摘 "要 "教學(xué)實驗室是專業(yè)人才培養(yǎng)的重要支撐部分，從實驗室的規(guī)劃布局、課程的改革創(chuàng)新、科創(chuàng)平臺的設(shè)計搭建等方面探討以學(xué)生為中心、讓每一位學(xué)生更優(yōu)秀的培養(yǎng)理念和目標，從功能區(qū)域管理到開放式運行，從實驗課程的設(shè)計到科創(chuàng)活動的實施，從校內(nèi)資源的有機結(jié)合到校外資源的合作共贏，梳理出一條適合綜合性大學(xué)航空航天工程專業(yè)的人才培養(yǎng)路徑，為一流專業(yè)的建設(shè)發(fā)展提供更加優(yōu)質(zhì)的實驗教學(xué)資源。

關(guān)鍵詞 "航空航天工程專業(yè)；教學(xué)實驗室；科創(chuàng)工作室

中圖分類號：G642.423 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）14-0131-04

Discussion on Undergraduate Experimental Teaching Re-

form Based on Aerospace Direction//LYU Xinying， ZHANG

Xiaohui， YU Wensheng

Abstract "Teaching laboratory is an important supporting part

of major talent training. This paper discusses the training con-

cept and goal of taking students as the center and making each

student better from the aspects of laboratory planning and

layout， curriculum reform and innovation， the design and con-

struction of science， innovation platform， from functional area management to open operation， from the design of expe-

rimental courses to the implementation of science and inno-

vation activities， from the organic combination of on campus

resources to the win-win cooperation of off campus resources，

sort out a talent training path suitable for Aerospace Engi-neering Majors in comprehensive universities， so as to pro-vide more high-quality experimental teaching resources for the construction and development of first-class majors.

Key words "aerospace engineering majors; teaching labora-tory; science and innovation studio

0 "引言

航空航天工業(yè)是目前世界上最先進、最高端的一種技術(shù)工程類產(chǎn)業(yè)，幾乎世界上所有最新的技術(shù)發(fā)明都被優(yōu)先應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域[1]。航空航天類專業(yè)是工科專業(yè)，又不同于傳統(tǒng)工科專業(yè)，涉及機械、力學(xué)、材料、電子信息、自動化控制等多學(xué)科多門類的綜合知識，因此，制訂培養(yǎng)方案時必須兼顧多個專業(yè)的基礎(chǔ)知識，這就需要在規(guī)劃建設(shè)實驗室時多方面考慮。同時，在一流專業(yè)建設(shè)需求下，教學(xué)實驗室是以實驗教學(xué)為主，承擔(dān)培養(yǎng)學(xué)生動手能力、綜合能力和創(chuàng)新能力的任務(wù)，是高校進行人才培養(yǎng)的重要平臺[2]，其作用尤為重要?；趧?chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)改革是深化我國高校教育改革的必然趨勢[3]，做好頂層規(guī)劃、分步實施、逐步提升，將實驗課程和科創(chuàng)競賽有機結(jié)合，集中人員和設(shè)備等資源，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐和科技創(chuàng)新能力。

1 "基于基礎(chǔ)知識和創(chuàng)新平臺的實驗室規(guī)劃

在已有實驗室管理的基礎(chǔ)上，設(shè)計并開放實驗室管理模塊[4]，實驗教學(xué)分為專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)綜合實驗、設(shè)計創(chuàng)新實驗等，按照不同種類將實驗空間按照功能進行劃分。在實驗教學(xué)過程中，良好的教學(xué)秩序是取得良好教學(xué)效果的基本保障。當有若干個小組同時在一個實驗室進行實驗時，保證各個小組順利完成自己的實驗操作的同時，不對其他小組形成干擾，就顯得尤為重要。由于采用區(qū)域功能化的思路，每個小組在進行不同內(nèi)容的實驗時，實驗區(qū)域不會發(fā)生交叉。對于需要在同一功能區(qū)內(nèi)操作的不同實驗小組，只要在時間上進行一定的調(diào)整，在使用時間上不發(fā)生重疊，就可以實現(xiàn)同時開展實驗活動，提高設(shè)備使用效率。

基礎(chǔ)實驗區(qū)主要用來完成專業(yè)課程配套實驗，將現(xiàn)有實驗室房間和設(shè)備按照類別與功能進行分類管理，按照人才培養(yǎng)方案和專業(yè)課程的設(shè)定，根據(jù)航空航天工程專業(yè)的授課內(nèi)容特點，將實驗區(qū)域分為材料與結(jié)構(gòu)實驗區(qū)、氣動與推進實驗區(qū)、飛行控制實驗區(qū)和數(shù)字仿真計算分析區(qū)等。同一區(qū)域完成同類別實驗，方便學(xué)生將知識點貫通應(yīng)用。針對設(shè)備種類多、臺套數(shù)少的特點，為了最大限度地利用儀器設(shè)備的資源優(yōu)勢和提高其利用率，減少不必要的經(jīng)費浪費[5]，開設(shè)十組實驗，十組學(xué)生同步進行，無論是時間、空間還是實操性，都得到極大提升。

創(chuàng)新平臺為學(xué)生的日?？萍紕?chuàng)新活動、科研訓(xùn)練計劃、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、比賽競賽等提供軟硬件支撐。參照飛行器從設(shè)計到制造試飛的完整工序，創(chuàng)新區(qū)域分為分析與設(shè)計區(qū)、機械加工區(qū)、部件整機組裝區(qū)、調(diào)試試飛區(qū)。該區(qū)域為全校學(xué)生24小時開放，同時設(shè)有圖書角，緊鄰學(xué)院咖啡吧，營造輕松愉悅的學(xué)術(shù)氛圍。

2 "基于國際化人才培養(yǎng)的雙語需求和重點

課程配套建設(shè)

歐美的高水平大學(xué)對實驗室建設(shè)都十分重視，特別是對實驗室環(huán)境、儀器等的規(guī)范管理和高效率利用，使之更好地為學(xué)校教學(xué)科研工作服務(wù)[6]。在人才培養(yǎng)方案的制定方面借鑒歐美先進教學(xué)理念，融合中西方文化元素，制定符合綜合性大學(xué)航空航天工程專業(yè)的培養(yǎng)體系，參照工程教育認證標準，根據(jù)航空航天工程專業(yè)的人才培養(yǎng)需求，將專業(yè)課程中的核心要素加以提煉，單獨設(shè)立實驗課，分別為專業(yè)基礎(chǔ)類實驗“航空航天實驗I”和綜合創(chuàng)新類實驗“航空航天實驗II”。其中“航空航天實驗I”在第五學(xué)期開設(shè)，針對學(xué)生的知識水平和課程的內(nèi)容需求，開發(fā)線上線下相結(jié)合的中英文雙語實驗教學(xué)內(nèi)容。通過飛機結(jié)構(gòu)認知、總裝、飛行性能計算、飛行控制等一條主線，針對大型民用客機完成從拆裝到設(shè)計、從總裝到飛行的閉環(huán)訓(xùn)練。

疫情的發(fā)生對高校信息化教學(xué)建設(shè)和水平是一場考驗[7]，考慮后疫情時代的學(xué)生分布特點，實驗教學(xué)過程采用虛實結(jié)合方式，分為課上講解和課下實踐相搭配，學(xué)生通過Web端即可完成飛行體驗，真實的飛機教具拆裝和虛擬的飛機設(shè)計組裝控制相結(jié)合，進一步加深對大型民用客機的基礎(chǔ)認知和整體設(shè)計流程的理解，充分認識飛機結(jié)構(gòu)參數(shù)、翼型選取、發(fā)動機選取等對其飛行性能產(chǎn)生的不同影響，初步掌握飛機總體設(shè)計及飛行控制系統(tǒng)的基本設(shè)計過程和方法。具體實施過程和計劃達到的實施效果如表1所示。

該虛擬仿真實驗提供開放的交互式實驗平臺，中英文雙語版，學(xué)生借助Web端即可隨時訪問。通過對飛機參數(shù)的設(shè)定、飛行控制過程的操作，可以很大程度發(fā)揮學(xué)生的自主能動性，讓學(xué)生通過互動實操、優(yōu)化設(shè)計、控制算法演練等，結(jié)合人機交互虛擬仿真系統(tǒng)，真實感受飛行器的飛行狀態(tài)，在實踐中了解掌握飛機的飛行原理和設(shè)計原則。借助VR技術(shù)，可使知識點更加生動和直觀地展現(xiàn)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與主動性，有效記憶與理解重難點，提高教學(xué)效率與質(zhì)量。將航空器結(jié)構(gòu)組成、推進原理、起降過程、飛行控制等全過程通過虛擬仿真實驗平臺對廣大學(xué)生開放，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，并為高年級學(xué)生開放端口設(shè)計。該課程獲得市級重點課程建設(shè)立項，同時開發(fā)配套線下設(shè)備，搭建飛行控制實驗教學(xué)平臺，形成線上線下相結(jié)合的授課模式。

3 "基于項目式設(shè)計創(chuàng)新實驗的建設(shè)

參照國內(nèi)外高校高水平教學(xué)實驗室的建設(shè)與管理經(jīng)驗[8-10]，將實驗課程與科創(chuàng)活動結(jié)合起來，既完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，又培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。“航空航天實驗II”在第六學(xué)期開設(shè)，此階段的學(xué)生對專業(yè)知識已經(jīng)有了初步了解，專業(yè)課程的學(xué)習(xí)在同步進行。本門實驗課程32學(xué)時，其中16學(xué)時針對專業(yè)課程，如自動控制原理和飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)等核心知識點，開展相關(guān)實驗內(nèi)容，能夠做到與專業(yè)課上的知識點進行理論和實驗的對比驗證，培養(yǎng)運用理論知識分析實驗現(xiàn)象的能力；另外16學(xué)時采用項目式教學(xué)法，分組完成課程目標的設(shè)計、實施，鍛煉工程應(yīng)用和科技創(chuàng)新能力。實驗內(nèi)容涉及推進原理、飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)、自動控制原理、飛行器設(shè)計等專業(yè)課程，實驗課堂上將上述專業(yè)課程的理論、公式、實驗現(xiàn)象和程序?qū)崿F(xiàn)具體化、可視化，使課程內(nèi)容成為研究生和航空航天從業(yè)技術(shù)人員的基礎(chǔ)訓(xùn)練內(nèi)容。具體實驗內(nèi)容如圖1所示。

信息化建設(shè)是解決問題的有力途徑[11-13]。通過學(xué)校的公共平臺Canvas系統(tǒng)完善實驗內(nèi)容體系，包括課程講義和預(yù)習(xí)視頻等材料，同時對實驗設(shè)備進行信息化建設(shè)，每套設(shè)備有專屬二維碼，學(xué)生可以通過掃描二維碼熟悉設(shè)備的工作原理、操作步驟、注意事項等內(nèi)容，便于開展相關(guān)實驗。

采用項目式開展實驗課程的優(yōu)勢在于注重跟蹤相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展，并將其反映在創(chuàng)新實驗內(nèi)容中，讓學(xué)生可以及時了解領(lǐng)域前沿和技術(shù)方面的更新?lián)Q代，旨在鍛煉學(xué)生將專業(yè)課程融會貫通，綜合解決專業(yè)問題的實踐動手能力。

4 "科創(chuàng)工作室的建設(shè)

德國教育宣言中提到：教育的目的，不是培養(yǎng)人們適應(yīng)傳統(tǒng)的世界，不是著眼于實用性的知識和技能，而要去喚醒學(xué)生的力量，培養(yǎng)他們自我學(xué)習(xí)的主動性、抽象的歸納能力和理解力，以便使他們在目前無法預(yù)料的種種未來局勢中，自我作出有意義的選擇[14]。黨的十九大報告指出：深化科技體制改革，建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系。與行業(yè)聯(lián)合共建科創(chuàng)工作室，緊密貼合行業(yè)發(fā)展需求，及時了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)，儲備最新技能。新時代背景下對于人才的要求體現(xiàn)在綜合素質(zhì)方面，適應(yīng)社會發(fā)展的實用型人才，既需要有非常扎實的理論功底，更需要有熟練的實踐操作能力，特別是實踐創(chuàng)新能力[15]。因此，在培養(yǎng)過程中堅持以“加強專業(yè)基礎(chǔ)、開拓創(chuàng)新思維、培養(yǎng)實踐能力、提高綜合素質(zhì)”為指導(dǎo)思想，以培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標，積極探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑。與學(xué)生創(chuàng)新中心聯(lián)合成立分中心，促進校內(nèi)資源的有效整合和實時共享，分中心為工程實踐課程派送班主任，實施小班制管理，對學(xué)生的實踐環(huán)節(jié)做到全程跟蹤和指導(dǎo)，將課程孵化的作品繼續(xù)培育，鼓勵學(xué)生參加科創(chuàng)項目，做到從入門到興趣培養(yǎng)的無縫對接。

產(chǎn)教融合育人在高等工程教育人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用[16]。在充分利用校內(nèi)資源的同時，積極探索與校外相關(guān)企業(yè)合作共贏，聯(lián)合共建科創(chuàng)工作室，為參與科創(chuàng)活動的學(xué)生分配企業(yè)導(dǎo)師，及時了解行業(yè)的發(fā)展趨勢，從行業(yè)需求的角度開展科創(chuàng)課題，定期舉辦科創(chuàng)活動優(yōu)秀項目成果展和分享沙龍；組織和舉辦相關(guān)比賽競賽，促進相關(guān)專業(yè)的交流互通，培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神，也為后續(xù)的研究生階段學(xué)習(xí)做了很好的銜接。

5 "結(jié)束語

從實驗室的頂層設(shè)計到精細化管理，從實驗平臺的搭建到吸引學(xué)生，從實驗課程的有序開展到科創(chuàng)活動的實踐能力培養(yǎng)，實驗室摸索出一條適合綜合性大學(xué)航空航天工程專業(yè)的人才培養(yǎng)路徑，無論是實驗室的規(guī)劃建設(shè)還是課程體系的凝練提升，都有章可循。接下來會加強信息化建設(shè)和管理，形成科創(chuàng)活動常態(tài)化，以此增強學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，夯實專業(yè)理論知識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和開拓國際視野，為一流人才的培養(yǎng)貢獻力量。

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