TeachingReformsof“AerospaceEngineeringandMaterials”CourseundertheBackgroundofdevelopingthespaceindustryandbuildChinaintoaspacepower

SuFengmeiLiuHuChangBaobaoSongGangLiuChuntai

NationalEngineeringResearchCenterforRubber-PlasticMould，ZhengzhouUniversityHenanZhengzhou450002

Abstract：Inthecontextoftheconstructionofaspacepower，thenationaldemandforengineeringappliedtalentsisincreasing."Spaceengineeringandmaterials"isagraduatedegreerequiredcourses，courserequiresstudentstounderstandthedevelopmentofspaceengineering，thebasiccontentofspacecraftdesign，spaceenvironmentfortherequirementsofmaterialsandmodernadvancedspacematerialsapplicationpresentsituationandfuturedevelopmenttrend，makethestudentsaccordingtothematerialrequirementstractionresearchwork.Onthebasisofteachingba2Bascu7fC1lOqJdBqRsXWw==sicknowledgeandskills，thecourseaimstoguidestudentstothinkindependently，improvetheabilitytosolvecomplexengineeringproblems，andcultivateoutstandingtalentsinaerospacematerialsengineeringapplication.Inviewoftheproblemsinthetraditionalclassroom，thecorrespondingcurriculumreformstrategiesareputforward.Thecurriculumhasachievedgoodteachingresults，andsignificantlyimprovedthestudents'abilitytosolveengineeringapplicationproblems.Thispaperintroducestheteachingreformofthiscourseincoursecontent，classmodeandcourseassessmentmode.

Keywords：aerospaceengineeringandmaterials;engineeringapplication;school-enterprisecombination;teachingreform

摘要：在航天強國建設(shè)的背景下，國家對于工程應(yīng)用型人才的需求日益增加?！逗教旃こ膛c材料》是一門研究生專業(yè)學(xué)位必修課，課程要求學(xué)生了解我國航天工程的發(fā)展歷程、航天器設(shè)計的基本內(nèi)容、航天特因環(huán)境對材料的要求以及現(xiàn)代先進航天材料應(yīng)用現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢等，使學(xué)生能夠根據(jù)材料需求牽引開展研究工作。課程旨在教授基礎(chǔ)知識與技能的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考、提高解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)航天材料工程應(yīng)用優(yōu)秀人才。針對傳統(tǒng)課堂中的問題，提出了相應(yīng)的課程改革策略，課程取得了良好的教學(xué)效果，顯著提高了學(xué)生解決工程應(yīng)用問題的能力。本論文對該門課程在課程內(nèi)容、上課模式、課程考核方式等方面的教學(xué)改革進行了介紹。

關(guān)鍵詞：航天工程與材料；工程應(yīng)用；校企聯(lián)合；教學(xué)改革

一、概述

習(xí)近平總書記指出：“發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強國，是我們不懈追求的航天夢?！秉h的十八大以來，中國航天堅定道路自信，把科技自立自強作為航天事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)密集突破。近年來，我國在載人航天與空間站建設(shè)方面取得了圓滿成功，隨著“嫦娥”攬月、“祝融”探火、“羲和”逐日等重大航天工程的實施，航天探索向更遠的深空邁進，我國正在航天強國建設(shè)的道路上穩(wěn)步前行。

材料是社會發(fā)展與科技進步的基石，我國在航天領(lǐng)域取得的偉大進步離不開航天材料的高速發(fā)展。然而，航天與材料是兩個相對獨立的學(xué)科，航天學(xué)科與材料學(xué)科的有機結(jié)合，實現(xiàn)以航天發(fā)展為需求牽引的材料研究可以更好的助力航天事業(yè)發(fā)展。筆者認(rèn)為，以學(xué)校與企業(yè)合作為契機，打造經(jīng)典的校企聯(lián)合培養(yǎng)課程，發(fā)揮學(xué)校在材料研究與企業(yè)在航天技術(shù)方面的優(yōu)勢，建立與強化高校與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)模式，結(jié)合學(xué)生培養(yǎng)要求，培養(yǎng)知識與技能并重的科學(xué)研究和產(chǎn)品開發(fā)優(yōu)秀人才，可以更好的服務(wù)航天工程建設(shè)與發(fā)展。本文對《航天工程與材料》課程教學(xué)思路以及存在的問題進行分析，并結(jié)合課程教學(xué)過程中的經(jīng)驗對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及課程考核方式進行了改革，提出了回顧歷史激發(fā)興趣、探討案例式教學(xué)、靈活多樣的授課方式、多元化課程考核方式等教學(xué)改革措施，提升了課程的教學(xué)質(zhì)量。

二、課程主要內(nèi)容與設(shè)計思路

《航天工程與材料》是針對研究生專業(yè)學(xué)位研究生設(shè)計的一門課程，課程涵蓋內(nèi)容較廣，課程內(nèi)容包括我國航天工程歷史與現(xiàn)狀以及航天材料的發(fā)展歷程，這一部分內(nèi)容旨在通過回顧老一輩研究人員艱苦奮斗克服困難從而取得航天事業(yè)上的一個又一個勝利的歷程，調(diào)動學(xué)生的民族自豪感與責(zé)任感，講述“兩彈一星“以及近年來我國航天探測所取得的進展對我國綜合國力的影響，激發(fā)學(xué)生以國家發(fā)展為己任的愛國熱情。此外，該門課程要求學(xué)生了解航天器設(shè)計基本內(nèi)容、了解航天發(fā)射、空間駐留、空間環(huán)境、空間環(huán)境、著陸回收等航天飛行過程，熟悉航天材料的空間環(huán)境效應(yīng)，以及這些過程與效應(yīng)對航天材料提出的特殊要求與挑戰(zhàn)。了解載人航天生命保障與作業(yè)實施裝備對材料的需求，掌握航天材料的現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢，以及未來航天材料的制備與加工工藝。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠根據(jù)材料需求牽引，有目標(biāo)的選擇自己課題的研究方向，了解航天材料空間環(huán)境效應(yīng)實驗設(shè)計方法，掌握地面進行航天材料空間環(huán)境模擬與試驗的方法。

三、航天強國建設(shè)新征程背景下《航天工程與材料》校企聯(lián)合教學(xué)初步探索

（一）回顧歷史，激發(fā)興趣，提高學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力

該門課程為研究生專業(yè)學(xué)位必修課，旨在培養(yǎng)具有較強的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)的學(xué)生，提高學(xué)生在就業(yè)時的核心競爭力。興趣是學(xué)習(xí)的第一動力，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力非常關(guān)鍵。傳統(tǒng)的上課方式中，老師機械性地傳授知識的，學(xué)生機械式地背誦記憶，課程結(jié)束之后，所教授的知識點很快就被忘記。在如今航天等重大工程的應(yīng)用需求背景下，要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。在課程教學(xué)過程中，首先從我國航天發(fā)展史入手，回顧我國在航天歷史上振奮人心的里程碑式的進步，激發(fā)了學(xué)生的民族自豪感與自信心。例如，講述東方紅一號的發(fā)展歷史與歷史意義。東方紅一號衛(wèi)星作為我國的第一顆人造衛(wèi)衛(wèi)星于1970年4月24日被送入太空，向太空播放了東方紅樂曲，使我國成為第五個發(fā)射人造衛(wèi)星的國家，是我國探索與開發(fā)太空起點，4月24日也被定為我國的航天日。在那個物質(zhì)匱乏的年代，老一代航天人秉持國家利益高于一切的原則，艱苦攻關(guān)，經(jīng)過了幾代人的努力，實現(xiàn)了東方紅一號的研制目標(biāo)。通過講述航天發(fā)展史上的老一輩航天人艱苦奮斗的歷程，以及發(fā)展航天科技對于我國綜合國力的影響，提升學(xué)生的責(zé)任感與使命感，激勵同學(xué)們崇尚科學(xué)、探索未知，敢于創(chuàng)新的精神；講述航天發(fā)展的材料應(yīng)用需求，材料型號選擇的依據(jù)與方法，使學(xué)生們切實感受到所研究的課題與我國航天事業(yè)發(fā)展的關(guān)聯(lián)性以及課程的重要性。

（二）探討式、案例式教學(xué)，由點及面

航天材料種類繁多，可以分為結(jié)構(gòu)材料與功能材料兩大類。其中結(jié)構(gòu)材料包括鋁合金、鈦合金、鎂合金、鋼等金屬材料以及碳纖維/環(huán)氧樹脂與凱夫拉纖維/環(huán)氧樹脂等復(fù)合材料，功能材料包括熱控材料、光學(xué)材料、電學(xué)膜、密封材料、潤滑材料以及膠結(jié)材料等。近年來隨著新的航天任務(wù)的不斷提出，對材料提出了更多、更高的要求，航天材料的種類也越來越多。那么幾乎不可能通過一門課程系統(tǒng)地學(xué)習(xí)所有的材料。因此我們提出采用探討式、案例式的教學(xué)，以幾個經(jīng)典的案例，重點探討解決工程問題的方式方法，教會學(xué)生解決問題的思路。從而使學(xué)生學(xué)會做研究，在掌握基本技能的基礎(chǔ)上，重點訓(xùn)練學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。例如，針對近地軌道與深空的高低溫交變環(huán)境，提出航天服對隔熱材料的需求，然后講述真空環(huán)境下的傳熱機理，以及隔熱材料的設(shè)計思路與制備方法。再例如，月面等深空環(huán)境由于脫離地球磁場的保護范圍，由銀河宇宙射線、太陽質(zhì)子事件以及次級粒子等組成高能強輻射嚴(yán)重威脅著航天器與航天員的生命安全，輻射防護成為深空探測工程所面臨的一個重要問題。因此研制高效、輕質(zhì)的輻射防護材料，進行有效輻射防護十分關(guān)鍵。針對這個問題，教師在授課過程中針對深空環(huán)境、輻射粒子的種類與能量、輻射防護的原理、原材料選擇依據(jù)、具體材使用部位對材料的要求等問題逐一介紹，在此基礎(chǔ)提出，如何進行材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工的問題。上課過程中引導(dǎo)學(xué)生主動思考，讓學(xué)生更多的參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中。課程經(jīng)過一段時間的建設(shè)發(fā)現(xiàn)，采用案例式、探討式的教學(xué)方法，一方面可以避免課程泛化，充分發(fā)掘本門課程所特有的價值；另一方面通過系統(tǒng)充分的少數(shù)的案例，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，起到由點及面的作用，讓學(xué)生掌握解決問題的能力，從容應(yīng)對學(xué)習(xí)工作中所面臨的具體問題。

（三）靈活多樣的授課方式

傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)方式，教師持續(xù)輸出內(nèi)容，學(xué)生則被動的接受。這樣的教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生對課程內(nèi)容缺乏興趣，教學(xué)的效果較差。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式受到廣大師生的喜愛，翻轉(zhuǎn)課堂可以調(diào)動學(xué)生的積極性，通過在課前與課后的主動學(xué)習(xí)探索，對于課程內(nèi)容也有更深入的理解。因此在本課程的教學(xué)過程中，教師設(shè)置了翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容，如，讓學(xué)生闡述氣凝膠材料在航天工程中的應(yīng)用，通過對需求分析，材料結(jié)構(gòu)與性能，以及材料的設(shè)計與加工制備等方面的調(diào)研與論述，可建立學(xué)生對氣凝膠材料的全面認(rèn)識。此外，現(xiàn)如今學(xué)生受到微信息與短視頻等大量的信息沖擊，很難長時間的保持專注，上課過程中存在低頭刷手機或者注意力不集中的現(xiàn)象，針對該問題，我們在上課過程中通過設(shè)置一系列的小問題，如我國不同發(fā)射場的區(qū)別是什么，“胖五”的特征是什么，神州系列的火箭為什么頂端是尖尖的等一連串的小問題吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生上課的專注度也很重要。除此之外，我們在上課過程中，可以借助視頻等多媒體技術(shù)，使學(xué)生更清楚直觀的認(rèn)識空間交會對接，火箭變軌、以及月面著陸等過程，通關(guān)觀看專家講座，認(rèn)識探月的重要性，月球背面著陸的意義等。相比于傳統(tǒng)的使用PPT投影等教學(xué)方式，教學(xué)效果更好。

課程教學(xué)過程中我們還邀請我國載人航天工程負(fù)責(zé)艙外航天服研制的工程師、飛船設(shè)計專家、空間站材料試驗平臺設(shè)計師以及空間環(huán)境研究專家等企業(yè)老師進行授課，介紹我國空間站建設(shè)、登月計劃以及探測火星等航天探測工程以及新的航天任務(wù)對對材料的需求，企業(yè)專家對于航天特因環(huán)境、對材料結(jié)構(gòu)性能要求有非常深入的了解，能夠保障課程的高品質(zhì)和質(zhì)量。此外，我們還通過讓學(xué)生參與到航天相關(guān)項目的研究、組織學(xué)生開展航天科普宣傳活動，制作航天宣傳片等方式，讓學(xué)生參與到教學(xué)課程中。通過靈活多樣的授課方式，提高學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的參與度，將課程學(xué)習(xí)延伸到工程實踐中，提高教學(xué)效果。

（四）多元化課程考核方式

傳統(tǒng)的課程考核通過將平時成績與期末考試成績進行加和作為學(xué)生的最終成績，而絕大多數(shù)同學(xué)對于課程成績并不在意，認(rèn)為研究生的主要任務(wù)是完成科研任務(wù)，學(xué)生會選擇逃課或者在課堂上表現(xiàn)比較消極，導(dǎo)致課堂教學(xué)效果較差；極少一部分認(rèn)真的學(xué)生通過按時上課、積極回答老師的問題，記住老師所講的知識點，最終可以在課程考核中獲取高分。本門課程教學(xué)的目的不僅僅是傳授知識與技能，更重要的是教學(xué)學(xué)生分析問題解決問題的能力，新的教學(xué)方法與模式下還需要配合采用多元化的考核方式對課程教學(xué)進行課程考核。因此，我們對這門課的課程考核方式也進行了改革。首先課程將平時成績提高到百分之50，設(shè)置開放性問題，如在空間輻射環(huán)境與輻射防護的課后，請同學(xué)們針對于高輻射通量的太陽質(zhì)子事件與高輻射能量的銀河宇宙射線提出可能的防護措施，提出完整的防護材料的設(shè)計、加工與應(yīng)用方案等。通過上課過程中的提問、課程實踐評分、同學(xué)們的自評與互評以及課程論文等多元化的課程考核方式進行評分。此外，我們在課程中期與課程結(jié)束以后，還通過課程測評，征集學(xué)生的意見，持續(xù)改進課程的考核方式，逐步提高課程教學(xué)質(zhì)量。

結(jié)語

在航天強國建設(shè)新征程背景下，對創(chuàng)新型與應(yīng)用型人才的需求增加。學(xué)校的培養(yǎng)研究生尤其是專業(yè)學(xué)位研究生的過程中，應(yīng)該重點培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用型思維與解決問題的能力。我們基于學(xué)校與企業(yè)的深入密切合作，開設(shè)了《航天工程與材料》課程，旨在打造經(jīng)典的工程碩士校企聯(lián)合培養(yǎng)課程，結(jié)合學(xué)生培養(yǎng)要求，建立與強化高校與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)模式，培養(yǎng)知識與技能、基礎(chǔ)與應(yīng)用、原理實驗與工程生產(chǎn)并重的科學(xué)研究和產(chǎn)品開發(fā)優(yōu)秀人才。我們通過回顧歷史激發(fā)興趣、探討案例式教學(xué)、靈活多樣的授課方式、多元化課程考核方式等方法，不僅使學(xué)生掌握專業(yè)知識和技能，提高了學(xué)生解決問題的能力，同時提升了教師的教學(xué)水平與教學(xué)效果。

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作者簡介：蘇鳳梅（1987—），女，漢族，安徽阜陽人，博士，高級職稱，研究方向：高分子材料加工。