魯亞飛 郭正 王鵬

［摘 要］無人飛行器作為新軍事變革的代表性裝備，在裝備序列中的地位日益提升，對相關(guān)專業(yè)技能人才培養(yǎng)的需求越來越大。無人飛行器總體設(shè)計課程作為無人機技術(shù)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)核心專業(yè)課程，具有啟蒙性、系統(tǒng)性、引領(lǐng)性等特點。對標(biāo)“指技融合”高水平人才培養(yǎng)目標(biāo)，該課程存在課程內(nèi)容針對性不強、課時局限、教學(xué)與考核方式單一等問題。文章通過系統(tǒng)分析無人機飛行器總體設(shè)計的課程特點，系統(tǒng)深入地探討開展課程改革的若干思路：優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，優(yōu)化考核評價方式。

［關(guān)鍵詞］無人飛行器；總體設(shè)計；課程改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）09-0040-04

無人飛行器作為新軍事變革的代表性裝備，具有突防能力強、機動性好、效費比高的優(yōu)點，正迅速成為現(xiàn)代軍事力量的重要組成部分，是未來戰(zhàn)爭信息化、網(wǎng)絡(luò)化、非接觸化能力發(fā)展的重要力量[1]。無人機在整個裝備體系中的地位日益凸顯，近十年來，無人機裝備的參戰(zhàn)比例和作戰(zhàn)效能逐步提升，并正從過去執(zhí)行單一偵察任務(wù)向執(zhí)行警戒、打擊乃至空戰(zhàn)等高等級任務(wù)發(fā)展，作戰(zhàn)樣式也從單一裝備的獨立作戰(zhàn)朝著有人無人協(xié)同、智能集群、分布式作戰(zhàn)應(yīng)用等方向發(fā)展。

為了滿足需求側(cè)對無人機專業(yè)人才的要求，學(xué)員不僅要掌握基本知識和基本操作，還要深刻理解無人機系統(tǒng)涉及的信息獲取、處理、決策與控制等環(huán)節(jié)，并在實踐中創(chuàng)新運用，實現(xiàn)裝備能力的二次飛躍[2]。院校教育作為人才培養(yǎng)供給側(cè)的關(guān)鍵一步，毫無疑問要與崗位任職需求“精準(zhǔn)對接”，實現(xiàn)強軍英才的高匹配輸送。

如何系統(tǒng)高效地組織教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)水平，是提高教學(xué)活動效果的關(guān)鍵。但無人飛行器總體設(shè)計課程存在課程內(nèi)容針對性不強、教學(xué)方法不夠科學(xué)、課程考核片面等問題。筆者結(jié)合多年來開展無人飛行器總體設(shè)計課程教學(xué)的實踐經(jīng)歷，在系統(tǒng)分析課程特點和面臨困境的基礎(chǔ)上，提出若干課程改革建議，以期為無人機專業(yè)人才的培養(yǎng)提供參考。

一、無人飛行器總體設(shè)計課程的特點

無人飛行器總體設(shè)計課程作為無人機專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)課程，一方面，要求起到啟蒙教育的作用，讓學(xué)員系統(tǒng)認(rèn)識無人機及其應(yīng)用過程；另一方面，要求起到專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)的作用，讓學(xué)員能夠熟練掌握無人飛行器總體設(shè)計的多個學(xué)科知識[3-4]。該課程有以下3個特點。

（一）系統(tǒng)性、總體性強

無人飛行器總體設(shè)計從飛行器的任務(wù)需求出發(fā)，確定系統(tǒng)總體方案，其中分系統(tǒng)與多參數(shù)綜合協(xié)調(diào)、折衷權(quán)衡與反復(fù)迭代是飛行器設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。在授課過程中，該課程涉及飛行器設(shè)計、空氣動力學(xué)、航空材料學(xué)、飛行力學(xué)、導(dǎo)航技術(shù)、電磁學(xué)、航空氣象學(xué)、空域管理等多個學(xué)科知識。無人飛行器總體設(shè)計的過程是一個典型的多約束輸入、多參數(shù)輸出、多學(xué)科總體優(yōu)化的過程。

（二）理論與實踐結(jié)合度高

無人飛行器總體設(shè)計除了要為學(xué)員建立一個無人機核心及相關(guān)技術(shù)的多層次、多梯度的理論知識體系外，還要通過實踐觀摩和驗證，培養(yǎng)學(xué)員對實際系統(tǒng)的工程認(rèn)知和實踐動手能力。因為無人飛行器的最終目的是完成特定的任務(wù)，而不僅僅是解決飛行的問題。

（三）區(qū)別于傳統(tǒng)有人機設(shè)計課程

無人飛行器總體設(shè)計與傳統(tǒng)有人機設(shè)計既有技術(shù)繼承，又有設(shè)計思路、設(shè)計原則等諸多不同。傳統(tǒng)飛行器總體設(shè)計課程內(nèi)容無法體現(xiàn)無人飛行器總體的特點，也難以涵蓋無人飛行器總體設(shè)計的全部內(nèi)容，如載荷、通信系統(tǒng)設(shè)計、自主控制、任務(wù)規(guī)劃等內(nèi)容對于無人飛行器總體設(shè)計而言更為重要，而這些內(nèi)容在有人機設(shè)計過程中通常不作為重點內(nèi)容考慮。

二、當(dāng)前存在的問題

與無人飛行器總體設(shè)計接近的課程包括飛機總體設(shè)計、飛行力學(xué)、空氣動力學(xué)、飛行控制等。國內(nèi)外各航空領(lǐng)域優(yōu)勢高校均開設(shè)了類似的課程，如美國南新罕布什爾大學(xué)開設(shè)的無人飛行器系統(tǒng)設(shè)計（Design of Unmanned Aerial System）[5]，北京航空航天大學(xué)開設(shè)的飛機總體設(shè)計[6]等。同時，近年來，結(jié)合中國大學(xué)MOOC（慕課）、軍職在線等在線平臺，已經(jīng)建設(shè)了部分在線課程，如南京航空航天大學(xué)的國家級精品在線課程無人機設(shè)計導(dǎo)論課[7]。然而，現(xiàn)有的無人飛行器總體設(shè)計課程教學(xué)體系在課程內(nèi)容設(shè)置、課堂教學(xué)模式等方面都存在一定的局限性，制約了教學(xué)效果的進一步提升。主要體現(xiàn)在以下3個方面。

（一）課程內(nèi)容針對性不強

無人飛行器作為傳統(tǒng)有人機、新型傳感器和控制技術(shù)相結(jié)合的高科技產(chǎn)物，既與傳統(tǒng)飛機設(shè)計有相似的地方，也有諸多不同，如在設(shè)計流程、約束條件（過載要求、人機功效等）、系統(tǒng)組成（自駕儀、地面站、載荷、數(shù)據(jù)鏈等）等方面存在較大差別[8-11]?，F(xiàn)有課程體系主要是基于傳統(tǒng)飛行器設(shè)計知識的裁剪和綜合，針對性不強，需要結(jié)合無人機設(shè)計的特點進一步優(yōu)化。

（二）課時局限，學(xué)員難以深度掌握課程內(nèi)容

無人飛行器總體設(shè)計課程是一門兼?zhèn)渚C合性、創(chuàng)新性和實踐性的課程，一方面要求學(xué)員掌握基本的氣動、結(jié)構(gòu)、動力、控制、載荷等基礎(chǔ)知識，另一方面要求學(xué)員形成多學(xué)科總體設(shè)計權(quán)衡的思維，這就要求學(xué)員對相關(guān)學(xué)科的知識有深刻的理解[12-13]。然而，在有限的課時下，通常無法讓學(xué)員在課堂上深度掌握該課程。為此，需要打破課時局限，利用線上資源和學(xué)員的自由時間，發(fā)揮學(xué)員自主學(xué)習(xí)的能動性。

（三）教學(xué)與考核方式單一，難以滿足對學(xué)員綜合知識運用能力的考核要求

目前，無人飛行器總體設(shè)計課程的授課形式主要以課堂授課為主，考核形式主要以平時作業(yè)和課程考試為主。由于無人飛行器總體設(shè)計的實踐性和創(chuàng)新性較強，若單純采用課堂授課的方式，學(xué)員的參與度有限，動手實踐更是難以實現(xiàn)，學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和潛能不能被激發(fā)出來。需要進一步優(yōu)化教學(xué)形式，通過課堂講授、創(chuàng)新研討與綜合實踐相結(jié)合，提高教學(xué)效果。考核方式方面，單一的考核方式只能體現(xiàn)學(xué)員對基礎(chǔ)知識和基本方法的考核，無法滿足對學(xué)員高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的能力考核要求。所以，應(yīng)進一步改革傳統(tǒng)的考核方式，多方面考核、評估學(xué)員的能力。

三、課程改革建議

針對無人飛行器總體設(shè)計課程當(dāng)前存在的問題，從課程內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)手段創(chuàng)新、考核評價方式改革等方面，提出課程改革的建議。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

以培養(yǎng)高素質(zhì)新型無人飛行器總體設(shè)計人才為目的，對現(xiàn)有課程內(nèi)容進行優(yōu)化。在強調(diào)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)方法的基礎(chǔ)上，注重知識、能力、素質(zhì)的有機融合，培養(yǎng)學(xué)員解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。課程內(nèi)容有前沿性和時代性，以應(yīng)用需求為牽引，堅持基礎(chǔ)理論與應(yīng)用兩條線并行；圍繞總體設(shè)計方法開展教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)員系統(tǒng)分析、總體設(shè)計、靈活應(yīng)用的能力，幫助學(xué)員快速理解裝備。

無人飛行器總體設(shè)計課程的內(nèi)容可分為概念與總體設(shè)計方法、氣動設(shè)計與性能分析、關(guān)鍵分系統(tǒng)設(shè)計、戰(zhàn)術(shù)運用四個大的模塊（見圖1）。概念與總體設(shè)計方法模塊主要針對無人機的發(fā)展應(yīng)用歷史、分類與特點，以及多學(xué)科多參數(shù)耦合的總體設(shè)計方法進行講授。氣動設(shè)計與性能分析模塊主要講授無人飛行器的飛行原理、飛行性能分析、結(jié)構(gòu)與制造基礎(chǔ)知識，讓學(xué)員理解飛行器的基本設(shè)計方法，特別是在復(fù)雜極端條件下的飛行能力約束。關(guān)鍵分系統(tǒng)設(shè)計模塊包括無人飛行器作為一個完整系統(tǒng)所必須掌握的知識點，回答不同任務(wù)環(huán)境下的動力與推進設(shè)計、任務(wù)載荷系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)據(jù)鏈設(shè)計、發(fā)射回收系統(tǒng)設(shè)計等裝備運用中面臨的實際問題。戰(zhàn)術(shù)運用模塊圍繞任務(wù)指揮層面涉及的任務(wù)方案規(guī)劃、航跡規(guī)劃、集群作戰(zhàn)等知識要點開展高階教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)員對抗式戰(zhàn)術(shù)綜合運用的思維。

此外，該課程要求緊貼實戰(zhàn)，重視案例式教學(xué)，潛移默化開展思政教育。課程結(jié)合相關(guān)軍事熱點問題進行開放性專題研討。如近年來局部戰(zhàn)爭中無人機執(zhí)行斬首行動、恐怖襲擊、飽和攻擊等作戰(zhàn)模式，通過分析攻防兩端的裝備特點和實際運用效果，激發(fā)學(xué)員對裝備能力和戰(zhàn)法運用重要性的思考。結(jié)合實際裝備發(fā)展和運用的案例，潤物細(xì)無聲地開展課程思政教育，培養(yǎng)學(xué)員的航空報國情懷[14]。同時，通過裝備對比分析，從技術(shù)的視角剖析客觀差距，培養(yǎng)學(xué)員的危機意識，激發(fā)學(xué)員趕超國際一流水平的激情。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法

翻轉(zhuǎn)課堂是線上線下混合式教學(xué)的有效策略，它是以學(xué)生為中心的教學(xué)方式的革命，顛覆了傳統(tǒng)課堂教學(xué)中老師講、學(xué)生聽的模式?？梢砸胄∫?guī)模限制性在線課程（Small Private Online Courses，SPOC）教學(xué)方法，在充分利用在線資源的基礎(chǔ)上，克服在線課程大規(guī)模、無互動和無先修條件等問題，發(fā)揮小班教學(xué)的優(yōu)勢，提升學(xué)生的參與度，促進師生互動。

小規(guī)模限制性在線課程的實施思路如圖2所示。教師要分析無人飛行器總體設(shè)計課程知識點的層次，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計不同的混合式教學(xué)方案。將無人飛行器總體設(shè)計的知識點和技能點分成基礎(chǔ)知識、設(shè)計計算、工程案例三大類，這三者的難度依次增大。對于難度較低的基礎(chǔ)知識，課前預(yù)習(xí)以閱讀教材、觀看微課和課前測試為主。教師根據(jù)學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況及課前測試情況，在課堂上有針對性地講解，并對重點和難點進行總結(jié)和強調(diào)，同時回答學(xué)生的疑問，或組織學(xué)生之間互相提問解答。對于難度適中的設(shè)計計算，課前預(yù)習(xí)以閱讀教材、觀看微課動畫、查閱資料為主，教師在課堂上主要進行討論答疑、重難點講解，組織學(xué)生進行問題討論、頭腦風(fēng)暴，并提供實踐案例進行分析，提高學(xué)生參與課堂的主動性。而對于難度較大的設(shè)計計算，課前預(yù)習(xí)以閱讀教材、查閱資料、做思考題為主，教師在課堂上組織學(xué)生討論答疑、學(xué)生互評或教師點評課前作業(yè)。

（三）優(yōu)化考核評價方式

改革傳統(tǒng)的考核方式，加大過程化和實踐性考核的比重，形成形成性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的考核形式（見圖3）。形成性考核綜合在線學(xué)習(xí)情況、課后作業(yè)、實踐試驗報告、專題研討匯報等內(nèi)容，主要考查學(xué)員在線預(yù)習(xí)、上課出勤、課堂討論、課前測試、隨堂測試、課后作業(yè)等情況，有助于提高學(xué)員參與課堂教學(xué)的積極性，從而更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。終結(jié)性考核主要考查學(xué)員對基礎(chǔ)知識、基本概念的準(zhǔn)確掌握程度和靈活運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，其中知識運用題目在終結(jié)性考核中的占比達到70%，可以有效地把控學(xué)員對課程知識的掌握程度，為開展后續(xù)課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。通過引入多樣化的考核機制，提高實踐試驗報告、專題研討匯報、知識運用等內(nèi)容的考核比例，對基礎(chǔ)知識深入理解、關(guān)鍵方法牢固掌握、運用模式融會貫通等提出更高的要求，可以有效提升課程的挑戰(zhàn)度。

四、結(jié)語

無人飛行器總體設(shè)計課程是飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，課程內(nèi)容系統(tǒng)性、總體性強，理論與實踐結(jié)合度高。本文以培養(yǎng)具有無人飛行器設(shè)計、論證、研制、試驗和應(yīng)用等高水平專業(yè)人才為目標(biāo)，深入剖析了制約課程教學(xué)效果的問題，提出若干課程改革建議，以期為后續(xù)開展教學(xué)實踐提供指導(dǎo)。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責(zé)任編輯：黃緊德］