航天知識問題大全11篇

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中圖分類號:G642 文獻標志碼:A 文章編號:1672－8874(2015)04－0057－06

航天電子設計課程是為我校空間工程專業專門設立的、基于小班教學(人數在30人左右)的本科專業選修課程，理論與實踐結合較強。隨著學校新的本科生培養方案和教學大綱的頒布，該課程的學時進一步壓縮。為了保證學生在更短的學時內更好地掌握航天電子設計的技能，解決現有教學模式和手段的不足，考慮將SPOC教學理念引入課堂，實現航天電子設計課程翻轉，提高教師講授和學員聽課的效果［1］。

一、航天電子設計課程性質與特點

(一)課程性質地位

航天電子設計課程安排在大四上學期。課程的任務是培養空間工程專業學員航天電子系統設計的基本技能，使學員熟悉航天器電子系統的組成、常用單元設計、電路開發流程，初步具備開展航天電子設計的實踐能力，為從事航天工程實踐打下基礎。課程以航天電子系統為主線，系統地闡述航天電子設計的關鍵技術和開發流程，包括電路原理圖設計、印刷電路板繪制、電路板焊接調試、星載計算機、航天電源系統等內容。

(二)課程基本理念

課程采用以實踐引導課程教學，講授與實踐相結合的指導思想。隨課堂安排作業和專題實驗模塊，利用實驗加深課程理解，并銜接后續課程設計，讓學員在基于理論和動手實驗的轉換中體會航天電子設計的樂趣，充分調動其學習和實踐的積極性。課程內容安排上，突出重點的同時兼顧內容的完整性，在有限課時內使學員對航天電子設計既有全面認識，又熟練掌握實踐必需的基礎知識和必備技能。

(三)課程設計思路

課程設計為理論講授、現場實驗、課程設計三個環節。三個環節同步穿行。理論講授環節包括電子設計基礎、PCB設計制作技術和航天電子系統等基本內容;現場實驗環節以課堂講授內容為依托，主要完成電路原理圖設計、印刷電路板繪制、電路板焊接調試等應用實驗;課程設計環節需要完成航天器電子系統的幾個專題實驗任務，拓展學員航天電子設計的實踐能力。

二、當前航天電子設計課程教學中存在的主要問題

該課程設立已有三年，教材為授課組集中編寫，內容根據授課效果在逐年更新。在課程教學上，目前還存在一些問題。

(一)教學主體“以教為主”，不能激發學生的學習積極性、主動性和創造性

當前教學過程中，主體為老師，這種方式節省時間，效率高，可以滿足多數學生的需求。從教學實踐上看，理論教學環節，老師講授時間超過15分鐘，部分學生注意力就會發散，影響授課效果;實踐教學環節，一般采用老師示范，學生重復操作的模式，許多學生為追求快速完成實驗，死記硬背，缺乏思考，不求甚解，一段時間不用，就忘得一干二凈。因此，這種單一的“以教為主”、單向廣播的教學模式，學生的學習積極性、主動性和創造性不高，效果不佳。

(二)實踐教學環節薄弱，不利于培養學生的綜合實踐能力

經過連續幾年的航天電子設計課程教學，學生們普遍反映該門課程實踐性很強。往往是學生們興趣高、意猶未盡，但是實驗時間已經用完，經常是老師聯系學生補課，因此實踐環節仍然顯得薄弱。現有教學模式中，理論授課占據了60%的時間，主要采用先理論后實驗的教學方式，實踐教學僅限于幾次課內實驗，并且也多為驗證性實驗，只能起到使學生了解基本實驗操作過程的作用。這種實驗僅能使學生掌握比較簡單的實驗操作技能，難以形成航天電子應用系統的開發與設計的能力。

(三)完全依賴課堂教學，課前預習和課后練習得不到保障

目前的實踐教學主要采用課內實驗的方式，利用實驗開發板和系統開發軟件進行。課堂時間有限，實驗過程中，學生只需按老師的操作規范要求來接線，再在軟件中輸入既定程序，然后下載到實驗板就可以從中觀察到實驗結果。課堂上如果部分操作不熟悉，課后沒有條件來補課。部分學生希望完成復雜的實驗項目開發與設計的愿望也不能實現。因此，完全依賴課堂的實驗教學教學效果就不能得到保障。

(四)以考代評，缺乏對實踐教學真實考核與評價的環節

目前，對航天電子設計課程教學效果的考核方式以筆試為主，采用“4+6”的模式，即平時的課程實驗成績是40分，期末考試的成績占60分。實驗成績多是以學生完成實驗報告的情況來進行評定的，而老師不能一一具體了解每個學生的工作量和實踐水平。可以看出，此種考核與評價方式，體現不出實踐教學的重要性，不能較客觀公正地考查學生的實踐能力。

三、建立航天電子設計課程SPOC課堂的必要性

只有便捷、舒適、高效、滿足學生需求的課程教學才具備強大的生命力。現代先進教育技術大量涌現、實際課堂教學的不足、學生們求知的渴望，促使我們積極尋求有效提升實際航天電子設計課程教學效果的授課模式。當今MOOC的興起，給大學教育帶來了新機遇、新挑戰［2］。然而，伴隨著MOOC平臺、上線課程和學生注冊數的巨量增長，數量的急劇加速引發了質量危機。近幾年的研究與實踐表明，由于不設先修條件，學生知識基礎參差不齊，缺乏面授，互動性差，教學過程缺乏監督和教學模式不具普遍性等，不僅損害了學生學習的自信心，也影響了教師教學的積極性，成為MOOC注冊率高、完成率低的重要原因［3］。MOOC的發展是大勢所趨，我們借助MOOC實現航天電子設計課程教學效果提升的重要出路就是:轉變為課堂教學工具，進入SPOC時代，將傳統的“堂上聽課堂下答疑”翻轉為“堂上討論線上學習”。SPOC是英文SmallPrivateonlineCourse的簡稱，顧名思義為“小眾私密在線課程”［4－5］。SPOC的核心理念是實行私有的、定制的、高質量導師制教學，其基本形式是線上MOOC、線下享受教師的導師制單獨指導，在傳統校園課堂上則可引導學生討論和解決問題［6－7］。航天電子設計課程SPOC建設有一定基礎，其必要性在于:1.人數規模合適:學生規模一般在30人左右，符合小班制教學，即Small的標準;2.學生層次差異不大:作為校內同專業學生，他們的學科基礎、知識結構、上課時間等基本相同，符合限制性、私有的和定制的教學模式，即Private的標準;3.授課時間安排合理:每周一次課，每次3個學時，充分保證了理論教學、分組實驗的開展;4.課程專題性強，知識點突出:前期課件基礎積累豐富，知識點容易索引，章節高度有序，適合MOOC課程專題建設;5.學校教學網平臺可以利用:現有教學網較為成熟，適合在線課程資料(電子書、短視頻、練習題等)的上傳和下載，論壇維護便利;6.教師團隊實踐經驗豐富，容易實現課堂翻轉:先后有多名骨干教員參與課程建設、理論授課和實驗輔助教學，對課程流程熟悉，同時親身承擔了大量科研任務，特別是對衛星電子系統研制經驗豐富，具備翻轉課堂的能力。

四、基于SPOC的航天電子設計MOOC課程建設內容

航天電子設計課程是實踐性要求很高的一門專業課。現有的教學模式雖有SPOC教育模式的理念，卻離SPOC之實相距甚遠。因此，如何應用MOOC的成果和SPOC的先進教學管理模式，逐步改革航天電子設計課程教學，是當前本課程教學改革的關鍵。借助MOOC，實現航天電子設計課程SPOC建設，需要完成以下工作［8］:1.制作高度有序的PPT課件，按照章、節、點、條，精確編號。2.錄制講解精煉、透徹的視頻，建立與知識點同名的視頻文件，能夠圍繞知識點索引。3.提供與知識點同名的電子文檔，能夠圍繞知識點索引。4.編寫典型的練習題，客觀性要強，題目與知識點同名，能夠圍繞知識點索引。5.完成課程設計題目、典型實驗代碼編寫，對初學者在關鍵代碼段預留中文注釋，學生進行補充和調試。6.借助教學網等網站，完成上述資料的上傳。7.積極進行網站建設，及時回答線上學生提問，能夠隨時觀察學生學情。這樣，圍繞一個知識單元，就囊括了短視頻、電子書、練習題和討論題等重要元素，為實現課堂翻轉提供了條件。圖1為航天電子設計MOOC課程建設示例。

五、基于SPOC的航天電子設計課程課堂翻轉步驟

航天電子設計課程翻轉課堂的目的在于，使學生成為課堂學習的積極主動參與者。對于航天電子設計這門實踐性要求較高的課程，翻轉課堂應強調學生動手能力。例如，在程序代碼編寫環節，利用電子教室軟件，老師可在屏幕上實時掌控每位學員的調試過程，隨時讓某位學員進行屏幕共享、課堂示范講解，老師及時引導并解答學生存在的共性問題，效果非常好。課堂翻轉的步驟分為以下幾個方面:1.提前陸續釋放相關知識點的課程講解和閱讀資料，讓學生有的放矢的，提前自由自主的完成高效的預習。例如:授課視頻和參考資料課前全部放在網上，24小時隨時可以在線讀取;精確到知識點的視頻和電子書;教師根據計劃設定階段性學習內容和期限;學生自主決定在這個期限內如何自由完成。2.課前學生學習高度清醒，知己知彼。學習時，可瀏覽個人進度、作業完成情況、學習時間;掌握每天進度排名和耗時排名;了解論壇熱點信息;自建同步筆記和討論等。3.課堂上實行小班化教學，任務驅動，分組講解，學生與老師的角色互換。具體操作時，把班級分成幾個小組，每組布置不同的教學任務，完成翻轉任務書;課堂上各組擔任教師角色，向其他組教授相應內容;教師點評、提問、參與討論;其他組同學一并參與即時討論。4.后臺大數據讓教師全程對課程知識點，對學生個體情況了如指掌。教師可以定時布置階段性學習任務;看到各章節任務總體完成情況，個人完成情況;看到各個知識點完成情況，耗時情況;看到學生總耗時，視頻耗時;看到學生個人各個知識點耗時等;看到個人學習日志;把握課程重點和改進難點講授方式等。圖2為航天電子設計課程課堂翻轉過程示意圖。SPOC的基本流程是:教師把MOOC的豐富視頻材料當作家庭作業布置給學生預習和自學，然后在實際的課堂教學中回答學生問題，了解學生已經吸收的知識、存在的問題，在課上與學生一起處理作業或其他任務。總之，教師可以根據自己的偏好和學生的需求，自由設置和調控課程的進度、節奏和評分系統［9］。

六、基于SPOC實現航天電子設計課程課堂翻轉的案例實踐

按照上述理念，選擇航天電子設計課程的部分專題進行課堂翻轉的實踐。這里，以《星載計算機串行通信》專題進行示例，這節課的特點是素材準備比較充分、知識點突出、實踐性要求比較高。下面按照時間順序進行介紹。課前兩周:通過校內局域網郵箱、教學網向學生投送視頻、設計實例、虛擬開發軟件。包括串行通信基本概念、星載計算機通信接口等。視頻8分鐘左右，實例演示7分鐘，可重復播放。課前:要求學生自主觀看視頻、觀摩實例;安裝虛擬開發軟件，參考設計實例完成模擬環境下的開發;在教學網或郵箱提出遇到的問題，等待課堂解決。老師在課前一天關注學生在概念理解、程序開發等方面提出的問題，重點做好備課。課堂翻轉時間:課堂上，設置不同的翻轉任務，包括基本概念講解、常用通信接口介紹、實例演示等。隨機抽取不同小組進行課堂翻轉，由學生講解，老師或學生隨時發問。講解完畢，老師進行點評，學生一起討論問題。該環節學生主導，教師引導。課堂練習時間:布置隨堂實驗任務，進行單機串行通信接口實驗。這不同于課前模擬環境下的開發，而是基于星載計算機的程序開發。為突出知識點，提高學生成就感，提供特定波特率下的串行通信參考程序，而對要完成的程序段進行留白，學生課堂完成編寫、調試。該環節教師布置任務，學生隨堂完成。課堂驗收時間:驗收的整個過程可通過專用電子課堂軟件，對待驗收的學生屏幕同步投影到教室大屏幕，使得每個學生都能看到待驗收同學的演示過程。首先，待驗收同學通過單機和模擬通訊軟件進行自發自收，對程序質量進行演示;然后，通過第一步演示的兩個同學進行雙機通訊，確保互聯互通;最后，大家對每個學生遇到的共性問題一起解決，共同做出評價。該環節前兩步學生主導，最后一步教師主持。課后:根據課堂授課效果，進一步把握課程重點，改進難點講授方式。整理教學素材，使得知識點講解更簡明扼要，演示更清晰到位，預留問題更有啟發性。

七、基于SPOC的航天電子設計課

程課堂翻轉效果問卷調查本文采用問卷調查的研究方法，利用校園教學網，對來自四個專業三個班，學習航天電子設計課程的76名學員進行了在線郵件問卷調查。調查執行時間是2015年9月至10月。共收回有效樣本75個，回收率為98.68%。調查結果顯示，學生們積極評價了基于SPOC的課程課堂翻轉效果。“相對傳統教學方式，采用SPOC方式學習效果更好”(88%)、“知識點集中，重點突出”(92%)、“師生互動增強，學生參與程度加強”(76%)、“可以自由安排時間預習，可反復學習，效率提高”(96%)、“學生自控能力、表達能力、思辨能力、合作能力等得到全面鍛煉，綜合能力得到提升”(92%)、“習題與測驗量少、精確、高效”(80%)。影響課程的原因主要表現在以下幾個方面:“平時可以投入的時間有限”(61%)、“缺乏自控力和毅力”(43%)、“課程內容與預期不符”(19%)、“很難找到學習伙伴交流”(21%)、“課前視頻或電子書選用不好用或網絡不暢”(24%)、“課程難度太高”(16%)、“課程內容沒有吸引力”(13%)、“老師教學方式沒有吸引力”(11%)、“不習慣考試方式”(8%)、“不喜歡在線學習的方式”(3%)。因此，基于SPOC的課程課堂翻轉模式仍然有許多問題值得探討。從教師角度而言，教師自己建設課程，管理課程，需要耗費大量精力;課堂研討的工作量加大，指導學生的力度增強，對教師的學術能力和知識面有了更高要求;定期布置階段性面授任務，使得學生全程保持緊密學習狀態。簡而言之，教師少講、精講，努力節約講授的時間，重點放在引導和啟發學生思路，重點解決共性難題方面。八、結束語SPOC的核心理念是實行私有的、定制的、高質量導師制教學，實現這一理念的有效方法是線上MOOC(對應傳統的課堂下)、線下享受教師的導師制單獨指導(對應傳統的課堂上)。要保證SPOC有效實施，不僅要完成MOOC所需要的優質視頻、知識單元化、學習管理規范化等條件，還要有知識面廣、教學經驗豐富、計算機水平相當的教學團隊，即:既要有內容可翻轉，還要有能力翻得動。因此，從理論上說SPOC可有效解決航天電子設計課程現有的所有問題，但實際中還需要做大量的準備工作并加快改革步伐。前期積累越充分，后續全面實現航天電子設計課程“翻轉課堂”的效果越好。

參考文獻:

［1］曹育紅．“翻轉課堂”在軟件技術實訓中的創新應用［J］．中國電化教育，2014(4):116－120．

［2］賀斌，曹陽．SPOC:基于MOOC的教學流程創新［J］．中國電化教育，2015(3):22－29．

［3］沈景鳳，石云霞，呂方梅．SPOC背景下設計方法學教學改革與對策［J］．教育教學論壇，2015(1):260－261．

［4］羅九同，孫夢，顧小清．混合學習視角下MOOC的創新研究:SPOC案例分析［J］．現代教育技術，2014，24(7):18－25．

［5］康葉欽．在線教育的“后MOOC時代”———SPOC解析［J］．清華大學教育研究，2014，35(1):85－93．

［6］楊斌，王以寧，任建四，等．美國大學IPSP課程混合式翻轉課堂分析與啟示［J］．中國電化教育，2015(2):118－122．

［7］周麗濤，劉越，彭立宏，等．探索MOOC在計算機實踐教學中的應用［J］．計算機工程與科學，2014，36(z1):118－121．

篇（2）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0051-02

一、引言

目前諸多高校針對空間工程、飛行器系統與工程、導彈工程等多種航天專業設置的本科生課程，可劃分為力學、航空宇航、電子、信息與控制等多個系列課程。同時，航空航天等技術領域內很多問題，其研究對象可能既是航天問題又是力學問題，具有與多學科多專業廣泛交叉、相互滲透，與實際工程結合緊密的特點。基于上述原因，為了提高航天專業本科人才的培養質量，如何在有限的課時計劃內、在有限的課程數目內有效設計航天專業固體力學系列課程，是一個值得探討的問題。

隨著高校內部增大學生的實踐比重、面向工程能力培養的呼聲日漸高漲，筆者所在的教學組借鑒了起源于美國麻省理工MIT的國際工程教育模式――CDIO模式，在航天專業的固體力學系列課程的設計與應用中進行了相應的教學探索與教學實踐，期望通過該模式在教學實踐中的正確引入與有效發展，更新教師教學理念與實踐手段，增加課程實踐比重，充分調動學生學習效率與積極性，為航天或力學專業工程師的培養提供參考。

二、CDIO模式與航天專業力學系列課程的結合途徑

國際工程教育模式CDIO，是以產品、過程和系統全生命周期的開發與運用為背景，包含了構思、設計、實施和運行（Conception，Design，Implementation，Operation，簡稱CDIO）4個教育和實踐訓練環節。它與航天專業力學系列課程的有機結合，可以考慮如下幾個途徑：

（一）CDIO模式的起源

CDIO是一種基于傳授航天領域技術知識與培養預備工程師能力而起源產生的工程教育模式，其創始人是美國麻省理工MIT航空航天系Edward Crawley教授，其發展初期在2004年左右。可見，將CDIO模式與航天專業力學系列課程的結合，則具有一定的合理性和先天優勢，是一種積極有益的嘗試。

（二）基于CDIO教育理念形成課程觀

CDIO模式是基于“做中學”的教育理念，是一種將實踐過程與理論教育相結合的教育理念，結合該模式在航天專業力學系列課程的設計中可形成兩種課程觀：首先，是一種凸顯了“社會需求”的課程觀，即根據工程師的社會角色與責任，培養工科畢業生具備較好的工程能力與深厚的技術基礎知識，在課程體系與課程內容上，并不是按照嚴密的學科知識體系來組織課程，而是強調基于社會現實需求來選擇和編排；其次，亦是一種強調了“學生為主體”的課程觀，即學生的學習效果側重于從學生的實踐感知和實踐經驗出發來構件知識和能力，基于“做中學”強化學生探究興趣和實踐能力，從而體現了學與做的結合、知與行的統一。

（三）明確實踐對象與執行方案

CDIO工程教育模式主要特點是深化技術知識基礎和實際職業能力的二元學習經驗模式，且該模式的基本原則是反復強化實踐，因此CDIO模式的實踐必須包括兩個或者更多的設計與實施環節。具體來說，航天專業固體力學系列課程體系的實踐對象包括如下三類環節：第一個是突出導論性基礎課程，即引導學生入門工程實踐，領略工程技術的魅力；第二個是初級的實踐環節，即針對核心基礎課程《工程力學》開展課堂一線教學改革研究；第三個是高級的實踐環節，即針對來源于科研任務的設計綜合項目進行教學改革實踐。

三、CDIO模式下航天專業固體力學系列課程的具體設計與教學實踐

教學理念的轉變最終體現為課程設置、教學內容與實踐對象的改革。在我校2012本科人才培養方案中，我院結合CDIO模式對航天專業固體力學系列導論課程進行了具體設計與教學實踐的工作，主要包括如下三個方面：

（一）導論性課程的設置

導論性課程是一個早期的基礎工科課程，我院針對航天專業的大一新生設置了導論課程《空天工程導論》，要求選課學生具有一定的數理基礎即可。該課程內容主要介紹飛行簡史、工程學簡介、航空器飛行原理、結構與動力系統等基本概念、基本知識，通過它為入學新生搭建了航空航天器設計、構造、應用所需的知識框架。同時，課程還提供了一個初級的設計―實現的實踐，讓學員參與水火箭或LTA飛行器的設計與制作。

設置導論課程的主要目的快速引導學生了解航天器的基本構造及工作原理，讓學生參與入門的工程實踐，從而激發學生興趣和后期加強學習的主動性。

目前，我院30學時的《空天工程導論》課程已經成功申請為我校的精品視頻課程，主講教師的授課教案和講義腳本已經完成，且授課視頻錄制已完成一半以上。

（二）《工程力學》課程的教學改革

首先，調研了近年來國內高校在《工程力學》課程中的改革研究：例如，天津科技大學的李秋h在建構主義教學基礎上建立“刨設問題情境”教學法[1]，山東英才學院的來小麗實施項目驅動教學法[2]，哈爾濱學院的張田梅探索了研究性教學法在工程力學課程教學中的實踐。上述內容從不同方法與形式來提高學生處理分析和解決工程實際問題的能力，均可作為低年級核心力學課程改革的組成部分。

其次，調整了我院的《工程力學》教學內容：在靜力學部分中重點介紹構件的受力分析、簡化與平衡規律；在材料力學部分中以桿件的軸向拉壓、扭轉和彎曲三個基本變形為研究目標，以“內力分析―內力計算―應力應變計算”為邏輯分析主線，結合強度理論、穩定性分析或能量法來優化組織教學內容，并刪除了圖乘法和摩爾圓等內容。

然后，改革了我院的《工程力學》教學方法與成績評定：理論講授采用了習題講解、啟發式、研討式、案例式等多元化教學方法；實驗操作側重學生動手能力培養，要求學生按照2～3人合作或單人獨立完成課程內13項實驗內容，同時實驗室采取了鼓勵課外開放式實驗的機制；成績評定是將考核點分布于教學全過程中，即由平時成績、課堂討論、實驗操作、實驗報告、科技小論文、期末成績等考核點綜合評定最終成績。

最后，給出《工程力學》課程近年內取得的成績：2015年《工程力學》評為校優課程；2015年委托科學出版社再版了《工程力學》教材；2015年成功申報了36學時的MOOC課程《工程力學》，目前主講人和授課內容已確定，2015年完成了省精品課程《工程力學》復核工作，并向湖南省高校數字教學資源中心提交了課程教學視頻、課件、教學大綱、電子教案、教學案例、試題習題、文獻資料、教學成果、軟件工具等電子材料整理；2015年該課程主講老師分別獲得了學校教學質量新星獎和學校本科教學優秀個人一等獎；2015年實驗室新增加了XL3418K互動式普及型材料力學實驗裝置，完成了12個虛擬實驗的材料整理。

（三）大學生創新實踐項目與本科畢業設計綜合項目的優化

CDIO模式將頂峰級實踐體驗作為本科教育的頂點。該實踐環節往往側重于學生對以前所學知識的綜合運用以及創新能力的培養，要求學生在大三或大四年級中申請了綜合項目實踐，以團隊或個人形式承擔來源于科研項目的、更為復雜的實際任務。

我院高年級本科生頂峰級實踐環節大多數包括大學生創新實踐項目與本科畢業設計綜合項目兩類。例如，為了優化本科畢業設計模式，筆者所在課題團隊采取“雙團隊設計項目”的集成教學方法進行了如下實踐工作：首先，成立了以航天方面的學科帶頭人為核心，包括結構動力學與設計、振動控制、姿態控制、電子電路共5人組成的教師團隊；將總體設計、主控分系統、姿控分系統、動力學建模與分析、帆板振動分系統、星體結構設計等六個子項目形成課題任務書，讓學生自主選擇，并形成了自然分工、相互合作的學生團隊；之后，學生會在教師的指導下，按照任務書計劃在規定的時間段內（兩個或多個學期）逐步完成開題審查、中期檢查、方案設計、理論推導與計算、設計制造、實驗驗證、撰寫報告、項目驗收或畢業答辯等步驟。

在課題團隊的努力下，近年來取得了如下可喜的成績：2015年課題團隊成員指導的省級大學生創新實踐項目《座椅彈性緩沖器等效剛度分析與實驗研究》順利驗收，并且驗收結論為優秀；課題團隊指導了2015年國家級大學生創新實踐項目《非對稱復合材料拉伸-扭轉耦合結構設計》，目前為在研階段；繼續完善了學校級的基礎力學虛擬仿真實驗教學分中心、應用力學虛擬仿真實驗教學分中心、力學與航天工程虛擬仿真實驗教學中心的工作，并且在省實踐教學示范中心的基礎上，實驗室2016年成功申請為國家級力學與航天工程虛擬仿真實驗教學中心。

四、結束語

對航天專業固體力學系列課程進行設計與應用的教學實踐表明，由于航天航空領域內很多問題是多學科交叉融合、與實際工程聯系緊密的問題，應用CDIO教育理念中深化技術知識基礎和實際職業能力的二元學習經驗模式，對于學生掌握扎實的專業知識和技能，感受鮮活的科學研究過程，激發創新意識起到了良好的促進作用。

篇（3）

2012年浙江高考理科綜合卷的第15題，考查學生用物理知識和天文航天知識，以及用數學知識解決物理問題的能力。同樣的，浙江2011年的第19題，2010年的第20題和2009年的第19題，考的都是這些知識和能力。其他省份和全國卷也都存在這一現象：天文和航天知識在物理高考中幾乎年年出現。這表明在新課程標準的指導下，現行的高中物理教材和考試題型都緊跟時代的發展，反映現代科技的進步。教師在課堂教學過程中，需要注意增加物理的實用性和趣味性，使學生能把枯燥的物理理論和當代高新科學技術發展聯系起來，增強學生的求知欲。特別是天文學和航天技術的發展這些內容。

一、物理學與天文知識、航天技術的關系

天文學在物理學中扮演著一個很特殊的角色。它是物理學的一個重要分支，又占據了物理學中一個相對重要的地位。它的發展是極其曲折而又激動人心的，每一次進步都帶動了整個物理學界的巨大變革。而物理學界里程碑似的成績無不有與之相關的地方，無不有其應用的地方。哥白尼的日心說帶來了天文學的一次翻天覆地的變革。之后導致了天體物理學的自誕生以來最為飛速的一次發展，其中牛頓的萬有引力的影響是極其深遠的。它給天文學家解釋許多問題提供了一個最有力的論證。

航天技術是一門高度綜合性的科學技術，是很多現代科學和技術成就的綜合集成。航天技術的設想來源于基礎物理學中的力學和熱學，而其發展主要依賴于電子技術、自動化技術、遙感技術和計算機技術等眾多先進技術的發展。而這些技術的發展都離不開物理學基礎理論的研究。如沒有電磁學的發展，人類就無法使用電能，也無法生產電子產品，其他的高新技術就更加無法實現了。

二、扎實掌握高中物理基礎知識

1.構建完整的知識脈絡。

與天文、航天聯系的物理問題主要考查了學生的力學和電磁學方面的知識。如：圓周運動，萬有引力，洛倫茲力等知識點。如2009年浙江理綜卷第19題，“關于太陽和月球對地上相同質量海水的引力”，考查的就是萬有引力定律。2010年浙江理綜卷的第20題“宇宙飛船以周期為T繞地球做圓周運動……”考查的就是圓周運動與航天知識，以及用數學解決物理問題的能力。2011年浙江理綜卷的第19題“探測X星球”，考查的也是萬有引力和圓周運動，體現了理的實用性。

通過認真理解題目信息，聯系所學物理知識，建立物理模型，就能運用所學的知識輕松解決這類問題。這需要學生全面、完整、系統地掌握相關的知識。具體有開普勒的三大行星運動定律：軌道定律、面積定律和周期定律；萬有引力定律，包括萬有引力定律的發現，定律公式，引力常量及其測定G，以及萬有引力定律在實際中的應用：計算地球質量、中心天體質量和發現未知天體。宇宙航行章節中的三個宇宙速度及人造地球衛星的運行都需要扎實地掌握。

2.補充天文知識，激發學習興趣。

有高中物理中，在介紹萬有引力定律時，為了讓學生感受萬有引力定律的巨大作用，我引用了這樣兩個事實：哈雷應用萬有引力定律預言了彗星的回歸和勒維耶根據萬有引力定律完成了對海王星位置的推算。這不僅證明了萬有引力定律的正確性，而且是物理學和天文學互動發展的有力例證。

教師還可以在課堂上及時補充一些天文常識，開闊學生的視野，提高學生的興趣，激發他們學好物理的主動性。如：中國為何遠古就有“金木水火土”五行說呢？雖不科學，但也并非完全不科學，因為太陽系中唯有“金木水火土”五大行星，是用肉眼能觀察到的，其他都要用望遠鏡才能觀測到，而我們的祖先很早就對此有了記錄，作為后輩的我們更要鞭策自己不斷努力了。

再比如金星，又名太白金星，它是天空中最亮的星星，所以一眼就能看到它。它又叫啟明星，每天天快要亮時，它出現在東方，很明亮，太陽出來后消失。它又被叫做長庚星，因為傍晚太陽落下不久，最早在西方天邊出現的星星就是它。由于它的明亮，西方人把它叫做“愛神之星”。木星，體積最大的行星，它的亮度僅次于金星，也較早呈現天空中，西方人把它命為“眾神之父”。

三、關注天文學的熱點和新發現

宇宙大爆炸理論，黑洞，中子星這些都是天文學上最熱門的研究領域，也是高考的熱點。如果學生平時對這些知識有所關注，就可以在短時間內迅速理解題意，正確解答出來。

如2009年安徽理綜卷的第16題，先給出宇宙大爆炸理論，假如真是這樣，要求學生選出標志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關系圖像。該題考查的知識點很簡單，就是對運動圖像的分析，看懂題目，準確了解題意，選擇正確的圖像并不難。

2009年江蘇高考物理第3題以“英國《新科學家》雜志評選出了2008年度世界8項科學之最”之一的“最小黑洞”為背景，緊跟國際新動向。但此題考查的仍然是萬有引力定律的應用。雖然知識點非常簡單，但是具備相關的天文知識，卻能幫助學生更快地解題。尤其是其中計算結果精確到數量級，是天文中常見的估算法的運用。

2009年四川6月的高考，引用的是當年4月底美國的天文發現：代號為2009HC82，與太陽系其他行星逆向運行的小行星。可見高考對天文上的新發現的關注程度。

四、關注我國航天事業的發展

當我國重大天文和航天事件發生時，物理高考中常常會聯系這些問題。比如2000年1月26日我國發射衛星，全國卷和天津、廣東卷都考了；又如和平號退役，神舟2號、神舟4號、嫦娥一號等重大科技事件的發生，也在當年的高考中體現出來。如2008年的廣東卷第12題的“嫦娥一號”奔月示意圖，北京卷第17題“嫦娥一號”衛星，2009年福建理綜卷的第14題的“嫦娥一號”月球探測器，2009年重慶理綜題第17題都以“嫦娥一號”為背景，考查萬有引力和圓周運動的知識點。

2010年安徽理綜卷第17題，雖然考查的知識點依舊是萬有引力定律的應用，卻是以“我國預計于2011年10月發射第一顆火星探測器‘螢火一號’”為背景，時代感很強。可以預見，火星探測器項目還會隨著今后航天技術的發展而在未來的高考題中成為被高度關注的對象。

在今年的高考中，江蘇高考物理第8題也考到了我國航天的最新發展：2011年8月，“嫦娥二號”成功進入了環繞“日地拉格朗日點”的軌道，我國成為世界上第三個造訪該點的國家。如圖所示，該拉格朗日點位于太陽和地球連線的延長線上，一飛行器處于該點，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運動，則此飛行器的（？搖？搖？搖）

（A）線速度大于地球的線速度

（B）向心加速度大于地球的向心加速度

（C）向心力僅由太陽的引力提供

（D）向心力僅由地球的引力提供

該題并不難，考查的是勻速圓周運動的知識，但了解一定的航天知識對學生題意理解和考場發揮起著很重要的作用。因此，教師應該多關注生活中發生的重大事件，特別是我國航天事業的新發展。同時也引導學生多關注這方面的知識。關注我國天文和航天技術的發展，還有助于增強學生的民族自豪感和社會責任感，同時使學生對物理學在實際科技生產中的應用有更深的認識，激發學生對物理學習的興趣，提高學生的積極性和主動性。

篇（4）

——《深圳特區報》2010年4月25日

材料二 蘇聯工程師在登月競賽失利之后，把精力集中于裝配載入太空站。1971年4月19日，成功發射上天的世界上第一個試驗性載入空間站——“禮炮1號”……是人類迄今為止規模最大的載人航天工程。它從最初的構想到最后開始實施既是當年美蘇競爭的產物，又是當前美俄合作的結果，從側面為這兩個從上個世紀50年代就在太空成為“冤家”的航天大國之間，畫出了一個意味深長的句號。70年代，中國衛星打完后，有了底氣的航天人中有人提出搞載入飛船，當時引起了一些爭議。事實上，主要是受當時的綜合國力的限制。時間進入到90年代，此時中國航天的科技水平已是今非昔比。紅紅火火的對外發射服務不僅讓中國航天與世界接上了軌，更有了“長二捆”這種讓載入上天成為可能的“天車”。世紀之交，中國人的登天激情再一次熊熊燃燒起來。從無人實驗飛船到模擬載人飛行，從多人多天飛行到圓夢太空行走，短短10多年間，中國航天實現了一個又一個歷史性跨越。而天宮一號進入太空，中國航天向栽人空間站時代邁進了一大步。

——摘自大型電視系列片《撼天記》解說詞

材料三擁有和掌握空間交會對接技術是建造和運行空間站的先決條件，也是面向未來實施系列深空探索航天計劃的關鍵一環。因為雖然空間站具有體積大、功能強和運行時間長等優點，是大規模開發太空資源的理想栽人平臺，但它無法進行天地往返，需用宇宙飛船等天地往返運輸器與其交會對接，才能完成各項航天使命。所以，完成空間交會對接應該是航天大國技術實力的綜合展示。

——《報》2011年11月10日

（1）據材料一及所學知識，分析美蘇在太空展開競賽的原因，并分析其對國際航天事業產生的影響。

（2）據材料二，指出世界載人航天工程快速發展的背景。結合所學知識歸納20世紀90年代以來中國載人航天工程發展的特點及原因。

（3）據材料三并結合所學知識，概括指出神舟八號與天宮一號成功交會對接的意義。

【解題技巧】本題是一道典型的文字材料型解析題，解答的關鍵在于把握讀、找、答三個步驟。

一、“讀”，即閱讀材料，這是答題的前提

第一，先讀設問，再結合設問閱讀材料。先讀設問，帶著問題閱讀材料，不但能使思路清晰明確，而且便于從材料中找尋有效信息。第二，明確設問要求。在本題中，除第（2）小題的第一問要求“據材料”外，其他幾問都要求據材料并結合所學知識回答。第三，要注意設問角度、指向主體、時空限定要求等。如第（2）小題的第二問“歸納20世紀90年代以來中國載人航天工程發展的特點及原因”，設問的角度是“特點及原因”；主體是“中國載人航天工程”；時間限定是“20世紀90年代以來”。

二、“找”，即根據設問要求找信息，確定答案來源

篇（5）

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.06.055

[中圖分類號]V11 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）06-00-03

0 引 言

國內外航天產品研制發展歷史表明，航天工程研制具有極端的復雜性和風險性，航天事業事關國家安全、形象和地位，“質量是政治、質量是生命、質量是效益”是中國航天的質量理念，反映了中國航天事業質量的重要性和航天人的價值觀。

辯證唯物主義認為，事物的發展是螺旋式上升或波浪式前進的過程。中國運載火箭技術研究院（以下簡稱一院）建院以來，一院人充分認識到了航天工程的復雜性、科學性、創新性，始終把握型號飛行試驗成功的工作目標，把成功作為一院人的信仰與追求，認真履行國家和民族賦予一院的歷史使命，不斷追求型號產品的高質量、高可靠、高安全，同時在系統工程理論的框架下，持續推進型號質量與可靠性工作的實踐、創新、再實踐、再創新。

航天一院在型號研制歷史上，也經歷了不少失敗，失敗之后的整頓或強化措施，對于扭轉當時的被動局面，發揮了重要作用，但是痛定思痛，為什么整頓不能永久保持型號和組織的成功和持續成功？為什么不能第一次就把事情做對？航天型號項目管理是落實系統工程理論的成功典范，但周期性的管理低谷，說明一院對系統工程的研制規律把握上還有差距，應對復雜系統的復雜問題，特別是解決管理與控制的全面性和有效性方面還缺乏有效的方法。

2011年，一院在總結和反思其發展歷史上重大挫折的同時，提出要用“維度、深度、細度、力度”等“四度”的工作標準來提高系統工程理論在方法應用層面的有效性，來衡量組織的工作成效，實現由型號成功向組織成功的轉變。

“四度”明確了零缺陷系統工程的工作標準，提出了研究復雜系統的分析、認識、保證和評價方法。

1 “四度”的含義和要求

20世紀末，世界著名管理專家朱蘭博士在美國的一次幾千人參加的大會上，以90歲高齡作了告別全世界企業界和管理界的主題發言。他說：“將要過去的20世紀是生產率的世紀，將要到來的21世紀是質量的世紀”，所謂“將要過去的20世紀是生產率的世紀”，是指在20世紀關注點聚焦于產量、產值和生產效率，是粗放型的。所謂“將要到來的21世紀是質量的世紀”，就是說在21世紀關注點聚焦于產品質量，著眼于質量產生的綜合效益。因為市場經濟的本質是競爭，競爭的核心是質量，競爭的本質是質量觀念、素質、技術、條件、服務及價格等一系列綜合的評價、比較和改進，產品質量是綜合素質和整體能力的綜合反映，是集約型的。因此，人們不僅要關注質量，更要關注質量的有效性，那么就要提高關注的全面性、關注的深度、關注的細致程度，以及投入多大的精力和資源，才能實現質量制勝戰略。

航天事業發展伴隨著國家和經濟社會發展變化而變化，由以軍事國防為重點的單一發展方向，向軍民一體、服務對象多元化發展方向轉變，對企業成功的評價也向以組織成功發展為重要評價體系轉化。航天型號研制是復雜的系統工程，在看待和思考復雜系統問題的過程中，必須要找到系統解決方案，從而順應市場化競爭的需求，使企業從粗放管理向精細化管理轉變。

“四度”理念方法正是運用系統的視角，從多維度，用量化的概念和方式去評價組織、項目和任務工作成效的系統工程方法，即通過牢牢把握“維度、深度、細度、力度”實現航天系統工程項目內各環節管理的精準，從而從根本上解決工作有效性不高的問題。

“四度”的理念方法是從不同視角關注復雜系統的過程中，從多維度、多角度認識與把握復雜工程系統的內在規律，系統性提高工作有效性的思想方法。

第一，維度，強調工作的系統性、全面性。事物是多維度的，例如，為了保證飛行過程識別要素的全面性，提出了飛行時序動作確認方法，即要保證按飛行時序的相關要素的全面性和解決相關飛行動作在空間上、在環境上的相互影響問題。又如，為了控制系統的接口，提出了ICD（Interface Controlling Document）和IDS（Interface Data Sheet）接口控制方法。

“維度”要求在技術上消除認識上的盲區，在管理上，杜絕失控和工作漏洞，在產品質量管控上，能夠識別關鍵特性、識別風險源，開展有針對性的工作。

“維度”強調了工作的全面性、覆蓋性及協同配合，包含兩方面的內涵與要求：一是產品的“維度”，航天工程涉及的專業技術廣、產品類型多。對于航天產品全壽命周期中發生的問題，都要用系統工程的方法從多維度、多角度全面、系統地看待，從整體上考慮問題并解決問題，由“吃一塹長一智”提升為“吃一塹長多智”，不能頭疼醫頭、腳疼醫腳，要綜合權衡，周全考慮，堅持目標導向，在時間維度、空間維度、業務維度和知識維度上系統思考解決發展中面臨的問題。二是工作質量的“維度”，組織的任何部門和每一個員工都有自己的工作質量，都有自己的質量職責，不同工作具有各自不同的質量屬性，質量管理滲透到組織的所有部門和全體員工。產品質量與服務質量已不是一個部門所能單獨完成的，而是由許多組織共同協作完成的。各級組織在各個“維度”都要關注、識別、評價和改進各自的質量特性，不斷適應企業發展和產品競爭的需求，從各個方面、各個層次、各個維度解決組織結構中各個要素的協同性，使方方面面的質量要素共同作用，指導產品質量的管控，最終在產品上反映不同工作的質量屬性，在產品上凝聚企業質量理念。因此，企業的各項工作都要圍繞產品這一核心，以追求產品價值最大化、提升核心競爭力為目標，以用戶為導向，按照市場經濟規律持續優化資源配置方式。各相關部門要持續改進工作質量，加強相互之間的協調配合，不斷提升產品質量保證能力。

第二，深度，強調要把工作做深、做透、層層分解落實到底。事物是分層次的，從系統、分系統、單機、到元器件，按照唯物主義觀點是無限可分的。通常航天型號質量要管控到影響系統特性的層面上，例如：某型運載火箭首飛失利是一個元器件引起的，引起元器件失效的原因是內部電氣互聯工藝在金導線與半導體芯片的鋁電極連接面發生了金鋁擴散效應，形成的金屬間化合物降低了連接強度，導致界面脫開，引起失效，由于質量沒有管控到這個層面，因此付出了失敗的代價。

“深度”強調了層層落實到底，要把工作做深、做透、精益求精，特別是要對產品持續進行再分析、再設計和再驗證，同時要解決工作標準層層衰減的問題。“深度”代表了工作的系統性，以型號質量保證工作為例，要對每個層次的產品形態及其質量要素，如系統、單機、器件、原材料、工藝過程、設備等各個環節、各個層次進行精細化管控，通過責任鏈條的層層分解與深化落實，實現產品質量，保證水平的提高。尤其是要將單點失效識別與控制、擰緊力矩量化、測試覆蓋性分析與控制等量化工作進行到底，要將不可測、不可檢環節轉化為過程的可測、可檢，產品過程質量控制工作深入下去，管得徹底。以科研生產計劃質量工作為例，要綜合考慮各方面因素，不斷優化設計上下游傳遞與流轉關系，在空間維度、時間維度、成本維度上精確管理各項協同性工作，提升計劃管理質量。

第三，細度，強調要學會把工作做細，養成做細工作的習慣，找到做細工作的方法。事物的表征是可以量化的，細度主要解決一個量化問題。“細度”強調要養成做細工作的習慣、找到做細工作的方法，注重在過程中量化評價各項質量要素。細度就是量化，達到一定細度的量化是管理成熟度提高的表現。以型號產品研制工作為例，“細度”要求型號研制隊伍對設計、仿真、試驗等摸清余量，找到邊界；對生產、裝配和檢測等環節要實現精確度量，各方面的工作都要有量化值。以財務及成本質量管理工作為例，要細化分解產品研制流程，全面、準確設置成本控制點，在性能維度、材料維度、工時維度、能源維度上實現成本精確可控。同樣，各職能部門都要深入一線，結合基層實際需求，科學管理，統籌安排。

第四，力度，強調要提升識別、發現與解決問題的能力和勇于擔當、堅決執行、扎扎實實把工作做到位的工作作風。事物是相互作用的，解決問題，是事物的內部矛盾發生改變，才能有本質的變化，事物間的相互作用力沒有達到一定的程度，沒有量變的持續積累就不能發生質變，就不能推進事物的發展與目標的實現。從管理上講，“力”有兩方面的解釋，一是執行力，二是能力，兩者缺一不可。執行力不代表言聽計從，而是正確把握工作目標，將工作落實到位。

“力度”強調要提升發現問題、解決問題的能力和執行力。在人員素養上要具備識別、發現和解決問題的能力。對于已經認識到的問題，就要有一個時間表，下決心去徹底解決；對于已經有要求和相關標準的工作，必須堅決的、不折不扣地嚴格執行和貫徹落實，這是確保成功的基本要求。縱觀航天型號產品發生的問題，很多都是重復性問題，說明舉一反三工作的力度不夠，一方面說明人們對問題的原因分析不透徹，糾正和糾正措施不具體的情況，缺乏對質量問題的總結提煉；另一方面也說明人們普遍存在漠視別人的問題，不能主動吸取別人的教訓。

2 “四度”為質量要素的把握指明了方向

航天系統工程是組織管理航天型號規劃、計劃、預研、研制、試驗、生產以及人才、物資、保障條件、經費的科學體系與方法。航天系統工程管理本身具有多維性，包含時間維、空間維、業務維和知識維。其中，時間維是指研制流程的各個階段；空間維是指系統的分解、配套組成；業務維是指型號管理的各項業務；知識維是指型號研制過程中各種專業、不同素質人員的知識組成。航天系統工程是面向型號系統，從方案可行性論證、方案設計、工程設計、工程研制到設計定型和生產裝備的全過程，在技術、計劃、組織、進度、質量等方面，對人、財、物、技術、信息與知識等多個基本要素實施的管控。

“質量”是一個廣義的概念，既包括微觀質量，例如產品質量，也包括宏觀質量，例如經濟運行質量和績效，其外延構成包含諸多要素：①實物產品質量；②系統管理與運營質量；③人員質量，如素質、知識、技能；④工作質量，如設計、制造；⑤規劃質量，如戰略方向、產業布局；⑥計劃質量，如計劃完成率、資源利用率；⑦服務質量，如技巧、態度；⑧財務質量，如效益、收益；⑨成本控制質量；⑩培訓質量，如對員工的重視等；協同質量；知識產權質量；品牌質量；創新質量，如組織、機制、管理、技術；質量優先性；注重環境保護和相關方利益。

“四度”揭示了航天產品質量的評定法則，其不能簡單用“好”或“不好”這一概念，而是各個質量要素識別、分析與綜合評價的結果。產品的綜合質量指標可用下式表示：

f（Q）=f（Q1）*f（Q2）*f（Q3）*f（Q4）*f（Q5）*f（Q6）*…*f（Qn） （1）

其中，f（Q1），f（Q2），f（Q3），…，f（Qn）分別代表實物產品質量、系統管理與運營質量、人員質量、工作質量、規劃質量、計劃質量、服務質量、財務質量、成本控制質量、培訓質量、協同質量及創新質量等各項工作質量要素的分立指標，其量化取值范圍為0～1。綜合質量指標（f（Q））是各分立指標的乘積，其極限值為1。從公式1可以看出，只有各項質量工作相應的分立指標均向滿分為1的極限逼近，綜合質量指標才可能實現“零缺陷”的最終目標。并且，隨著用戶需求的提升和企業認識水平的提高，分立指標是動態發展、不斷擴充的。

“四度”的四個核心要素――“維度”“深度”“細度”“力度”四者具有內在的辯證關系，即存在“維度”“深度”“細度”的漸進與遞推層次、螺旋上升，并通過“力度”保證其他“三度”在推進過程中的全面性和有效性。在提高工作有效性的過程中，首先，要抓“維度”，即把工作項目識別全面，完成無遺漏；其次，要抓“深度”，即把確保工作項目完成的所有活動識別到底，并逐項嚴格執行；再次，要抓“細度”，即把活動所要達到的目標進行量化，并據此對活動的效果進行評估；而“力度”，是啟動各項工作的初始要求，并且始終伴隨著工作持續改進的過程，確保了組織工作有效性的持續提升。

3 “四度”與系統工程的辯證關系

航天工程包括運載火箭、航天武器、可重復使用運載器、衛星等多個工程系統。其中任一工程系統的研究、設計、開發、生產都是一個復雜的組織管理過程，首先，必須考慮到從概念研究到部署、使用全壽命周期活動的要求；其次，必須綜合集成多種學科和專業技術，包括一些必須事先攻關的前沿技術；再次，必須組織成千上萬科技人員和管理人員在十幾年的研制過程中協同工作；最后，必須保持在整個研制過程中技術、經費和進度的協調進展。航天工程系統極端的復雜性和風險性要求必須建立一種“組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法”，這就是航天系統工程管理。它是航天工程順利實施的前提和基礎，是組織管理航天型號系統研制工作的唯一選擇，也是航天領域必須系統解決的問題。

質量是企業競爭力的核心要素，質量管理是企業管理的綱。質量職能可以用“螺旋上升過程（PDCA循環）”來檢驗，螺旋形上升過程的旋轉是從產品研究與開發開始的，在這旋轉的末端，再發動一個新的螺旋形旋轉，以進一步改進，質量管理的過程就是質量改進的過程。質量改進是質量管理的精髓，也是系統工程管理的問題導向。質量改進與質量管控要素在維度上是一致的，同樣包含實物產品質量改進、系統管理與運營質量改進、人員質量改進、工作質量改進、規劃質量改進、計劃質量改進、服務質量改進、財務質量改進、成本控制質量改進、培訓質量改進、協同質量改進及創新質量改進等各項工作質量改進。

在唯物主義的觀點下，系統工程與“四度”二者的核心理念和目標是一致的，都是要實現“復雜系統的質量改進”和“零缺陷”；二者的實現途徑也是一致的，都是要“建立高效有序的組織管理方法”。

進一步講，“四度”在方法論層面上，強調了觀察事物和解決問題的系統性，是對系統工程理論的深化和細化的表現方式，是精髓與高度概括，在實際工作中具有很強的針對性、指導性及操作性。

因此，“四度”與系統工程理論二者是一個有機整體，不可分割。“四度”是運用系統工程學，是研究復雜系統的分析、認識、保證和評價方法，是從本質上解決組織有效性的一種工作方法，是系統工程在航天工程領域的新發展。“四度”是項目成效改進工作指導思想的高度概括，精煉闡述了工作標準，指明了改進工作的具體方法。

4 零缺陷系統工程的應用情況及前景

在系統工程思想方法的指導下，將維度、深度、細度、力度等“四度”作為零缺陷系統工程的工作標準納入質量文化，并深刻解析其準確內涵和具體要求，為運用系統工程學對復雜系統進行分析、認識、保證和評價，并從本質上為提高組織有效性提供了一種科學的工作方法，為系統解決航天事業發展過程中面臨的困難與瓶頸，始終保持型號矩陣式質量管理工作縱橫均強、相互促進、相互制約、和諧發展的發展態勢，“確保成功、永葆成功”，提供了思想方法基礎，明確了工作標準，指明了改進方向。

今天中國的航天技術已經從試驗階段走向應用階段，而國民經濟建設、科技進步和國家安全對航天型號在技術水平上、質量上、數量上也提出了更高的要求。面對新機遇、新挑戰，為了保持航天的持續發展，有必要重新認識航天科技工業整體發展目標，進一步調整系統結構和組織管理模式，提高工作效率，縮短研制周期、合理利用資源，降低研制成本、滿足性能指標要求，確保產品質量。航天產品及其服務，需要以質量和技術為顧客、社會、國家創造價值，同時以質量和技術來體現自身價值和合作伙伴的價值。

質量是民族素質的體現，是做人做事的基本要求。在后續的航天型號研制中，要堅持運用系統工程學的科學方法，遵循“維度、深度、細度、力度”四度工作方法，清晰認識新世紀航天事業的風云變化，深入分析航天工業系統復雜的發展規律，系統解決航天事業發展過程中面臨的困難與瓶頸，始終保持型號矩陣式質量管理工作縱橫均強、相互促進、相互制約、和諧發展的發展態勢，“確保成功、永葆成功”。

主要參考文獻

[1]欒恩杰.航天系統工程運行[M].北京：中國宇航出版社，2010.

[2]許達哲.樹立航天可靠性工作理念、推進零缺陷系統工程管理[J].質量與可靠性， 2007（2）.

篇（6）

良好的開端是成功的一半，在教學論中，教學過程的第一步是激發學生的興趣和學生的學習動機。教師利用社會熱點問題導入新課，可以有效激發學生的學習興趣。

例如，在學習新課“食物中的營養物質”時，視頻播放2016年10月景海鵬、陳東兩名航天員在“天宮二號”實驗室內工作的錄像，讓學生思考，航天員飛向太空，在飛船中進行各種科學實驗，甚至還要出艙活動，這都需要消耗大量的腦力和體力。為了保證航天員的健康，航天員的一日三餐必須科學合理，接著提出問題，給航天員帶到太空的食物中，至少應該含有哪些成分？為什么含有這些成分呢？學生們對于航天實驗十分感興趣，甚至有些同學還是航天迷，對于這一系列的問題學生們展開了積極思考，注意力很快集中到課堂上，在強烈的求知欲下開始本課的學習。

二、穿插熱點，深化知識

在學習新知識的過程中，教師可以穿插介紹近期發生的社會熱點新問題。既使學生增長見識，拓展知識面，又深化了對新知識的理解。

例如，在“呼吸道對空氣的處理”學習中，講解呼吸道對空氣的處理能力是有一定限度的，許多老師選用“沙塵暴”的實例，讓學生說出在沙塵天氣我們應該怎樣做？在這里我將社會廣泛關注的超級霧霾版的《北京北京》視頻呈現給大家。提到“霧霾”大家都知道，但是，“霧霾”到底指什么，它有哪些危害？很多同學并不能說清楚。通過資料分析，學生拓展了知識，知道了霧霾天氣中含有大量的PM2.5顆粒。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也可稱為入肺顆粒物。可沉積于肺泡，而且粒子容易吸附一些對人類有害的重金屬和病菌，對人體造成危害。由此學生確信，即使有呼吸道的處理，人體也不能完全避免空氣中有害物質的危害，更深刻理解了呼吸道的作用。

密切聯系生活實際，讓學生切實感受到在日常生產生活中，生物知識與我們密不可分，并使學生做到學以致用，獲得成功的體驗。

三、交流熱點，合作學習

葉圣陶先生說“教者，蓋在于引導、啟發。”這就是說教師是指導者，課堂上教師可以采用“小組合作學習”的教學形式，拓展學生思維空間，提高學生自學能力。在這一過程中，教師可以安排小組共同收集與課程相關的社會熱點問題，課上討論表達交流，擴展了學生的視野，鍛煉了收集、整理資料的能力。

例如，教材中有很多關環境保護方面的內容，在“分析人類活動對生態環境的影響”一課中，我安排學生以小組為單位收集有關濫伐森林、大氣污染、水污染、捕殺野生動物等現象的原因、危害及應對措施。查找有關“霧霾”、“溫室效應”、“全球氣候大會”、“穿山甲事件”等社會熱點問題。小組合作收集整理，制成課件向全班展示。在聯系社會實際過程中，增強了團隊合作能力，提高了對環境保護的意識。

篇（7）

21世紀，知識經濟浪潮席卷而來，知識已經逐步取代物質資本成為組織最具競爭力的因素，而作為知識載體的人才，無疑是組織獲取競爭優勢的最主要來源。航天企業作為我國尖端科技研究單位的代表，對國防現代化、經濟建設和綜合國力的提升均起著至關重要的作用。縱觀國內外，航天領域的競爭異常激烈，而科技競爭的背后無不體現著人才的競爭，但作為國有實體的航天企業，在面對經濟改革大潮及人才競爭如此激烈的環境，無不在人員管理方面暴露出了一些不適應。作為人員管理能力提升的前提及關鍵，人才考評在其中發揮著不可替代的作用，本文通過研究航天企業的人才考評體系，希望可以促進航天企業人員管理能力的提升。

1.人才考評現狀剖析

針對有國企背景的航天企業，結合其企業目標，它的員工更多地體現為高學歷、高素質，以及具備開闊的視野，較強的學習能力，因而航天企業在人才考評時也應該有所側重，但現實并不如此。筆者通過對多家航天企業的調查了解，發現多數航天企業在人才考評方面存在以下主要問題：

1.1考評指標及權重不合理

科學的人才考評講究從德、智、能、績四個方面進行考核，但多數企業均存在概括有余、針對性不足的缺陷，如考核指標體系中部分指標主面性強、概念上重復，指標未能很好的定義及傳達，不同崗位或專項人員考評的區分度也有待改進等。對于各指標的考核權重，隨意性較高，未能詳加論證，以至最終考核導向偏離、效果弱化。

1.2考評方法欠完善

針對本企業而言，對人才的考評主要以定性評價為主，員工的績效優劣多由主管領導評定，尤其是工作沒法量化的員工，量化評價方法的運用不夠到位，從而類似崗位員工之間的差距并不能很好體現。同時，企業的考評手段單一，缺乏針對性、時效性，多數時候的決定權均掌握在領導手里，這樣極易破壞企業評價的公平公正。

1.3考評結果效用缺失

航天企業多為國有企業，帶有很多國企人力資源管理的問題，重要表現之一是人員流動較慢，用人機制不靈活。人才考評的目的無非是要讓企業尋找到合適人才，從而將人才放到合適的崗位上去，“能者上，庸者下”，從而去激勵員工不斷學習，提升個人綜合素質，更好地適應崗位要求，企業要求。多數時候，企業考核只是為了考核而考核，如績效考核成績通報后沒有后續的績效面談，沒能同時給予員工適當的激勵和壓力，以致考評效用缺失。

2.人才考評體系建設

人才考評不僅能讓員工去認識自己的優勢和不足，從而有針對性地去改善，更能讓企業去了解員工，發現人才，從而選拔合適的員工到合適的崗位上，人盡其才，才盡其用，因而，人才考評體系建設在企業員工管理中占用舉足輕重的作用。針對航天企業的特性以及其人才考評過程中存在的問題，本文將進一步探析航天企業人才考評體系，以便提升航天企業的競爭優勢。

2.1設計原則

（1）考核指標設計。為更加客觀、公正的做好人才評價工作，首先，考評指標應盡可能的剔除主觀化因素，做到以定量為主、定性為輔，能量化的指標盡量量化；其次，考核指標不能寬而泛，應該少而精，從而使考評效用最大化；最后，針對不同崗位類別，考核指標設計應體現獨立性和差異性原則，以及盡可能的通俗易懂，易于傳達。

（2）考評方法選擇。不僅考核指標設計需要調查問卷、訪談或經驗等方法加以論證確立，人才考評的手段也應該多樣化，如人才考評中可根據工作實際情況采用筆試、專家評價、定量考核、心理測試、情境模擬、系統測評等多樣化的測評模式，從而使考評結果更加客觀、公正。

2.2考評導向

為使考評效用最大化，企業應該考慮將考評體系化，不能放任各類考評獨立運行。只有做到考評體系化，才能減少各類考評的交叉性，減少無謂的人員精力消耗，從而提升考評效用。體系化考評不僅可以提升考評本身的效用，更能減少企業考評工作的重復性，因而企業應該倡導體系化考評。

2.3對策提升

（1）實施非物質化激勵。航天任務涉及國家聲譽和國際影響力，其工作者強調奉獻精神，同時航天工作者多為高學歷、高素質人員，追求自我價值實現的愿望強烈，工作成就對其激勵性遠遠勝于物質激勵。因而針對這一特性，航天企業應該更多的去塑造自己獨特的文化，強調愛國，強調奉獻，同時提供更多的培訓機會，讓人才持續成長。

（2）多樣化、多維度測評。

作為高學歷、高素質的一員，航天工作者十分渴望自己能被客觀、公正的考評，而能否被客觀公正考評也是現今多數知識型員工評價企業好差的一個重要方面。因而，如何針對不同崗位類別的人員進行考評則顯得至關重要，這不僅需要有健全的指標體系，更要求有多樣化、多維度的測評手段，再根據側重點賦予對應測評相應權重，這樣的測評結果才能更加客觀、公正，更能讓人信服。

（3）反饋系統

人才考評在提升企業管理能力的同時，更應該去關注考評對象的成長提升，而考評結果的反饋或是后續的考評面談，可以更加充分的讓被考評者認識到自己的優勢與不足，從而有針對性的去提升自己，這一環節對于考評工作而言只是舉手之勞，但其最終的效用卻是對企業大有裨益。

總之，在競爭日趨激烈的現今，人才考評體系開始突顯其重要性。針對航天企業的本身特性，本文進一步探析了航天企業的人才考評體系，期望可以為航天企業的人才考評體系構建提供一些有益的參考。

參考文獻：

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【關鍵詞】人工智能；航天測控技術；應用探究；智能化

【Keywords】artificial intelligence； aerospace measurement and control technology； application inquiry； intelligent

【中圖分類號】V55 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0141-02

1 引言

人工智能在航天領域的應用具有巨大潛能。航天測控技術實際上是通過測控，實現對衛星的控制，這是一份較為復雜的工作過程。隨著衛星功能的不斷增多，航天測控技術要求也越來越高。雖然我國已經在航天事業方面位于先進的水平，但是航天測控設備多只是實現遙控與測控的自動化，與智能化的實現還有一段距離。因此，人工智能的應用還有待挖掘，人工智能在航天測控技術中的應用還有待研究。

2 人工智能的應用概述

近年來，我國在人工智能的研究領域也有了較大的進展，不少國內學者發表了有實用價值的研究著作。人工智能在醫學診療方面取得了廣泛的應用。隨著航天器的多功能發展，智能化的轉變，成為發揮航天事業多用途、系統化的決定性因素。因此，我國逐步加大了人工智能在航天測控技術中的研究，希望航天測控技術能夠自動處理探測故障、自行進行飛行規劃和路線設計等[1]。

3 航天測控技術中的設備應用要求

第一，衛星軌道測試及其引導系統。第二，航天側控技術的安全控制。第三，根據航天側控任務要求對衛星的形態進行分析，對其衛星軌道實施控制。第四，航天側控系統要實時監測衛星內部的設備工作情況。第五，航天側控技術要求能夠對衛星上設備發生的故障，及時采取定位、排除和檢修。航天的側控應用，對設備的響應速度與可靠性都具有很高的要求，不僅要具有極強的通用性質，還要能夠在規定時間內完成對相關設備的檢測與通信，使設備間保持聯系，保證遙測技術數據正常處理流程。對設備故障等任務提出控制指令，進而進行執行[2]。

4 人工智能在航天測控技術中的應用意義

傳統的航天y控軟件是通過算法結構和計算機而實現推理功能的，對于很多問題還無法提供最精確的答案和描述，數值的計算能力也不夠強，有時只能定性推理。而人工智能的應用，可以提升其生存能力，包括航天器的自主檢修能力、故障排除能力、定位能力等。對于航天器的軌道設計，自動化網絡智能預先對故障檢測的定位等設置好，用編程進行控制。隨著航天測控技術要求的不斷提升，傳統的編程控制已經不能滿足當代的應用需求，若不向智能化測控技術進行靠攏，其航天測繪中的數據與通信的可靠性與有效性都會受到不同程度的影響，導致接收到的數據不準確、不完整。因此，我國很多專家專門成立研究小組，對航天測控技術進行數據分析，分析其指令的序列、故障檢修、定位等信息，將人為的管理逐漸轉化為智能化管理。

用人工智能控制航天測控技術，不僅能夠提升航天工作的安全系數，還能夠減少航天器的使用壽命，降低人工控制費用，減少人工管理精力，具有很明顯的優勢。第一，人工智能能夠代替測控專家進行智能化操作與工作，減少專家的腦力勞動。第二，人工智能中收藏了所有測控專業的各項經驗，整合了測控技術的專業知識。第三，人工智能使航天系統離開了人操控的固定模式，提高了操作的變通性和實時性，降低了人為操控影響因素。第四，人工智能使航天機械更容易操控，提升了工作效率。第五，人工智能使航天系統的解決問題能力提升。第六，節約了航天器測控的維持狀態的人力和物力，配置速度加快[3]。

5 人工智能在航天測控技術中應用的可行性

人工智能的應用過程，實際上是將人的思維活動進行機械化，使機械具有類似人工的處理問題的能力。人工智能在航天測控技術中的應用，是航天系統模仿測控專家的思維和操作，進行推理判斷，使操控程序能夠如同專家處理問題的規則一樣，及時提供解決措施，根據我國現有條件可知，人工智能在航天測控任務中的應用是可行的。測控系統的功能有數據庫和知識庫。前者包含遙測數據、指令和故障信息。后者包括用戶的接口、知識獲取、知識表達等。通過外部輸入數據，轉換成系統能夠識別的信息，進行格式壓縮和處理，實現對航天器的控制，利用人工智能實現測控技術控制，減輕了人為負擔，也能夠提升航天測控能力。

6 航天測控技術任務中的智能化應用分析

我國傳統的航天測控技術是采用一般算法實現自動化，該種方式具有封閉性，不利于技術的發展和擴充，故障維護方面也要采用人工方式進行解決，不適用航天事業發展。根據我國航天測控技術現狀，我們首先要確定測控設備智能化系統，選擇有針對性的部位，融合測控專家的思維，實現人工智能操作[3]。其次，使用智能化系統，還要將專家測控系統嵌入到設備中，再改變原本的算法與結構，使其逐漸適應航天事業的改變與發展。對于智能化測控系統中，可以確定的系統由遙測信息處理系統、通信跟蹤系統、故障診斷系統、檢測系統等。這些都是容易實現人工智能的部分，能夠使遙測信息處理中，清楚航天器的軌道等情況。

7 人工智能在航天測控技術中的應用環境與目標

為了使人工智能在航天測控技術中具有可靠的應用，要遵循一定的應用環境和目標。在開發環境上，要選取經驗豐富的建造及測控專家進行系統融合，先借助小型機進行專家智能系統開發應用，再根據需求進行專家系統開發。在目標方面，不僅要開發全面、智能化的航天測控大系統，還要在開發通訊上更加便捷，統一通訊接口，面向廣大用戶，逐步升級系統故障排除方案。真正實現系統在線實時工作。同時，人工智能在航天測控技術中的最終目標是將地面測控設備小型化，再將其移植到航天事業中，提升衛星的控制能力。

8 結論

人工智能在航天側控技術中的應用與開發，有利于我國智能化的進一步發展研究，對于提升航天測控設備的可靠性具有重要意義。希望本文的研究，能為提升我國人工智能在航天測控技術中的應用水平提供借鑒。

【參考文獻】

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）42-0140-04

自改革開放到21世紀初期，中國的發展世界矚目，我們不論在政治、經濟、文化等方面都取得了長足的進步，中國已成為名副其實的世界大國，取得這樣的成就，在很大程度上依賴于我國推行的科教興國戰略所造就的龐大的優秀人才隊伍。然而，不容忽視的現實是，目前我國培養的工程師隊伍雖然已經超出美國的10倍，但是工程師的整體知識水平、設計能力，尤其是優秀工程師的總體質量與美國、德國和日本等發達國家甚至一些發展中國家都有很大的差距[1]，具體表現在工程教育方面就是教學內容與產業需求相脫節，工程實踐經歷缺乏，工程師培養體系不夠健全等。導致這些問題的深層次原因主要在于我國的工程教育依然停留在科學范式而不是工程范式，工程教育過分強調了工程科學，而忽視了諸如設計等實踐能力培養的環節[1-2]。工程教育不同于自然科學教育，它是一種以技術科學為主要學科基礎，以培養工程技術人才為主要目標的專門教育[3]。即工程教育的目的就是培養工程師，這一理念在包括像MIT這樣的世界一流大學早已達成共識，MIT的畢業生，無論學士、碩士或博士，到公司就職就是擔任工程技術人員。通過工程教育提高工程師教育的水平，完成這一目標有兩點很重要：教育的方式和教育的工具。PBL是一種應用廣泛學科教學方法，它不僅僅使學生獲取知識，并且要求他們學會運用知識。讓學生能夠將新的信息與學過的知識結合起來明白他們應該如何應用掌握知識。在建立學習的框架時，應當特別注意學生已有的知識基礎并且激活這些知識。加快新信息的處理和幫助學生建立有意義的聯系是教育和學習的基本要求。PBL促進學生主動參與和學習。學習變成一個發現的過程――討論問題、研究背景、分析解決方法、設計方案、得出最終結果。這種主動學習方法不僅對于學生來說更加有趣，也使學生們對資料有了更深的了解。近年來，我國教育界的學者和奮戰在一線的教育工作者們以這種理論為基礎，針對我國教育教學的實際情況，進行了一系列基于PBL理論的教育教學改革理論研究和實踐，取得了一定的效果。近年來，“小衛星”已經成為航天發展的熱點話題，而將小衛星作為航天工程教育的平臺，也越來越成為一種趨勢。以小衛星作為載體開展航天工程教育的優勢在于：（1）成本低，多數大學里的實驗室都可以開展這類項目;（2）開發周期短（一年到兩年），學生可以在畢業前看到項目成果;（3）體積小，重量輕，使制造和測試可以在比較狹小的大學實驗室內進行;（4）復雜度適中的衛星系統，使學生在參與整個衛星系統工程實施的過程中，能夠獲得一些具體的系統或子系統經驗。作為教育工具，小衛星的重要意義在于：可由學生自主設計、制造甚至發射升空，即使不能發射，也應在與實際發射相似的環境中進行測試。這一點非常重要，因為這樣學生可以得到真實情況的反饋，雖然有時實驗會失敗，但失敗也都是下一次實驗成功的基石。“設計-制造-測試-總結-再設計”這樣的系統循環設計模式，可以很容易地在機器人或計算機這類領域實施，但空間系統發展所需的巨大成本和少有的發射機會讓我們不得不停止發展空間教育中的這類循環模式。而小衛星計劃可以提供一個工具以實現該模式。

一、基于問題的學習

基于問題的學習是一種以學生為中心的主動型教學模式和課程體系設置方法，其最初是由加拿大的麥克馬斯特大學（McMaster University）醫學院于20世紀60年代在醫學課程教改中逐步形成并提煉出來的。在PBL中，教師根據課程要求和學生的知識基礎預先定義一個不完整的或劣構的問題，然后讓學生進行研究，理論聯系實際，運用已掌握的知識和技能提出解決問題的可行方案，讓學生親身參與問題求解的每一個步驟和知識構建的過程，從而將其先前獲得的知識和經驗很好地整合起來，使已有知識結構得到完善的同時達到對新知識的理解與掌。

1.目標和基于問題的學習法的特點。基于問題的學習方法的主要目標不僅僅是讓學生獲得知識，并且要運用知識。PBL重視模型和問題的解決。它試圖模擬現實生活中的工程研究和開發過程。Barrows這樣描述PBL的主要特點：（1）學習是以學生為中心的，即學生選擇怎樣去學習和他們想要學習的內容。（2）學習在小團體中展開并且提倡協作學習。（3）老師是促進者、引導者或教練。（4）問題形成組織重點并刺激學習。（5）問題是拓展真正的問題解決能力的工具。（6）新的信息是通過自學獲得的。

2.PBL工程教育案例――麻省理工學院航空航天工程系。幾年前，在麻省理工學院的航空航天系成立了一個由教師和科研人員組成的新戰略計劃小組，專門負責課程改革。為了強調教育以學生為中心，討論小組花費了一定的時間和精力通過對項目和學習成果進行驗收，設計了新的教學方法，建造與之配套的實驗室。盡管基于問題的學習是關鍵，但它不是課程組織的原則。新的航空航天工程課程以現實生活中產品完整的生命周期工程為背景，即構思、設計、實施和執行（CDIO），結合設計建造經驗，貫穿于整個項目中。接下來就是從簡單的項目到高度復雜的系統設計建立過程，以及從中取得的經驗教訓。第一年，在《航空航天設計導論》課上，學生們設計、構思并且試飛的由無線電控制浮空飛行器（LTA）。第二年，在《聯立工程學》課上，學生們設計、搭建并且試飛了無線電控制的電推力飛行器。在一些比較深入的課程例如《空氣動力學》課上，從工廠或者政府以往項目中提出航空工業中很常見一個實際的問題，像是以洛克希德?馬丁戰術飛機系統為模板提供項目設計方案。高級課程完全利用基于問題的學習方法，如：《實驗項目實驗室空間系統工程》、《CDIO高等課程》。在這些PBL體驗中，學生發現自己感興趣的問題，通過做實驗找到解決方法，并用多學科方法設計出復雜系統。麻省理工學院航空航天系“復雜系統學習實驗室”的主任提出了一個對于基于問題的學習方法的分類框架（見表1）。它將問題分為四個等級，給出了解決基礎科學及先進工程課題的系統方法。

一級：問題集。問題集是指在大多數工程課程中發現的傳統問題。它們往往具有一定的結構與較成熟的解決方案（至少問題的設計者知道）。所有學生解決同樣的問題，有時獨自解決，有時以小組形式解決。問題需要在相對較短的時間內解決。二級：小型實驗。小型實驗是指在結構化問題下的實驗課。例如測量或觀察某種工程現象或數據。這些問題在一或兩個學期內解決，可以“重復地進行”，也就是說，每個學生團隊解決與其他團隊同樣的問題。在麻省理工學院有許多例子，如《聯立工程學》課上的桁架實驗室，《空氣動力學》課上對在風洞中的流速計的校準，《航空航天設計導論》課上對空氣動力減速器的各種測試。三級：大型實驗。比起前幾個階段，這個階段的問題需要更長的時間去解決，可能會耗費幾周或整個學期。到了這個階段問題明顯復雜了很多，需要更多的規劃和教員支持。在麻省理工學院有許多如是例子：《實驗項目實驗室》課上的風洞試驗、飛行器模型項目，《空氣動力學》課上的機械項目，《航空航天教育導論》課上的輕于空氣的飛艇，《聯立工程學》課上的電動飛行器設計等。四級：頂級CDIO實驗。這個階段在系統中整合了核心工程的頂級實驗。麻省理工學院的航空航天工程項目用構思-設計-實施-操作（CDIO）的方法來設法更接近于實際工程。在頂級實驗中，工程的四個階段都將涉及。頂級實驗室的項目均為研究的重點，需要更多的資金，工程的復雜度和依賴經驗的程度也很高。例如麻省理工學院的自主衛星光學陣列項目和磁控編隊飛行器。四級的項目需要學生、老師和研究員花費三個學期去完成。可以看出三級和四級問題的解決過程是由學生主導的、不受約束的、復雜的、多方面的且具有很高的主動性過程，符合之前所說的PBL標準。然而一級和二級中的項目體驗過程更結構化，在這個過程中學生體驗到關于問題構想的有用指導，使用工具進行研究發現。基于問題的學習方法和設計-制造經驗貫穿了整個麻省理工學院航空航天工程系的本科生階段。使用四個等級的框架來層次化PBL體驗過程確保了從高度結構化問題到無約束和復雜問題情況的合理推廣。

3.基于問題的學習方法的評估。基于問題的學習方法的評估是多模式和長期性的。這些方法包括實驗室期刊、技術簡報、設計審查、技術報告、團隊協作評估、設計作品、互評和自評。教師的角色主要是顧問和指導員，以及在學習過程中為學生提供大量反饋信息。在《航空航天設計導論》課上，學生們設計、制造并試飛由無線電控制的浮空飛行器，設計審查作品和最后的評估工作都是由飛行器競賽的方式進行。在《綜合工程》課的飛行器設計項目中，二年級學生分析在問題集中與氣動性能、穩定性和推進裝置有關的問題，并動手組裝和試飛無線電控制的電推力飛行器。與第一年的課程相似，評估手段包括問題集、設計審查以及最后的一場比賽。

除了評估認知能力的培養效果，情感變化也要被評估。評估學生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰性問題中的意愿和控制問題解決進展的感覺也很重要。這些情感變化可以通過觀察、訪談、作品、期刊和其他形式的自評進行評估。

二、小衛星平臺與基于PBL的航天工程教育創新結合途徑

在全球化大背景下，除去意識形態的差別，世界人才的標準正趨于統一。根據著名的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，即：構想-設計-實現-運作）工程教育模型，工程教育包括以下幾大培養目標：掌握深厚的基礎知識和應用技術;善于構思、設計、實現和運作新產品或系統的能力;承擔和實施復雜系統工程的能力;適應現代團隊協作開發模式及其開發環境。這些目標是直接參照工業界的需求而制定的，它實際上定義了現代工程技術人員的素質構成。

1.小衛星作為航天工程教育的意義。小衛星為空間發展提供了的一條新途徑，這是與以往基于傳統空間開發模式的“政府導向的大型項目”完全不同的。此外，NASA已經開展了很多項目為大學提供發射機會，讓他們逐漸學會如何開發、運營衛星。超小型衛星計劃是其中一個著名的案例，選定十所大學并給予他們項目資金，最終的成品將搭載航天飛機發射上天。憑借多年的項目經驗，一些大學已經能夠制造衛星，甚至出售衛星給其他大學或國家。小衛星為大型衛星上已經實現的一些任務提供了一條新的實現途徑。一定數目的小衛星協作是一個非常重要的概念，通常被稱為“星座”或“編隊飛行”。這種多衛星體系的優點是容錯量大、重構能力強、系統的可擴展性好。

2.基于小衛星平臺的航天工程教育項目。小衛星的操作訓練為大學生的太空教育提供了一個特別的機會，讓他們能夠體驗從任務創建、衛星設計、制造、測試、發射、運行，直到結果的分析的整個太空項目周期。同時他們還能從這些項目中學到項目管理和團隊協作等重要技能。小衛星項目不僅對教育有益，而且有望成為太空技術發展與商業運營中的一名新成員。（1）日本衛星設計大賽。上世紀90年代初期，日本的大學小衛星研究項目遠遠落后于美國和歐洲各國。然而，在意識到了小衛星在教育和技術發展上的重要性后，日本國內開始大力推動高校小衛星設計-制造計劃。第一個里程碑是“衛星設計大賽”。1992年三個學術社團共同成立了大賽組委會，他們分別是JSME、JSASS與IEICE。經過一年時間的準備，于1993年舉辦了第一屆比賽。這項比賽的目的是為更多的大學生提供參與太空項目的機會，同時鼓勵一流大學開始進行實體衛星的制造項目。評審項目分成兩大類，創意類評審該項目的創意與想法，設計類評審衛星設計的可實現性。提交的項目首先會進行初步的評審，合格的項目才能入圍最終的決賽。屆時，將進行衛星模型的展示和評審。優秀的作品將獲得“設計獎”、“創意獎”以及三大學術社團頒發的獎項。大賽每年都會收到20到30個創意獨特的項目。（2）大學空間系統研討會（USSS）以及CanSat項目。USSS始于1998年，每年11月由JUSTSAP小衛星工作組在夏威夷舉辦。研討會的形式十分獨特，出席會議的日本和美國的大學首先提出自己衛星項目的構想，以及各大學自身的科研實力，然后將具有相同興趣、能力或科研實力的大學進行組隊。各組展開討論，在一天半的研討會后，各組需要向其他組展示他們的項目設計書。這些項目要在USSS結束后的一年內實施，他們的成果將在下一年的USSS上展示。其中最成功的項目就是CanSat（罐裝衛星）項目了。CanSat項目是1998年由特維格教授提出的。在最初的計劃中，每所大學都要制造一個350mL飲料罐大小的微型衛星，衛星將被發射到軌道上，在下一年的USSS上進行控制操作。（3）立方體衛星。立方體衛星項目由特維格教授在1999年的USSS大會上提出。立方體衛星為重1kg，長寬高均為10cm的微型衛星。每所大學制作的立方體衛星都被放在一個名為“P-POD”的盒形載體內，它由俄羅斯的“第聶伯”火箭裝載發射升空。為了減少立方體衛星和P-POD之間的機械和電氣接口，P-POD釋放機制設置得非常簡單：當P-POD的門打開，里面的立方體衛星就被P-POD末端的彈簧彈出。東京大學和東京工業大學已經開始了立方體衛星項目，并大致完成了設計和EM級別的模型制造。這些大學的學生已經在立方體衛星項目中獲得了微型衛星開發的基本專業知識。但他們現在需要面臨新的挑戰：如何使用現成的廉價的部件設計可靠的空間系統，如何進行空間環境試驗（如真空熱或輻射試驗）并獲得試驗結果，以及如何處理更大的風險，更多的人力資源、時間和成本。目前計劃于2002年底發射第一個立方體衛星。（4）歐洲大學生月球軌道航天器。歐洲大學生月球軌道航天器ESMO是歐空局教育衛星計劃的第四項任務，它是基于“歐洲大學生太空探索與技術倡議”計劃中的“SSETI-Express”衛星。ESMO項目是為了吸引和培養下一代的月球與其他行星的工程師和科學家。航天器有效載荷包括：船載液壓雙組元推進系統，用船從地球同步軌道通過“日地系統中的拉格朗日點L1”轉移到繞月運行軌道的過程，歷時3個月;表面光學成像的窄角相機和一個用于測繪全球引力場的子衛星，將在歷時超過6個月的時間里執行測量任務;可供選擇的載荷還包括一個生物實驗和一個微波輻射計。ESMO項目是未來歐洲的科學和勘探計劃的一個強大的動手教育和公共宣傳工具。它是一個面向大學生的項目，訓練和培養了下一代的月球任務的工程師和科學家。

三、建立基于PBL的航天工程教育實驗平臺和培養范式

我國在“十二五”規劃中提出了“創新驅動，實施科教興國戰略和人才強國戰略”，要“圍繞提高科技創新能力、建設創新型國家，以高層次創新型科技人才為重點，造就一批世界水平的科學家、科技領軍人才、工程師和高水平創新團隊。實施PBL教學是一項系統工程，由于受國情、傳統教育教學模式和人才培養機制的約束，在中國工科大學中實施PBL教學存在問題案例少、實施成本高、評價方式單一和師生角色僵化等問題，因此，需要根據我國工程教育的現狀和國情對PBL教學進行本地化處理，不能生搬硬套，具體來講有以下幾個方面需要注意。

1.樹立以學生為中心的教學理念。樹立以學生為中心的教學理念是實施PBL教學的前提條件，PBL強調以學生為中心，作為PBL教學的實施者，教師必須要深刻認識到這一點。

2.根據具體航天任務設計問題。豐富的問題案例是PBL教學成功的關鍵。每門專業課的設置都是基于學生已具備一定的先修課程基礎為前提，但個體的差異不容忽視，教師或教師團隊在進行某課程PBL問題設計的時候要充分了解學生的知識基礎，結合具體的實施條件進行問題案例的設計。為了保持熱情，學生們可以一種競賽的形式開始項目，學生們互相分享自己的認識，用自己的雙手選擇出最吸引人并且最有意義的項目。

3.提高衛星實驗平臺的開放性與多樣性。除了教育實踐空間項目對航空航天教育帶來的價值之外，學生建造空間項目長期承諾創新型大學的任務是可直接有利于空間行業本身。目前，各大學中設立的大學或研究生開放實驗室及其配套的開放創新基金都是一些很好的嘗試，取得了很好的效果，但其范圍需要擴大，讓大學生能夠進入一些比較前沿的和良好國際合作背景的研究型實驗室，使其很早就能受到良好的學術熏陶，以促進其產生向更高層次發展的內部動機和欲望。

4.加強學習能力的培養。發展學生的學習能力，使其成為高效、獨立的終生學習者是PBL的重要目標之一。通過參加PBL學習，讓學生明白學習不完全是個人的事情，在PBL小組中每個學生都擔當一定的角色，并承擔相應的責任，在小組討論中無私貢獻自己的學習成果，并吸取其他成員的學習成果，達到共同進步。

5.建立合理多樣化的評估體系。在實施PBL的過程中，可以采用學生自我評價、同學互評及教師評價相結合的辦法，注重學生的過程表現，而不是結果。創新人才的多樣性和創新思維的多樣性決定了我們不能用一刀切的方法來評價學生，而是要采取靈活多樣的評估體系，建立激發創新的長效機制。除了評估認知能力的發展和成就，情感變化也要被評估。評估學生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰性問題中的意愿和控制問題解決進展的感覺也很重要。

四、結論

PBL植根于建構主義理論之上，強調發現和知識意義的構建，是一種先進的培育創新精神和激發創新思維活動的教學/學習方式。PBL強調以學生為中心，問題、教師和團隊學習是PBL教學法實施的三大關鍵要素。本文在總結PBL理論的基礎上，在此基礎上根據我國航天工程教育的現狀，從國外幾個航空航天教育典型案例吸取經驗，討論了以小衛星作為航天工程教育工具的重要性;其次，敘述了它作為太空技術發展新成員的重要性。探討了基于PBL理論的航天工程教育在學生群體中推行的途徑，期望能促進教育工作者對有關問題的思考。

由學生運作衛星項目極具挑戰性，但這會給參與項目的學生和院校帶來巨大回報。這些項目提供大學生關于設計、分析、測試、制造和操作空間系統方面的實踐經歷。有證據表明，參與空間飛行器設計項目的學生，能力得到顯著提高。統計證據也顯示如果相當數量的大學參與空間飛行器設計活動，進入空間領域工作的學生數量會顯著增長。

參考文獻：

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貴州省白云區舉辦“航天科技連著你和我

2012年12月3日下午，“航天科技連著你和我——院士專家校園行”的專家走進貴州省白云二中，為白云二中400余名學生進行航空航天科普講座。受邀的專家是我國著名的科學美術家、中國科普作家協會常務理事、原中國宇航學會《太空探索》雜志社社長兼主編田如森研究員。田如森以他長期從事航空航天科普創作的深厚功底，淵博本文由收集整理的知識，用通俗易懂、深入淺出、形象生動的語言，將世界航空航天的發展歷程，我國航空航天的昨天、今天以及將來的發展方向等航空航天深奧的前沿科技傳授給學生，不時博得學生們陣陣熱烈的掌聲。

田如森介紹完以上內容后，與聆聽的學生展開互動。同學們在聽田如森的報告時，認真地作筆記，把自己感興趣的問題記在筆記本上。互動開始，全場頓時熱鬧起來，紛紛舉手向專家請教各種問題。田如森用他扎實的理論、平實的語言，一一向學生們進行解答。

通過田如森的報告，引起了同學們對航空航天科學的關注和極大的興趣，滿足了同學們對現代科學的欲望，激勵了同學們為國家的振興、人類的進步、中華民族的偉大復興而努力學習科學文化知識的熱情。同學們都表示，享受了一堂科學文化的大餐。

篇（11）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0261-02

引言：

目前，由于通信工程專業的重要性和應用廣泛性。在全國工科高校中，基本上都設有通信工程專業，其中，《通信原理》課程是通信工程專業的核心專業基礎課。該課程內容主要介紹了通信系統的基本架構、通信系統模型、不同模型對應的不同調制解調方法、影響通信系統性能的參數以及設計通信系統所要遵循的原則等內容。在整個通信工程專業，它起到了從基礎理論向專業子方向轉變的一個承上啟下的作用，在整個專業體系架構中地位舉足輕重。經過多年發展，傳統的《通信原理》課程內容體系與教學方法，已經趨于成熟，具有普遍性。然而，具體到某個高校，由于受到其發展歷史、學科特色、行業背景等多種因素的影響，其專業課程體系結構和培養人才側重也有很大區別[1]。以筆者所在的航天類院校為例，整個學校在專業設置及人才培養上，都具有鮮明的航天色彩或針對航天應用。在這樣的背景下，對于《通信原理》課程的教學，僅僅參考傳統的教學方法雖然也能夠完成教學任務，但是卻不足以體現學校特色，不足以配合整個專科課程體系的設置，特別是不足以支撐后面具有航天特色專業選修課的教學活動[2]。因此，在《通信原理》傳統教學方法的基礎上，融入航天特色導向或改進方法，讓學生了在學習通信原理的同時，了解具體知識點在在航天領域某處應用方法或思想，形成鮮明的航天特色教學導向，是該課程教學方法上應該考慮和解決的問題。

一、融合特色教學存在問題

在尋找將《通信原理》課程中融入航天特色教學改進的方法之前，首先需要剖析傳統的課程教學方法在特色融入方面存在的一些不足，主要表現在以下幾個方面。

1.教學導向不明。《通信原理》作為通信工程專業的核心課程，具有比較久的教學歷史。由于其教學內容體系成熟、章節內容結構明確，雖然每個高校在教學方法和細節上都會有一套自己的教學套路，但總的來說都是大同小異。在教學導向上，并不具有鮮明特色。課程教師往往只是關注通信原理課程內容本身，忽略課程的承前繼后性。一些比較好的教學單位，在關注內容本身的基礎上，針對某些知識點，會強調或者擴展一些與實際聯系緊密的應用或者例子，但從整體來看，這種強調或者擴展，是一種基于教學內容以及教師自身知識結構、實際工程經驗或者教學積累而隨機的進行講解，并沒有形成一個統一的體系結構，具有一定的盲目性和隨機性[3]。目前，在具有鮮明特色的高校中，本課程也很少能成體系地形成專注于某個特色的導向性教學。一些不具有鮮明特色的高校，如某科技大學或者某工業大學，則對課程內容特定的教學導向需求不高，教學過程中自然不會體現得很明顯。但是對于一些特色鮮明類高校，如筆者所在的航天特色院校，大到整個學校的院系設置，小到每個專業課程的內容、實驗設計，都會或多或少存在航空航天的影子。在這種情況下，對于《通信原理》這種核心課程，就不能只是單純地按照傳統的教學方式來進行，應該結合實際情況，在教學內容上，按照大綱內容教學，在教學導向上，應注重結合學校的航天特色，將通信在航天應用隱形地穿插于教學內容中，這樣既可以聯系理論與實際，又可以體現航天特色，形成鮮明的教學導向。

2.教學內容豐富度不夠。在《通信原理》課程內容的教學活動中，每一章節內容基本固定，傳統方式一般是授課老師根據所教學生具體層次或水平，靈活講解內容，水平高的學生，老師就多講些，水平低的學生，老師就選講章節內容。在這種教學方式下，一般也會取得相對合理的教學結果。然而，基于學生水平而決定講解內容多少的方式，是一種相對被動的方式，主要體現在：（1）學生水平的高低與教學內容的選取關系，沒有客觀的評價標準，往往是授課教師根據經驗來進行選取。（2）同一個教師，針對同一層次學生，教學內容往往相同，忽略掉上課學生群體的自身差異性。（3）對于具有鮮明特色的高校中，以航天類高校為例，教學內容與學校特色結合較少，整體體現松耦合。

3.教學形式單一。目前，高校《通信原理》專業課，主要教學形式采用板書與PPT講解相結合的方式，相配套的《通信原理實驗》課，或者納入整個通信原理理論課程中，或者單獨成課，無論哪種方式，基本教學形式就是課堂板書、PPT、配套實驗三者相結合為主。這種教學形式，已經可以達到普通的教學任務要求，但具體到具有航天特色背景的高校中，則需要在此基礎上，考慮在教學形式上如何進一步融入航天類元素，如何拓展多種形式的教學方法，如何更加生動、形象又不失趣味地將《通信原理》課程的基本原理闡述清楚，并且讓學生有應用于實際的欲望。

二、課程教學融入航天特色方法及途徑

在全面剖析傳統《通信原理》教學方法在融入特色教學中存在的問題后，筆者基于在航天類院校實際《通信原理》課程教學實踐，在課程教學融入航天特色方面總結以下幾方面改進建議：

1.結合學校背景，有意識地建立特色教學導向。以筆者所在航天類學校為例，航天特色鮮明，在實際教學過程中，將通信原理每一章節內容、舉例有意識向航天應用靠攏，讓學生在潛移默化中了解通信在航天中的應用，進而理解課程內容。如講解通信傳輸信道時，分為有線信道和無線信道，此時可舉例，在衛星與地面通信時，通常用的是無線信道，同時簡單說明一下，這個信道傳輸中會有哪些影響因素，甚至可以做一個簡單的動畫課件或者一個小視頻形象說明。很多學生對航天很感興趣，如果加以合理引導，就會很自然將知識點融入到例子中，避免了死記硬背的麻煩，再以此為基礎，逐步擴展到其他的信道應用。這樣就會在完成教學任務的基礎上，體現了航天院校的特色，同時也讓學生感受到自己所在院校本身的航天特色，在平時的學習生活中，也會不自覺地關注航天類信息，反過來加深對課程內容本身的理解。

2.豐富教學內容，實現合理化的對象針對性教學。對于具有鮮明特色的院校內《通信原理》課程，在整體課程體系設置和知識點上，應體現其特色。在航天特色鮮明院校中教授《通信原理》實踐中，如介紹不同數字調制方式時，可在講解知識點的基礎上，具體講解一種衛星通信的調制方式，即使不用深入介紹，學生也可通過這個過程，初步理解衛星通信的一些基本的概念，不但加深了對知識點的理解，同時也對衛星的信息天地通信方式有了進一步的了解。

3.在傳統教學形式基礎上，探索挖掘多樣化教學方式。為了融入航天特色，在板書、PPT和實驗的基礎上，可嘗試新的教學形式。其中，一個重要的參考依據就是根據學校特色和背景來展開探索，進一步地加深專業課程與學校特色的融合。以航天類院校為例，可在兩方面展開嘗試：一方面，開展基于學習小組的小課題研究。在《通信原理》教學中，除了課上時間，可給學生提供一些與航天應用或系統設計有關的小型課題，讓學生以小組的形式，根據興趣，自由選題并展開研究，最后以論文或者研究報告的形式上交作為平時成績。這種方式，可使學生有更多的時間來選擇自己感興趣的東西，并且將教學內容與航天特色相結合，提高能力。另一方面，可將matlab等常用輔助仿真工具，融入到日常教學中[4]。例如在講解常規雙邊帶調制過程中，可先用matlab的simulink工具，按照AM調制原理，搭建出調制和解調的系統模型，在課堂教學中，可以實時地運行程序，讓學生直觀地感受到AM調制的過程，加深對系統原理的理解。

三、總結

本文以筆者所在航天特色鮮明的高校中《通信原理》課程為例，深入分析了如何將這類核心專業課程中加入學校航天特色元素，在課上及課下營造航天知識的學習氛圍，探索特色教學方法，在完成教學任務的基礎上，提高教學質量。在具有鮮明特色背景的高校中，不僅僅其整體的專業設置與課程體系，要與學校特色相融合，具體到每一門課程，也要在教學導向、內容及教學形式方面，探求新的思想和方法，并將其潛移默化地融入到每一節課的課堂中，使學生具有明顯行業背景，無論對于將來的工作或者繼續深造甚至個人方向的選擇上，都會有積極的影響。

參考文獻：

[1]徐楨，劉凱，張軍.“現代通信原理”教學改革中的嘗試與思考[J].電氣電子教學學報，2008，30（3）：6-7.