［摘 要］智能飛行器技術(shù)是教育部為適應(yīng)智能化時(shí)代發(fā)展需求而設(shè)立的新專業(yè)。智能飛行器是機(jī)械化、信息化、智能化融合發(fā)展的產(chǎn)物，方興未艾。當(dāng)前智能飛行器尚無(wú)公認(rèn)的定義，因而關(guān)于智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)的建議莫衷一是。智能飛行器是什么，智能飛行器技術(shù)給人才培養(yǎng)帶來(lái)什么變化，智能飛行器技術(shù)專業(yè)應(yīng)該怎么建設(shè)等問(wèn)題一直是相關(guān)高等院校專業(yè)發(fā)展研討與關(guān)注的重點(diǎn)。文章通過(guò)對(duì)智能飛行器內(nèi)涵的分析并借鑒國(guó)內(nèi)外部分知名高校相近專業(yè)的培養(yǎng)理念和課程體系，從知識(shí)體系、課程建設(shè)、配套環(huán)境三個(gè)方面分析智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)，并從建設(shè)理念、關(guān)鍵問(wèn)題、具體舉措三個(gè)方面詳細(xì)闡述智能飛行器技術(shù)專業(yè)課程體系的建設(shè)思路。

［關(guān)鍵詞］智能飛行器技術(shù)；專業(yè)建設(shè)；人才培養(yǎng)；知識(shí)體系

［中圖分類號(hào)］G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）14-0017-05

2021年，教育部新設(shè)立了智能飛行器技術(shù)本科專業(yè)。這是世界范圍內(nèi)首個(gè)以智能飛行器冠名的新專業(yè)。智能飛行器發(fā)展迅速，應(yīng)用形態(tài)日新月異[1-2]，目前智能飛行器尚無(wú)公認(rèn)的定義，因此關(guān)于智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)的建議莫衷一是。本文以智能飛行器的內(nèi)涵分析作為出發(fā)點(diǎn)，圍繞智能飛行器是什么、智能飛行器技術(shù)給人才培養(yǎng)帶來(lái)的變化是什么以及智能飛行器技術(shù)專業(yè)怎么建設(shè)這三個(gè)問(wèn)題，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外部分知名高校相近專業(yè)的培養(yǎng)理念和課程體系，對(duì)比分析了智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)，闡述了智能飛行器技術(shù)專業(yè)課程體系的建設(shè)思路。

一、智能飛行器的內(nèi)涵

2019年，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布了《2018年國(guó)防部人工智能戰(zhàn)略總結(jié)》，對(duì)人工智能的內(nèi)涵進(jìn)行了描述：以數(shù)字或自主物理系統(tǒng)內(nèi)嵌智能軟件的形式，使機(jī)器具備執(zhí)行通常需要人的智能才能執(zhí)行的任務(wù)的能力，如識(shí)別模式、從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)、下結(jié)論、做出預(yù)測(cè)、采取行動(dòng)等 [3]。

人們對(duì)智能飛行器的期待包括以下幾點(diǎn)：其一，它應(yīng)具有良好的適應(yīng)性，對(duì)任務(wù)環(huán)境的適應(yīng)以及對(duì)自身不同狀態(tài)的適應(yīng)[4-5]；其二，它應(yīng)該具有交互能力，能夠與人建立廣泛穩(wěn)健的有效交互；其三，它應(yīng)該具備對(duì)人類知識(shí)進(jìn)行提煉、學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)化并做出創(chuàng)造的能力。智能飛行器將是飛行器領(lǐng)域機(jī)械化、信息化、智能化融合發(fā)展的集大成者。當(dāng)前初步具有智能特征的飛行器包括無(wú)人機(jī)集群、“鐵穹”防御導(dǎo)彈系統(tǒng)、LRASM反艦導(dǎo)彈等。

一是無(wú)人機(jī)集群。無(wú)人機(jī)集群由一定數(shù)量的無(wú)人機(jī)基于開(kāi)放式體系架構(gòu)聚合而成，它在單個(gè)無(wú)人機(jī)平臺(tái)自主性充分發(fā)展的基礎(chǔ)上，以“群”的形式開(kāi)展應(yīng)用，并凸顯“群”特征。無(wú)人機(jī)集群以信息網(wǎng)絡(luò)為支撐，以群智涌現(xiàn)為核心，指控關(guān)系彈性可變，運(yùn)用樣式靈活，能夠形成低成本、分布式、自協(xié)同、高彈性的任務(wù)執(zhí)行體系[6]。某種固定翼無(wú)人機(jī)集群如圖1所示。

無(wú)人機(jī)集群技術(shù)自2016年以來(lái)發(fā)展迅速，成為世界無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。當(dāng)前無(wú)人機(jī)集群已經(jīng)具備了初步的適應(yīng)性和交互性，正在朝著知識(shí)提煉、學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的階段發(fā)展[7]。

二是“鐵穹”防御導(dǎo)彈系統(tǒng)?！拌F穹”防御導(dǎo)彈系統(tǒng)是以色列拉斐爾先進(jìn)防御系統(tǒng)公司研發(fā)的全天候、機(jī)動(dòng)型火箭攔截系統(tǒng)，主要用于攔截“喀秋莎”和“卡桑”等射程在5至70公里的火箭彈。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性， 可自動(dòng)探測(cè)來(lái)襲火箭彈，在1秒內(nèi)根據(jù)彈道、風(fēng)向等天氣情況判斷出彈著點(diǎn)，對(duì)射向居民區(qū)或是重要目標(biāo)的火箭彈進(jìn)行攔截（見(jiàn)圖2），對(duì)射向非危險(xiǎn)地區(qū)的火箭彈不進(jìn)行攔截，攔截效率高達(dá)90%。

三是LRASM反艦導(dǎo)彈。LRASM（Long Range Anti?Ship Missile）是由美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）牽頭設(shè)計(jì)的先進(jìn)反艦導(dǎo)彈，具有良好的自適應(yīng)突防能力和電磁自衛(wèi)能力，通過(guò)自動(dòng)分析接收到的射頻信號(hào)判斷威脅程度，具有自適應(yīng)突防模式和較強(qiáng)的適應(yīng)性。這類飛行器如圖3所示。

上述飛行器系統(tǒng)已經(jīng)具備了初步的適應(yīng)性以及內(nèi)在的交互能力。此外，它們的共同特征還包括穩(wěn)健的飛行能力、先進(jìn)的感知能力、魯棒的控制能力以及在線決策能力[8-10]。

在上述分析的基礎(chǔ)上，本文認(rèn)為智能飛行器是一種能夠自主執(zhí)行任務(wù)的飛行器。它利用先進(jìn)的傳感器和算法來(lái)感知環(huán)境、做出決策并穩(wěn)健地執(zhí)行任務(wù)，支持人機(jī)交互但不用人類實(shí)時(shí)操控，具有良好的適應(yīng)性，并朝著學(xué)習(xí)知識(shí)、進(jìn)化并創(chuàng)造的方向發(fā)展。

二、智能飛行器技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

智能飛行器技術(shù)是人工智能技術(shù)與飛行器技術(shù)的跨域融合，具有明顯的學(xué)科交叉特點(diǎn)，學(xué)科涉及面廣、前沿性強(qiáng)，涉及航空宇航科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制理論與控制工程、材料科學(xué)與技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。因此，智能飛行器技術(shù)專業(yè)的知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)的內(nèi)容與要求比傳統(tǒng)飛行器專業(yè)的更豐富，其知識(shí)目標(biāo)所涉及的相關(guān)技術(shù)如圖4所示。

從圖4可知，智能飛行器技術(shù)專業(yè)所涉及的相關(guān)能力目標(biāo)包括具備扎實(shí)的力學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、信息學(xué)、人工智能等學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)，掌握飛行器基本原理，能夠開(kāi)展智能飛行器總體與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)智能飛行器典型場(chǎng)景下的應(yīng)用，以及具有解決復(fù)雜問(wèn)題的融合創(chuàng)新能力等。

三、國(guó)內(nèi)外智能飛行器技術(shù)相近專業(yè)的建設(shè)情況

鑒于國(guó)外尚無(wú)智能飛行器技術(shù)專業(yè)，而國(guó)內(nèi)也在摸索中建設(shè)，本文以國(guó)內(nèi)外智能飛行器技術(shù)相近專業(yè)為研究對(duì)象，分析梳理其培養(yǎng)理念和課程體系，作為開(kāi)展智能飛行器技術(shù)專業(yè)課程體系建設(shè)的重要參考。

（一）國(guó)內(nèi)外部分知名高校智能飛行器技術(shù)相近專業(yè)建設(shè)特點(diǎn)

在國(guó)外高校中，本文選擇麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院、普渡大學(xué)、美國(guó)空軍學(xué)院為參考對(duì)象，這些高校在飛行器設(shè)計(jì)方面的專業(yè)建設(shè)特點(diǎn)如表1所示。

國(guó)內(nèi)高校智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)的特點(diǎn)大概如下：北京航空航天大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱北航）按照“厚基礎(chǔ)、重交叉、深浸養(yǎng)、強(qiáng)協(xié)同”的建設(shè)理念，強(qiáng)化空天信融合、深化科教融通；西北工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱西工大）以“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”為培養(yǎng)理念，以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)和工程素質(zhì)為主線；南京航空航天大學(xué)遵循“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重交叉、強(qiáng)實(shí)踐”的基本方針，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的數(shù)理、力學(xué)、電子、熱工等專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)。綜合來(lái)看，上述專業(yè)特點(diǎn)的共同之處是厚基礎(chǔ)、重交叉、強(qiáng)實(shí)踐。

（二）智能飛行器技術(shù)相近專業(yè)核心課程分析

麻省理工學(xué)院在信息類技術(shù)、人工智能技術(shù)與飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)方面均具有深厚底蘊(yùn)，因而其航空航天工程專業(yè)的課程體系設(shè)置具有重要參考意義[11]。其相應(yīng)的專業(yè)核心課程主要有空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、航空航天推進(jìn)、人機(jī)系統(tǒng)工程、自主決策原理、自動(dòng)控制原理、反饋控制系統(tǒng)、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算建模與數(shù)據(jù)分析等。從其專業(yè)核心課程設(shè)置來(lái)看，麻省理工學(xué)院的課程體系高度重視力學(xué)和控制學(xué)科基礎(chǔ)，同時(shí)也強(qiáng)化學(xué)生信號(hào)系統(tǒng)、數(shù)字化以及計(jì)算機(jī)編程與應(yīng)用方面的能力。

國(guó)內(nèi)方面，以西工大航空學(xué)院[12]和北航航空學(xué)院[13]飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的核心與特色課程為對(duì)象進(jìn)行分類分析。圖5展示了這兩所大學(xué)上述專業(yè)基礎(chǔ)類課程中力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械與控制、計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)、總體設(shè)計(jì)四類課程的學(xué)分占比。

對(duì)圖5進(jìn)行分析可知，這兩所大學(xué)都高度重視力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械與控制等基礎(chǔ)性課程，同時(shí)兼顧計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)類課程以及總體設(shè)計(jì)類課程等。這反映出傳統(tǒng)飛行器專業(yè)具有顯著的多學(xué)科交叉屬性。從智能飛行器的內(nèi)涵可知，智能飛行器技術(shù)專業(yè)對(duì)應(yīng)的知識(shí)體系需要在傳統(tǒng)飛行器專業(yè)知識(shí)體系的基礎(chǔ)上向智能、微電子、網(wǎng)絡(luò)等方面進(jìn)一步拓展。

四、智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀

（一）基于課時(shí)有限的條件構(gòu)建新的知識(shí)體系

參考教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，航空航天類專業(yè)課程總學(xué)時(shí)以2600學(xué)時(shí)左右為宜，知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)必須在限定的課時(shí)內(nèi)完成。智能飛行器技術(shù)專業(yè)相比于傳統(tǒng)飛行器專業(yè)，在數(shù)理、力學(xué)、控制、設(shè)計(jì)、電子、信息學(xué)等方面有相似的知識(shí)目標(biāo)，同時(shí)又需要掌握最新的人工智能、大數(shù)據(jù)、人機(jī)交互等技術(shù)，并熟悉新一代通信、芯片、微電子架構(gòu)，知識(shí)目標(biāo)的內(nèi)容與要求比傳統(tǒng)飛行器專業(yè)豐富。智能飛行器技術(shù)專業(yè)需要在相同總學(xué)時(shí)情況下講授更多的專業(yè)知識(shí)，因此需要在學(xué)時(shí)有限情況下做好數(shù)理、力學(xué)、信息學(xué)、控制等學(xué)科知識(shí)與人工智能、大數(shù)據(jù)、人機(jī)交互、通信、芯片等知識(shí)的銜接，構(gòu)建新的完備的知識(shí)體系。

（二）基于知識(shí)體系進(jìn)行課程定制

有限的學(xué)時(shí)和更加寬廣的學(xué)科知識(shí)需求，對(duì)單門課程的內(nèi)容設(shè)計(jì)提出了新的要求：要統(tǒng)籌核心知識(shí)和學(xué)時(shí)分布，還要兼顧與關(guān)聯(lián)課程的銜接。一方面需要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，聚焦智能飛行器技術(shù)專業(yè)能力目標(biāo)，逐門細(xì)化課程的知識(shí)傳授點(diǎn)，去除重復(fù)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)核心課程之間的銜接融合；另一方面需要實(shí)施課程定制計(jì)劃，如人工智能基礎(chǔ)、通信與網(wǎng)絡(luò)等，不能照搬計(jì)算機(jī)專業(yè)和通信專業(yè)的課程內(nèi)容，應(yīng)針對(duì)智能飛行器技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)特點(diǎn)，開(kāi)展具有明確培養(yǎng)目標(biāo)的課程定制。

（三）基于新的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)

智能飛行器的實(shí)踐應(yīng)用是達(dá)成本專業(yè)能力目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，開(kāi)展綜合實(shí)踐能夠幫助學(xué)生加深對(duì)智能飛行器的通識(shí)認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)的驗(yàn)證，并促進(jìn)學(xué)生在該領(lǐng)域的融合創(chuàng)新發(fā)展。開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐需要大量的配套環(huán)境，包括智能化軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)等，但該領(lǐng)域仍處于快速發(fā)展的階段，與智能飛行器平臺(tái)相關(guān)聯(lián)的開(kāi)發(fā)環(huán)境仍不成熟、不系統(tǒng)。例如針對(duì)無(wú)人機(jī)開(kāi)展典型場(chǎng)景下的集群協(xié)同應(yīng)用，需要具有支持智能集群的任務(wù)規(guī)劃軟件系統(tǒng)和適應(yīng)機(jī)載環(huán)境的嵌入式硬件系統(tǒng)以及一些輔助設(shè)備，如視覺(jué)捕捉系統(tǒng)等。這些實(shí)踐環(huán)境往往需要教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)改造得到符合課程具體要求的支撐環(huán)境。

五、智能飛行器技術(shù)專業(yè)課程體系建設(shè)思路

（一）須明晰專業(yè)建設(shè)理念

把握機(jī)械化、信息化、智能化“三化”融合對(duì)飛行器設(shè)計(jì)與應(yīng)用的深刻影響，面向未來(lái)，在人才培養(yǎng)方案的課程設(shè)置中緊緊圍繞智能飛行器的平臺(tái)屬性以及智能化屬性。強(qiáng)調(diào)打好基礎(chǔ)，系統(tǒng)性設(shè)置數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、總體設(shè)計(jì)、飛行控制、智能應(yīng)用等方面的相應(yīng)課程，突出數(shù)理基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)結(jié)構(gòu)完整的特點(diǎn)，打牢飛行器平臺(tái)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)基礎(chǔ)。強(qiáng)調(diào)實(shí)踐貫通，通過(guò)智能元素浸潤(rùn)、實(shí)踐應(yīng)用連貫將寬口徑的公共基礎(chǔ)課程與交叉融合的學(xué)科專業(yè)關(guān)聯(lián)起來(lái)，以典型任務(wù)應(yīng)用為牽引，緊扣“智能飛行器+典型任務(wù)”的主線，做到實(shí)踐貫通，設(shè)計(jì)進(jìn)階式實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

（二）須把握好關(guān)鍵問(wèn)題

1.矩陣式教學(xué)運(yùn)行機(jī)制的實(shí)施與教學(xué)質(zhì)量評(píng)估反饋

新的專業(yè)建設(shè)迫切需要及時(shí)做好教學(xué)質(zhì)量評(píng)估反饋。通過(guò)建立“公共基礎(chǔ)—學(xué)科基礎(chǔ)—專業(yè)基礎(chǔ)”與“智能與實(shí)踐”融合式矩陣式教學(xué)運(yùn)行機(jī)制，在實(shí)施過(guò)程中通過(guò)課程測(cè)試、科學(xué)競(jìng)賽、創(chuàng)新項(xiàng)目等形式綜合評(píng)估教學(xué)質(zhì)量[14]，促使教學(xué)運(yùn)行機(jī)制得到不斷完善。

2.強(qiáng)化本碩博貫通式培養(yǎng)總體設(shè)計(jì)

智能飛行器技術(shù)專業(yè)涉及多個(gè)學(xué)科，應(yīng)用前景廣闊，適合開(kāi)展本碩博貫通式培養(yǎng)[15]。除了體系化的本科課程設(shè)計(jì)，建議在本碩博的銜接階段做出具體引導(dǎo)，指引學(xué)生通過(guò)參加創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化，并檢驗(yàn)知識(shí)學(xué)習(xí)效果。

（三）需明確具體舉措

1.優(yōu)化“目標(biāo)—能力—課程”三維支撐關(guān)系，落實(shí)到單一課程教學(xué)質(zhì)量提升

圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)和能力素質(zhì)需求，建立“目標(biāo)—能力—課程”三維支撐關(guān)系［見(jiàn)圖6（a）］；通過(guò)優(yōu)化支撐關(guān)系，進(jìn)一步完善課程體系設(shè)計(jì)；并在支撐關(guān)系的引導(dǎo)下，以更好地支撐培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成與促進(jìn)學(xué)生能力培養(yǎng)為優(yōu)化方向，有針對(duì)性地提升單一課程的建設(shè)質(zhì)量，包括課程建設(shè)與配套的支撐環(huán)境建設(shè)［見(jiàn)圖6（b）］。

2.建立矩陣式教學(xué)運(yùn)行機(jī)制

結(jié)合智能飛行器技術(shù)專業(yè)的多學(xué)科交叉屬性，將寬口徑的公共基礎(chǔ)知識(shí)與多學(xué)科專業(yè)知識(shí)關(guān)聯(lián)起來(lái)，探索建立教學(xué)運(yùn)行機(jī)制。通過(guò)各階段橫向課程多元化、系統(tǒng)化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)知識(shí)面的寬口徑覆蓋；通過(guò)縱向智能特色與貫通實(shí)踐不斷線，實(shí)現(xiàn)“飛行器+任務(wù)”與“實(shí)踐+理論”的交叉融合，高效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)（見(jiàn)圖7）。

3.強(qiáng)化本碩博知識(shí)銜接與貫通式培養(yǎng)，論證從本科基礎(chǔ)向碩博研究過(guò)渡的創(chuàng)新項(xiàng)目組織模式

強(qiáng)化本碩博貫通式培養(yǎng)的總體設(shè)計(jì)，以分組實(shí)施的創(chuàng)新項(xiàng)目為抓手，引導(dǎo)學(xué)生從本科基礎(chǔ)向碩博研究過(guò)渡，設(shè)置一批“智能+”創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)基礎(chǔ)研究素養(yǎng)，形成飛行器總體設(shè)計(jì)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作理念（見(jiàn)圖8）。

六、結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合智能化時(shí)代背景分析梳理了智能飛行器的內(nèi)涵，分析了國(guó)內(nèi)外部分知名高校在智能飛行器技術(shù)相近專業(yè)方面的建設(shè)思路以及具體的課程體系，總結(jié)了智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)，并針對(duì)性地從知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、價(jià)值目標(biāo)多個(gè)維度對(duì)智能飛行器技術(shù)專業(yè)的知識(shí)架構(gòu)、課程體系以及課程建設(shè)進(jìn)行了論述，給出了智能飛行器技術(shù)專業(yè)建設(shè)舉措建議。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：龐丹丹］