航天工程专业范例

一、基于问题的学习

基于问题的学习是一种以学生为中心的主动型教学模式和课程体系设置方法，其最初是由加拿大的麦克马斯特大学（McMasterUniversity）医学院于20世纪60年代在医学课程教改中逐步形成并提炼出来的。在PBL中，教师根据课程要求和学生的知识基础预先定义一个不完整的或劣构的问题，然后让学生进行研究，理论联系实际，运用已掌握的知识和技能提出解决问题的可行方案，让学生亲身参与问题求解的每一个步骤和知识构建的过程，从而将其先前获得的知识和经验很好地整合起来，使已有知识结构得到完善的同时达到对新知识的理解与掌。

1.目标和基于问题的学习法的特点。

基于问题的学习方法的主要目标不仅仅是让学生获得知识，并且要运用知识。PBL重视模型和问题的解决。它试图模拟现实生活中的工程研究和开发过程。Barrows这样描述PBL的主要特点：（1）学习是以学生为中心的，即学生选择怎样去学习和他们想要学习的内容。（2）学习在小团体中展开并且提倡协作学习。（3）老师是促进者、引导者或教练。（4）问题形成组织重点并刺激学习。（5）问题是拓展真正的问题解决能力的工具。（6）新的信息是通过自学获得的。

2.PBL工程教育案例———麻省理工学院航空航天工程系。

几年前，在麻省理工学院的航空航天系成立了一个由教师和科研人员组成的新战略计划小组，专门负责课程改革。为了强调教育以学生为中心，讨论小组花费了一定的时间和精力通过对项目和学习成果进行验收，设计了新的教学方法，建造与之配套的实验室。尽管基于问题的学习是关键，但它不是课程组织的原则。新的航空航天工程课程以现实生活中产品完整的生命周期工程为背景，即构思、设计、实施和执行（CDIO），结合设计建造经验，贯穿于整个项目中。接下来就是从简单的项目到高度复杂的系统设计建立过程，以及从中取得的经验教训。第一年，在《航空航天设计导论》课上，学生们设计、构思并且试飞的由无线电控制浮空飞行器（LTA）。第二年，在《联立工程学》课上，学生们设计、搭建并且试飞了无线电控制的电推力飞行器。在一些比较深入的课程例如《空气动力学》课上，从工厂或者政府以往项目中提出航空工业中很常见一个实际的问题，像是以洛克希德•马丁战术飞机系统为模板提供项目设计方案。高级课程完全利用基于问题的学习方法，如：《实验项目实验室空间系统工程》、《CDIO高等课程》。在这些PBL体验中，学生发现自己感兴趣的问题，通过做实验找到解决方法，并用多学科方法设计出复杂系统。麻省理工学院航空航天系“复杂系统学习实验室”的主任提出了一个对于基于问题的学习方法的分类框架。它将问题分为四个等级，给出了解决基础科学及先进工程课题的系统方法。一级：问题集。问题集是指在大多数工程课程中发现的传统问题。它们往往具有一定的结构与较成熟的解决方案（至少问题的设计者知道）。所有学生解决同样的问题，有时独自解决，有时以小组形式解决。问题需要在相对较短的时间内解决。二级：小型实验。小型实验是指在结构化问题下的实验课。例如测量或观察某种工程现象或数据。这些问题在一或两个学期内解决，可以“重复地进行”，也就是说，每个学生团队解决与其他团队同样的问题。在麻省理工学院有许多例子，如《联立工程学》课上的桁架实验室，《空气动力学》课上对在风洞中的流速计的校准，《航空航天设计导论》课上对空气动力减速器的各种测试。三级：大型实验。比起前几个阶段，这个阶段的问题需要更长的时间去解决，可能会耗费几周或整个学期。到了这个阶段问题明显复杂了很多，需要更多的规划和教员支持。在麻省理工学院有许多如是例子：《实验项目实验室》课上的风洞试验、飞行器模型项目，《空气动力学》课上的机械项目，《航空航天教育导论》课上的轻于空气的飞艇，《联立工程学》课上的电动飞行器设计等。四级：顶级CDIO实验。这个阶段在系统中整合了核心工程的顶级实验。麻省理工学院的航空航天工程项目用构思-设计-实施-操作（CDIO）的方法来设法更接近于实际工程。在顶级实验中，工程的四个阶段都将涉及。顶级实验室的项目均为研究的重点，需要更多的资金，工程的复杂度和依赖经验的程度也很高。例如麻省理工学院的自主卫星光学阵列项目和磁控编队飞行器。四级的项目需要学生、老师和研究员花费三个学期去完成。可以看出三级和四级问题的解决过程是由学生主导的、不受约束的、复杂的、多方面的且具有很高的主动性过程，符合之前所说的PBL标准。然而一级和二级中的项目体验过程更结构化，在这个过程中学生体验到关于问题构想的有用指导，使用工具进行研究发现。基于问题的学习方法和设计-制造经验贯穿了整个麻省理工学院航空航天工程系的本科生阶段。使用四个等级的框架来层次化PBL体验过程确保了从高度结构化问题到无约束和复杂问题情况的合理推广。

3.基于问题的学习方法的评估。

1基于工程教育专业认证标准下课程体系改革发展概况

工程教育认证标准一般由八个指标构成，分别是学生、专业教育目标、学生成果、持续改进、课程体系、师资力量、教学设施、学校支持等。其中工程教育专业认证中的课程设置，为了能支持毕业要求的达成，课程体系设计有企业或行业专家参与。我国各高校在启动工程教育专业认证工作过程中，发现课程体系设置是否科学、合理、会规直接影响到毕业生的工程实践能力与创新能力，进而影响专业培养目标、毕业要求的可达性。因此各高校针对工程教育专业认证标准和要求，提出了各个专业课程体系改革的思路、做法和经验。西北工业大学的张清江等通过调研我国工程教育与专业认证发展历程，对我国航空航天专业与其他已获得资格专业进行对比分析。并结合国际航空航天质量体系认证中的要求，从航空航天工程教育专业认证的必要性、专业特点、航空航天工程教育现状等角度出发进行研究。结合现代中国工程教育存在的普遍问题，提出针对航空航天类专业认证的新方式、新方法，并对航空航天工程教育专业认证需要注意的特性进行讨论。辽宁石油化工大学马会强等依据工程教育专业认证标准，以辽宁石油化工大学环境工程专业为例，通过明确培养目标，解析培养要求，从课程设置、实践环节、毕业设计等方面进行了课程体系改革探索。广东石油化工学院任红卫等分析了我国工程教育的现状，并探讨了在工程教育专业背景下电气专业的教学改革方法，从而提高学生的工程实践能力。浙江工业大学姜理英等人基于对工程教育专业论证的国际比较，结合环境工程教育专业认证的必要性，从培养计划的调整、课程体系的优化、实践教学的强化和师资队伍的提升四个方面，综合系统地提出了对环境工程专业教学内容进行全面优化和提升的路径。张秋根等人根据环境工程专业规范和认证标准要求，以南昌航空大学环境工程专业为例，对其核心课程体系设置和教学内容两方面进行了优化与规范的探讨。为了重视国际认证的引领作用，加强专业办学品牌建设，突出南京航空航天大学能动专业的航空航天办学特色，紧跟国内能动专业人才需要，提升其人才培养质量与专业竞争力，从而拓宽自身生存发展空间，因此需要开展基于工程教育专业认证的能动专业课程体系改革。

2基于工程教育专业认证标准下南航能动专业课程体系优化

通过对国内外本科院校工程教育专业认证的分析与研究，利用对中国近几年的专业认证与评估成果的调查与研究，对其进行梳理，依据工程教育专业认证中课程设置要求，依据南京航空航天大学能源与动力学院能动专业建设相关内容与特色，以培养具有航空航天特色的工程教育专业人才为目标，对南京航空航天大学能动专业课程体系进行优化。以培养要求为基准，着手对课程体系进行优化，并对本科培养大纲进行相应的修订，从而实现培养目标。确定能源与动力专业学生在校期间应修总学分数不能少于180学分。

2.1数学与自然科学类课程

能源与动力专业数学与自然科学类课程是指该专业学生必须掌握的基础课程，主要包括高等数学（11学分）、大学物理（6.5学分）、大学英语模块（10学分）、C++语言程序设计（3学分）等方面共六门课程，总共30.5个学分。因此能源与动力专业数学与自然科学类课程占总学分的比例约为17％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求。

2.2工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程

摘要：大学线上教学同样需要思政教育。讨论了肺炎疫情环境下，开展线上教学同时如何进行思政教育。从教师、学生、课程特点和网络环境几方面入手，对应用型本科院校线上教学中融入思政教育进行研究，提出了一些观点和看法。以期对我校理工类专业线上教学对学生的思政教育、道德引领起到一定作用。

关键词：在线教学，防火墙，课程思政，育人

0引言

随着2020年初爆发的肺炎疫情，对世界各国传统教育模式提出了严峻的考验，借助于互联网技术和5G移动网络，开展线上教学成了各层次教育新的授课需求[1]。如何将传统的教学过程通过网络来实现，是对每一位老师的考验，学生同样要面对适应线上教学的模式和过程。北华航天工业学院是一所充满航天特色的应用型本科院校。担负着培养良好的人文素养、扎实的学科知识、较强的工程能力、活跃的创新思维的航天领域人才的光荣使命。当下，如何通过线上教学贯穿思政教育是培养人才必不可少的环节。随着线上教学不断完善，教学方法、教学手段也随之变革，人文素养培养不能过于理论化、形式化、单一化，不能仅是简单的说教，开展线上教学环境下的思政教育，是摆在每一位大学老师面前的新课题[2]。

1大学课程思政

大学课程思政并非专业人才培养方案中单独开设的理论课，而是将思想政治元素融入专业人才培养方案的通识课程、公共基础课及学科基础课、专业课与实践课程中[3]。面对当前肺炎疫情影响，大学教育由教室搬到了线上。面对网上各种思想、议论的复杂性、多种价值观念并存的新形势，弘扬爱国、爱党、爱社会的情怀，引领受大学生树立正确的世界观、人生观与价值观，增强文化自信和民族自信，是应用型本科及各类高等学校开展思政课程的首要目的。课程思政主要是指构建全学生、全过程、全课程的协同效应，实现各类专业课程与思政课程共建式课程育人环境，将“立德树人”的教育目标落实在每一次课中，实现教育理念与课程的结合[4]。从而将我国优秀文化、形势与政策、公民道德规范、行业法律法规及社会主义核心价值观等融入专业课程教学中。将知识传授与价值引领、能力培养与信念统一到课程中，使专业课程具有时代性、思想性、实践性与创新性，实现思想教育的隐式影响与信息传递，表现出外现到内化的过程[5]。

2线上教学模式

摘要:在从航天大国向航天强国迈进的过程中，航天企业将面临很多新形势和新挑战，原有的管理模式已不能完全适应。针对分析的问题，探索提出一种“精细化+制度化+社会化+信息化”的航天企业管理方法，为支撑航天快速和长远发展提供解决方案。

关键词:新形势；航天；企业管理；管理模式；精细化

经过70多年砥砺奋进，我国航天事业取得了辉煌成就[1]，为我国国防安全和经济建设做出了重大贡献。随着新技术、新产业及新军事变革飞速发展，国家对航天发展提出了新的要求。能否在未来更加激烈的竞争中抢占航天发展制高点，能否在国家安全形势日趋复杂严峻的环境下支撑世界一流军队建设，能否适应现代化经济体系新要求实现高质量发展，是当前我国在从航天大国向航天强国迈进过程中面临的新形势和需要解决的新问题。多项目并举、快节奏推进、高密度发射成为了新常态，很多航天传统的管理模式已不能完全适应，需要对新形势下的航天企业管理模式进行研究，支撑航天更为长远和快速的发展。

一、传统管理模式的不足

(一)管理粗放责任不清

传统航天多采用的总体、分系统、单机三级配套管理模式，随着产品集成化、功能多样化、专业细分化的发展，很多分系统或单机也成为了其下属单位或企业的总体，航天产品配套链条不断增长，管理难度成指数级放大。对于型号而言，仍采用分级配套或系统直管的方式，末端级产品配套梳理和供应商管理几乎成为了不可能完成的任务，在此基础上开展的其它管理都无从谈起。同时，流程不规范，体制不完善，流程及制度在执行过程中形式化主义严重，执行态度缺乏严谨化。有部分工作人员还在运用常规的套路，对其进行生搬硬套，机械性的开展工作，创造能力不强。在执行各项工作过程中，责任意识不强，当面对问题时，经常会出现相互推诿情况。再者，各级组织在系统工程实施中的支撑和保障作用发挥不明显，个人经验不足或工作不到位可能给系统带来的致命缺陷。

(二)制度繁多不成体系

摘要：围绕航天测控原理课程教学内容，通过传感器选择和控制系统设计、测控系统报文传输两个具体的工程应用实例的讲解，将理论知识点有机地融合进具体的应用中，使课堂氛围活跃起来。同时，结合航天精神，使思政教育进课堂，在润物无声中传递中国的航天精神，培养学生从事祖国航空航天高精尖专业的责任感和荣誉感。

关键词：航天测控；课程改革；教学实例；思政教育

航天测控原理课程是北京理工大学宇航学院面向航天工程和探测、制导与控制两个本科专业的专业必修课，主要讲授内容包括航天测控原理的基本概念、理论和方法，测控系统分析及设计技术；航天测控系统用传感器的原理及应用设计方法，如加速度传感器、角速度传感器、姿态传感器；航天器多种参数测量原理和系统设计方法，如距离、速度、角度、加速度；航天器控制系统原理和测试系统设计方法，如航天器姿态控制原理、航天器轨道控制基础和最优控制原理；航天测控系统总体设计原理及系统总体设计方法，计算机测控应用软件设计方法等。长期以来，航天测控原理以章节串行的方式进行理论知识讲授，课堂内容饱满、层次分明，十余年间在校学生受众近千人，深受好评。但常规的课堂知识传导方式并不能使学生在理论知识和工程实践二者之间做到无缝对接，由于实践经验薄弱，理论知识如何在工程中具体应用并不总是能得到很好地理解。随着新一轮科技革命和产业革命的来临，国家也提出了“中国制造2025”“新工科建设”等一系列国家战略[1-3]。因此，在新的时代背景下，主动发挥教师的主观能动性，有意识地将理论知识融合到具体的工程应用实例中，使抽象的知识“活”起来、“动”起来。拓展、革新工科课程的讲授内容与方式，结合课堂思政教育，契合“新工科”的内涵[1,2]，是学习贯彻新时代中国特色社会主义思想，落实创新人才培养的重要举措，也是新时代培育复合型创新人才的重要体现[4,5]。

1传感器选择与控制系统设计案例教学

在课堂授课中讲解传感器的选择时，如加速度计、角速率陀螺等传感器，传感器的带宽、自振频率等相关参数比较枯燥，学生兴趣不高。为了提高教学效果，这里以某型飞行器控制系统设计为例，讲解加速度计、角速率陀螺这两种传感器的选择依据以及传感器的性能对控制系统性能的影响。一般而言，若飞行器的飞行速度为900m/s，自振频率ωm为20rad/s，阻尼为0.08。参考图1的控制系统原理框图，作为执行机构，舵机自振频率应大于飞行器自振频率的5倍，这里选为220rad/s，阻尼选为0.65；角速率陀螺和加速度计是飞行器上角速率信号和加速度信号的测量器件，其选择依据应与被测对象的特性结合起来。根据上述飞行器在控制点的频率特性，角速率陀螺和加速度计频率特性应快于被测对象的10倍，这里角速率陀螺和加速度计的自振频率均选为300rad/s，阻尼为0.65，可以估算，所选的角速率陀螺和加速度计的带宽和其自振频率基本相当。根据图1，假设其在执行机构处断开的开环穿越频率分别设计为35rad/s和40rad/s，则执行机构、角速度陀螺和加速度计引起的控制系统相位滞后见表1。需要注意的是，由于角速率陀螺和加速度计对开环系统的相位滞后是并联，因此计算系统总的相位滞后时仅计算一项即可。上述案例分析表明，传感器的选择应结合被测系统的控制需求，这就要求对被测对象的性能参数很熟悉，才能事半功倍。通过上述实际的案例教学，使学生对传感器的选择依据更容易理解，也能更好地融会贯通、学以致用，对特定知识形成深刻记忆。

2遥测报文之测控系统报文传输实例教学

在遥测部分的教学内容中，关于PCM遥测格式通常都是讲解比特、字、帧、格式、字长、帧长、格式长以及遥测格式布局等内容。没有经验的教学人员很难将此部分内容讲解透彻，因此学生出现理解困惑也很正常。为了能使学生切实理解此部分内容，笔者在课堂教学的过程中直接采用了实例的教学方式，以某地面测控系统需求为背景，讲解制订系统报文传输的格式协议，以及协议中对应内容的具体含义，直观且形象生动，极大地提升了课堂教学效果。某地面测控系统的布局如图4所示。在指挥点A处有测控计算机A和无线电传输设备A，在观测点B处有地面观测装置、测控计算机B以及无线电传输设备B。此测控系统的任务是指挥点A对观测点B下达观测指令，观测点B将所获取的信息传输到指挥点A，形成信息交互的闭环测控系统。所制订的传输报文格式见表2。数据采用RS232C串口传输，无校验位，8位数据位，1位停止位，波特率为115200bps，数据传输时低字节在前、高字节在后。数据报头是整个报文的标识，通常用“EB90”两个十六进制的数据表示；数据长度指不包含数据头(EB90)的其他字节数，共两个字节，低字节在前，高字节在后；收站、发站各一个字节，用于约定数据传输物理来源的地址；命令字为一个字节，用于指定每一条报文数据所代表的特定意义；信息的数据长度可根据正文内容的不同自动计算；代码和通过采用特定的数据算法，对发送/接收到的数据进行计算并对计算结果进行比对，防止数据传输过程中受到干扰而得到错误的数据。通过具体的实例教学，活跃了课堂气氛，增强了学生的学习兴趣，提升了教学效果。

摘要：为了强化我校生物医学工程学科的航空航天特色，提升学科水平，本文从明确的学科定位、高水平的队伍建设、一流的平台建设、高水平的科学研究方向、先进的人才培养模式等方面进行了论述。各个环节提出的方案切实可行，对高校建立具有自身特色的生物医学工程学科有着重要的意义。

关键词：专业建设；人才培养；科学研究；队伍建设

生物医学工程学科是交叉融合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的边缘性学科。从科学发展的规律看，继机械科学、物理科学、信息科学引领科学发展以后，生物医学工程学科将成为21世纪科学发展的引领学科。随着国家航空航天民航事业的蓬勃发展，更远距离、更长时间的太空探索、载人飞船计划的实施、航天员飞行员的选拔训练中有大量的生物医学工程问题需要解决。为此，我校生物医学工程学科必须在国防军事医学、载人航天医学、航天医学工程等方面快速发展，同时也符合我校特色学科的长远发展规划。

一、学科定位

生物医学工程学科通过与学校航空航天学科进行融合、交叉，切实加强现有生物医学工程学科特色建设。学科研究内容分为民用和航空航天特色两个大部分，相互之间既彼此独立，又相辅相成，相互促进。学科在航空航天的定位是：形成以脑机接口、仿生科学、航空航天医疗装备、航空航天医学工程等四个主要研究方向。学科充分借力航空航天学科发展形成的高技术对前沿技术需求旺盛的优势，汇聚我校相关需求，进一步拓展（医学、航空航天），加强高技术研发，以应航空航天工程领域迫切的重大需求。通过优化组合，主动配合我校强势学科，集中力量，扶优扶强，重点突破，着力把生物医学工程在航空航天应用作为发展重点。

二、队伍建设

遵循国家的人才战略，创新人才培养模式，营造创新学术氛围，强调团队体制，努力培养拔尖创新人才和高层次人才，形成具有航空航天特色的人才结构体系和具有国内较高水平的人才梯队，具有明显学科特色的科研方向，积极培养大师级人才。为了突出航空航天特色，研究队伍建设需要围绕下述具体举措展开。1.以项目为牵引，建立学校内部航空航天民航与生物医学工程学科交叉、融合的研究团队。我校在生命与工程科学交叉领域的若干方向上形成了一定的优势，但优势显著度还有待加强。学校可以设立若干个“生医—航空航天”为主题的创新科研项目，将生物医学工程学科与学校的强势学科，如机械制造、材料、无人机、力学等学科的研究团队进行整合，从而在完成项目的过程中进行融合，产生新的创新性思想。实现学校内优势科研人员的融合，强化对生命科学的深刻理解，在航空航天和空间生物学等方面建立具有医学和航空航天综合思路的研究团队。2.以企业挂职为契机，拓展生物医学工程学科队伍的航空航天研究视野。学校优势学科与航空航天系统科研院所建立了密切的科研合作关系，在此有必要加强生物医学工程学科研究人员到航空航天院所进行长期科研合作和挂职锻炼。期间积极梳理航空航天领域在生物医学工程学科的需求，提出两者结合的科研思路，努力为解决航空航天面临的实际问题服务。与对方科研人员进行密切交流，在参与项目的同时，建立起跨单位的科研合作人才团队。3.加强从相关院所，引进（兼职）具有鲜明航空航天与生物医学工程结合特色的高水平学科带头人。一方面积极与国内外生物医学工程学科的专家进行交流，通过学术报告、兼职教授等形式，获取和追踪本科学最新的科研成果和科研方向。另一方面与国内航空航天医学相关学科的研究院所学者进行沟通，了解航空航天医学方面的需求和迫切需要解决的难题，从而明确本学科的工程和技术手段的研究目标。建立起高水平的具有航空航天和医学思想的学科指导团队，为学科在航空航天研究方面制定发展规划。4.以申报重大课题为目标，磨合出具有很强实力的研究团队。学校在可以集中力量成立生命科学实验技术中心，对大型科研仪器设备统一进行管理，对大型项目申报统一进行规划。同时，整合人员团队研究基础，凝练出新的研究方向。进一步围绕国家和国防重大课题和需求，进行申报。通过申报和课题的完成，达到团队建设的目的。

摘要：

通信行业是当今发展最为活跃的领域，通信工程技术更是国民经济建设中非常重要的基础性技术，不仅是通信行业的核心技术还是电子技术工程类应用的重要方式。

关键词：

通信工程；技术发展；国民经济；应用价值

1引言

通信工程，也有人称之为弱电工程、电信工程和远距离的通信工程，它在电子工程中是一项重点工程，电子信息专业作为它的基础性学科被广大人民群众所周知。其中，电子信息运用通信过程信号处理和信息传输应用等原理，在电子通信的领域里做设计、制造以及运营等工作，主要是通过了对通信网、通信技术以及通信系统知识进行学习。

2通信工程技术在国民经济中的具体应用分析

摘要:航天装备研制过程中会产生大量的数据，目前这些数据尚未得到完全利用。基于航天装备质量管理的特点和实际需求，认真梳理了垂直领域的知识图谱特点和发展趋势，给出了未来航天装备质量管理知识图谱的建立方式和方法。同时，基于航天装备研制体系的特点，给出了在航天工业质量管理中建立知识图谱的基础等建议，为建立航天质量管理知识图谱及知识图谱在质量管理领域的应用和推广提供相关借鉴。

关键词:航天装备；知识图谱；质量管理

引言

航天型号的质量是航天事业的生命线，是永不过时的研究对象。结合新技术、新知识不断地完善质量管理技术和手段，提升质量管理能力和水平是质量管理人员持之以恒的追求。航天装备在研制过程中产生了大量的数据，如何采用数据技术和数据思维来开展航天装备的质量管理，是每一个质量人需要综合思考的问题。数据技术和数据思维既可以为航天企业在航天装备研制中进行决策、加强质量管理提供支持，为相关业务提供专业、精确的服务；同时，有助于航天型号提质增效，进而更好地为国家经济和安全提供优质保障。但是，大数据时代带来的不只是数据处理的方法、技术及数据状态，更带来一种从根本上转变的思维方式，是一场社会变革。航天装备及其技术领域要想实现与大数据的真正融合，还有很长的路需要探索。

1行业知识图谱的发展现状综述

人工智能已成为第4次工业革命的标志，人工智能产品或系统正呈现出蓬勃发展的态势[1]。如：横扫围棋界完胜人类冠军的AlphaGo；以新零售体验为代表的AmazonGo无人超市；帮助不同国家、不同地区的人进行实时的语音交流的SkypeTranslator；Siri智能个人助理等产品。无一不是突飞猛进的知识图谱研究的成果。

1.1知识图谱的架构