论文航空宇航类生测试技术课程教学改革，该文是关于教学改革相关论文写作资料范文跟宇航和教学改革和测试技术类论文写作资料范文.
刘向阳,谢 侃,王宁飞
（北京理工大学,北京 100081）
摘
要：研究生测试技术课程是本科课程的深化与延伸,强调以创新和实践能力培养为核心的知识体系广度与探索实践.文章以北京理工大学为例,阐述了研究生测试技术课程“航空宇航测试与试验技术”的教学改革思路,并分析了教学改革的成效.
关键词：航空宇航；测试技术；教学改革；研究生
中图分类号：G642.0
文献标识码：A
文章编号：1002-4107（2016）11-0001-04
测试技术课是工程类专业的主干专业基础课,对于学生的动手实践和试验探索能力培养具有非常重要的意义.该课程是一门综合性和实践性很强的课程,在教学过程中必须有效兼顾知识传授的广度和深度、试验探索的理论与实践两对矛盾[1].通常在本科和研究生层次上都会开设相应的课程.
创新能力培养已成为研究生教育改革的基本问题,应将其贯穿于包括课程教学在内的研究生培养的各个环节[2].研究生创新能力的培养不仅影响高等学校知识创新的水平, 也关系国家未来的整体创新能力[3].近年来,随着航空宇航事业的迅猛发展和公众对航空宇航的认知提升,研究生学历已经成为从事航空宇航技术工作的基本条件,越来越多的学生跨专业进入航空宇航类专业的研究生行列.培养具有创新能力的航空宇航专业研究生对于提升我国航空宇航领域的技术实力和国际竞争力具有非常重要的意义.鉴于测试技术本身具有很强的实践性,因此有必要探索能激发研究生积极思维和主动参与、具有航空宇航特色的测试技术课程教学模式,使测试技术课程教学成为培养研究生创新和实践能力的重要环节.
关于本科阶段测试技术课的教学改革和实践,国内诸多学者进行了卓有成效的探索.针对机械工程与自动化及相关专业“测试技术”精品课程建设的需要,刘进志等从教学资源建设、师资队伍建设、教学内容革新、实践教学模式改革等方面进行了探索.王丰在“机械工程测试技术”课程体系优化、优质资源开发、教学技术改进、实验内容建设、工程素养和创新能力培养等方面进行了一系列改革与实践[4].以培养学生综合应用能力为目标,李孟源等提出了强化测试技术实践教学的新思路,并在河南科技大学的教学过程中进行了实践[5].贺德全对通信、电子信息、测控工程专业测试技术课“现代测试技术及应用”的教学改革进行了有益的探索,提出了课程改革的新思路[6].王鹏等对应用电子技术、信息工程、测控技术与仪器等专业的测试技术课“自动测试系统”课程建设进行了探索,在教学队伍、教学内容、教学方法与教学手段、教材建设、教学管理和实践教学等方面开展了教学改革实践[7].
不同于本科测试技术课程,研究生测试技术课更强调以创新和实践能力培养为核心的知识体系广度和试验探索实践.课程教学应充分借鉴国外顶尖高校的先进经验,强化前沿性、研讨性和实践性等教学环节,激发学生主动参与和积极思维的创新意识,为学生创新实践能力的培养提供充足的教学空间[8].然而遗憾的是,如何对研究生测试技术课进行改革以适应创新实践能力的培养需求在国内还是空白,更遑论航空宇航这样具有鲜明专业特色的研究生测试技术课程的教学改革.
有鉴于此,本文以北京理工大学 “航空宇航测试与试验技术”课程为样本对航空宇航类专业研究生测试技术课程的教学改革进行了探索.在分析该课程的培养需求和教学目标基础上,本文提出了课程教学改革思路和详细的教学环节设置,总结了依托课程网站、科研课题和实验室设备进行课程教学改革的经验和实践效果,以期对国内高校航空宇航类专业及类似专业的研究生测试技术课教学改革有所启发.
一、培养需求分析
“航空宇航测试与试验技术”是北京理工大学宇航学院为航空宇航科学与技术专业开设的一门主干技术基础课,是学术型硕士研究生、全日制硕士专业学位研究生以及本科起点博士的专业必修课.课程课内计划学时为54学时,考核方式为平时考核与期末考试相结合的方式.其中,平时考核占70%,期末考试占30%.在测试技术、航天技术概论等课程学习的基础上,本课程旨在构建合理的课程知识体系,着力培养研究生在航空宇航领域的创新和实践能力,为培养肩负航空航天事业发展重任、理论与工程并重的高层次研究人才奠定必要的基础.
表1给出了近3年来课程的选课情况.需要说明的是：除表中明确列出的四个方向外,学术硕士生和本科起点博士生的研究方向还包括航空宇航制造及其自动化和振动与噪声控制两个方向,专业硕士生的研究方向还包括发射理论与技术、材料与结构力学和空气动力学三个方向.因人数较少,为简化需求分析,表中将这些方向统一归入其他项.从表1可以看出,本课程的选课研究生逐年阶梯式上升,课程的重要性和效果得到了研究生的广泛认可；选课研究生涵盖了北京理工大学航空宇航科学与技术专业的主要研究方向和三个不同层次的研究生.因此课程内容需要精心设计,以满足不同方向和不同层次研究生的学习需求.
与其他类型专业不同,航空宇航科学与技术是针对工程应用背景设置的专业.各研究方向的基础知识和应用领域涵盖很大的技术范畴,跨越机械、电子和信息等多个不同的领域,相应的测试需求也存在很大的差异.表2给出了主要研究方向的专业背景和测试需求.事实上,就本科层次而言,机械、电子信息、测控与仪器等不同专业类型的测试技术课程教学的侧重点和教学内容也存在很大的差别.本课程的教学目标需要充分考虑相关方向研究生在专业基础、应用背景和测试需求等方面的差异.
鉴于航空宇航科学与技术专业具有专业涉及面宽、创新性强和测试需求明确等特点,本课程的教学目标定位在：（1）深化有关测试的基础知识和理论,介绍相关研究方向测试技术发展前沿,兼顾深度与广度、经典与现代两对矛盾,构建合理的课程知识体系,激发研究生的主动参与热情；（2）以测试系统设计和调试为手段,强化以知识应用为特征的实践能力培养；（3）以文献阅读和探索研究为手段,通过体会和体验方式培养创新能力.
二、教学改革思路与措施
根据以上教学目标,本课程在北京理工大学精品课程建设项目的支持下,对“航空宇航测试与试验技术”课程的教学进行了改革,期望通过优化课程教学过程,适当压缩理论教学课堂授课内容,借助科研和实验室优势强化前沿性、研讨性和实践性教学环节,提升课程教学效果.
本课程的教学主要由理论教学、专题讨论、测试系统设计和自选试验四个环节组成.
根据教学计划,理论教学应着力于深化测试与试验的基础知识和理论以及介绍本专业测试的工程需求,主要包括测试基础理论及其应用和航空航天试验技术两个部分.具体内容为测试基础理论、数据采集与虚拟仪器技术、测试系统设计及评估、航空航天试验概述、航天测控系统、空间环境试验技术、飞行试验技术.其中,前三者主要着眼于深化测试与试验的基础知识和理论,后四者主要是帮助研究生了解其所在研究方向的测试需求.理论教学在实施过程中主要存在两个方面的问题.一方面,选修本课程的研究生的基础有较大的差异.在选修本课程的研究生中,部分是本校本专业的本科毕业生,选修过类似课程,对专业应用背景和测试需求已有一定的了解,但也有相当部分的研究生是跨专业的,对测试基础知识和理论了解较少,对专业应用背景和测试需求了解不多.另一方面,理论教学学时有限和不同方向的研究生兴趣差异也是需要考虑的问题.基于以上考虑,理论教学采用课堂讲授和课后自学相结合的方式进行.对理论性较强的、各研究方向有共同兴趣的内容采用课堂讲授；对其他内容,依托精品课程项目支持建设的课程网站开展教学,以自学为主,通过网上测验和答疑等方式帮助研究生检验和巩固学习效果.
专题讨论是兼具研讨性和前沿性特点的综合性重点教学环节,对构建研究生课程知识体系广度、提高创新意识以及体会创新过程具有重要的作用.根据研究生人数的不同,本环节占本课程的教学总学时的1/3—1/2.专题讨论要求研究生结合专业方向、课题组科研项目、参研课题或者个人感兴趣领域的测试需求进行调研,以近5年内发表的重要文献为主,完成专题报告,并在课堂上进行时长为20分钟的讲述以及现场质询.现场质询时,先由其他研究生根据自己的理解提出问题,教师补充提问和做最后的评价总结.原则上,专题报告必须有与测试相关的思考和分析,并应提交最终的电子文档.教师根据研究生的报告以及现场回答情况给出相应的评定成绩.研究生在他人报告的现场质询环节所提出的问题的质量将作为其成绩评定的重要组成部分.为便于研究生完成选题、搜集材料以及准备专题报告,教师会在课堂上结合自身的科研积累进行相应的专题报告,并给出选题方向和专题范例供研究生参考.
测试系统设计是针对实践能力培养的教学环节,目的在于强化测试系统设计能力,是在本科课程基础上对研究生知识应用能力的进一步深化.该环节分为两个阶段.一是教师在课堂上对若干个典型设计范例由浅入深地讲解,采用互动教学方式加深研究生对设计难点的理解.课堂教学时共选用3个设计范例.其中,第1个范例较简单,教师通过仔细讲解使研究生对设计流程有所了解；后面进行更接近工程实际的两个范例教学时,教师先给出设计题目,研究生若干人为一组讨论后推荐1人作为代表在黑板上写出设计结果,教师在课堂上组织学生对各组的设计结果进行充分讨论后给出参和总结,以突出设计难点和其解决思路.二是在上述基础上,研究生自主选择设计题目,教师通过对研究生提交的设计作业存在的典型问题进行点评,有针对性地纠正存在的共性问题.
不同于本科测试技术课程的实验环节,自选试验环节属于研究性的试验项目,是兼具前沿性和实践性特点的综合性环节,也是研究生体验创新的重要途径.整个试验过程,研究生自主选题,自由组合,自行组织管理.试验没有确定的答案和结果,要求研究生若干人（一般4—6人）1组围绕课题组科研项目、参研课题、实验室特定设备和自己感兴趣的主题开展试验.自选试验中发现问题、分析问题和解决问题的过程即是研究生体验创新的过程.根据需要,学校可以适当资助研究生自行购置试验器材,搭建测试系统开展试验.教师通过选题讨论、疑难解答和报告评定等方式管理和控制试验进程和教学质量.
各教学环节与教学目标的关联如图1所示.由图1可以看出,改革后各教学环节更有利于强调知识广度和现代前沿的课程知识体系构建,并且设置的测试系统设计、专题讨论和自选试验三个环节大幅增加了前沿性、研讨性和实践性教学内容,有效加强了研究生创新能力和实践能力的培养,形成了鲜明的航空宇航教学特色.这具体体现在以下几个方面.
（1）通用与特色有机结合的教学内容、基础与前沿并重的教学思路是构建课程知识体系的保障.一方面,本课程的教学内容在强调通用测试技术的基础上更注重航空宇航特色,大多与专业应用背景有关,能够有效激发研究生的专业学习兴趣,并为研究生从事相关试验工作奠定基础.另一方面,理论教学安排注重夯实研究生的理论基础,专题讨论可使研究生了解先进测试技术的发展情况及其在航天领域的应用前景.
（2）高度参与互动的教学模式是创新能力培养的前提.创新意识是创新能力的基础,独特的互动教学模式有效激发了研究生的主动参与和积极思维的创新意识.本课程超过1/3的学时是围绕专题讨论展开的,课程要求研究生必须主动参与讨论,同时,教师要将提问情况作为考评标准之一.此外,试验环节也要求研究生相互协作,共同完成预定的试验项目.
（3）理论与应用紧密结合的教学方式是实践能力培养的基础.测试技术课程是一门以知识应用为导向的实践型课程.本课程设置的专题讨论、测试系统设计以及自选试验三个环节占整个课程学时的2/3以上,为研究生应用测试理论和基础知识的学习提供了充分发挥想象力和创造力的展示平台.
三、教学改革的成效
改革后的课程学时分配及考核情况如表3所示.借助于图2所示的具有良好互动性的课程网站,课程的理论教学学时被压缩到10学时.除了《测试基础理论》、《测试系统设计与评估》以及《航空航天试验概述》三章在课堂上讲授以外,其余的理论教学内容均被安排为自学.这种安排方式充分保证了其他三个教学环节（特别是专题讨论环节）的学时,为优化课程教学奠定了基础.
表4给出了近三年专题讨论选题的统计分析结果.需要说明的是：表中的“结合研究方向”是指研究生所选的题目能够结合本学科各研究方向的应用需求.“结合前沿”是指研究生所选的题目能够结合测试技术的发展前沿.“结合科研”是指研究生选题为所在课题组此前开展的科研工作.研究生可通过查阅前人公开发表的论文和已毕业研究生的学位论文了解,也可通过与导师或者高年级研究生的交流理解项目深层次的技术问题.“结合课题”是指研究生所选题目与该研究生作为主要参与人参加的研究课题有关.由表中数据可以看出：绝大多数专题都能够结合研究方向,有助于研究生对专业前沿和工程需求的理解与把握.这主要得益于专题准备阶段指导教师对选题的严格把关和有意引导研究生尽量选择与研究方向相关的题目.专题中也有相当比例的题目结合科研或者课题.尤其是结合课题的专题,由于研究生亲自参与了课题,有深刻的实际体验,报告效果极佳,也易于激发课堂讨论.需要说明的是：结合课题的选题数量基本保持不变,这主要是后续选课的飞行器总体设计和航天器系统与自主技术方向研究生相对接触试验性质科研项目较少以及部分研究生课题暂时没有确定的缘故.
表5给出了2014年度自选试验分析结果.由统计结果可以看出：绝大多数试验选题都是结合科研、课题和实验室设备进行的,并且有相当部分试验使用了专业实验室的重大实验设备.自选试验的调试过程对研究生发现、分析和解决问题的能力提出了挑战.通过参与自选试验,研究生了解了先进设备的用途和前沿课题的试验需求.由于所参与的课题是前沿的,部分试验获得的结果本身就具有创新性.这表明,通过依托专业实验室的科研仪器设备,自选试验取得了良好的教学效果.
依托互动良好的课程网站、反映学科前沿的科研课题以及强大的实验室科研设备,“航空宇航测试与试验技术”课程教学改革压缩了理论教学的学时,并通过专题讨论、测试系统设计和自选试验等三个教学环节,为研究生构建了合理的课程知识体系,加强了研究生创新能力和实践能力的培养力度,取得了良好的教学效果.本课程的教学改革探索开辟了新的航空宇航类专业研究生测试技术课教学模式,也可为类似专业教学改革探索提供有益的借鉴和参考.
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参考文献：
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