王海濤　梁彥剛

摘 ?要：為了進(jìn)一步推動(dòng)航空航天概論類通識(shí)性教育課程的建設(shè)，文章首先對(duì)國(guó)內(nèi)航空航天概論類課程的教育教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，然后以國(guó)防科技大學(xué)“空天技術(shù)概論”課程為例，對(duì)近些年的課堂教學(xué)和線上教學(xué)的實(shí)踐和體會(huì)進(jìn)行了梳理，最后提出了加強(qiáng)特色教材建設(shè)、推動(dòng)線上和線下融合式教學(xué)改革的課程建設(shè)方向和目標(biāo)。文章的分析和思考可為國(guó)內(nèi)從事航空航天概論類課程教學(xué)的教育界同仁提供參考。

關(guān)鍵詞：航空航天概論;空天技術(shù);教學(xué)實(shí)踐;課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2021）01-0094-04

Abstract： The purpose of the paper is to further improve the construction of general education course of Introduction to Aerospace. The paper summarizes the education and teaching status of Introduction to Aerospace courses， then takes the "Introduction to Aerospace Technology" course of National University of Defense Technology as an example to comb the practice and experience of classroom teaching and online teaching in recent years， the course construction direction and goal of strengthening the construction of featured textbook and promoting the online and offline integrated teaching reform are proposed finally. The analysis and thinking in this paper can provide a reference for domestic education colleagues who are engaged in teaching the course of introduction to aerospace.

Keywords： Introduction to Aerospace; aerospace technology; teaching practice; course construction

一、概述

在國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)航空航天類本科專業(yè)的院校中，航空航天概論類課程是針對(duì)全校低年級(jí)各專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門公共選修課，屬于通識(shí)教育課程。該課程的教學(xué)定位是講述航空航天基本概念、基本原理、發(fā)展歷程和常用技術(shù)，教學(xué)目的是通過(guò)課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)航空航天的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)有一個(gè)比較全面的了解，掌握航空航天技術(shù)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)航空航天的興趣和愛(ài)好。

作者于2018年開(kāi)始在國(guó)防科技大學(xué)講授“空天技術(shù)概論”課程，目前已經(jīng)講授完3輪。按照教學(xué)大綱要求每個(gè)教學(xué)進(jìn)度32學(xué)時(shí)，每年春季學(xué)期開(kāi)課，對(duì)航空航天有興趣的學(xué)生均可選修本課程，不需要專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。每年的選課人數(shù)基本上都在120人左右，接近學(xué)校設(shè)定的128人的人數(shù)上限。選課學(xué)生大多是一、二年級(jí)的低年級(jí)學(xué)生，少部分高年級(jí)學(xué)生，分別來(lái)自不同學(xué)院，覆蓋了學(xué)校工科大部分專業(yè)[1]。

為了更好的促進(jìn)本門課程的教學(xué)和課程建設(shè)，本文系統(tǒng)梳理了作者關(guān)于航空航天概論類課程教學(xué)實(shí)踐的體會(huì)和感悟，并總結(jié)出本課程下一步教學(xué)和課程建設(shè)的方向和目標(biāo)，希望能為國(guó)內(nèi)其他開(kāi)設(shè)航空航天概論類課程的兄弟院校提供借鑒參考。

二、航空航天概論類課程分析

通過(guò)近三年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，作者認(rèn)為在航空航天概論類課程的教學(xué)和課程建設(shè)中需要掌握好“科普”和“專業(yè)”的平衡關(guān)系。選課學(xué)生來(lái)自不同專業(yè)，學(xué)科基礎(chǔ)和知識(shí)結(jié)構(gòu)不盡相同，而且對(duì)于此類通識(shí)性教育課程，同學(xué)們更希望上的輕松有趣一點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)的教育觀念還是希望盡可能讓學(xué)生掌握知識(shí)和培養(yǎng)能力，最好能夠量化考核。因此，作者認(rèn)為要想上好航空航天概論類課程，對(duì)授課老師的要求其實(shí)是很高的，授課老師最好具備比較全面深入的航空航天專業(yè)知識(shí)，而且能夠深入淺出、生動(dòng)有趣地講授出來(lái)。下面以兩門經(jīng)典的航空航天概論類課程為例，對(duì)其課程教學(xué)狀況進(jìn)行剖析。

（一）錢學(xué)森先生“星際航行概論”課程分析

“星際航行概論”是20世紀(jì)60年代錢學(xué)森先生親自為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)四年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)講述的一門課程[2]。錢學(xué)森先生親自編寫教學(xué)大綱和教材，共講授45學(xué)時(shí)。該課程系統(tǒng)地介紹了航天技術(shù)的各個(gè)方面，課程內(nèi)容包括星際航行與宇宙航行、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原理、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)、運(yùn)載火箭的技術(shù)實(shí)現(xiàn)、運(yùn)載火箭從地面起飛的軌道問(wèn)題、星際航行的軌道、原子能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、制導(dǎo)問(wèn)題、星際航行中的通訊問(wèn)題、再入大氣層、防輻射、飛船的設(shè)計(jì)問(wèn)題、飛船中的電源、星際航行進(jìn)一步發(fā)展的幾個(gè)問(wèn)題等共十四講。雖然時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了將近60年，回首再看“星際航行概論”這門課，課程內(nèi)容既具有前瞻性又有專業(yè)性。課程講授的關(guān)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)載火箭技術(shù)的基本理論已經(jīng)成為指導(dǎo)我國(guó)火箭設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，講授的太陽(yáng)帆、原子能火箭、電推進(jìn)火箭等技術(shù)是目前正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中的新型航天技術(shù)，對(duì)于運(yùn)載火箭回收、海上發(fā)射、空天飛機(jī)的設(shè)想也正是目前航天技術(shù)的前沿?zé)狳c(diǎn)。

“星際航行概論”課程的考核采用開(kāi)卷筆試，據(jù)中科大黃吉虎教授回憶說(shuō)：“就兩道題，第一題是一道概念題，占30分，一般都能拿到20分左右，但要拿到25分以上就會(huì)有一定的困難。第二題非常特別，即‘從地球上發(fā)射一枚火箭，繞過(guò)太陽(yáng)，再返回到地球上來(lái)，請(qǐng)列出方程求出解”。作者認(rèn)為，這種考核方式完全是在考核能力，但是據(jù)說(shuō)當(dāng)年這場(chǎng)從早上8：30持續(xù)到下午6：30的考試有95%的學(xué)生不及格。

作者認(rèn)為，由錢老親自開(kāi)設(shè)和講授的“星際航行概論”課程是我國(guó)航天類和航天概論類課程的開(kāi)山之作、經(jīng)典之作，其內(nèi)容經(jīng)典且影響深遠(yuǎn)。就作者的體會(huì)而言，“星際航行概論”課程內(nèi)容的難度、深度和廣度超出了目前各大學(xué)開(kāi)設(shè)的航空航天概論類課程，作為大學(xué)低年級(jí)的本科生，尤其是非航空航天和力學(xué)專業(yè)的本科生學(xué)習(xí)“星際航行概論”課程將存在很大的困難，而且考核也難以通過(guò)。按照目前的大學(xué)課程體系，“星際航行概論”課程的內(nèi)容體系和難度比較適合給研究生一年級(jí)的學(xué)生開(kāi)設(shè)成公共選修課。但是“星際航行概論”課程的內(nèi)容知識(shí)體系經(jīng)過(guò)通識(shí)化，部分內(nèi)容經(jīng)過(guò)更新之后將會(huì)是適合目前大學(xué)航天概論類通識(shí)教育課程并且是非常好的課程內(nèi)容體系，這也是作者未來(lái)課程建設(shè)的目標(biāo)。

（二）北京航空航天大學(xué)“航空航天概論”課程分析

目前，北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等兄弟院校均開(kāi)設(shè)有航空航天概論類課程，然而各大學(xué)的課程內(nèi)容體系卻不盡相同。例如：西北工業(yè)大學(xué)將“航天概論”、“航空概論”、“航海概論”分開(kāi)設(shè)置成三門公選課，哈爾濱工業(yè)大學(xué)僅開(kāi)設(shè)了“航天概論”公選課，北京航空航天大學(xué)和南京航空航天大學(xué)則均開(kāi)設(shè)了“航空航天概論”公共選修課程。

就內(nèi)容設(shè)置而言，南京航空航天大學(xué)的“航空航天概論”課程主要是面向航空類低年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)，大部分講解航空的內(nèi)容，僅在課程最后一講選取了航天器相關(guān)內(nèi)容[3-4]。而北京航空航天大學(xué)的“航空航天概論”則相對(duì)比較均衡，對(duì)航空和航天相關(guān)內(nèi)容均有所考慮，而且北航的“航空航天概論”也是目前國(guó)內(nèi)航空航天概論類課程里唯一建設(shè)成為國(guó)家級(jí)精品課的課程[5]。因此，下面就以北航的國(guó)家級(jí)精品課程“航空航天概論”為對(duì)象進(jìn)行分析。

北京航空航天大學(xué)“航空航天概論”課程共設(shè)置32學(xué)時(shí)（包括理論課和現(xiàn)場(chǎng)課），理論課內(nèi)容主要由航空航天發(fā)展概況、升力與阻力的產(chǎn)生、飛機(jī)氣動(dòng)布局及飛行性能、直升機(jī)飛行原理與航天器飛行原理、航空器動(dòng)力裝置、航天器動(dòng)力裝置、飛行器導(dǎo)航與制導(dǎo)、飛行器構(gòu)造等內(nèi)容組成，實(shí)踐課主要是對(duì)航空史和飛機(jī)構(gòu)造兩部分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)授課。該課程是北航自1952年建校以來(lái)開(kāi)設(shè)最早的課程之一，自2015年在中國(guó)大學(xué)MOOC上線以來(lái)，每年春季學(xué)期和秋季學(xué)期開(kāi)課，目前已經(jīng)進(jìn)行至第11輪，課程建設(shè)有完善的課堂單元測(cè)試、課程單元作業(yè)、課堂討論以及期末考試環(huán)節(jié)。

作者認(rèn)為，北京航空航天大學(xué)的“航空航天概論”課程目前看來(lái)除了一些課程內(nèi)容因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系需要更新之外，整體建設(shè)水平還是很高的。課程內(nèi)容整體偏科普，比較適合大學(xué)低年級(jí)的本科生。課程內(nèi)容上航空內(nèi)容比航天內(nèi)容偏多，這可能和該校發(fā)展歷史以及該課程的建設(shè)歷史有關(guān)。但是，作者更偏向于課程內(nèi)容設(shè)置更專業(yè)和豐富一些，這也為課程教學(xué)的實(shí)施增加了難度，可以作為未來(lái)建設(shè)的一個(gè)目標(biāo)。

三、航空航天概論類課程的教學(xué)實(shí)踐

國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院為全校低年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)了航空航天概論類公共選修課“空天技術(shù)概論”，每年春季學(xué)期開(kāi)課，共設(shè)置32學(xué)時(shí)（包括理論和實(shí)踐課時(shí)）。作者自2018年開(kāi)始講授“空天技術(shù)概論”課程，迄今為止已經(jīng)講授完3個(gè)進(jìn)度。以下是對(duì)國(guó)防科技大學(xué)“空天技術(shù)概論”課程的分析和教學(xué)實(shí)踐總結(jié)。

（一）“空天技術(shù)概論”課程分析

國(guó)防科技大學(xué)“空天技術(shù)概論”課程在借鑒國(guó)內(nèi)外的經(jīng)典教材的基礎(chǔ)上形成自己的教學(xué)內(nèi)容體系，主要教學(xué)內(nèi)容如圖1所示。

從內(nèi)容體系上來(lái)講，“空天技術(shù)概論”課程航天的內(nèi)容比航空多一些，這也與國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院歷史上以航天為主，缺少航空專業(yè)有關(guān)系。作者認(rèn)為，整體課程內(nèi)容體系框架還是不錯(cuò)的，但是在一些教學(xué)內(nèi)容的選取上還有一些值得進(jìn)一步改進(jìn)的地方。例如：航天器軌道原理部分內(nèi)容講授6個(gè)學(xué)時(shí)，其內(nèi)容的深度和廣度還有進(jìn)一步改進(jìn)的空間;關(guān)于航空航天基本原理的內(nèi)容還需要進(jìn)一步凝練，一些概念性的內(nèi)容也可不必在課堂上過(guò)多講解，可制作成閱讀材料供同學(xué)們課后閱讀。但是，航空航天的知識(shí)內(nèi)容體系過(guò)于繁雜，如果需要學(xué)生課前或課后閱讀則最好有針對(duì)性的教材。因此，進(jìn)行“空天技術(shù)概論”課程教材建設(shè)也是一項(xiàng)目前對(duì)課程教學(xué)影響很大且急需進(jìn)行的工作。

（二）“空天技術(shù)概論”課程教學(xué)實(shí)踐

作者在2018年和2019年度對(duì)選修“空天技術(shù)概論”課程的本科生進(jìn)行了課堂授課，總結(jié)出一些教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和感悟如下。

1. 多數(shù)學(xué)生對(duì)發(fā)展歷程和基本原理感興趣，對(duì)專業(yè)知識(shí)和計(jì)算有所畏懼

作者在講授緒論部分即航空航天基本概念和發(fā)展史的時(shí)候，學(xué)生反映比較熱烈。原因可能是剛開(kāi)始上課，同學(xué)們都充滿了新鮮感，另外同學(xué)們對(duì)于此部分內(nèi)容確實(shí)是比較感興趣的。進(jìn)入航空概論部分的講解時(shí)，涉及到空氣動(dòng)力學(xué)的基本原理部分，例如：連續(xù)性定理、伯努利原理、升力阻力產(chǎn)生的基本原理等，大部分學(xué)生都能夠接受，但是涉及更專業(yè)的一些知識(shí)，例如：飛機(jī)失速原理涉及的流動(dòng)分離、轉(zhuǎn)捩，誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生以及激波等，非航空航天和力學(xué)專業(yè)的學(xué)生表現(xiàn)出畏難情緒。航天概論部分則在涉及兩體軌道計(jì)算部分一部分學(xué)生理解存在困難。整體而言，在專業(yè)知識(shí)稍多稍深的地方會(huì)使一部分學(xué)生退縮，大部分學(xué)生希望每堂課都上成精彩的科普課。

2. 授課PPT中應(yīng)多采用圖表、動(dòng)畫和視頻的形式，減少過(guò)多文字

“空天技術(shù)概論”課程涉及的模型和公式推導(dǎo)比較少，基本上采用多媒體講授。航空航天的知識(shí)內(nèi)容體系繁雜，在PPT設(shè)計(jì)過(guò)程中采用圖表、動(dòng)畫或視頻把要講授的知識(shí)內(nèi)容體系呈現(xiàn)出來(lái)效果會(huì)更好，更受歡迎。作者在這方面做了一些工作，例如：在講解載人航天相關(guān)內(nèi)容時(shí)，加入了中央電視臺(tái)制作的載人航天發(fā)展歷程的視頻，大約5分鐘，將我們國(guó)家載人航天工程從提出、立項(xiàng)、試驗(yàn)、飛行以及歷屆國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人講話串聯(lián)起來(lái)，給了同學(xué)們較強(qiáng)的震撼并極大地激發(fā)了同學(xué)們的愛(ài)國(guó)熱情;在講解衛(wèi)星姿態(tài)控制原理時(shí)，利用動(dòng)畫呈現(xiàn)出飛輪控制衛(wèi)星姿態(tài)的過(guò)程，讓同學(xué)們對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)主動(dòng)控制有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。但是，也有一些內(nèi)容體系是目前做得不夠的地方，例如：關(guān)于航天器各分系統(tǒng)的講解，概念和敘述過(guò)多，學(xué)生容易產(chǎn)生疲勞感，吸引不了學(xué)生的注意力，這也是以后需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。

3. 設(shè)計(jì)互動(dòng)和實(shí)踐場(chǎng)景，減少過(guò)多概念性的講述

因?yàn)楹娇蘸教斓闹R(shí)內(nèi)容太多，想要面面俱到的將盡可能多的知識(shí)講授給學(xué)生容易給人一種“滿堂灌輸”的印象。因此，還是要有選擇性的選取一些經(jīng)典知識(shí)體系進(jìn)行講授，并且在講授過(guò)程中要注意學(xué)生的反應(yīng)，設(shè)計(jì)一些互動(dòng)和實(shí)踐場(chǎng)景。例如：作者在講授飛機(jī)飛行穩(wěn)定性的時(shí)候，在課堂現(xiàn)場(chǎng)折一個(gè)紙飛機(jī)，利用金屬夾子夾在紙飛機(jī)下方不同位置來(lái)改變其質(zhì)心位置，然后通過(guò)紙飛機(jī)的飛行演示來(lái)講解飛機(jī)質(zhì)心和壓心相對(duì)位置對(duì)其飛行穩(wěn)定性的影響。這個(gè)實(shí)踐例子來(lái)源于生活且簡(jiǎn)單易操作，課堂演示能夠吸引同學(xué)們的注意力并進(jìn)行有效互動(dòng)。利用生活中的小例子引出航空航天相關(guān)技術(shù)，再進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的講解，這樣授課的效果確實(shí)會(huì)更好。當(dāng)然，這些例子和素材需要進(jìn)行積累并恰當(dāng)引入，這也是今后授課和課程建設(shè)中需要努力的地方。

（三）“空天技術(shù)概論”線上教學(xué)實(shí)踐

2020年春季學(xué)期，由于新冠疫情的影響，國(guó)防科技大學(xué)“空天技術(shù)概論”課程改為線上授課，這也是作者第一次進(jìn)行線上授課實(shí)踐。授課方法采用雨課堂和騰訊會(huì)議同步進(jìn)行，經(jīng)過(guò)一學(xué)期的授課體驗(yàn)，作者對(duì)在線講授“空天技術(shù)概論”課程也有了一些自己的體會(huì)。

首先，航空航天概論類課程比較適合線上授課，因?yàn)槠涫谡n內(nèi)容中公式推導(dǎo)不多，大多是基本概念、基本原理、發(fā)展歷程和相關(guān)技術(shù)的講解，而雨課堂是融入到PPT中進(jìn)行的，所以原來(lái)的教學(xué)素材并不需要進(jìn)行較大改動(dòng)。利用雨課堂發(fā)布公告和課件、簽到點(diǎn)名、語(yǔ)音直播、彈幕互動(dòng)、習(xí)題、板書(shū)、直播回放功能極大地方便了學(xué)生們的學(xué)習(xí)，雨課堂的缺點(diǎn)就是無(wú)法實(shí)時(shí)語(yǔ)音、視頻交流，而騰訊會(huì)議語(yǔ)音和視頻互動(dòng)比較好，因此在授課過(guò)程中同步采用騰訊會(huì)議共享雨課堂的PPT屏幕，并和同學(xué)們進(jìn)行語(yǔ)音或視頻互動(dòng)，但是無(wú)論是雨課堂的彈幕還是騰訊會(huì)議的聊天功能在上課時(shí)容易打斷授課進(jìn)程且不能及時(shí)回應(yīng)，若能配備助教輔助進(jìn)行課堂互動(dòng)則效果更好。另外，作者還通過(guò)建立了班級(jí)微信群進(jìn)行上課通知、發(fā)布課件和答疑?？傮w來(lái)講，整個(gè)學(xué)期的線上授課還算比較順利。

在線上授課過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，例如：師生互動(dòng)受限，一些實(shí)踐環(huán)節(jié)無(wú)法開(kāi)展，而且?guī)熒?dòng)只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行，老師無(wú)法感知整個(gè)班級(jí)的氛圍。由于該課程選修學(xué)生比較多，老師在授課過(guò)程中的無(wú)法關(guān)注到每位學(xué)生是否在集中精力聽(tīng)課以及聽(tīng)課效果如何，這些問(wèn)題需要在未來(lái)的教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，把真正適合線上進(jìn)行的教學(xué)內(nèi)容搬到線上，例如：課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、隨堂測(cè)試和課后作業(yè)可以嘗試在線上建設(shè)。

四、課程未來(lái)建設(shè)思考

航空航天概論類課程涉及的內(nèi)容知識(shí)體系廣博，通過(guò)對(duì)該類課程的分析和以及課堂教學(xué)和線上教學(xué)實(shí)踐的總結(jié)，作者對(duì)“空天技術(shù)概論”課程有以下的幾點(diǎn)未來(lái)建設(shè)的思考：

（一）梳理航空航天專業(yè)知識(shí)，加快形成特色教材

教材對(duì)一門課程來(lái)講很重要，尤其是航空航天概論類課程涉及知識(shí)內(nèi)容繁多，許多相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)需要放在課下學(xué)習(xí)。如果老師僅依靠課堂全面講授知識(shí)，不但容易形成灌輸式教學(xué)的印象，而且適得其反，會(huì)使學(xué)生失去對(duì)航空航天的興趣和熱情。在教材的建設(shè)方面，作者有一個(gè)憧憬目標(biāo)，希望能夠以錢老的《星際航行概論》為榜樣，結(jié)合目前大學(xué)本科航空航天概論類通識(shí)性教育的現(xiàn)狀和要求，考慮國(guó)防科技大學(xué)軍事院校教育的特點(diǎn)，形成特色內(nèi)容體系和教材。當(dāng)然，一本好的教材編寫工作量很大，非一朝一夕之功，需要瞄準(zhǔn)目標(biāo)持續(xù)進(jìn)行。

（二）以教學(xué)效果為導(dǎo)向，推動(dòng)線上和線下融合式教學(xué)

航空航天概論類課程比較適合改造成線上教學(xué)，北京航空航天大學(xué)和南京航空航天大學(xué)都在中國(guó)大學(xué)MOOC上推出了此門課程。另外，南京航空航天大學(xué)的老師已經(jīng)開(kāi)始探索在“航空航天概論”教學(xué)中應(yīng)用微課等新興的教學(xué)方法[6]?；谧髡呔€上教學(xué)的體會(huì)，線上和線下各有優(yōu)缺點(diǎn)，若能融合線上和線下這兩種教學(xué)方法，形成更好的教學(xué)效果，則可以推動(dòng)航空航天概論類通識(shí)教育課程建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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基金項(xiàng)目：2018年湖南省普通高校教學(xué)改革項(xiàng)目“以能力塑造為核心推進(jìn)空天學(xué)科群實(shí)踐教學(xué)改革”（湘教通[2018]436號(hào)）;2019年空天科學(xué)學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目“空天技術(shù)概論課程教學(xué)改革研究”

作者簡(jiǎn)介：王海濤（1982-），男，漢族，河南開(kāi)封人，博士，副教授，研究方向：航天動(dòng)力學(xué)專業(yè)教學(xué)與研究。