王妍晴，張思凡

（1.國防科技大學 試驗訓練基地，西安 710106；2.國防科技大學 軍政基礎教育學院，長沙 410073；3.陜西師范大學 音樂學院，西安 710061）

適應飛行器智能化、信息化的時代要求，2021 年教育部批準設立智能飛行器技術新本科生專業[1]。國防科技大學是國內首批設立該專業的高等院校，瞄準未來信息化戰爭對專業人才的迫切需求，旨在培養具有扎實的數學、力學、信息學和計算機科學等理論基礎，掌握人工智能、大數據、飛行器及人機互聯等前沿技術，熟悉新一代通信、芯片、微電子架構的創新復合人才，能夠為制勝空天、打贏未來戰爭提供新興人才力量。

智能飛行器技術專業是新設本科專業，國內目前僅北京航空航天大學和國防科技大學開設，國外傳統航空航天優勢院校尚未將智能飛行器技術作為獨立專業開設。

北京航空航天大學智能飛行器技術專業[2]的四年學制整合航空宇航科學與技術、控制科學與工程、力學和計算機科學與技術等優勢學科，培養學生全面獲得智能技術、控制技術、計算機信息處理技術、人機交互技術及飛行器設計等技術的寬口徑基礎理論知識體系和智能飛行器工程實踐能力。

西北工業大學飛行器設計與工程專業[3]依托國家級學科優勢資源，融合工學、理學、系統學和管理學等多學科優勢，利用學研一體化大平臺資源，以科學素養和工程素質為主線，服務國家航空及國防領域高端裝備研發重大需求，培養具有堅實數理基礎、融通航空專業知識，具備國際化大視野的航空領域拔尖型創新領軍人才。

南京航空航天大學飛行器設計與工程專業[4]主要從事新型/新概念飛行器設計、飛行器先進設計理論和技術的研究，建立覆蓋四年的課外創新實踐體系，注重培養學生的超越意識和科研能力。專業設有大學生飛行器創新設計開放實驗，吸收學生加入科研隊伍，參與科研工作，豐富學生創新活動，提升科研能力。

北京航空航天大學、西北工業大學、南京航空航天大學等高校在開設飛行器設計相關專業時，憑借深厚的研究基礎，整合優勢學科資源，強調創新人才培養。但在專業課程設計和實施過程中，培養重點聚焦于飛行器設計專業領域知識和技能的掌握，對軍用飛行器在未來復雜戰場下的應用需求有所疏漏；更多關注客機和商務飛機的設計，而少有面向未來戰機的設計范例；強調飛行設計實踐，但僅限于常規布局小尺寸航模的制作，而缺少針對未來戰機的數字化設計、模擬駕駛與博弈對抗。

針對這樣具有重要影響的新興專業，在國防科技大學的統一安排下，針對專業的數字化、信息化、智能化特征，我們擬定了《智能飛行器技術本科人才培養方案》（2021 版），該方案以開展智能飛行器數字樣機設計為牽引，針對典型飛行器，融合氣動、結構、控制、隱身和智能等相關系列課程，在傳統課程基礎上，開展以數字樣機建設為牽引的智能飛行技術專業數字化教學變革路徑研究，達成“厚基礎、強實踐、精軍事、高素質”的人才培養總體目標。

任何一個工程項目往往涉及多個專業，傳統的理論課程設置和實驗教學環節針對某一具體的專業培養計劃而定，很難在配套實驗課程中開展一體化工程設計訓練。在建設智能飛行器技術專業過程中，如何改變傳統的課程體系以適應航空航天數字化智能化發展的需求，如何引導實踐教學新模式以提高學生的專業素養，培養具備軍事應用視野、前沿信息技術與交叉知識結構的高層次復合型航空航天專業人才[5]，需要認真思考和探索。

一 智能飛行器技術專業的教學現狀

（一）課程分散，缺少圍繞智能飛行器的課程體系整體設計

當前國內主要航空航天院校如北京航空航天大學、南京航空航天大學、西北工業大學等，課程內容分散缺乏連貫性。圍繞智能飛行器設計，涉及空氣動力學、結構力學、自動控制原理、飛行動力學、飛行器總體設計、飛行器結構設計、飛行器設計工程、隱身飛行器設計、航空發動機設計、飛行器信息系統及網絡技術、人工智能控制和飛行器設計實踐等多學科多領域課程，每門課程關注的問題不同，針對的智能飛行器對象不同，課程之間的支撐關系不明確，學生難以形成貫穿全學科專業的體系思路。在智能飛行器的設計專業學習中，如何綜合使用每門課程學到的知識和方法，仍然需要課程體系整體設計突破。

（二）公式繁多，缺乏空天領域知識運用的直觀感受

飛行器總體設計、結構設計、自動控制和人工智能等領域充斥大量計算公式，教師上課推導費時費力，學生缺少對公式背后物理機制和設計經驗的直觀感受，難以跟上課程節奏，更難以形成長期記憶。大量的公式推導導致學生疲于聽講，缺乏主動思考，學生容易產生煩躁和厭學情緒，極大損傷教學效果。

（三）注重民機，缺乏軍事場景中智能飛行器博弈運用需求牽引

美國空軍近年來著眼大國競爭戰略調整，為確保未來在高威脅、強對抗作戰環境下，始終保持其空中優勢作戰能力，提出全新多樣的空中作戰概念——“穿透性制空”和“自主隊友科技”等[6]，引領軍用飛行器向著高速、隱身、智能和無人方向發展[7]。但當前的飛行器設計課程仍局限于民機的設計，對于先進智能隱身無人飛行器設計涉及較少，在真實戰場環境下多機智能協同和敵我智能博弈對抗課程更是嚴重缺乏。

二 智能飛行器技術專業數字化教學變革的思考

（一）數字化教學變革的總體目標

瞄準打贏未來戰爭、制勝強敵對手，秉承“厚基礎、強實踐、精軍事、高素質”的人才培養總體方針，以數字樣機為牽引，貫通融合智能飛行器設計多學科多領域課程，建設智能飛行器設計課程體系，基于數智空間開展教學模式升級，通過博弈對抗創新教學評價體系，培養空天對抗領域高科技創新人才、新域新質作戰人才、聯合作戰指揮人才。

（二）數字化教學變革的核心思路

1 課程體系設計

智能飛行器數字樣機系統和數字化平行戰場，貫穿融合理論教學與飛行器數字樣機實踐；在數字空間中設定應用場景，提供高保真、全方位的戰場對抗環境，在飛行器數字化設計的基礎上，進一步拓展智能飛行器真實戰場博弈對抗應用教學。

根據Q系統支護圖，Ⅰ類—Ⅳ類圍巖不需要鋼肋或鋼拱架，Ⅴ類圍巖需要鋼肋或鋼拱架，因Ⅴ類圍巖覆蓋的Q值范圍較大，如果依據Q<0.1進行支護設計，可能會造成過度支護，因此Ⅴ類圍巖設計以Q=0.1為基準，如果實際開挖Q值出現低于0.1的情況則重新制定相應的支護方案，Q<0.1時，圍巖在錨噴支護的基礎上再增加鋼肋或鋼拱架加強。鋼拱架的間距可采用1.3 m。

2 教學模式升級

通過組建混合式教學團隊，設計數字化課程微項目群[8-9]，創新升級教學模式。教學團隊方面，除了負責理論和實驗課程的專任教師以外，同時邀請作戰單位、科工部門、地方高校和企業專家參與教學輔助，廣泛吸收國內飛行器設計領域前沿發展動態，構建混合式教學團隊。教學模式方面，依托單位數智空間建設任務，構建數字化平行戰場，并建立相關課程微項目群，在數字空間中開展飛行器設計、試驗與博弈，在想定場景下開展紅藍對抗演練，創新提出具有軍事化、數字化、智能化特色定位的教學模式。

3 評價體系創新

結合學校辦學定位和作戰部隊需求，在數字空間中開展博弈對抗，完善過程評估機制，建立多層次評價指標體系。①實現全過程、全方位的評價。軍事博弈對抗式創新課程評價可以通過在數字空間中采集學生的學習行為、訓練行為、對抗行為、成績表現和反饋意見等數據，實現全過程、全方位的評價，為教學質量的科學化、智能化、精準化提供決策依據。②樹立創新性評價技術觀。新時代的高等教育評價需要從“結果性評價”向“數字化評價”和“人機協同評價”轉變，數字化課程教學評價體系可以樹立創新性評價技術觀，適應新時代高等教育評價的需要。對創新性能力突出的學生可以優先推薦免試攻讀研究生及實現碩博貫通式培養。③構建多元化、個性化的評價。數字化課程教學評價體系可以針對不同的學科領域、課程類型和學生學習特點，構建多元化、個性化的評價標準，以更好地適應不同領域和個體發展的需要。

（三）數字化教學變革的關鍵舉措

1 課程體系設計

在專業課程體系教育的基礎上，貫穿實施課程在數字樣機中的具體應用，按課程安排依次建立數字樣機結構動力學模塊、空氣動力學模塊、飛行動力學模塊、自動控制模塊、電磁隱身模塊和任務規劃模塊等，將培養目標從飛行器設計的“單一學科”轉變為飛行器氣動、結構、隱身、控制和智能等“多學科交叉融合”，探索相關專業不同階段的核心知識、能力、素質要求的有效銜接，逐步形成能夠在數字空間中進行軍事博弈對抗的智能飛行器數字樣機，切實強化學員對智能飛行器進行設計和應用的能力，加深學員對各個學科在飛行器應用中的理解。如圖1 所示。

圖1 課程體系設計

2 教學模式升級

圍繞智能飛行器技術的專業培養要求，以飛行器的氣動設計、結構分析、智能控制和隱身性能分析等多學科交叉融合為核心，將數字化飛行器的設計、試驗、博弈作為課程重點微項目，開展系列理論教學與數字化創新實踐活動，構建立體化教學模式[10-11]，如圖2 所示。

圖2 基于微項目的多學科融合立體化教學模式

課程微項目群方面，根植于多元交叉的學科設計思路，采用數字化課程設計和綜合試驗的方式，通過開設飛行器數字化設計、數字化試驗、數字化博弈等課程微項目，使學生了解飛行器背后的復雜系統，理解構成一個飛行器所涉及的不同學科之間的相互影響和相互作用，并能夠對所遇到的問題進行拆分解決，以此鍛煉學生對于實踐項目的全局觀和系統化思維方式。通過建設數字化課程微項目群，能夠有效促進傳統理論教學與數字化實踐應用的結合，推動教學模式改革升級。

3 評價體系創新

以學生為中心的軍事博弈對抗式創新課程評價體系（圖3）主要從7 個方面進行構建。

圖3 以學生為中心的軍事博弈對抗式創新課程評價體系

1）學生為中心。在評價體系中，應始終將學生置于中心位置，關注他們的學習過程和個性化發展。在制定評價標準時，充分考慮學生的知識水平、技能掌握、學習態度和價值觀等方面的全面發展。

2）軍事博弈對抗。通過引入軍事博弈對抗的形式，讓學生在實際操作中學習和理解相關知識，提高實戰能力，培養創新思維和團隊協作能力。

3）創新課程。以創新的方式設計課程，包括教學內容、教學方法、教學資源等方面。教學內容應注重實戰化、綜合化，將理論和實踐相結合。教學方法應采用多樣化的手段，如案例分析、角色扮演、小組討論等，引導學生主動參與、積極思考。教學資源應充分利用數字化、智能化的手段，提高教學效果。

4）多元化評價。采用多元化的評價方式，包括考試、作品評定、口頭報告、自我評價等。在評價過程中，要注重學生的實際應用能力和綜合素質，而非僅僅依賴單一的考試成績。

5）量化和質性評價。在評價過程中，應將量化和質性評價相結合。量化評價可以通過數據客觀地反映學生的學習情況，如考試成績、完成作品的質量等。質性評價則可以通過觀察、交流、反思等方式，深入了解學生的實際需求、學習態度、情感體驗等。

6）反饋與改進。通過評價體系收集的數據和信息，及時反饋給學生和教師，以便他們了解自己的學習狀況和存在問題。同時，根據反饋結果，對評價體系進行改進和完善，提高教學質量。

7）實踐應用。將構建好的評價體系應用于實際教學中，通過實踐檢驗其有效性和可行性。根據實際應用效果，不斷調整和優化評價體系，使其更符合學生的實際需求。

以學生為中心的軍事博弈對抗式創新課程評價體系旨在提高學生的綜合素質和應用能力，培養創新思維和團隊協作能力，改進教學質量和促進教育創新。在構建和實施過程中，將充分考慮學生的需求和發展，不斷調整和優化評價體系，以適應時代的變化和社會的發展及部隊的需求。

三 結束語

根據國家對復合型人才的需求，智能飛行器技術專業學生不僅要求在某一學科專業上學業精深，而且應具有總工程師的頭腦和眼光，以系統化思維方式去解決問題。實踐教學是鞏固理論知識和加深理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質專業人才的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。

根據國內外航空航天技術的發展趨勢和智能飛行器技術本科專業世界一流教育的需求，面向未來的航空航天人才培養，教學模式將更加突出數字化智能化飛行器設計專業背景，以飛行器數字樣機建設為牽引，著眼于飛行器氣動、結構、控制、隱身和智能一體化設計，才能引領智能飛行器數字化設計發展的新方向。本文的研究為探索軍隊院校智能飛行器技術專業課程體系、教學模式、評價體系，理清空天領域高素質新型軍事人才培養規律，以及提升我國空天領域教育教學水平等均奠定了基礎。