空间科学及应用专业《空间辐射及其效应》课程的教学探索

【摘要】空间辐射及其效应是影响航天任务顺利进行的重要因素，而《空间辐射及其效应》作为南京航空航天大学空间科学与应用专业的专业课程之一，本文作者在经过该课程两年的教学实践总结后，对该课程的特点、课程内容、教学方式和考核方式进行了初步探讨。

【关键词】空间辐射及其效应 教学实践 教学探索

【课题项目】南京航空航天大学教育教学改革研究项目（项目编号：1304JG1506Y）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）03-0243-01

空间科学与应用专业是适应国家航天战略发展的需求而产生，旨在培养空间科学与航天科技领域的高素质的人才，国内只有北京大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大學、成都理工大学等少数大学开设了此专业。空间科学与应用作为一个新兴的专业，所涵盖的领域广阔、内容丰富，其中空间环境科学与技术是其重要内容，复杂的空间环境严重影响航天器及其器件的高可靠及长寿命，对航天任务的顺利进行带来严峻的挑战，而空间中的辐射环境是引起航天器在轨故障的主要环境因素[1]，因此学习了解空间辐射环境及其效应、产生效应的机理机制等，是空间科学与应用专业的学生、也是从事航天相关领域的工作人员和科研工作者必须所具备的专业知识。

一、课程的特点

《空间辐射及其效应》是随着航天科学与技术的发展，面向航天工程应用需求应运而生的一门课程。它具有多学科交叉且学科跨度大、涵盖内容多且前沿性强、成果突出且未知领域多等特点，具有集基础知识、专业知识和实践应用于一体的特色。要求授课教师和学生不仅具有扎实的基础数理知识，同时也需要具备一定的电路、材料、化学、生物及计算机知识。此外，要在现有的知识结构中与航天领域背景相关知识进行交叉、融合，因此学科难度大，对教师和学生的要求高。由于航天活动的不断推进，在航天任务高可靠和长寿命要求背景前提下，课程的内容不断更新，课程具有非常强的与时俱进的特点，大大增加了教学难度。

二、课程内容

同一门课程针对不同的阶段的学生有不同的课程内容要求，针对本科生的授课，那么课程内容应多注重的概念、基础知识、理论知识的讲解，旨在提高学生的知识面和对学科的总体把握[2]。由于本课程与传统的课程不同，它是面向空间系学生的一门新的课程，目前没有合适的教材，现有的参考书目多是面向研究型的，因此，授课教师在经过长时间的调研基础上，制定了本课程的内容，核心内容分为以下四大部分：

（一）第一部分：空间辐射环境

主要知识点：地磁场捕获带辐射环境及模型、太阳电磁辐射环境及模型、银河宇宙线环境及模型、深空辐射环境（火星辐射环境、月球辐射环境、木星辐射环境、土星辐射环境等）、次级辐射环境（大气层内的辐射环境，航天器内部辐射环境）。

（二）第二部分：空间辐射环境效应机理

主要知识点：不同类型辐射与物质相互作用过程及计算。

（三）第三部分：空间辐射环境效应及分析

主要知识点：单粒子效应、总剂量效应、深层充放电效应、位移损伤效应、生物效应，航天半导体典型器件效应分析、材料损伤效应分析、宇航员损伤效应分析。

（四）第四部分：空间辐射环境效应实验方法

主要知识点：地面等效实验方法、空间实验方法、大型设备的介绍。

为了让学生更好的掌握课程内容，除了给学生提供课程讲义资料外，还有相关的参考书目：沈自才《空间环境工程》、魏志勇《辐射剂量学》、刘忠立（译）《先进半导体材料及器件的辐射效应》等。

三、教学模式

《空间辐射及其效应》是理论学习及实践应用并重的一门课程，如何提高教学效果，使学生充分掌握每个知识点，并激发学习兴趣是课程教学过程中需要重点解决的问题。

（一）课件采用图文并茂的PPT

本课程的PPT要求不仅能展示课程内容，而且还通过语言、图像、视频、动画等形式来生动的进行展示和表达，刺激学生的感官，激发学生的对本课程的学习兴趣。

（二）制定合理的教学计划

教学计划是一个循环的过程，制定合理的、多层次的计划。首先教师从教学目标角度出发，根据学生活动和学生已掌握知识水平，制定课程总的计划。其次，根据课程内容将课程划分为主题单元进行学习，并制定相应的单元计划。

（三）将数值计算模型引入课程教学

由于目前与课程配套的实验设备匮乏，为了让学生巩固所学专业知识，激发学生的创新思维，课程中引入数值计算模型实验方法。在课程的教学内容的设计中，将数值计算与课程知识点结合，如表1所示为目前设计的可与课程知识点结合的数值模型。

此外，还引入专业课程软件与课程教学相结合，如Space Radiation 7.0，DEEP-CHARGING（深层充电软件，自编），RADBELT（辐射带计算软件，自编）。

（四）进行研究性教学，增加小组讨论

研究性教学可以培养学生创新意识和创新能力，可以引导学生自主学习和自主研究的能力，因此有必要通过引入相关文献探讨、融入教师的科研项目等方式方法来进行研究性教学，通过教师提出问题、引导学生解决问题、最后学生自己提出问题的方式开展，并以小组的形式进行课堂讨论，鼓励小组之间进行互相探讨和辩论。

四、采用合理的考核方式

《空间辐射及其效应》注重学生专业知识和专业能力的培养，为了建立与人才培养模式向匹配的考核方式，课程采用了多种考核方式相结合，将平时成绩、课堂表现、讨论总结等纳入考核体系，全面评价学生的学习效果。

五、结语

《空间环境及其效应》经过两年的教学实践，围绕突出航天类专业的特点[3]，不停地改革和提高，注重有效教学方式，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识和创新能力，得到学生的欢迎和认可。

以上是对该课程两年来的教学实践的探索与总结，由于本课程开设时间和笔者的教学经验有限，对于进一步改善教学效果，提高教学质量，有待进一步的研究和实践。

参考文献：

[1]沈自才，空间辐射环境工程[M]，中国宇航出版社，2013.6.

[2]常树全，《核技术应用》课程教学的几点思考与探索[J]，科技创新导报，2011，27：196.

[3]沈秋，航天类专业“人工智能”课程的教学探索[J]，科技创新导报，2014，29：155～156.

作者简介：

方美华（1982-），女，汉族，浙江湖州人，博士，讲师，研究方向：空间辐射探测、空间辐射效应。