航空航天专业实验教学体系探索

王 伟 林德福 张训文

北京理工大学宇航学院 北京 100081

为适应国家战略需求和区域经济社会发展需要，我校以航空宇航科学与技术、飞行器设计等优势学科为特色，形成优质资源融合、教学科研协同的创新人才培养环境，支撑拔尖创新人才培养，服务国家科教兴国战略和人才强国战略。学校有效整合资源，进行学科专业交叉，建立有利于复合型、创新型人才培养的实验教学体系，构建功能集成、资源优化、开放充分、运作高效的航空航天专业类实验教学平台，为学生自主学习、自主实验和创新活动创造条件。学校“硕博班”培养计划、卓越工程师培养计划、大学生创新计划、各种大学生比赛培训计划的顺利实施，需要对航空航天专业的实验教学体系进行探索与研究，并建设理论学习与工程实践教学平台。

1 建设实验教学体系，创建特色实验教学平台

图1为实验教学体系平台示意图，实验教学中心以现有实验条件为基础，结合国防特色学科，尤其是航空宇航与科学技术，在“硕博班”培养计划、卓越工程师培养计划、大学生创新计划的基础上，重点增加综合型、设计型实验，自行设计和制作航空航天导航与控制一体化嵌入式系统、无线传输组网系统、GPS导航与定位精度研究等重要的技术环节，并在卓越工程师计划、大学生创新计划及各种比赛的基础上提炼出一些关键的实验教学开发平台。学生可利用实验教学开发平台提供的实验项目和实验算法进行二次开发，无须复杂编程，就可搭建自己的实验检测系统，解决现代工业产品生产过程中涉及的各种各样的工程设计问题。通过大量的实验，学生深入理解了工程实践，培养了创新能力，锻炼了科学研究能力、创新思维以及独立解决技术难题的能力。

图1 实验教学体系

实验教学中心的实践环节和实验教学平台是依据面向的专业的培养目标的不同、多门课程实践教学要求的不同、学生能力和兴趣的不同进行设计和研究的。开出的实验主要包括基础学习型与综合型实验、研究设计型实验、创新提升型实验三大类。

1.1 基础学习型与综合型实验

基础学习型实验是在原有专业基础实验教学的基础上进行整理和提高的实验，包括原有的20多个实验，主要是指基于单片机的应用功能设计，基于DSP的硬件及软件设计，基于ARM的硬件及软件设计，信号分析与处理程序设计，数字滤波程序设计，智能仪器电路设计，常用电路设计，超声波传感器设计，常用电路设计制作实验，多种传感器静态、动态性能标定实验，多种测试系统的静态、动态性能标定实验，测试系统的动态数学模型求解方法实验，多种电动机的多种控制调速系统控制实验，自动控制原理性实验，数字PID控制实验等。

1.2 研究设计型实验

在航空航天飞行器学习的基础上，开发出多个由优秀科研成果转化而来的教学实验，涵盖了多项关键技术的教学创新实验平台。通过该平台学习，学生验证自选算法的可行性和准确性。本环节设计的实验有：导航计算机方案设计和算法实现，计算机控制方案设计和算法实现，无线传输系统方案设计与性能检测，无线传输组网系统研究，GPS导航算法研究，GPS静态、动态定位精度研究与使用，IMU(加速度计，陀螺)算法研究，GPS/无线传输算法融合，GPS/IMU算法研究，航空航天制导控制一体化技术研究等。

1.3 创新提升型实验

在研究设计型实验的基础上，结合相关科研项目、自选题目或比赛题目等实验，学生采用已有模块实现自行提出的关键创新算法，借助于实验教学中心提供的实践基本条件和教学创新实验平台，研究验证提出方案的可行性、准确性和实时性。本环节开设的实验内容不限定，主要是根据卓越工程师计划、大学生创新计划、开放实验选修课程的设计项目、全国大学生电子设计大赛项目、全国挑战杯比赛项目和教师申请的科研项目等，开展创新性设计、制作和调试。

2 加强校企合作，全面提升学生的科研实践能力

校企合作是学校与企业为实现双方资源共享、优势互补，在科研开发、技术服务、人才培养等领域充分发挥各自优势，建立长期、稳定的人才培养机制，实现企业发展和高校办学水平的同步提高。

我校建立健全以企业项目研究为主导、以项目资助制为核心的产学研联合培养精英工程人才的“双导师制”，确保本科生阶段有半年以上到企业学习培养锻炼的时间，研究生阶段有一年以上到企业学习培养锻炼的时间，培养学生技术创新思维。我们还改进和完善面向工作实际的毕业设计模式，企业为实习学生指定一名实践导师，解决学生实践过程中遇到的问题，加强本科生毕业设计论文和硕士生学位论文课题与企业科研和生产课题的实际结合。学校充分利用企业工程实践优势，加快建设教学实习基地，以本科毕业生实习基地建设为试点，兼顾硕士和博士培养，通过系统实习，培养具有良好工程实践能力的优秀毕业生。

3 通过自制改制实验教学仪器，提高教学实验技术的研究

自制改制实验教学仪器，其目的是促进实验技术研究与应用，提升实验教学质量和科研水平，引导实验及科研成果转化。自制改制实验教学仪器的研究内容与实验教学密切相关，与课程体系建设中的教学内容一致，能够直接为实验教学服务，有利于提高实验教学水平。

目前，实验中心承担着自动控制原理(I)、自动控制原理(II)、控制元件、航天器控制原理、固体火箭发动机原理、发射动力学、机电系统设计、航天测控原理、测试技术、微机原理与应用等多门本科生必修课和选修课，以及电动机的单片机控制技术、机电控制与检测技术、可编程逻辑器件设计实践、推进系统CAE、多功能飞行器设计与实现等多门面向全校学生开设的实验与实践选修课程。

由于实验条件限制，课程设置了部分实验教学内容，这些实验教学内容与工程实际设计和当前的先进技术与应用相差较远，导致学生很难将所学的理论知识与工程设计实际有机结合起来，学生对教师所授内容缺乏兴趣，学习积极性不高。中心一些较先进的设备和实验系统，其使用对象主要是硕士研究生，应用于本科生培养的先进实验教学设备较少，更谈不上让本科生动手操作和自己设计实验。因此，构建新的本科生创新实验教学平台，探讨新的实验教学方法，激发学生的学习兴趣，培养学生的设计制作能力，成为当前亟待解决的课题之一。基于以上考虑，自制改制实验仪器设备成为一项非常重要的工作。

自制改制实验教学仪器设备很大一部分来源于优秀的科研成果转化，打通教学和科研实验室之间的壁垒，将科研项目的研究方法和研究成果融入实验教学活动中，向学生传授科研理念、科研文化、科研价值，使学生了解科技最新发展和学术前沿动态，激发学生科研兴趣，启迪科研思维，培养科研道德，全面提升学生科学研究和科技创新的能力。学校充分利用国家重大专项、国家重点项目、国家973和863计划、自然科学基金等科研项目，梳理整合项目研究成果，跟踪结合目前承担项目的研究进展，建立专业实验与专业训练、专业技能培养与实践体验相结合的实验教学模式。

自制改制实验教学仪器设备，包括实验系统软件的各种实验程序设计，自行设计和研制在市场上难以买到，能够满足实验教学所需要的仪器设备，或者市面上虽有现货供应，但价格昂贵，通过自主研制，其综合性价比具有明显优势的仪器设备。在自制改制实验教学仪器设备的过程中，我们让学生全面参与，鼓励有创造力、优秀的学生积极参与自制改制仪器工作。多年来，我院在这方面取得了卓越的成效。

4 结束语

通过构建实验教学体系，创建特色实验教学平台；加强校企合作，全面提升学生的科研实践能力；通过自制改制实验教学仪器设备，提高教学实验技术的研究等多项举措，建设适用于航空航天专业的实践教学体系，促进航空航天专业学生理论学习与工程实践。

[1]郭惠昕.校企联合实践教学机制的构建及其运行管理实践[J].湖南文理学院学报,2006(5):122-126.

[2]焦冬莉,李晋生,赵永强,楼国红.应用型通信人才培养的实践教学体系改革[J].2012(9):128-130.

[3]刘英侠.高校实践教学改革与实践教学基地建设探讨[J].吉林省教育学院学报,2008(5):75-76.

[4]薛冰,姜学波,李振峰.实验室建设及实验教学改革探索[J].中国科技信息,2007(20):234-236.

[5]周国平,罗士平.深化实验教学改革,全面提高实验教学质量[J].江苏工业学院学报:社会科学版,2005,30(4):105-108.

[6]周文富.以科研模式开展综合性设计性实验教学[J].实验室研究与探索,2008,27(2):92-95.

[7]吴敏华,李志平.实验教学示范中心建设与实验课程体系构建[J].实验技术与管理,2011,28(10):105-109.

[8]许家瑞,周勤,陈步云.构建创新实验教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理,2009,26(5):1-4.

[9]刘国胜,肖放,毕云晴.建立创新实践教学体系,培养创新技术应用人才[J].实验室科学,2009(6):10-11.