飞行控制系列课程“本研贯通”式教学模式探索

张 晶， 申功璋， 杨凌宇

(1. 北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院，北京 100083;2. 北京航空航天大学 飞行器控制一体化技术重点实验室，北京 100083)

0 引言

北京航空航天大学是我国具有航空航天特色和工程技术优势的综合性大学。飞行控制系列课程是自动化科学与电气工程学院为相关专业本科生和研究生开设的航空航天特色专业课程，包括飞行器控制与仿真专业本科专业课“飞行控制系统I”和“飞行控制系统II”、研究生基础及学科理论核心课“现代飞行控制系统”，该系列课程对学校一流专业建设、学科建设及航空航天领域卓越人才培养均具有重要的意义。

受到传统教学模式的影响，飞行控制本科生课程和研究生课程之间相互独立，授课教师不同，不能系统地规划教学内容，导致本研课程之间不能有机衔接、授课内容存在重复和侧重点不清现象，很大程度上影响了拔尖创新人才的培养效果。

“本研贯通”培养模式遵循拔尖创新人才的成长规律，有效打通本科生和研究生两个培养阶段，以“贯通设计，长程培养，梯度递进，重在创新”为基本原则，促进学生知识、能力、实践、创新的系统训练和长程培养[1～3]。因此，结合“本研贯通”式教学模式的特点和优势，有效提升面向不同学生群体的飞行控制系列课程的教学质量，具有重要的教学意义。

根据世界一流大学创新人才培养的目标定位，结合飞行控制专业课程的特点，采用本研贯通式一体化培养思路，加强飞行控制系列课程纵向深度建设，将本科生和研究生的相关课程有机结合、有效衔接，促进学生知识、能力、实践、创新的系统训练和长程培养。

1 飞行控制系列课程现状分析

目前开设的飞行控制系列课程中，本科生课程包括飞行器控制与仿真专业课“飞行控制系统I、II”(64学时)，教学内容主要包括飞行控制系统的基本组成和功能、飞行力学基础、飞行器运动方程、舵机与舵回路、典型飞行控制系统工作原理及基本分析方法等。研究生课程为控制科学与工程学科核心课“现代飞行控制系统”(48学时)，教学内容主要包括飞行动力学、飞行品质、电传操纵系统、自动飞行控制系统、主动控制与综合控制技术等。以上课程目前采用的教学方案均是在规定学时内采用理论授课的方式教授相关内容。上述本科专业课和研究生核心课属于同一学科，飞行器控制与仿真专业继续在本校读研的本科生中，约50%会在研究生阶段选修该系列课程。

飞行控制系列课程目前主要存在以下几方面问题：

(1) 本研培养分离，教学内容衔接不足。本科生课程和研究生课程之间相互独立，没有统一、系统地规划教学内容，本研课程授课内容存在重复、侧重点不清等问题，学科研究方向与本科专业学习不能有机衔接，学生能力培养难以实现梯度递进。

(2) 教学方式单一，缺乏多样化教学手段。目前本科生和研究生课程的主要教学手段均是在教室中进行集中授课，单一大班教学缺少师生互动，学生的个性差异无法得到照顾。且飞行控制相关概念多、知识抽象，单一教学手段使学生对原理知识的深入理解存在困难，对所学知识的综合运用能力不足[4,5]。

(3) 实践教学环节较少，缺乏贯通设计。由于客观条件所限，缺少课程配套的上机和硬件实验、设计、参观学习等实践教学环节，且本、研课程实践环节缺乏贯通设计，导致学生缺少实际的直观感受和认识，学生尤其是研究生解决工程实际问题能力的锻炼不足，没有达到启发和能力培养的目的。

2 飞行控制系列课程教学改革的必要性

航空航天行业一直被列入为国内外重点行业进行扶持发展。我国“十五”到“十三五”以来一直秉持“寓军于民”的政策，大力发展军用航空航天行业，在航空航天一些重要领域已经跻身于世界先进行列，取得了举世瞩目的成就。

航空航天行业的发展离不开过硬的专业人才队伍、离不开人才的培育过程。飞行控制系列课程是航空航天特色专业课程，对培养航空航天领域的科技人才、推动行业发展、加强国防建设具有十分重要的意义。目前在我国知名高校的航空航天相关专业以及佐治亚理工等国外一流院校均开设了该课程，为航空航天企业、科研院所输送了一大批精英人才。

随着我国航空航天行业的发展，迫切需要在飞行控制等独具特色的专业课程中，采用创新性的教学方法，培养基础理论知识扎实、创新能力强、综合素质高的拔尖人才，以适应我国战略性产业快速发展的需求。因此，以一流大学建设为契机，在课程内容贯穿性建设、多样化教学模式、实践教学一体化建设等各个方面进行改革探索，加强飞行控制系列课程纵向深度建设，使飞行控制系列课程建设上一个新台阶，奠定学校在航空航天特色专业课程教学中的优势地位。

3 教学改革的具体措施

“本研贯通”培养模式遵循拔尖创新人才的成长规律，有效打通本科生和研究生两个培养阶段，加强学生自主学习能力、工程实践能力、研究创新能力的培养，有效提高人才培养质量。结合“本研贯通”式培养模式的优势，从课程内容贯穿性建设、实践教学一体化建设、多样化教学手段等方面开展教学和培养模式的改革，提升面向不同学生群体的飞行控制系列课程教学效果。

3.1 本研课程内容一体化建设

飞行控制系列课程“本研贯通”式培养模式的要点是：以飞行控制为主线，突出不同阶段课程的不同侧重点，加强课程间的衔接与联系，力求做到重点突出、前后贯穿。具体措施为：

(1) 精简本研课程中的重复内容，扩展知识广度和深度。飞行控制系列课程按照培养阶段可划分为基础阶段和高级阶段，课程内容及关键知识点划分如表1所示。本科阶段是基础阶段，侧重于基础理论和基础应用；研究生阶段是高级阶段，侧重于先进算法理论和应用创新。按照不同侧重点，调整课程内容和深度，研究生课程中的基础理论部分与本科生课程有重复，应进行适当精简，将更多的课时用在理论深度的提升上。

(2) 引入新算法、新算例，保持教学内容的先进性。航空航天领域技术高速发展，而现有教材整体上较为陈旧、脱离实际。因此，在教学改革中，要结合国际学术前沿发展动态，对课程内容(尤其是研究生课程)进行及时更新，将军用、民用飞机的先进飞行控制科研成果引入课堂教学，形成课堂演示、研讨的典型案例，或引入课后综合设计环节中。

表1 飞行控制本研贯通式教学内容

3.2 分层递进式实践教学建设

实践教学是培养学生实践能力、创新能力和综合素质的重要环节。目前，飞行控制系列课程缺少与理论授课内容配套的模拟实验、硬件实验等实践教学环节。在教学改革中，构建本研贯通、分层递进的一体化实践教学体系[4,6]，如图1所示。本科生课程的配套实验以基础性实验为主，包括飞行控制基础设计方法阻尼器、增稳系统等，侧重于基础理论方法的验证以及知识巩固；研究生课程的配套实验以综合性实验和创新性实验为主，包括飞行控制先进算法及自主设计性实验、创新实践性实验等，侧重于系统级综合性设计以及学生创新能力的培养。

分层递进式实践教学体系由简单到复杂、由基础到综合、最后到设计创新，层次结构清晰、衔接紧密。所形成的本研贯通、循序渐进的实践教学能有效配合和支撑理论教学环节，促进知识向能力的转化。

图1 飞行控制系列课程分层递进式实践教学体系

3.3 多样化教学手段探索

飞行控制系列课程具有内容抽象、概念繁多等特点，单一“大班化”课程授课方式使学生缺乏自主性，对知识的理解主要停留在记忆层次上，掌握不了飞行控制的精髓。因此，需要改变传统的课堂教学模式，通过增加专题研讨、互动教学、参观教学等多种形式[7～9]调动学生学习的主动性，启发学生积极思考、激发学习潜能。

在传统课堂教学模式的基础上，增加专题研讨形式的小班式教学，选取飞行控制领域前沿或典型的知识点作为专题，采用研讨的方式进行讨论和学习，使学生主动积极地参与到教学过程中来，并能够培养学生的团队协作精神和创造思维。另外，增加课下的参观教学、实例教学，与课上内容穿插进行、交替展开，优化课堂设计，将知识、能力、素质有机结合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。

4 教学效果

在2019学年研究生课程中，对上述教学改革措施进行了部分实践，包括优化课堂内容设计，对本研课程中的重复内容适当精简；将军民机飞行控制前沿科研成果引入课堂教学，增加互动教学和实例教学等。(张 晶等文)

该课程授课内容和授课方式获得学生的高度评价，2019年学校组织的匿名教学效果评估调查中，该课程评教得优率为95.76%、优良率为100%，远超过2018年评教结果(得优率73.19%、优良率94.89%)，学生认为课程深入浅出、互动性好，实例教学和综合设计环节对深入认识飞行控制本质、形成科学思维和创新意识具有很大帮助。

5 结语

飞行控制系列课程是北京航空航天大学独具特色的核心专业课程，对航空航天领域卓越人才培养、推动行业发展及加强国防建设均具有重要的意义。

针对传统教学模式下飞行控制本研课程内容重复、教学侧重点不清晰、实践环节缺乏贯通设计等问题，提出了将本科生和研究生培养有效衔接的贯通式一体化培养模式，提出了本研课程内容一体化建设、分层递进式实践教学建设以及多样化教学手段等探索性改革措施，旨在结合本研贯通培养模式“贯通设计，长程培养，梯度递进，重在创新”特点和优势，打通本科生和研究生两个培养阶段，全面提升面向不同学生群体的飞行控制系列课程教学效果。