孫瑾秋 郭建國 周軍

摘? 要：科技創(chuàng)新是推動世界科技進步和人類社會發(fā)展的重要動力，而學科交叉融合和多學科協(xié)作是科技創(chuàng)新的關(guān)鍵。基于航天多學科交叉融合的復(fù)合創(chuàng)新型大學生培養(yǎng)是我們教育目標。針對高校大學生掌握學科知識單一、創(chuàng)新能力不足的問題，團隊提出將航空、航天科學技術(shù)、計算機科學技術(shù)等多學科交叉融合的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。該模式分為培養(yǎng)理念、培養(yǎng)環(huán)境、培養(yǎng)方案、實踐方案、綜合測評五個層面。通過產(chǎn)學研與航天特色多學科交叉融合專業(yè)相結(jié)合，形成大學生創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念。將國家一流重點實驗室和優(yōu)質(zhì)科研、跨學科教師團隊作為培養(yǎng)環(huán)境與平臺。將國家精品課程、跨學科知識串聯(lián)作為培養(yǎng)方案。以航天為應(yīng)用背景，天文圖像處理為研究主題，國家重點項目為依托作為實踐方案。以綜合、客觀的考核測評體系作為激勵與評價學生的措施，全面提升學生的綜合能力與創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：復(fù)合創(chuàng)新型人才? 多學科交叉融合? 航天圖像處理? 科技生態(tài)鏈 人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（a）-0208-05

Research and practice of innovative personnel training mode of aerospace interdisciplinary integration

SUN Jinqiu*? GUO Jianguo? ZHOU Jun

（Northwestern Polytechnical University， School of Astronautics， Shannxi xian，710072? China）

Abstract： Technological innovation is an important driving force to promote the progress of science and technology in the world and the development of human society， and interdisciplinary integration and multidisciplinary cooperation are the key to scientific and technological innovation. Based on the interdisciplinary integration of aerospace， the cultivation of compound and innovative college students is our educational goal. Aiming at the problems of single subject knowledge and insufficient innovation ability of college students， the team proposes a training mode of innovative talents， which integrates aviation， aerospace science and technology， computer science and technology and other disciplines. The model is divided into five levels： training concept， training environment， training program， practice program and comprehensive evaluation. Through the combination of production， teaching and research with aerospace characteristics of multi-disciplinary integration， the concept of cultivating innovative talents for college students is formed. The national first-class key laboratory and high-quality scientific research and interdisciplinary teacher team are taken as the training environment and platform. The national excellent courses and interdisciplinary knowledge are taken as the training program. Taking space as the application background， astronomical image processing as the research theme， relying on national key projects as the practical program. The comprehensive and objective assessment system is taken as a measure to encourage and evaluate students， so as to comprehensively improve their comprehensive ability and innovation ability.

Key Words： Compound innovative talents; Talent cultivation; Interdisciplinary integration; Astronomical image processing; Aerospace science and technology ecological chain

習近平指出，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的戰(zhàn)略支撐，并對加快建設(shè)創(chuàng)新型國家做出戰(zhàn)略部署。黨的十九大提出，到2035年“我國經(jīng)濟實力、科技實力將大幅躍升，躋身創(chuàng)新型國家前列”。創(chuàng)新型國家的建立離不開創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。李克強總理在2018年政府工作報告中出培養(yǎng)適應(yīng)新時代需要的卓越工程科技人才既是高等教育的重大戰(zhàn)略任務(wù)，也是新時代建設(shè)創(chuàng)新型國家的重要保障[1]。

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起，新產(chǎn)業(yè)、新模式不斷涌現(xiàn)，全球科技創(chuàng)新密集出現(xiàn)，這將對全球發(fā)展模式和人類的生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生深刻影響。不同學科的知識、理論、方法、技術(shù)、手段的交叉滲透正發(fā)生在廣泛的學科領(lǐng)域，人類社會已經(jīng)步入了多學科交叉融合的時代[2-3]。因此，在多學科交叉融合背景下，復(fù)合創(chuàng)新型人才將成為推動和引領(lǐng)未來技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟社會發(fā)展的主要動力。

我校航天學院在發(fā)展過程中，不斷加強與相關(guān)學科的耦合，拓展了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，形成了眾多新的交叉性研究方向。其中航天科學技術(shù)與計算機科學技術(shù)結(jié)合最為緊密。我團隊正是結(jié)合了西工大特色航天專業(yè)與計算機專業(yè)，團隊率先在國內(nèi)開展天文圖像處理領(lǐng)域研究，其中包含了天文知識、航天知識、計算機視覺技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，從而豐富了我國航天科技生態(tài)鏈[4]，達到了從發(fā)射、入軌、工作、數(shù)傳、后期處理的全流程應(yīng)用，加大了對衛(wèi)星的利用率。團隊成立近20余載，研發(fā)了國內(nèi)首套天文圖像處理軟件系統(tǒng)，完成了多項型號任務(wù)，培養(yǎng)了數(shù)百名優(yōu)秀學子。從培養(yǎng)理念、培養(yǎng)環(huán)境、培養(yǎng)方案、實踐方案和綜合測評五個方面，進行復(fù)合創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，重點解決了大學生掌握技能單一受局限，多學科難交叉難相容的難題，提升了學生的綜合技術(shù)水平，培養(yǎng)了一批批的優(yōu)秀學子，并且取得了國家級成果獎在內(nèi)的一系列成果。

1? 五位一體的復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)理念

以培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才為目標，以提升大學生多學科、多領(lǐng)域知識技能為根本，結(jié)合本團隊專業(yè)優(yōu)勢，團隊提出“科學引領(lǐng)、基礎(chǔ)培養(yǎng)、實踐設(shè)計、創(chuàng)新研發(fā)、綜合測評”五位一體多學科交叉復(fù)合型人才培養(yǎng)的新理念。夯實學生的基礎(chǔ)知識技能，提升學生的科研創(chuàng)新能力，并且制定客觀、全面的測評體制，從而進一步激發(fā)學生向全面復(fù)合創(chuàng)新型人才方向發(fā)展[5-9]。

（1）培養(yǎng)理念：通過產(chǎn)學研與航天特色多學科交叉融合專業(yè)相結(jié)合，形成培養(yǎng)創(chuàng)新型大學生人才培養(yǎng)理念。

（2）培養(yǎng)環(huán)境：將國家一流重點實驗室和優(yōu)質(zhì)科研團隊、跨學科教師團隊作為培養(yǎng)環(huán)境與平臺。

（3）培養(yǎng)方案：將國家精品課程、跨學科知識串聯(lián)作為培養(yǎng)方案。以航天為應(yīng)用背景，天文圖像處理為研究主題與國家重點項目相結(jié)合作為提升學生動手能力的實踐方案。針對航天專業(yè)特色和優(yōu)勢，以具有專業(yè)特色的天文圖像處理作為研究方向，提高學生技能的特殊性、全面性、熟練度。

（4）創(chuàng)新研發(fā)：學生借助于專業(yè)優(yōu)勢，不僅可提高創(chuàng)新科技含量，且通過融合航空、航天、計算機科學、微電子學、機械工程學科專業(yè)知識，可提高綜合運用專業(yè)知識的實踐能力。

（5）綜合評價：以綜合、客觀的考核測評體系作為激勵與評價學生的措施，全面提升學生的綜合能力與創(chuàng)新能力。

2? 一流的復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)環(huán)境

2.1 國家級重點實驗平臺

本團隊是航天科學技術(shù)、計算機科學技術(shù)等多學科交叉融合實驗室，依托于西北工業(yè)大學“空天地海一體化大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室”“無人航行實時智能感知與計算技術(shù)創(chuàng)新引智基地”“移動平臺環(huán)境感知及空天應(yīng)用國際聯(lián)合研究中心”和“陜西省語音與圖像信息處理重點實驗室”。

本團隊結(jié)合西工大航天特色專業(yè)，并聯(lián)合計算機專業(yè)，率先在國內(nèi)開展天文圖像處理領(lǐng)域研究，其中包含了天文知識、航天知識、計算機視覺技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，從而豐富了我國航天科技生態(tài)鏈，也為培養(yǎng)具有西北工業(yè)大學航天特色的多學科復(fù)合型人才的目的打下堅實基礎(chǔ)。

2.2 國家級多學科交叉科研教學團隊

針對跨學科科研任務(wù)，團隊組建了跨航天科學技術(shù)、計算機科學技術(shù)等學科的科研團隊。同時該科研團隊具備復(fù)合型人才的培養(yǎng)能力。團隊老師涵蓋航天、計算機視覺、電子信息、通信、自動化等多個領(lǐng)域，可以對學生進行全方位的多學科交叉培養(yǎng)，從而達到復(fù)合型人才培養(yǎng)的目的。學生教學方面以團隊老師教育為主、學校必修課為輔、慕課為自學補充。

2.3 實驗室科研資源

團隊研究領(lǐng)域為天文圖像處理方向，為了更好的仿真環(huán)境，團隊搭建了“空間環(huán)境仿真暗室”一處，用于半物理仿真數(shù)據(jù)驗證，如圖1所示。可在以下方面對空間平臺下的空間目標成像進行仿真：

（1）深空背景拍攝環(huán)境的仿真。

（2）衛(wèi)星目標的材質(zhì)和形態(tài)仿真。

（3）空間環(huán)境下光照條件仿真。

（4）衛(wèi)星平臺成像時的高速運動仿真。

（5）空間環(huán)境下的跟蹤成像模式仿真。

實驗室建有“地面觀測站”一處，如圖2所示。配備了馬克斯托夫-牛頓式引導(dǎo)天文望遠鏡配合SAT-Tracker軟件可以引導(dǎo)望遠鏡對星點進行實時跟蹤拍攝。

“空間環(huán)境仿真暗室”與“地面觀測站”的建立可以支撐利用真實拍攝數(shù)據(jù)進行算法驗證的需求，為團隊研究員與學生的工作做好鋪墊。同時也豐富了學生的知識領(lǐng)域，提升了實踐能力，更是多學科領(lǐng)域交叉融合的實踐。

2.4 國家級引智基地

面向具備國際視野的人才培養(yǎng)環(huán)境，團隊與本校計算機學院強強聯(lián)合，建立了國家科技合作基地“移動平臺環(huán)境感知及空天應(yīng)用國際聯(lián)合研究中心”和國家高等學校學科創(chuàng)新引智基地“無人航行實時智能感知與計算機技術(shù)創(chuàng)新引智基地”，構(gòu)成了國家級國際合作交流平臺。通過該平臺，為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了廣闊的合作交流空間，進一步提升了多學科協(xié)同與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學實踐的結(jié)合度。

3? 全方位的復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案

多學科交叉的教師團隊教學。團隊老師涵蓋了航天、計算機、通信、電子信息、自動化等多個領(lǐng)域。開設(shè)多個領(lǐng)域的專業(yè)知識課程，供學生針對自己的需要與興趣進行選擇。并且課余和實踐過程中可以對學生進行多個學科的專業(yè)知識指導(dǎo)。

通過慕課教學普及必備專業(yè)知識。借助于航天專業(yè)選修課程和已發(fā)布的航天器控制原理、現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)和導(dǎo)引系統(tǒng)原理三門國家MOOC精品課程（如圖3所示），為不同專業(yè)學生提供必備的基礎(chǔ)知識。每年全國有近萬名學生選修這三門慕課課程，得到學生的廣泛贊譽。同時，團隊還正在積極建設(shè)微小衛(wèi)星設(shè)計與應(yīng)用等慕課精品課程。

天文圖像處理作為研究方向。團隊為拓寬航天科技生態(tài)鏈，加大衛(wèi)星的利用度，聯(lián)合了航天學院、計算機等學院，交叉融合了多門特色學科，率先在國內(nèi)涉足天文圖像處理，補充了衛(wèi)星產(chǎn)品的生態(tài)圈。以往計算機視覺處理的都是自然圖像，傳統(tǒng)自然圖像的處理算法未必適用于天文圖像，天文圖像是以銀河或深空為背景，要從浩如煙海的星點之中進行目標檢測跟蹤，這給學生帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)，從而促進學生進一步創(chuàng)新。

學生深入實驗室，以實踐促進理論。團隊積極開放各類實驗平臺和實驗課程，如天文圓頂觀測站、暗室天文圖像仿真平臺等，讓學生參與到天文圖像觀測采集、仿真，到最后的處理的全過程當中，鍛煉多學科交叉融合的能力，成為復(fù)合創(chuàng)新型人才。

4? 全方位的復(fù)合型創(chuàng)新人才實踐方案

通過項目合作與技術(shù)交流使學生得到充分的實踐鍛煉。本研究團隊與國內(nèi)多家航天單位有良好的合作關(guān)系，如航天控制工程研究所、航天五院、中科院上海小衛(wèi)星工程中心、中科院西安光學精密機械研究所、中科院紫金山天文臺等單位。上述單位與本團隊有著長期的合作關(guān)系，簽署了各類國家級重點科研項目，學生在老師的帶領(lǐng)下在項目中得到充分的實踐與鍛煉，進一步將學生培養(yǎng)為多學科交叉復(fù)合型人才。

通過競賽、基金來激勵學生創(chuàng)新進步。充分調(diào)動學生的創(chuàng)造力是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵[10-13]。團隊十分重視學生參與競賽，因為在競賽中直接和其他優(yōu)秀團隊進行技術(shù)競技，能夠直接發(fā)現(xiàn)自身的短板與他人的長處，比賽的勝利或是失敗都是磨練學生最好的良藥，這是從課堂與書本中無法得到的。團隊每年都參與國際上的“spotGEO Challenge”競賽，今年該比賽是由歐空局先進概念小組（ACT）與阿德萊德大學聯(lián)合舉辦，該競賽要求參與者開發(fā)一種可對天文圖像中規(guī)律運動星點進行檢測跟蹤的圖像處理算法。而且團隊從去年開始要求并輔導(dǎo)學生參與國內(nèi)的‘天智杯人工智能大賽。該賽事由軍委裝備發(fā)展部指導(dǎo)，航天系統(tǒng)部裝備部主辦，該競賽著眼加快推進航天智能化發(fā)展，充分發(fā)掘航天領(lǐng)域優(yōu)秀團隊，促進人工智能技術(shù)在航天領(lǐng)域的快速應(yīng)用、深度應(yīng)用。這兩個競賽十分切合我團隊的研究領(lǐng)域，在參與競賽之中，不僅提升了整個團隊的技術(shù)水平，也培養(yǎng)了一批又一批的優(yōu)秀學生，更加強了團隊的核心凝聚力。

更進一步，團隊還會督促學生申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)種子基金，學生在一個種子基金中扮演的是負責人的角色，不僅可以培養(yǎng)學生的科研技術(shù)水平更可以鍛煉學生總攬大局的能力。在種子基金中，往往需要多人參與，所以也能鍛煉第一學生負責人的領(lǐng)導(dǎo)力。所以，團隊不僅從科研項目上磨練了學生的項目工程能力，在比賽項目上鍛煉了學生拼搏、創(chuàng)新、抗壓等能力，在基金項目上鍛煉了學生科研、領(lǐng)導(dǎo)力、統(tǒng)籌等能力，做到了全面培養(yǎng)學生。

5? 全方位的綜合測評機制

學生畢業(yè)的綜合學業(yè)測評最能激發(fā)學生進取與創(chuàng)新的動力，然而只有最全面、最客觀的測評體系，才能真正挖掘出學生全方位的綜合潛力，也是對學生最客觀的肯定。只有這樣才最能激勵學生全面的奮發(fā)進取、勇于創(chuàng)新突破。

在學期期末，團隊會制定考核標準來考核每個學生的學習工作情況，這會直接影響到每個學生日常的學習工作的積極性與動力。該考核標準十分豐富，團隊首先根據(jù)學生成績、團隊建設(shè)與貢獻制定最客觀的基礎(chǔ)評價。并且團隊為每位學生選派固定的導(dǎo)師，由該導(dǎo)師對該學生進行針對性的指導(dǎo)，并由導(dǎo)師給出學生對項目、工作、論文的具體情況完成評價。這樣由學院、團隊、導(dǎo)師三方由面到點、由總體到細節(jié)的評價體系全面且具體，客觀又公正。

6? 結(jié)語

團隊基于天文圖像處理方向，通過多個特色學科交叉融合，形成培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)理念;將一流科研平臺和優(yōu)質(zhì)科研團隊轉(zhuǎn)化為專業(yè)綜合實踐平臺和跨學科教學指導(dǎo)團隊，創(chuàng)建開放一流的創(chuàng)新人才培育環(huán)境;以多學科融合作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念，以團隊老師培養(yǎng)、學校專業(yè)選修課和大學慕課等專業(yè)知識作為基礎(chǔ)學習，以天文圖像處理技術(shù)為研究方向，以重點項目、競賽、基金為實踐手段，以綜合、客觀的考核測評體系作為激勵與評價學生的措施，全面提升學生的綜合能力與創(chuàng)新能力。

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