空天技术概论课程的教学实践与探索

摘 要：文章首先归纳了空天技术概论课程的特点并对该课程在不同院校所采用的教学内容进行总结和对比分析，然后提出在教学设计和实践过程中适合采用“以学生为中心”的互动式教学方法并对该理念和方法进行了阐述，最后对该门课程在教学实施过程中所采用的实践教学方法、作业和考核等问题进行了分析并提出改进措施。文章的分析思考可为空天技术概论课程的进一步建设和教学探索提供建议和思路。

关键词：空天技术；概论课；互动式教学；实践教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）01-0096-04

Abstract： This paper summarized the characteristics of aerospace technology introduction course and made a comparative analysis of the teaching contents adopted by the course in different universities. Then the interactive teaching method of "student-centered" in the process of teaching design and practice was put forward and the idea and method were expounded. Finally， the practice teaching method， homework and examination method adopted by the course in teaching process are analyzed and the improvement measures are put forward. The analysis of this paper can provided some suggestions and ideas for the further construction and teaching exploration of the course of Introduction to Aerospace Technology.

Keywords： aerospace technology； introduction course； interactive teaching method； practice teaching method

一、概述

航空航天技术是一个国家科技水平的重要标志，是力学、材料科学、电子技术、控制理论、推进技术及制造工艺等技术的综合体现。对大学本科生来说，了解航空航天领域的基本知识、基本原理及发展概况，对开阔他们的视野、扩大知识面以及今后的学习和工作都很有帮助[1，2]。

“空天技术概论”课程是我院面向全校各类专业低年级本科生开设的一门公共基础选修课。开设本门课程的目的是通过课程知识的学习，使学生了解航空航天技术的现状与发展趋势，初步掌握航空航天的基本知识，形成对航空航天任务体系结构及航空航天技术军事应用的认识，使学生具有航空航天知识的基本素养，知识结构更加完善。航空航天技术是多领域基础科学、技术科学和工程科学的高度综合集成，各学科专业学生在本课程的学习过程中，可了解航空航天技术与其他科学技术的相互交叉、相互促进情况，从全局的角度了解自己学科专业在航空航天中应用的情况，建立起对航空航天技术这一影响日益广泛的重要技术领域的基本认识，提高对自己专业的学习兴趣。

本文针对“空天技术概论”课程的教学和实践开展研究，归纳总结了本门课程的特点和教学内容，对本课程的在教学实施过程中的教学理念、方法以及存在的问题进行分析并提出了改进措施，希望通过这些研究分析提高“空天技术概论”这门课程的教学和课程建设水平，有效促进人才培养。

二、课程特点和内容

（一）课程特点

我国关于航空航天概论性质的课程最早可追溯到1962年钱学森先生为中国科学技术大学大四年級本科生开设和讲授的“星际航行概论”。这门课系统地介绍了当时星际航行技术的各个方面，内容包括：运载火箭的动力系统、运载火箭的设计及制造过程、运载火箭及星际飞船的飞行轨道、控制系统的设计原则及设计过程、星际航行中的通讯问题及防辐射问题、解决飞船再入大气层的设计原理、星际飞船的设计问题，以及星际航行的前景展望等。课程通过大量的分析、计算，从理论和实践的角度论证说明，星际航行是一定能实现的，但是星际航行技术是复杂的，实现星际航行是一项艰巨的工作。钱老希望通过这门课对即将投入星际航行技术工作的工程技术及研究人员起入门作用，使他们了解各项工作在整体中的位置[3]。

目前，“空天技术概论”（或称“航空航天技术概论”）课程在北航、南航、哈工大等院校航空航天专业已开设多年，授课对象大多针对低年级本科生。经过多年的建设，教学计划和大纲日趋完善，课堂教学内容也逐渐向科学化、合理化迈进。特别是北航，已经将本门课程建设成为国家级精品课程并开设了MOOC课和网易公开课，形成了稳定的教学团队。但是，随着国内外航空航天事业发展迅速，本门课的一些教学内容还不能满足学生求知的需要，课堂实践教学环节还比较薄弱，影响到学生动手能力和创造能力的培养。本门课程涉及的专业知识众多，如何在有限的学时内保持知识结构完整性、系统性和前沿性的同时，完成教学目标，需要开展教学实践与研究[4]。

（二）课程内容

航空航天技术涉及知识点很多，要想将这些内容在有限的学时内全部讲完十分困难，必须要有所取舍，而教材则是教学内容的汇总编排，是整个教学过程实施的基础。目前，北航采用的是经过多年教学实践形成的“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《航空航天概论》，该教材同时也是北京高等教育精品教材，由贾玉红主编，北京航空航天大学出版社于2017年出版第四版。全书分五章：航空航天发展概况、飞行器飞行原理、飞行器动力装置、飞行器机载设备及飞行控制、飞行器构造等。南航采用的是在多年教学基础上形成“十二五”江苏省高等学校重点教材《航空航天概论》，由昂海松等人主编，科学出版社于2015年出版第二版，该教材分九章和五个专题，内容分别为：绪论、飞行器飞行原理、飞行性能和飞行品质、飞行器导航原理、航空器机体结构、航空器推进装置、航空器机载设备、导弹系统、航天系统。五个专题内容为：飞机研制过程、航空器维修、飞行器隐身技术、推力矢量技术、无人机技术。

我院的“空天技术概论”课程虽然也开设多年，但是建设水平与国内其他兄弟院校如北航、南航等相比存在一定差距，目前还没有形成课程讲义和教学团队，课程教学内容也基本选取其他航空航天院校的教材并增加部分特色教学内容形成。下面将北航、南航、国防科大三所院校“空天技术概论”课程的教学内容进行系统梳理和比较分析。

从教学内容的选取上来讲，北航和南航更侧重于航空一些，而国防科大则更侧重于航天一些。例如，北航和南航关于航天器飞行原理的教学内容在教材中仅占一小节内容（北航2.6节，南航2.3节），而国防科大则占第五章一整章，且教学内容较多（6个学时）。总体来讲北航和南航的教材中航空部分约占70%，航天部分约占30%，而国防科大恰好相反，航空部分约占30%，航天部分约占70%，这和目前国防科大缺少航空专业有一定关系。

从组织结构上讲，北航在内容安排上每章都是以飞行器为主线，航空器、航天器和导弹与火箭等内容相互交叉。例如“飞行器飞行原理”这章内容中既有航空器的飞行原理，也有航天器的飞行原理，“飞行器构造”这一章包含了航空器、航天器、火箭和导弹的构造。从整体教学效果来看，这种航空航天内容的相互交叉有可能会导致概念的混淆，同时也不利于理清教学思路。南航则将授课内容分为基本原理、航空器、航天器与导弹三部分内容来讲，国防科大则按照航空器、航天器与导弹两大部分来讲，每一部分都选择基本概念、飞行原理、动力系统、机载设备、基本构造等内容，目的是希望知识更加系统化，也能使学生对于各种飞行器概念的理解更加清晰。

特色方面，南航增加了航空航天技术专题部分，将一些科研成果归纳总结加入课程体系中，但都是属于航空的内容；而国防科大增加了一章“空天系统的军事应用”，内容上主要讲航天系统的军事应用，突出了军校特色。

由于每所院校自身的发展历史、定位以及需求不同，教学内容的选取和组织方式都有所不同，但是核心内容都差不多，都根据不同的需求增加了一些应用型的内容。

在未来了课程建设中，应该注意的是从“空天技术概论”课程的性质和特点来考虑，教学内容的选取应注意拓宽系统性、完整性并反映学科前沿，同时由于是面对低年级本科生，还应该加强知识性和趣味性。由于航空航天学科涉及的研究领域非常广泛，不可能将涉及的每个方面都讲解的专业程度很深，但是泛泛取材，将这门可上成科普课程也存在一定的问题，因此，教学内容的选取上应该注意广度和深度之间的矛盾，定位要明确。

三、教学实践与思考

“空天技术概论”这门课被定位为针对低年级本科生开设的一门公共基础选修课，安排32学时，由于选修这门课程的学生来自不同的专业，每名修课学生专业基础不同，跨度较大，而且每名学生对修课的态度和目的也不同，因此在授课过程中适宜采用“以学生为中心”的互动式教学模式，并且安排实践教学环节，充分利用网络资源，加强大作业和考核环节的效果。

（一）“以学生为中心”的教学理念

在“以学生为中心”的教学理念在“空天技术概论”这门课程教学的具体实施过程中，总结归纳起来应该坚持做到“一个中心”、“两个联系”和“三个结合”。

1. 一个中心

教育活动的主体和中心是学生，但在当前高等教育教学中，教学活动的主体往往是以教师为主，教师也一直握有教学的主动权，最常见的教学模式是教师在课堂上讲授，学生常常被动接受。讲授的知识虽然具有较强系统性，但是内容缺乏延展性，难以拓展大学生的思考空间，提升获取知识的深度和广度。

“以学生为中心”的教学理念则强调知识不是独自形成的，而是在与外部环境的交互过程中形成的，学习者的知识需要依赖自己建构，学习者是学习的主体等认知理论观点；落实到教学策略上主要体现以提高学生的实践能力、创新能力和学习能力为主，强调实践导向，按专业能力构建教学内容，强调双向沟通。教学过程的起点置于学生的学习需要上，教学过程中将学生对课堂学习的参与度及师生互动点的多少作为考查学生是否真正投入到学习活动中去的核心指标；考核体系注重评估学生分析问题和解决问题的能力。教学效果主要集中体现在学生理论联系实际的能力、动手能力和创新能力上。在“空天技术概论”这门课程的教学实施过程中，应始终坚持“以学生为中心”的教学理念，使学生真正成为学习的主体，避免老师“满堂灌”而学生被动接受的教学状况。

2. 两个联系

“空天技术概论”这门课程既是一门介于专业和科普之间的概论课，也是一门应用性很强的理论联系实际的课程。在实施教学过程中，应做到“两个联系”。一是原理联系案例，将抽象的原理与航天任务的案例结合讲解，加深学生对航空航天技术的理解。二是教学联系应用，航空航天领域涉及范围广，发展十分迅速，因此在教学过程中可以将与各个主要知识点相关联的科技进展及应用情况做介绍，拓宽学生视野。

3. 三个结合

在坚持“一个中心”和“两个联系”的基础上，本课程在教学实施过程中采用课堂教学、实物教学和专题研讨三种方法相结合的教学方法。

第一，课堂教学采用大量的航空航天任务案例教学，理论结合实际，有利于提高学生对课堂教学知识点的消化率。课堂教学以多媒体与板书结合的讲授为主，采用大量人类航空航天活动的视频和图片资料，结合世界航空航天技术的典型案例，将航空航天技术基础知识融入到案例的分析中。课程教学过程中，有许多的内容可采用多媒体辅助教学方法。如轨道六要素、欧拉角变换顺序、轨道机动等知识点，借助于动态演示的教学手段，可以生动地展示航天轨道运行的规律，将抽象的理论以形象的方式表达，使学生易于理解，提高教学效率。

第二，教学过程中充分利用实物教学，当形态各异功能不一的各种导弹和火箭发动机全方位地展现在学生面前时，学生可以获得直观的感受和庞大、形象的信息量，有利于提高学生学习兴趣，加深學生对课堂知识的理解。

第三，开展以小组为单位的专题研讨，让学生完成资料收集分析、小论文撰写、课堂报告等工作。专题讨论选题以航空航天技术及其军事应用为题材，各小组可根据自己专业情况或兴趣拟定题目，提倡各专业修课学生发挥专业优势，联系自己的专业进行研讨、收集并分析资料、撰写小论文，最后课堂报告、讨论、教员讲评或学生互评。

（二）“互动式”教学方法

考虑到“空天技术概论”课程是针对低年级学生开设的，内容浅显易懂，故而采用了讲授、提问、讨论相结合的互动式教学方法。互动式教学对提升大学生的综合素质和创新能力等具有十分重要的作用，教学过程中如果缺乏有效的互动，大量内容灌输式的输给学生，教学活动缺乏针对性，则很难取得理想的教学效果。但是互动式教学需要精心设计和引导，不能仅是“问答式”的一对一的互动。有效地提高课堂教学中互动的形式、范围、技巧和效果，可以锻炼和提高学生的思维和创新能力。在具体教学实践中，可以通过加强课前预习和课堂研讨环节，激发学生自主学习的热情，提高学生课堂参与度[5]。

首先，要加强老师和学生之间的互动。老师应该营造良好的课堂互动氛围，鼓励和调动学生的积极性，控制互动的时机和程度。“以学生为中心”的教学模式要求互动要针对不同学生的特点进行。有些学生积极性很高，但是有一些学生则不太善于表达，老师要尽量鼓励学生超越自我，但也要充分尊重学生选择权，循环渐进，因材施教。

然后，要加强学生和学生之间的互动。学生通过分组完成专题研讨的大作业部分，很自然的就会产生互动，老师可以多组织学生之间的相互讨论，针对作业组织学生之间的互答互评，对学生共同感兴趣的问题组织学生之间的讨论。

另外，学生还可以通过网络就感兴趣的相关问题进行探讨和互动，这些都有益于学生主动投入到学习过程中，主动学习思考，达到本门课程的教学目的。

（三）实践教学方法

为了加强“空天技术概论”课程的教学效果，本门课程在授课过程中融入了实践教学环节。实践教学环节包括导弹武器实弹与火箭发动机的参观与讲解，导弹实弹包括弹道导弹、地空导弹、岸舰导弹、空空导弹等导弹等，通过参观和讲解可以加深学生的感性认识。

在课堂教学中，授课教师结合讲授内容也可以在课堂上做些简单的演示实验。例如在讲解伯努利定理时，利用两张白纸做的吹气实验很好地解释了低速气流压强和流速的关系。尽量将生活中一些可以简单演示的例子引入课堂，使同学们了解无论多么高深的理论和宏大的工程，其基本原理都可以通过生活中的一些现象和事例得以揭示。

课外也可以组织动手能力强、学有余力的学生开展航空航天飞行器模型的设计与制作，例如小型无人机、小型火箭、微小卫星等。这些多层次的实践教学，扩展了学生的视野，增加了学生的动手机会，达到了巩固课堂知识、理论联系实际的目的。

（四）课后阅读和考核

“空天技术概论”这门课程涉及的知识点特别多，由于学时的限制和这门课的性质，使得同学们在课堂上仅能掌握航空航天的基础知识、基本发展脉络和学科结构，需要深入了解的同学可以在课后自学。老师在每次课后都发放相关的阅读材料，通过阅读使同学们加深对相关知识的理解和掌握。另外，信息时代涌现出海量的知识及教学资源，教育资源极大丰富，出现了各种各样的在线学习方式，例如北航就推出了杨超教授主讲的“航空航天技术概论”MOOC课和网易公开课，同学们也可以在课后通过网络学习自己感兴趣的内容。

目前，我院“空天技术概论”这门课程的考核主要采用专题研讨大作业加上闭卷考试的模式，其中大作业成绩占30%，闭卷考试成绩占70%。闭卷考试比较客观，相对来讲大家意见不大，存在主要问题是对于这种概论性质的课程闭卷考试很大程度上变成对同学们知识记忆的考核，难以达到能力素质考核的要求。大作业部分由于学生们的选题、兴趣、能力各不相同，是否能够让同学们真正投入精力，花费心思去完成这项工作是一个需要进一步探讨和实践的问题，否则很有可能流于形式，很多同学并没有真正参与进去，作业仅由小组中少部分同学完成的，甚至是通过网络或文献拼凑的一份报告。在今后的教学过程中，需要继续探索有效合理的过程和终期考核方法，使同学们积极主动的投入到课程学习中，达到能力素质培养的要求。

四、结束语

航空航天技术的发展是人类不断学习、探索的过程，通过“空天技术概论”这门课程的学习有利于培养学生执着追求、勇于创新的精神。航空航天活动具有高投入、高风险的特点，要求从事航空航天技术工作的人员具备严谨的工作素养，本门课程通过典型航空航天活动的案例教学和专题讨论，使学生感受具备敬业精神和科学严谨的工作作风的重要性和必要性。另外，分组实施的专题讨论培养了学生的团队协作意识。我院“空天技术概论”课程在未來的建设中需要加强课程资源库建设，根据本门课的性质和要求将教学内容形成讲义，并要注意突出军事应用相关背景，继续探索适合军校学生的教学模式，不断创新教学方法，使教学活动更具吸引力，提高同学们的学习效率，改善学习效果，提高教学质量。

参考文献：

[1]贾玉红，黄俊，吴永康.航空航天概论（第四版）[M].北京航空航天出版社，2017.

[2]昂海松，童明波，余雄庆.航空航天概论（第二版）[M].科学出版社，2015.

[3]钱学森.星际航行概论[M].科学出版社，1963.

[4]程谋森，向敏，程文科.空天工程专业导论课程建设的探索与实践[J].高等教育研究学报，2017，40（1）：103-107.

[5]曾明，郭正，田正雨.如何在互动式教学中更好实现学生主体地位[J].高等教育研究学报，2014，37（4）：92-95.

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