羅明強(qiáng) 張祥林

摘? 要：面對航空航天技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)界對創(chuàng)新型高素質(zhì)人才培養(yǎng)的迫切需求，該文以“共研一架飛機(jī)”為牽引，充分發(fā)揮“北京一號”第一代航空領(lǐng)軍人才精神，重點(diǎn)針對航空航天發(fā)展新階段創(chuàng)新型人才培養(yǎng)所面臨的三大問題，依托飛行器綜合化數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺，采用課程群聯(lián)合教學(xué)、團(tuán)隊(duì)畢設(shè)等實(shí)踐形式，打通“課程—專業(yè)—學(xué)院—學(xué)?！彼膫€(gè)壁壘，深化科教融合、產(chǎn)教結(jié)合，構(gòu)建跨課程/跨學(xué)院/跨學(xué)科/跨專業(yè)的聯(lián)合人才培養(yǎng)體系，推動形成航空航天發(fā)展新階段的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為國家培養(yǎng)具備“六位一體”的新一代空天創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：航空航天；創(chuàng)新人才；共研一架飛機(jī)；飛機(jī)總體設(shè)計(jì)；數(shù)字化平臺

中圖分類號：C961? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）20-0016-04

Abstract： Facing the urgent demand of aerospace technology development and industry for training innovative and high-quality talents， this paper takes "co-developing an aircraft" as the traction. It gives full play to the spirit of the first generation of aviation leaders of "Beijing No.1". It focuses on the three major problems facing the training of innovative talents in the new stage of aerospace development. The paper focuses on the three major issues faced by creative skill cultivation in the latest phase of aerospace development， relies on the integrated digital experiment platform of aircraft， adopts the practical forms of reciprocal teaching of course groups and teamwork， and breaks through the four barriers of "course-major-college-school"， deepens the integration of science and education and industry-education combination， and builds a joint cross-course/cross-college/cross-discipline/cross-professional talent cultivation system. It has promoted the formation of an innovative talent training model in the new stage of aerospace development and cultivated a new generation of creative talents in the air and space with "six-in-one" for the country.

Keywords： aerospace; innovative talents; co-developing an aircraft; aircraft overall design; digital platform

基金項(xiàng)目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“飛機(jī)總體設(shè)計(jì)課程數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)”（202102009006）；北京市高等教育學(xué)會面上課題“面向航空航天發(fā)展新階段的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐”（MS2022166）

第一作者簡介：羅明強(qiáng)（1981-），男，漢族，四川資陽人，博士，副教授，博士研究生導(dǎo)師，副院長。研究方向?yàn)轱w行器智能化設(shè)計(jì)與決策、數(shù)字孿生等。

*通信作者：張祥林（1993-），男，漢族，河南焦作人，碩士，助理工程師。研究方向?yàn)閭鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)分布式狀態(tài)估計(jì)、時(shí)滯系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等。

隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)飛速發(fā)展，重大戰(zhàn)略計(jì)劃對人才培養(yǎng)在隊(duì)伍規(guī)模、知識結(jié)構(gòu)、能力體系提出了全新要求[1]。然而，當(dāng)前面向飛行器設(shè)計(jì)的人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)仍采用傳統(tǒng)基于學(xué)科專業(yè)、批量式、規(guī)格化的傳統(tǒng)人才實(shí)踐培養(yǎng)模式，難以滿足能夠引領(lǐng)未來空天技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)界對創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的需求。北京航空航天大學(xué)作為新中國創(chuàng)建的第一所航空航天高等學(xué)府，曾在1958年由全校10個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)組經(jīng)過100天奮戰(zhàn)共同研制了新中國第一架輕型旅客機(jī)——“北京一號”，參與者中共涌現(xiàn)出6位院士，另有1位擔(dān)任了6個(gè)型號火箭總師，形成了新中國第一代又紅又專的航空航天事業(yè)杰出領(lǐng)軍人才。因此，在科技日益發(fā)展的今天，更應(yīng)該發(fā)揚(yáng)老一輩專家的航天精神，同樣以“共研一架飛機(jī)”為牽引，充分利用優(yōu)勢教學(xué)課程及科研資源，發(fā)揮各學(xué)科在飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的特長，深入挖掘數(shù)字化平臺優(yōu)勢，推動形成航空航天發(fā)展新階段的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

一? 面臨的問題

（一）? 新需求牽引下學(xué)生多元化實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)受到傳統(tǒng)育人模式限制

在新需求下，傳統(tǒng)基于以理論講授為主體，學(xué)科專業(yè)、批量式、規(guī)格化的傳統(tǒng)人才實(shí)踐培養(yǎng)模式，缺乏面向真實(shí)需求背景的飛行器設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐，缺乏創(chuàng)新型人才培養(yǎng)下師生互動、生生互動、主動創(chuàng)新的氛圍，不利于學(xué)生全局系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng)。

（二）? 支撐創(chuàng)新實(shí)踐的先進(jìn)虛擬仿真及數(shù)字化手段需補(bǔ)充完善

新工科的發(fā)展離不開創(chuàng)新手段。反觀當(dāng)下，缺乏虛擬仿真及數(shù)字化手段的人才培養(yǎng)建設(shè)，很難支撐學(xué)生集成創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和對知識的深化理解，很難滿足能夠引領(lǐng)未來空天技術(shù)發(fā)展，很難在有限的課時(shí)內(nèi)同時(shí)完成基礎(chǔ)知識教授和創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練，很難實(shí)現(xiàn)先進(jìn)信息技術(shù)與人才的結(jié)合，從而影響綜合素質(zhì)與能力的復(fù)合型領(lǐng)軍領(lǐng)導(dǎo)人才的培養(yǎng)。

（三）? 優(yōu)勢力量分散，資源整合欠缺

目前，各學(xué)院、各學(xué)科、各課程雖然都應(yīng)服務(wù)于總的人才培養(yǎng)目標(biāo)，但具備優(yōu)勢資源和能力的課程/學(xué)院/學(xué)科/專業(yè)之間依然存在“孤島化”現(xiàn)象，無法形成合力，學(xué)生很難圍繞一架飛機(jī)形成系統(tǒng)的知識體系和全局思維，難以實(shí)現(xiàn)飛行器綜合性能的提高和優(yōu)化，難以通過先進(jìn)軟件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)能力的提升，造成過程效率低、可靠性差、控制效果差，單次設(shè)計(jì)循環(huán)的代價(jià)過高，設(shè)計(jì)過程和結(jié)果很難復(fù)現(xiàn)等一系列問題，同時(shí)也制約了先進(jìn)軟件的應(yīng)用效果[2]。

二? 現(xiàn)有基礎(chǔ)

（一）? 建立了具有630 m2的飛行器綜合化數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺

平臺現(xiàn)有體系對抗仿真設(shè)備、大型客機(jī)飛行模擬器等硬件設(shè)備和CATIA Magic、飛行性能分析、工程氣動力估算等多專業(yè)領(lǐng)域的軟件（如圖1所示）。具備體系級、整機(jī)級和部件/子系統(tǒng)級三大子平臺，能夠解決學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐中多人協(xié)同、多輪次迭代、多階段推進(jìn)所遇到的問題。

（二）? 飛機(jī)總體設(shè)計(jì)課程中以“共研一架飛機(jī)”牽引的創(chuàng)新改革取得成效

以課程和課程群聯(lián)合的形式，形成了學(xué)生競爭性團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)模式，也取得了國家級線下一流課程、國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程等成果。目前已有超400個(gè)團(tuán)隊(duì)完成近1 000個(gè)飛機(jī)總體概念設(shè)計(jì)方案（如圖2所示），團(tuán)隊(duì)競爭性設(shè)計(jì)模式覆蓋學(xué)院100%學(xué)生，得到工業(yè)界高度評價(jià)。

（三）? 對課程群聯(lián)合教學(xué)進(jìn)行了初步探索

飛機(jī)總體設(shè)計(jì)、大型通用軟件課程，通過模式聯(lián)合、題目聯(lián)合、團(tuán)隊(duì)聯(lián)合、進(jìn)度聯(lián)合和資源聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)了多種資源共享，保證了雙方設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的一致性（如圖3所示）。形成了以成效為中心的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)模式，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、提升教學(xué)成效。

（四）? 跨學(xué)院“共研一架飛機(jī)”創(chuàng)新模式初步實(shí)踐

首屆團(tuán)隊(duì)畢設(shè)共有來自4個(gè)學(xué)院的19名教師和27名學(xué)生參與，并于2022年6月圓滿結(jié)束（如圖4所示）。完成了智能協(xié)同無人機(jī)的總體方案、動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)和航電系統(tǒng)的初步論證，形成了飛機(jī)初步設(shè)計(jì)的規(guī)范化數(shù)字表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。

（五）? 與工業(yè)界建立了廣泛深入的聯(lián)系與合作

包括中國商飛在內(nèi)的工業(yè)界緊貼工業(yè)實(shí)際的建設(shè)需求和應(yīng)用場景，深度參與課程教材編寫、提供學(xué)生設(shè)計(jì)競賽題目、參與學(xué)生設(shè)計(jì)方案評審，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)和教學(xué)科研優(yōu)勢資源的綜合開發(fā)利用（如圖5所示）。

三? 新理念與舉措

以一流科教協(xié)同平臺及國家級虛擬教研室等為依托，持續(xù)開展以“共研一架飛機(jī)”為牽引的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式改革，打通“課程—專業(yè)—學(xué)院—學(xué)?！彼膫€(gè)壁壘（如圖6所示），深化科教融合、產(chǎn)教結(jié)合，構(gòu)建跨課程/跨學(xué)院/跨學(xué)科/跨專業(yè)的聯(lián)合人才培養(yǎng)體系[3]。

1）對標(biāo)一流，建好“飛行器綜合化數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺”，充分發(fā)揮“飛行器綜合化數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺”在新階段創(chuàng)新人才培養(yǎng)的紐帶和支撐作用。以“對標(biāo)國際一流、結(jié)合一流課程、配置一流師資、建設(shè)一流教材、培養(yǎng)一流人才”為主要原則，應(yīng)用其具有開放性的飛行器數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境，緊密結(jié)合科研發(fā)展方向、融合行業(yè)需求，通過改變實(shí)驗(yàn)室對教學(xué)的附屬屬性，構(gòu)建體系化、數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境，推動以科學(xué)模型和數(shù)據(jù)為核心的設(shè)計(jì)范式在飛行器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，支撐飛行器設(shè)計(jì)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，適應(yīng)未來人才培養(yǎng)與技術(shù)發(fā)展變革。

2）以飛機(jī)總體設(shè)計(jì)課程為牽引，持續(xù)開展競爭性團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)及課程群聯(lián)合教學(xué)模式探索與實(shí)踐，打通課程壁壘，共研數(shù)字飛機(jī)1.0（概念設(shè)計(jì)）。飛機(jī)總體設(shè)計(jì)始終在飛行器研制中處于龍頭地位，但飛行器的設(shè)計(jì)離不開飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、飛機(jī)的氣動設(shè)計(jì)、飛機(jī)性能操穩(wěn)和飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程的支撐，打破課程之間的壁壘，形成各獨(dú)立課程教學(xué)相互交織，從教學(xué)模式、小組組織方式、考核方式和時(shí)間進(jìn)度等維度進(jìn)行聯(lián)合教學(xué)才能形成培養(yǎng)合力，提升學(xué)生綜合能力，實(shí)現(xiàn)對“共研一架飛機(jī)”的概念設(shè)計(jì)。

3）以專業(yè)課程設(shè)計(jì)課程為牽引，持續(xù)開展學(xué)院各專業(yè)聯(lián)合教學(xué)模式探索與實(shí)踐，打通專業(yè)壁壘，共研數(shù)字飛機(jī)2.0（初步設(shè)計(jì)）。在新修訂的2021級培養(yǎng)方案中，已將專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)為航空學(xué)院所有專業(yè)的必修課，學(xué)生將在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)課程及其聯(lián)合課程中所完成的設(shè)計(jì)方案優(yōu)選的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)合學(xué)院飛行器設(shè)計(jì)、流體力學(xué)、固體力學(xué)、飛行力學(xué)、人機(jī)與環(huán)境工程等專業(yè)和學(xué)科，開展優(yōu)選飛機(jī)的深化設(shè)計(jì)，牽引學(xué)生圍繞一個(gè)共同目標(biāo)創(chuàng)新實(shí)踐，培養(yǎng)飛行器設(shè)計(jì)復(fù)合型人才[4]。

4）以“團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)”為牽引，持續(xù)開展全校多學(xué)院聯(lián)合教學(xué)模式探索與實(shí)踐，打通學(xué)院壁壘，共研數(shù)字飛機(jī)3.0（詳細(xì)設(shè)計(jì)）。推進(jìn)共建“數(shù)字飛機(jī)”-跨學(xué)院團(tuán)隊(duì)畢設(shè)，開展沙河/學(xué)院路兩校區(qū)協(xié)同、線上線下相結(jié)合的方式開展飛行器多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)，使飛機(jī)總體協(xié)同設(shè)計(jì)平臺和各類數(shù)字化軟硬件資源得到充分利用，從而加速智能協(xié)同飛行器的總體方案以及動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)和航電系統(tǒng)的初步論證，并形成飛行器概念/初步設(shè)計(jì)的規(guī)范化數(shù)字表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，為新階段的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

5）以國家級虛擬教研室、全國性競賽為牽引，打通學(xué)校壁壘，實(shí)現(xiàn)成果推廣與輻射，以“共研一架飛機(jī)”帶動人才培養(yǎng)，發(fā)揮“北京一號”第一代航空領(lǐng)軍人才精神，以學(xué)生自主設(shè)計(jì)飛機(jī)為牽引，深挖工業(yè)界和高校界優(yōu)勢，融合我國航空工業(yè)發(fā)展的新進(jìn)展、新需求、新技術(shù)，采用共商、共建、共享的協(xié)作模式，共同參與課程教材編寫、提供學(xué)生設(shè)計(jì)競賽題目、參與學(xué)生設(shè)計(jì)方案評審，實(shí)現(xiàn)工業(yè)和科研優(yōu)勢資源的綜合利用。深入推動教學(xué)基地建設(shè)等戰(zhàn)略性人才培養(yǎng)合作，促使學(xué)生感悟團(tuán)隊(duì)協(xié)作和團(tuán)隊(duì)拼搏精神，為國家培養(yǎng)具備“六位一體”的新一代空天創(chuàng)新型人才。

四? 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)成果

（一）? 基于共同設(shè)計(jì)對象的專業(yè)課程群聯(lián)合模式

達(dá)到學(xué)與用的無縫連接，提升學(xué)習(xí)興趣。解決課程間部分環(huán)節(jié)或過程雷同造成的教與學(xué)的時(shí)間浪費(fèi)，達(dá)到教學(xué)課時(shí)高效利用。通過課程群的協(xié)同共享，使學(xué)生知識體系更聚焦，并且能在學(xué)習(xí)中就建立起體系化的學(xué)習(xí)和實(shí)踐的思想和視角。

（二）? 以“共研一架飛機(jī)”為牽引的跨學(xué)科專業(yè)課程設(shè)計(jì)模式

依托飛行器設(shè)計(jì)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、飛行力學(xué)、人機(jī)與環(huán)境工程等多專業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)，使學(xué)生團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案深入分析的同時(shí)，通過課堂展示和答辯、教師/工業(yè)界專家點(diǎn)評，促進(jìn)設(shè)計(jì)方案得到不斷完善，提升飛機(jī)設(shè)計(jì)全局系統(tǒng)思維能力。

（三）? 以“共研一架飛機(jī)”為牽引的跨學(xué)院人才培養(yǎng)模式

通過協(xié)調(diào)組織來自航空、能源動力、自動化和電子信息等多個(gè)學(xué)院不同專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行數(shù)字飛機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)，完成智能協(xié)同數(shù)字飛行器設(shè)計(jì)方案基線，形成數(shù)字飛行器在各個(gè)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)方法和標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)范式，并通過多屆迭代設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)方案閉環(huán)驗(yàn)證。

（四）? 面向新工科人才培養(yǎng)的數(shù)字化能力手段

打造飛行器綜合化數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺，并聯(lián)合飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)虛擬教研室，解決學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐中多人協(xié)同、多輪次迭代、多階段推進(jìn)所遇到的問題以及設(shè)計(jì)過程中資源碎片化、難沉淀、難共享的問題。支持學(xué)生參與面向產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求的大型客機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐，在人才培養(yǎng)中實(shí)現(xiàn)教學(xué)與工程實(shí)際結(jié)合，為社會和產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)新時(shí)代高素質(zhì)人才。

五? 結(jié)束語

文章針對學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)、數(shù)字化手段欠缺、優(yōu)勢力量分散等教學(xué)問題，以“共研一架飛機(jī)”為牽引，依托飛行器綜合化數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺，打通課程壁壘、專業(yè)壁壘、學(xué)院壁壘和學(xué)校壁壘四層壁壘，打破以理論講授為主體，學(xué)科專業(yè)、批量式、規(guī)格化的傳統(tǒng)人才實(shí)踐培養(yǎng)模式，整合優(yōu)勢資源，打造新時(shí)代“建數(shù)字平臺、研數(shù)字飛機(jī)、育創(chuàng)新人才”的人才培養(yǎng)模式。教學(xué)實(shí)踐證明，提出的教學(xué)模式改革措施可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升了大部分學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。同時(shí)也彌補(bǔ)了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的難點(diǎn)，在促進(jìn)航空航天類創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發(fā)展和建設(shè)新工科主動適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] 劉佳.淺談飛機(jī)總體集成設(shè)計(jì)平臺的必要性[J].信息周刊，2019（9）：1.

[3] 羅明強(qiáng).以共研一架飛機(jī)為牽引的跨學(xué)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，２０２３（２）：３８－４４．

[4] 劉戰(zhàn)合，張偉偉，羅明強(qiáng).面向綜合能力提升的連通式實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2021，44（2）：113-120.