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非航空类高校新航空类专业课教学探索

时间:2023-05-09 16:24:09

非航空类高校新航空类专业课教学探索

摘要以高校飞行器控制与信息工程专业的无人驾驶航空器开发与应用课程为例,立足非航空类高校的校情,创新性地提出学前教育、模块化两阶段教学理念,明确无人飞行器专业“教、学、考、用”之间的关系,为高校无人飞行器专业人才的培养探索一套专业课程讲授的方法,为非航空类高校提供借鉴。

关键词高校;无人飞行器;教学方法;人才培养

0引言

随着将中国航空航天有关装备列入“中国制造2025”十大重点领域[1]和工业4.0概念的普及,我国航空航天制造业蓬勃发展,呈现出智能化、高端化、综合化的发展态势,对航空航天制造类专业人才的需求和培养提出更高要求[2-3]。为了培养服务国家战略需求的创新型航空航天人才,高校开设的航空类专业课程也应与这些特点相呼应。从2017年开始,截止到2021年7月,国内已有11所高校设置无人飞行器相关航空类专业——飞行器控制与信息工程,其中绝大部分高校是没有航空专业背景的地方高校,无人飞行器专业课程的教学需要找到符合自身特点的教学方法。目前,我国航空类院校传统的教学方法注重课堂知识点传授和对基本知识掌握程度的考察,人才培养方面存在一定程度的不足。通过对传统教学方法的改革,培养服务国家战略需求的创新型航空航天人才,是推进此类专业可持续发展的必然趋势[4]。

1教学方法改革的主要思路

1.1夯实基础,着重能力培养,推行“学前教育”

无人驾驶航空器设计开发与应用需要多门基础专业课程作为先期课程。无人飞行器专业学生的一个非常重要的培养目标就是能够进行无人飞行器的相关设计,但要进行相关设计需要掌握多个不同课程的知识,所需前期课程如图1所示。要求学生知道哪些专业课中的哪些知识是非常重要的,从而有针对性地着重学习,为今后无人飞行器的相关设计提供理论基础。

1.2组建教学基地,加强学生应用能力的培养

在校内基本理论学习、基础实验学习的基础上,参与联合建立校外实践基地实习教学。通过一组相关联的集成课程体系的学习,结合校内实验和校外实践,各个项目反复做好“做中学”,提高学生自主学习专业知识、团队合作分享、利用无人机设计理论知识解决设计问题和沟通交流的能力。

1.3教师主导、学生主体,培养学生创新精神与无人机设计实践能力

Winne[5]提出自主学习能力培养的三种途径:接受针对自主学习的教学、学生的观察学习、学生自己的探索。先要提高对无人机设计整个实例过程教学地位的认知,切实把无人机设计实例教学看作一个子系统,而且是在整个教学系统中,建立在理论教学基础之上的子系统。这个子系统的任务是让学生学会如何在无人飞行器中分析遇到的问题,并学会利用理论知识解决无人飞行器设计问题,具备严谨的无人飞行器设计开发研究等相关能力。然后再按照教学体系的总体考虑和学生知识水平布置学生进行分组合作,将无人机设计实践与实验的内容按不同层次加以划分。每一个层次中,学生的无人飞行器设计能力和在此基础上的创新都分配不同的培养任务。在实践教学中,要求学生既要亲自设计无人飞行器,又要思考创新,达成实践教学目标。

1.4以工程实例教学为导向

案例教学法起源于美国哈佛大学,是美国职业教育普遍采用的教学方法之一[6]。它是指以知行合一、理论联系实践为目的,通过典型的无人机设计简单案例,给学生展示真实的无人机设计环境;通过多向互动,重点建立学生对无人机设计各模块知识应用和团队合作的能力,促使学生理解无人机设计问题中较为复杂的设计问题[7]。案例教学法强调教学的主体是学生,尤其重视能力的培养,将被动灌输转变为由任务驱动的主动探索,强调互动式教学,培养学生集体意识。在此过程中,教学与经典工程实例建立直接的联系,因此,案例教学法非常适合航空类无人飞行器专业课程的教学。

1.5创新考核机制

改革传统的期末考试形式,在整个课程教学中弹性考核,增加教学过程考核,充分尊重学生的兴趣和爱好。在整个学期内培养学生对无人机设计知识的自学能力,让学生对自己的课程学习计划进行详细的规划和设计。

2教学方法改革的具体措施

创新地提出学前教育、模块化,两个阶段等教学方法与教学手段,如图2所示,教学方法改革的具体措施如下。2.1创新性地提出课程的学前教育无人驾驶航空器设计开发与应用课程需要用到多个课程的知识,在无人飞行器专业大一新生报到后,给学生开一次无人飞行器知识或课程讲座,介绍该专业最重要的专业课——如何设计一架简单的无人机,给学生介绍需要用到哪些课程、哪些知识,让学生从大一开始就参与无人机设计相关知识的学习,强调教学内容的超前性。

2.2理论联系实际,积极组织比赛

无人机设计需要多动手,联系相关公司赞助每年举行一次校级无人机航模比赛,要求大一、大二所有无人机专业的学生参加,并给予一定的学分及物质奖励,调动学生的积极性。让无人飞行器专业的学生从大一入学后就亲自参与无人机设计,大三或大四的学生可以将已掌握的无人飞行器设计知识应用到比赛当中。各年级学生相互学习,相互促进,在动手锻炼中夯实理论知识,掌握无人飞行器设计,动手动脑,全面发展。

2.3模块化,两个阶段

根据所讲课程的内容,将其分为不同的无人机设计相关模块,分别讲解。第一阶段,初期教学以统一教学为主,讲解相关的无人飞行器设计知识;第二阶段,充分认识学生的学习能力,将学生分组,小组之内相互学习、相互帮助,直到小组成员都掌握无人飞行器设计这门课程的相关知识。在教学过程中,强调学生对无人机设计相关问题所需思维的训练,充分发挥学生在无人机设计学习中的积极主动性,不仅能够使学生感受无人机设计的整个学习过程,还可以让学生领悟学习无人机设计的过程和无人机设计的结果同样重要。

2.4课前、课中、课后及最后五分钟

课前除预习相关知识外,给学生选取无人飞行器设计相关且具有工程性的例子让学生思考;课中除理论知识讲解外,抽出某几次课讲解无人飞行器设计中的经典工程实例,让学生学到具体的设计理论、设计方法、设计经验,提高学生实际解决无人机设计中基本问题的能力;课后除布置精选的具有代表性的作业外,也精选一些工程性设计题目,让学生动手解决工程中遇到的一些实际问题;根据上课情况,选择几次课最后五分钟左右时间,集中回答学生遇到最多的问题,并进行讨论。

2.5创新考核机制

改革传统的期末考试形式,充分尊重学生对无人机设计的兴趣,培养学生对无人机设计所需知识的自主学习能力,帮助学生规划符合自身特点的无人机设计学习、实践计划。在整个课程教学中弹性考核,增加教学过程考核,随堂小测、参加比赛、实践实习、学术小论文等均可作为课程的考核指标。

2.6后期教育

无人驾驶航空器设计与开发应用课程结束之后,学生可回到实验室继续从事复杂高级无人飞行器设计的实验学习,为进一步掌握无人飞行器设计相关知识打下更好的基础。

2.7联系相关无人机公司

为学生提供较好的无人机设计相关实习基地,让学生能够应用在校内学习的无人机设计理论知识与无人机设计经验,形成校内教学、校外实践于一体的教学模式。

2.8与其他高校交流教学经验

无人驾驶航空器设计开发与应用是一门融合多个学科知识的课程,相关教学方法需要时间来验证。可以去航空类高校调研,学习先进的教学方法和教学理论,为课题的开展和建立具有中原工学院特色的地方高校无人飞行器专业课程教学方法提供参考。

2.9思政元素融入

从国内权威报告等渠道广泛收集整理截至目前我国在无人飞行器领域取得的一些代表性成就,以及我国围绕无人飞行器所做的战略规划,有机融入无人驾驶航空器设计与开发应用专业课程教学,培养学生的民族自豪感,并通过分析无人飞行器产业发展背后的家国情怀,培养学生的历史使命感。

3结束语

通过对无人飞行器专业课程进行教学方法的改革,有针对性地设计和开展相关教学项目及实验项目,将有利于无人驾驶航空器设计与开发应用专业课程的相关教学探索,有助于学生掌握从事航空类无人飞行相关专业所需的基础知识以及专业知识,加强无人飞行器专业学生对无人飞行器设计的综合掌握程度,培养学生通过不断自学提升自己从事无人机设计所需知识和设计无人机、解决设计过程出现问题的能力,拓展学生知识面,增加系统的工程实践经历,让学生发现航空工程领域的相关工程技术问题,并给出解决方案,培养服务国家战略需求的创新型航空航天人才。无人飞行器专业作为中原工学院航空类的新专业,是学校“一体两翼”中的两个发展方向之一,也是学校具有代表性的一个专业。把这个专业建设好,尤其是把相关专业课程建设好,对学校无人飞行器专业的发展将有非常好的指导意义,将促进专业建设、专业人才培养质量等方面更好地发展。因此,本研究为中原工学院航空类无人飞行器专业人才培养探索一套无人飞行器专业课程讲授的方法,为形成系统化的教学标准提供有力的支撑,为其他高职或地方本科高校无人飞行器专业人才培养提供借鉴。

参考文献

[1]国家制造强国建设战略咨询委员会.《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书[M].北京:电子工业出版社,2016.

[2]沈敏.高等教育国际化背景下航空航天人才培养模式的探究[J].中国科教创新导刊,2013(7):19.

[3]张丽萍.试论科学发展观与高校创新人才培养[J].理论导刊,2009(9):101-102,105.

[4]齐振超,安鲁陵.“互联网+”时代航空航天制造专业教学方法的探讨[J].高教学刊,2017(17):77-80.

[5]WinnePH.Experimentingtobootstrapself-regulatedlearning[J].JournalofEducationalPsychology,1997,89(3):397-410.

[6]王青梅,赵革.国内外案例教学法研究综述[J].宁波大学学报(教育科学版),2009,31(3):7-11.

[7]陈玉荣.试论案例教学法[J].中国职业技术教育,2004(31):19-21.

作者:张利民 路向阳 柴旭朝 李召 温鹏伟 周同驰 单位:中原工学院电子信息学院 中原工学院电子信息学院