新工科视域下航空航天工程本硕贯通培养体系设计与实践

朱丽明 余文胜 黄丹 胡士强

摘  要：航空航天工程是航空航天类本科专业中综合性较强的专业，如何构建适应新时代发展需求的复合型人才培养体系成为各高校专业建设探索的重点。2003年，上海交通大学推行了基于跨专业大类培养的教学体系，经过近十年的实践已形成较为完善的培养模式。2014年，上海交通大学进行了以“工科大类平台培养”为目标的教育教学改革。重点体现为“毕业生素质”达成度评估和持续性改进方法的实现。结合综合性大学本科毕业后读研比例高的特点，逐渐形成了以数理基础为核心、以国际化为特色、注重创新实践能力培养的本硕贯通培养新体系。学校参照工程认证标准不断动态校正培养目标，提升学生解决复杂工程问题的能力，从而适应国家对高素质新型航空航天人才的需求。

关键词：航空航天工程；工程教育；课程体系；持续性改进

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）22-0109-06

航空航天技术是当代发展最迅速、学术最活跃、对人类军事和民用领域产生重要影响的学科领域之一。随着空天技术的快速发展，急需具有系统思维、创新活力、国际视野和工匠精神的复合型领军人才。国家推出的“卓越工程师培养计划”，主要目标是面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强，适用经济社会发展需要的高质量工程技术人才。特别是近年来，随着人工智能技术、新材料、量子通讯技术、新能源动力等技术的方兴未艾，教育部从2017年开始，积极推进实施新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”。随着新工科研究与实践项目的发布，新工科建设正在引领着高等工程教育的深刻变革。基于20世纪50年代院系调整，国内三航院校多以二级专业进行建设。随着国内综合性大学陆续设立航空宇航学科，如何发挥综合性大学多学科交叉的优势，将新工科理念融入航空宇航学科的建设成为国内综合性大学需要思考的问题。航空航天工程是航空航天类专业中综合性较强的专业，许多综合性大学设立了航空航天工程专业，培养富于系统思维、创新活力和工匠精神的高素质航空航天类本科生，这将决定我国未来航空航天领域发展的水平和能力，这也是教育课程体系实现培养目标的行之有效的途径［1］。

本研究以上海交通大学航空航天工程专业建设为例，将新工科理念的跨学科建设作為课程体系的出发点，聚焦学生在整合不同学科解决复杂问题的过程中，提升其能力和素质。通过分析对比世界一流大学的航空宇航学科的课程体系，基于一级学科培养模式，围绕学生具有空天情怀、深厚基础、系统综合、动手实践、国际视野的培养目标，设计了相应的本硕贯通课程体系，通过参照工程认证标准的闭环持续改进思路进行专业建设，动态修正培养目标，提升学生解决复杂工程问题的能力，适应国家在空天强国背景下对高素质新型航空航天人才的需求。

一、国际航空航天人才培养体系分析

世界排名前50位的一流大学几乎都设置了航空航天学科，航空航天工程人才培养在高等工程教育中占有重要的地位。放眼世界范围，欧美是世界上航空航天领域研究最持久、人才培养体系最系统和成熟的国家和地区，欧美在航空航天的多数领域无论人才培养还是科学研究都处于领先地位。如美国的麻省理工、加州理工，加拿大的多伦多大学、俄罗斯的鲍曼、莫斯科航空学院，英国的牛津大学、帝国理工，法国的国立航空大学、德国的慕尼黑工大等都为航空航天研究提供了大量的人才，支撑了各自国家的航空航天产业的蓬勃发展［2］。本研究通过对国际10余所著名高校航空航天人才培养体系的调研，分别从人才培养目标、专业能力培养和课程体系建设几方面展开分析并总结了其主要特点和内在体系逻辑。

（一）人才培养目标分析

欧美国家制定的航空航天人才培养目标，注重强调工程教育理念，密切结合世界范围内政治、经济和技术发展的趋势，注重对“人”的知识、技能和能力的综合培养，主要体现在：

1. 航空航天专业人才的培养既有专业素质要求又有综合素质要求。培养目标要求学生具备航空航天科学及数学的扎实基础知识，具有建模、分析设计和工程实践的能力。

2. 更加注重“人”的培养。注重“人”更为全面的发展，重点在提高“人”的水平，培养目标要求学生具有从事航空航天内生兴趣、决策知识、表达交流沟通能力与团队合作精神以及将来成为领导者所应有的终身学习能力。

3. 培养的学生应具备更为宽泛的知识系统。拥有职业道德及社会责任，熟知社会人文和经济管理、环境保护等知识的合格工程师。

（二）专业教育能力培养

1. 具有扎实的数学和自然科学基础知识、人文社科知识、工程技术基础和航空航天科学知识。

2. 强调学生拓宽课程范围，更鼓励学生掌握航空航天决策、信息与控制的知识。

3. 更加关注学生职业素养、伦理和经济管理素质的培养。

4. 强调学生终身学习的意识和能力。

（三）课程体系分析

欧美体系航空航天本科课程包括三方面：院外课程、院内课程和素质课程。其中院外课程是指在本学院外选修不少于6门课程，类似于国内的工科大类平台培养模式。素质课程包括三个领域：工程技术方面的技能和知识、管理和交流的能力、公民的责任和义务，与国内的通识教育课程相似［3］。

院内课程分为三个层次：

1. 公共课程

公共课程主要有两部分组成，一部分是全校统一的必修课，包括数学、物理以及不少于8门的人文社科类课程（选修）；另一部分是航空航天的核心课程，包括综合工程学、传热、自动控制以及航空航天要求较高层次的数学和物理课程。

2. 专业课程

欧美体系航空航天本科生专业课程分为5 ～ 6个模块，分别为空气动力学、结构与材料、推进器与能源转换、动力学与控制、系统工程学，前三个领域是传统的航空航天学科内容，后两个则属于更广阔航空航天系统与控制范畴。

3. 飞行器设计与实验课程

主要分为综合实验I和综合实验II，综合实验I主要包括核心课程的原理性、基础性演示和验证性实验，其主要目的是为了帮助学生加深对所学课程内容的理解和掌握，仍属于知识传授范畴；综合实验II主要包括围绕航空器和航天器的综合性设计与实践项目，其主要目的是为了培养学生综合运用所学知识进行分析、设计和实践验证的创新能力，属于本科阶段的能力提升训练。

（四）人才培养体系剖析

多数欧美一流综合性大学开设了航空航天类专业，工学院拥有强大的实力，其人才培养体系可以用一个“中心”、三个“结合”进行概括，即以学生为中心，课内与课外相结合、科学与人文相结合、教学与研究相结合，逐渐形成了独具特色创新人才培养模式。

欧美大学的航空航天人才培养课程一般分为空气动力学、结构与材料、动力与推进、动力学与控制、系统工程设计五个模块，学生可以依据专业兴趣自由选择相应的模块进行学习。

航空航天课程体系根据学习水平不同而设置，本科生课程多属于课程代码在100  ～ 400水平，部分选修课程属于500水平，硕士或者博士研究生课程多属于500水平以上，部分课程属于700水平［4］。这样设置便于学生按照个人学习能力和兴趣选择课程。博士生课程选择要求极为严格，总体要求学生在一个主要研究领域和两个相关领域选择课程。

欧美大学的每门课程都有课程编号和简短说明，以保证课程体系的连贯性和严密性。课程之间分为四种关系：先后关系、相似关系、共修关系和独立关系［5］。先后关系是指两门课程的学习需要有先后顺序。相似关系是指两门课程的内容非常相似；共修关系是指两门课程必须同时开设、共同学习；独立关系是指课程之间互不影响。学生可依据课程相互关系选择课程。

二、人才培养目标

上海交通大学航空航天学院自2008年成立以来，已拥有航空宇航科学与技术一级学科硕士点和博士点、航空航天工程国家一流本科专业。初步形成了航空航天学科完整人才培养体系，突出了“空、天、信、系统工程”等多学科交叉融合的新工科鲜明特色。

本研究总结学院成立以来人才培养工作发现：一是本科生读研比例相当高。主要原因是目前航空航天行业用人单位主要招收硕士以上毕业生，本科直接对口就业比较困难；二是综合性大学航空航天工程专业本科规模偏小，无法与三航院校一样按二级学科专业进行培养；三是专业课程较难，基础与深度难以兼顾。小班规模、按一级学科培养的主要问题使各专业方向深度培养力度不够，学生就业后需要过渡才能适应岗位工作。

采用“本硕贯通”模式培养航空航天专业人才是一条优选之路，既可以顺应学生实际读研比例高的客观现实，有效地为行业输送高水平人才；又可以有效解决广度与深度难以兼顾的问题。在扎实、全面的培养基础上，在本科高年级和硕士阶段进行专业方向的深度培养，还为有志于从事创新型科研的博士阶段选拔培养提供优质生源。

上海交通大学将“借鉴世界一流大学航空航天办学模式、紧密结合中国特色”作为办学理念。通过分析欧美一流大学航空航天人才培养体系，立足中国大学实际情况，进一步明确了航空航天学院人才培养的目标为，培养立志献身祖国航空航天事业、具备宽厚的理论基础和系统的专业知识、具有较强的实践动手能力、创新精神和国际化视野的复合型航空航天科技人才。

1. 立志献身祖国航空航天事业

以培养“立志献身祖国航空航天事业人才”为根本目标。结合课程思政建设，通过专家讲座、工程师面对面、“走进国之重器”与深度实习等环节，将第二课堂与第一课堂紧密结合，激发了学生热情，增强了专业兴趣，引导学生树立报效祖国的远大志向。

2. 建立系统工程师思维

将航空航天产品系统设计主线贯彻到各门专业课程中，以航空航天工程导论、综合实验II、“虚拟飞行器”集体设计“头、中、尾”为重点，为学生提供系统、综合性训练，体现“空、天、信、系统工程”特色。

3. 培养国际化视野

学习并借鉴国际先进教育理念，通过国际高水平师资课程双向交流，中国学生赴海外知名大学学习与生活，国外学生来中国深度学习和生活，从而加强文化交流，培养具有跨文化交流、国际视野的创新型人才。

4. 动手实践能力

着重培养学生的动手设计、制造、分析计算的实战能力，并安排学生到工业界开展长周期深度实习实践。

三、本碩贯通课程体系

（一）本硕贯通培养方案框架

上海交通大学航空航天工程本硕贯通培养方案，按照国际化视野的复合人才培养理念，完成航空航天学院本科课程与研究生课程的体系贯通，以实现创新人才培养的目标。本培养方案属于本硕课程体系贯通，而非学制上的本硕连读。

航空航天工程具体培养方案描述如下：

第1 ～7学期（大一到大四上）：学生主要完成本科生的通识课、专业教育基础课、专业基础必修课和分方向选修专业课。安排相关教授来上海交大进行大一和大三部分专业课授课。

第8学期（大四下）：根据学生意愿和条件选择（限定比例），赴国外合作高校学习1学期，主要完成专业课选修，并开展毕业设计，上海交大认可学分，计入交大本科课程学习；对于不选择赴海外学习的学生，组织开展集体毕业设计或赴企业进行实习和毕业设计，计入交大本科课程学习。第八学期末返回交大参加毕业答辩。

参加“六年半本硕贯通”培养的同学：

第9 ～10学期（研一）：选择进入“本硕贯通”培养计划的学生，赴国外合作大学学习一年，完成工程（课程）硕士的课程学习。

第11 ～13学期（研二到研三）：回到交大完成硕士生公共课程学习，开展学术研究，完成硕士论文。结束后，一并颁发交大本科+交大硕士及海外高校航空/工程类证书。主要培养环节与流程如图1所示。

（二）本科阶段课程体系设置

经上文分析，欧美一流大学航空航天课程体系基本一致。上海交大确定了本科生专业课程的设置原则：一是扎实的数学、计算、物理基础；二是突出系统、设计类课程；三是专业必修课程按欧美通行的航空航天四大方向（飞行器设计、动力推进、信息控制、系统工程）模块设置，各模块2 ～ 3门必修课，为学生打下全面的航空航天专业基础，体现出按一级学科培养的理念；四是落实本硕贯通，在第6 ～ 7学期分大类方向开设选修专业课程，以便与硕士课程衔接，有利于学生就业后开展工作。如图2所示。

全部课程分为以下几大模块：1. 公共教育课程模块；2. 数学、计算机、计算模块；3. 物理、力学等基础模块；4. 航空航天系统与设计模块应以大一的航空航天工程导论、综合实验II、大四的集体毕业设计为主要抓手；5. 航空航天必修模块，在飞行器设计、推进、信息控制、系统工程四个方向设置每方向2门必修课，在第4 ～ 5学期开设；6. 航空航天选修模块，要求学生选定1个方向为主方向，选修3门课程；其他3个方向共计选修3门课程，在第6 ～ 7学期开设。按目前课程体系，本科阶段总学分控制在160左右。

（三）研究生阶段课程设置

航空航天学院目前拥有航空宇航科学与技术一级学科博士授权点和三个硕士学位授权点，分别是航空宇航科学与技术（学术型）、航天工程和航空工程（专业型）。欧美一流大学航空航天领域研究生专业课程设置与航空航天学院硕士培养的课程设置基本相似，上海交大研究生课程除了专业课程以外，还有政治思想课程和数学基础、学术英语等公共基础课程模块。如图3所示。

经过分析比较，上海交大确定了“本硕贯通”贯通培养研究生阶段课程学习的安排为：1. 数学基础理论课程8学分、专业课程14学分在海外大学一年中完成、这些课程及学分为学校认可，可冲抵交大要求的学分；2. 待第11学期回到交大后，须补修上交必修政治课3学分、学术报告会2学分，并通过考试免修英语3学分。

对未选择去海外大学交换的研究生，则采用新的培养方案进行培养，其设定原则为：1. 必修的政治课、学术报告会、英语按学校统一规定设置；2. 学生必修3门8学分数学理论课程；3. 专业课程按飞行器设计、推进、信息与控制、系统工程四大方向设置，学生须选定一个方向修读3 ～ 4门学位课以及1～ 2门非学位课；各方向课程列表与专业对应方向基本匹配。

四、基于培养目标达成度的持续性改进

（一）专业认证标准与专业建设

2016年6月，我国正式加入“华盛顿协议”，标志着我国工程教育迈上了新的台阶。工程教育认证以产出导向教育（Outcome Based Educatuon，OBE）为核心理念，在学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件等7个方面有明确的要求与标准。其中，毕业要求（Graduate Attributes，G A）作为培养目标达成的重要支撑，与持续改进、课程体系、师资队伍等方面密切相关。毕业要求达成度评价是衡量“产出”的重要手段，是持续改进的主要依据，也是促进课程体系优化、师资队伍建设的有效办法。

美国工程与技术认证委员会（ABET）将学生学习成果（Student Outcomes）作为认证标准的第三部分，必须记录学生的学习成果，以此来证明准备毕业的学生达到了专业教学目标。学生学习成果包括（ａ） ～ （ｋ）总共11项，包括应用数学、自然科学以及工程知识的能力；设计和实施实验、分析和解释数据的能力；经济、环境、社会、伦理、健康、安全约束下设计满足需求的系统、组件或过程的能力；能够在多学科团队中发挥作用；具有识别、制定和解决工程问题的能力；理解职业素养伦理道德责任；有效沟通能力；能理解工程解决方案对全球、经济、环境和社会背景的影响；认识终身学习的需要，并具备终身学习能力；对当代问题的认识；运用工程实践所需技术、技能和现代工程工具的能力［6］。

上海交大航空航天学院参考ABET认证标准，结合国内其他专业的认证标准和要求，提出并完善了培养目标、学生毕业要求、课程体系设置、师资队伍建设、质量监控、毕业生跟踪机制、可持续改进、条件保证、文档保存等方面的举措、计划、实现方式等，图4为根据SO分解出的各专业课程对培养目标的贡献度［7］。

（二）培养目标达成度评估与持续性改进

通过教学过程，能够使学生分解后的各项能力和各项观测指标直观体现：学生、专业培养目标的达成度、学习成效成果、持续改進、课程体系、教师、设施、支持条件，形成学习效果达成度—闭环可持续性改进过程［8］。

根据学生学习效果，细化改进措施并监控形成可闭环的完善持续性改善机制。如图5所示。

五、结语

本研究基于新工科背景理念，选择航空航天领域中综合性较强的航空航天工程本科专业建设，探讨了综合性大学开设航空航天类专业的特色。

以上海交通大学为例重点介绍了航空航天工程本科专业的本硕培养方案，参照欧美综合性大学基于一级学科培养模式，围绕学生具有空天情怀、深厚基础、系统综合、动手实践、国际视野的培养目标，在本科低年级构建价值情怀、数理基础、人文素养和计算工具等模块课程；在本科高年级构建飞行器设计、动力推进、信息控制、系统工程等模块课程，从而为硕士阶段选择研究方向提供必要的知识支撑。通过参照工程认证标准的闭环持续改进思路进行专业建设，动态矫正培养目标，提升学生解决复杂工程问题的能力，适应国家在空天强国背景下对高素质新型航空航天人才的需求。

参考文献：

［1］ 施大宁，梁文萍. 航空航天特色新工科建设的思考与探索［J］. 中国大学教育，2018（09）：26-28.

［2］ 朱佳斌，张国洋，刘群群，等. 代尔夫特理工大学项目式教学的实践与启示［J］. 高等工程教育研究，2018（03）：81-86.

［3］ 韩艳铧. 航天控制专业方向本硕贯通培养模式和课程体系的思考［J］. 教育教学论坛，2015（44）：254-256.

［4］ 吴静怡，奚立峰，杜朋林等. 本硕博课程贯通与交叉人才培养［J］. 高等工程教育研究，2015（03）：94-101+107.

［5］ MIT. Undergraduate education：Academic programs［EB/OL］. （2021-05-18）. http：//catalog.mit.edu/mit/undergraduate-education/academic－programs/.

［6］ 蔡述庭，李卫军，章云. 工程教育认证中毕业要求达成度的三维度评教［J］. 高等工程教育研究，2018（02）：71-76.

［7］ 李志义. 适应认证要求推进工程教育教学改革［J］. 中国大学教育，2014（06）：9-16.

［8］ 李志义，朱泓，刘志军，等. 用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革［J］. 高等工程教育研究，2014（02）：29-34.

（责任编辑：莫唯然）

作者简介：朱丽明（1978—），女，硕士，上海交通大学航空航天学院教学办主任，讲师，研究方向为教学研究与教学管理；余文胜（1968—），男，博士，上海交通大学航空航天学院院长助理，本科教学指导委员会主任，副教授，研究方向为发动机技术；黄丹（1981—），男，博士，上海交通大学教务处副处长，副教授，研究方向为人机工效学；胡士强（1969 —），男，博士，上海交通大学航空航天学院党委书记，教授，研究方向为飞行控制。