喬兵+朱嘯宇+康國(guó)華+李爽

摘要：基于問題的學(xué)習(xí)（PBL：Problem Based Learning）是一個(gè)學(xué)習(xí)者主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的過程，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，教師僅僅起到引導(dǎo)學(xué)生去進(jìn)行建構(gòu)性活動(dòng)的角色。在PBL中，由教師根據(jù)課程要求和學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)預(yù)先定義一個(gè)不完整的或劣構(gòu)的問題，讓學(xué)生進(jìn)行研究，理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用已掌握的知識(shí)和技能厘清問題、分解問題并提出解決問題的可行方案，從而不僅使學(xué)生獲取了知識(shí)，并且學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)解決問題。本文對(duì)PBL理論進(jìn)行了綜述，總結(jié)了幾個(gè)國(guó)外航空航天工程教育案例，在此基礎(chǔ)上根據(jù)我國(guó)航天工程教育的現(xiàn)狀，討論了以小衛(wèi)星作為航天工程教育載體的重要性，并探討了PBL教學(xué)方法在航天工程教育中的推行途徑。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義;基于問題的學(xué)習(xí);航天工程教育;小衛(wèi)星

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）42-0140-04

自改革開放到21世紀(jì)初期，中國(guó)的發(fā)展世界矚目，我們不論在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，中國(guó)已成為名副其實(shí)的世界大國(guó)，取得這樣的成就，在很大程度上依賴于我國(guó)推行的科教興國(guó)戰(zhàn)略所造就的龐大的優(yōu)秀人才隊(duì)伍。然而，不容忽視的現(xiàn)實(shí)是，目前我國(guó)培養(yǎng)的工程師隊(duì)伍雖然已經(jīng)超出美國(guó)的10倍，但是工程師的整體知識(shí)水平、設(shè)計(jì)能力，尤其是優(yōu)秀工程師的總體質(zhì)量與美國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家甚至一些發(fā)展中國(guó)家都有很大的差距[1]，具體表現(xiàn)在工程教育方面就是教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)需求相脫節(jié)，工程實(shí)踐經(jīng)歷缺乏，工程師培養(yǎng)體系不夠健全等。導(dǎo)致這些問題的深層次原因主要在于我國(guó)的工程教育依然停留在科學(xué)范式而不是工程范式，工程教育過分強(qiáng)調(diào)了工程科學(xué)，而忽視了諸如設(shè)計(jì)等實(shí)踐能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)[1-2]。工程教育不同于自然科學(xué)教育，它是一種以技術(shù)科學(xué)為主要學(xué)科基礎(chǔ)，以培養(yǎng)工程技術(shù)人才為主要目標(biāo)的專門教育[3]。即工程教育的目的就是培養(yǎng)工程師，這一理念在包括像MIT這樣的世界一流大學(xué)早已達(dá)成共識(shí)，MIT的畢業(yè)生，無論學(xué)士、碩士或博士，到公司就職就是擔(dān)任工程技術(shù)人員。通過工程教育提高工程師教育的水平，完成這一目標(biāo)有兩點(diǎn)很重要：教育的方式和教育的工具。PBL是一種應(yīng)用廣泛學(xué)科教學(xué)方法，它不僅僅使學(xué)生獲取知識(shí)，并且要求他們學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)。讓學(xué)生能夠?qū)⑿碌男畔⑴c學(xué)過的知識(shí)結(jié)合起來明白他們應(yīng)該如何應(yīng)用掌握知識(shí)。在建立學(xué)習(xí)的框架時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)并且激活這些知識(shí)。加快新信息的處理和幫助學(xué)生建立有意義的聯(lián)系是教育和學(xué)習(xí)的基本要求。PBL促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與和學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)變成一個(gè)發(fā)現(xiàn)的過程——討論問題、研究背景、分析解決方法、設(shè)計(jì)方案、得出最終結(jié)果。這種主動(dòng)學(xué)習(xí)方法不僅對(duì)于學(xué)生來說更加有趣，也使學(xué)生們對(duì)資料有了更深的了解。近年來，我國(guó)教育界的學(xué)者和奮戰(zhàn)在一線的教育工作者們以這種理論為基礎(chǔ)，針對(duì)我國(guó)教育教學(xué)的實(shí)際情況，進(jìn)行了一系列基于PBL理論的教育教學(xué)改革理論研究和實(shí)踐，取得了一定的效果。近年來，“小衛(wèi)星”已經(jīng)成為航天發(fā)展的熱點(diǎn)話題，而將小衛(wèi)星作為航天工程教育的平臺(tái)，也越來越成為一種趨勢(shì)。以小衛(wèi)星作為載體開展航天工程教育的優(yōu)勢(shì)在于：（1）成本低，多數(shù)大學(xué)里的實(shí)驗(yàn)室都可以開展這類項(xiàng)目;（2）開發(fā)周期短（一年到兩年），學(xué)生可以在畢業(yè)前看到項(xiàng)目成果;（3）體積小，重量輕，使制造和測(cè)試可以在比較狹小的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行;（4）復(fù)雜度適中的衛(wèi)星系統(tǒng)，使學(xué)生在參與整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)工程實(shí)施的過程中，能夠獲得一些具體的系統(tǒng)或子系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)。作為教育工具，小衛(wèi)星的重要意義在于：可由學(xué)生自主設(shè)計(jì)、制造甚至發(fā)射升空，即使不能發(fā)射，也應(yīng)在與實(shí)際發(fā)射相似的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)檫@樣學(xué)生可以得到真實(shí)情況的反饋，雖然有時(shí)實(shí)驗(yàn)會(huì)失敗，但失敗也都是下一次實(shí)驗(yàn)成功的基石?！霸O(shè)計(jì)-制造-測(cè)試-總結(jié)-再設(shè)計(jì)”這樣的系統(tǒng)循環(huán)設(shè)計(jì)模式，可以很容易地在機(jī)器人或計(jì)算機(jī)這類領(lǐng)域?qū)嵤?，但空間系統(tǒng)發(fā)展所需的巨大成本和少有的發(fā)射機(jī)會(huì)讓我們不得不停止發(fā)展空間教育中的這類循環(huán)模式。而小衛(wèi)星計(jì)劃可以提供一個(gè)工具以實(shí)現(xiàn)該模式。

一、基于問題的學(xué)習(xí)

基于問題的學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的主動(dòng)型教學(xué)模式和課程體系設(shè)置方法，其最初是由加拿大的麥克馬斯特大學(xué)（McMaster University）醫(yī)學(xué)院于20世紀(jì)60年代在醫(yī)學(xué)課程教改中逐步形成并提煉出來的。在PBL中，教師根據(jù)課程要求和學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)預(yù)先定義一個(gè)不完整的或劣構(gòu)的問題，然后讓學(xué)生進(jìn)行研究，理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用已掌握的知識(shí)和技能提出解決問題的可行方案，讓學(xué)生親身參與問題求解的每一個(gè)步驟和知識(shí)構(gòu)建的過程，從而將其先前獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)很好地整合起來，使已有知識(shí)結(jié)構(gòu)得到完善的同時(shí)達(dá)到對(duì)新知識(shí)的理解與掌。

1.目標(biāo)和基于問題的學(xué)習(xí)法的特點(diǎn)?；趩栴}的學(xué)習(xí)方法的主要目標(biāo)不僅僅是讓學(xué)生獲得知識(shí)，并且要運(yùn)用知識(shí)。PBL重視模型和問題的解決。它試圖模擬現(xiàn)實(shí)生活中的工程研究和開發(fā)過程。Barrows這樣描述PBL的主要特點(diǎn)：（1）學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心的，即學(xué)生選擇怎樣去學(xué)習(xí)和他們想要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。（2）學(xué)習(xí)在小團(tuán)體中展開并且提倡協(xié)作學(xué)習(xí)。（3）老師是促進(jìn)者、引導(dǎo)者或教練。（4）問題形成組織重點(diǎn)并刺激學(xué)習(xí)。（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(xué)獲得的。

2.PBL工程教育案例——麻省理工學(xué)院航空航天工程系。幾年前，在麻省理工學(xué)院的航空航天系成立了一個(gè)由教師和科研人員組成的新戰(zhàn)略計(jì)劃小組，專門負(fù)責(zé)課程改革。為了強(qiáng)調(diào)教育以學(xué)生為中心，討論小組花費(fèi)了一定的時(shí)間和精力通過對(duì)項(xiàng)目和學(xué)習(xí)成果進(jìn)行驗(yàn)收，設(shè)計(jì)了新的教學(xué)方法，建造與之配套的實(shí)驗(yàn)室。盡管基于問題的學(xué)習(xí)是關(guān)鍵，但它不是課程組織的原則。新的航空航天工程課程以現(xiàn)實(shí)生活中產(chǎn)品完整的生命周期工程為背景，即構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和執(zhí)行（CDIO），結(jié)合設(shè)計(jì)建造經(jīng)驗(yàn)，貫穿于整個(gè)項(xiàng)目中。接下來就是從簡(jiǎn)單的項(xiàng)目到高度復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立過程，以及從中取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。第一年，在《航空航天設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課上，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)、構(gòu)思并且試飛的由無線電控制浮空飛行器（LTA）。第二年，在《聯(lián)立工程學(xué)》課上，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)、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(dòng)力學(xué)》課上，從工廠或者政府以往項(xiàng)目中提出航空工業(yè)中很常見一個(gè)實(shí)際的問題，像是以洛克希德·馬丁戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)系統(tǒng)為模板提供項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案。高級(jí)課程完全利用基于問題的學(xué)習(xí)方法，如：《實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室空間系統(tǒng)工程》、《CDIO高等課程》。在這些PBL體驗(yàn)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己感興趣的問題，通過做實(shí)驗(yàn)找到解決方法，并用多學(xué)科方法設(shè)計(jì)出復(fù)雜系統(tǒng)。麻省理工學(xué)院航空航天系“復(fù)雜系統(tǒng)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室”的主任提出了一個(gè)對(duì)于基于問題的學(xué)習(xí)方法的分類框架（見表1）。它將問題分為四個(gè)等級(jí)，給出了解決基礎(chǔ)科學(xué)及先進(jìn)工程課題的系統(tǒng)方法。endprint

一級(jí)：?jiǎn)栴}集。問題集是指在大多數(shù)工程課程中發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)問題。它們往往具有一定的結(jié)構(gòu)與較成熟的解決方案（至少問題的設(shè)計(jì)者知道）。所有學(xué)生解決同樣的問題，有時(shí)獨(dú)自解決，有時(shí)以小組形式解決。問題需要在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)解決。二級(jí)：小型實(shí)驗(yàn)。小型實(shí)驗(yàn)是指在結(jié)構(gòu)化問題下的實(shí)驗(yàn)課。例如測(cè)量或觀察某種工程現(xiàn)象或數(shù)據(jù)。這些問題在一或兩個(gè)學(xué)期內(nèi)解決，可以“重復(fù)地進(jìn)行”，也就是說，每個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)解決與其他團(tuán)隊(duì)同樣的問題。在麻省理工學(xué)院有許多例子，如《聯(lián)立工程學(xué)》課上的桁架實(shí)驗(yàn)室，《空氣動(dòng)力學(xué)》課上對(duì)在風(fēng)洞中的流速計(jì)的校準(zhǔn)，《航空航天設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課上對(duì)空氣動(dòng)力減速器的各種測(cè)試。三級(jí)：大型實(shí)驗(yàn)。比起前幾個(gè)階段，這個(gè)階段的問題需要更長(zhǎng)的時(shí)間去解決，可能會(huì)耗費(fèi)幾周或整個(gè)學(xué)期。到了這個(gè)階段問題明顯復(fù)雜了很多，需要更多的規(guī)劃和教員支持。在麻省理工學(xué)院有許多如是例子：《實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室》課上的風(fēng)洞試驗(yàn)、飛行器模型項(xiàng)目，《空氣動(dòng)力學(xué)》課上的機(jī)械項(xiàng)目，《航空航天教育導(dǎo)論》課上的輕于空氣的飛艇，《聯(lián)立工程學(xué)》課上的電動(dòng)飛行器設(shè)計(jì)等。四級(jí)：頂級(jí)CDIO實(shí)驗(yàn)。這個(gè)階段在系統(tǒng)中整合了核心工程的頂級(jí)實(shí)驗(yàn)。麻省理工學(xué)院的航空航天工程項(xiàng)目用構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作（CDIO）的方法來設(shè)法更接近于實(shí)際工程。在頂級(jí)實(shí)驗(yàn)中，工程的四個(gè)階段都將涉及。頂級(jí)實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目均為研究的重點(diǎn)，需要更多的資金，工程的復(fù)雜度和依賴經(jīng)驗(yàn)的程度也很高。例如麻省理工學(xué)院的自主衛(wèi)星光學(xué)陣列項(xiàng)目和磁控編隊(duì)飛行器。四級(jí)的項(xiàng)目需要學(xué)生、老師和研究員花費(fèi)三個(gè)學(xué)期去完成?？梢钥闯鋈?jí)和四級(jí)問題的解決過程是由學(xué)生主導(dǎo)的、不受約束的、復(fù)雜的、多方面的且具有很高的主動(dòng)性過程，符合之前所說的PBL標(biāo)準(zhǔn)。然而一級(jí)和二級(jí)中的項(xiàng)目體驗(yàn)過程更結(jié)構(gòu)化，在這個(gè)過程中學(xué)生體驗(yàn)到關(guān)于問題構(gòu)想的有用指導(dǎo)，使用工具進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)?；趩栴}的學(xué)習(xí)方法和設(shè)計(jì)-制造經(jīng)驗(yàn)貫穿了整個(gè)麻省理工學(xué)院航空航天工程系的本科生階段。使用四個(gè)等級(jí)的框架來層次化PBL體驗(yàn)過程確保了從高度結(jié)構(gòu)化問題到無約束和復(fù)雜問題情況的合理推廣。

3.基于問題的學(xué)習(xí)方法的評(píng)估?；趩栴}的學(xué)習(xí)方法的評(píng)估是多模式和長(zhǎng)期性的。這些方法包括實(shí)驗(yàn)室期刊、技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)、設(shè)計(jì)審查、技術(shù)報(bào)告、團(tuán)隊(duì)協(xié)作評(píng)估、設(shè)計(jì)作品、互評(píng)和自評(píng)。教師的角色主要是顧問和指導(dǎo)員，以及在學(xué)習(xí)過程中為學(xué)生提供大量反饋信息。在《航空航天設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課上，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)、制造并試飛由無線電控制的浮空飛行器，設(shè)計(jì)審查作品和最后的評(píng)估工作都是由飛行器競(jìng)賽的方式進(jìn)行。在《綜合工程》課的飛行器設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，二年級(jí)學(xué)生分析在問題集中與氣動(dòng)性能、穩(wěn)定性和推進(jìn)裝置有關(guān)的問題，并動(dòng)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(píng)估手段包括問題集、設(shè)計(jì)審查以及最后的一場(chǎng)比賽。

除了評(píng)估認(rèn)知能力的培養(yǎng)效果，情感變化也要被評(píng)估。評(píng)估學(xué)生們?cè)趩栴}處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進(jìn)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(píng)進(jìn)行評(píng)估。

二、小衛(wèi)星平臺(tái)與基于PBL的航天工程教育創(chuàng)新結(jié)合途徑

在全球化大背景下，除去意識(shí)形態(tài)的差別，世界人才的標(biāo)準(zhǔn)正趨于統(tǒng)一。根據(jù)著名的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，即：構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作）工程教育模型，工程教育包括以下幾大培養(yǎng)目標(biāo)：掌握深厚的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用技術(shù);善于構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作新產(chǎn)品或系統(tǒng)的能力;承擔(dān)和實(shí)施復(fù)雜系統(tǒng)工程的能力;適應(yīng)現(xiàn)代團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)模式及其開發(fā)環(huán)境。這些目標(biāo)是直接參照工業(yè)界的需求而制定的，它實(shí)際上定義了現(xiàn)代工程技術(shù)人員的素質(zhì)構(gòu)成。

1.小衛(wèi)星作為航天工程教育的意義。小衛(wèi)星為空間發(fā)展提供了的一條新途徑，這是與以往基于傳統(tǒng)空間開發(fā)模式的“政府導(dǎo)向的大型項(xiàng)目”完全不同的。此外，NASA已經(jīng)開展了很多項(xiàng)目為大學(xué)提供發(fā)射機(jī)會(huì)，讓他們逐漸學(xué)會(huì)如何開發(fā)、運(yùn)營(yíng)衛(wèi)星。超小型衛(wèi)星計(jì)劃是其中一個(gè)著名的案例，選定十所大學(xué)并給予他們項(xiàng)目資金，最終的成品將搭載航天飛機(jī)發(fā)射上天。憑借多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，一些大學(xué)已經(jīng)能夠制造衛(wèi)星，甚至出售衛(wèi)星給其他大學(xué)或國(guó)家。小衛(wèi)星為大型衛(wèi)星上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一些任務(wù)提供了一條新的實(shí)現(xiàn)途徑。一定數(shù)目的小衛(wèi)星協(xié)作是一個(gè)非常重要的概念，通常被稱為“星座”或“編隊(duì)飛行”。這種多衛(wèi)星體系的優(yōu)點(diǎn)是容錯(cuò)量大、重構(gòu)能力強(qiáng)、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好。

2.基于小衛(wèi)星平臺(tái)的航天工程教育項(xiàng)目。小衛(wèi)星的操作訓(xùn)練為大學(xué)生的太空教育提供了一個(gè)特別的機(jī)會(huì)，讓他們能夠體驗(yàn)從任務(wù)創(chuàng)建、衛(wèi)星設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、發(fā)射、運(yùn)行，直到結(jié)果的分析的整個(gè)太空項(xiàng)目周期。同時(shí)他們還能從這些項(xiàng)目中學(xué)到項(xiàng)目管理和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等重要技能。小衛(wèi)星項(xiàng)目不僅對(duì)教育有益，而且有望成為太空技術(shù)發(fā)展與商業(yè)運(yùn)營(yíng)中的一名新成員。（1）日本衛(wèi)星設(shè)計(jì)大賽。上世紀(jì)90年代初期，日本的大學(xué)小衛(wèi)星研究項(xiàng)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)和歐洲各國(guó)。然而，在意識(shí)到了小衛(wèi)星在教育和技術(shù)發(fā)展上的重要性后，日本國(guó)內(nèi)開始大力推動(dòng)高校小衛(wèi)星設(shè)計(jì)-制造計(jì)劃。第一個(gè)里程碑是“衛(wèi)星設(shè)計(jì)大賽”。1992年三個(gè)學(xué)術(shù)社團(tuán)共同成立了大賽組委會(huì)，他們分別是JSME、JSASS與IEICE。經(jīng)過一年時(shí)間的準(zhǔn)備，于1993年舉辦了第一屆比賽。這項(xiàng)比賽的目的是為更多的大學(xué)生提供參與太空項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，同時(shí)鼓勵(lì)一流大學(xué)開始進(jìn)行實(shí)體衛(wèi)星的制造項(xiàng)目。評(píng)審項(xiàng)目分成兩大類，創(chuàng)意類評(píng)審該項(xiàng)目的創(chuàng)意與想法，設(shè)計(jì)類評(píng)審衛(wèi)星設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性。提交的項(xiàng)目首先會(huì)進(jìn)行初步的評(píng)審，合格的項(xiàng)目才能入圍最終的決賽。屆時(shí)，將進(jìn)行衛(wèi)星模型的展示和評(píng)審。優(yōu)秀的作品將獲得“設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”、“創(chuàng)意獎(jiǎng)”以及三大學(xué)術(shù)社團(tuán)頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng)。大賽每年都會(huì)收到20到30個(gè)創(chuàng)意獨(dú)特的項(xiàng)目。（2）大學(xué)空間系統(tǒng)研討會(huì)（USSS）以及CanSat項(xiàng)目。USSS始于1998年，每年11月由JUSTSAP小衛(wèi)星工作組在夏威夷舉辦。研討會(huì)的形式十分獨(dú)特，出席會(huì)議的日本和美國(guó)的大學(xué)首先提出自己衛(wèi)星項(xiàng)目的構(gòu)想，以及各大學(xué)自身的科研實(shí)力，然后將具有相同興趣、能力或科研實(shí)力的大學(xué)進(jìn)行組隊(duì)。各組展開討論，在一天半的研討會(huì)后，各組需要向其他組展示他們的項(xiàng)目設(shè)計(jì)書。這些項(xiàng)目要在USSS結(jié)束后的一年內(nèi)實(shí)施，他們的成果將在下一年的USSS上展示。其中最成功的項(xiàng)目就是CanSat（罐裝衛(wèi)星）項(xiàng)目了。CanSat項(xiàng)目是1998年由特維格教授提出的。在最初的計(jì)劃中，每所大學(xué)都要制造一個(gè)350mL飲料罐大小的微型衛(wèi)星，衛(wèi)星將被發(fā)射到軌道上，在下一年的USSS上進(jìn)行控制操作。（3）立方體衛(wèi)星。立方體衛(wèi)星項(xiàng)目由特維格教授在1999年的USSS大會(huì)上提出。立方體衛(wèi)星為重1kg，長(zhǎng)寬高均為10cm的微型衛(wèi)星。每所大學(xué)制作的立方體衛(wèi)星都被放在一個(gè)名為“P-POD”的盒形載體內(nèi)，它由俄羅斯的“第聶伯”火箭裝載發(fā)射升空。為了減少立方體衛(wèi)星和P-POD之間的機(jī)械和電氣接口，P-POD釋放機(jī)制設(shè)置得非常簡(jiǎn)單：當(dāng)P-POD的門打開，里面的立方體衛(wèi)星就被P-POD末端的彈簧彈出。東京大學(xué)和東京工業(yè)大學(xué)已經(jīng)開始了立方體衛(wèi)星項(xiàng)目，并大致完成了設(shè)計(jì)和EM級(jí)別的模型制造。這些大學(xué)的學(xué)生已經(jīng)在立方體衛(wèi)星項(xiàng)目中獲得了微型衛(wèi)星開發(fā)的基本專業(yè)知識(shí)。但他們現(xiàn)在需要面臨新的挑戰(zhàn)：如何使用現(xiàn)成的廉價(jià)的部件設(shè)計(jì)可靠的空間系統(tǒng)，如何進(jìn)行空間環(huán)境試驗(yàn)（如真空熱或輻射試驗(yàn)）并獲得試驗(yàn)結(jié)果，以及如何處理更大的風(fēng)險(xiǎn)，更多的人力資源、時(shí)間和成本。目前計(jì)劃于2002年底發(fā)射第一個(gè)立方體衛(wèi)星。（4）歐洲大學(xué)生月球軌道航天器。歐洲大學(xué)生月球軌道航天器ESMO是歐空局教育衛(wèi)星計(jì)劃的第四項(xiàng)任務(wù)，它是基于“歐洲大學(xué)生太空探索與技術(shù)倡議”計(jì)劃中的“SSETI-Express”衛(wèi)星。ESMO項(xiàng)目是為了吸引和培養(yǎng)下一代的月球與其他行星的工程師和科學(xué)家。航天器有效載荷包括：船載液壓雙組元推進(jìn)系統(tǒng)，用于飛船從地球同步軌道通過“日地系統(tǒng)中的拉格朗日點(diǎn)L1”轉(zhuǎn)移到繞月運(yùn)行軌道的過程，歷時(shí)3個(gè)月;表面光學(xué)成像的窄角相機(jī)和一個(gè)用于測(cè)繪全球引力場(chǎng)的子衛(wèi)星，將在歷時(shí)超過6個(gè)月的時(shí)間里執(zhí)行測(cè)量任務(wù);可供選擇的載荷還包括一個(gè)生物實(shí)驗(yàn)和一個(gè)微波輻射計(jì)。ESMO項(xiàng)目是未來歐洲的科學(xué)和勘探計(jì)劃的一個(gè)強(qiáng)大的動(dòng)手教育和公共宣傳工具。它是一個(gè)面向大學(xué)生的項(xiàng)目，訓(xùn)練和培養(yǎng)了下一代的月球任務(wù)的工程師和科學(xué)家。endprint

三、建立基于PBL的航天工程教育實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和培養(yǎng)范式

我國(guó)在“十二五”規(guī)劃中提出了“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略”，要“圍繞提高科技創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，以高層次創(chuàng)新型科技人才為重點(diǎn)，造就一批世界水平的科學(xué)家、科技領(lǐng)軍人才、工程師和高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。實(shí)施PBL教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，由于受國(guó)情、傳統(tǒng)教育教學(xué)模式和人才培養(yǎng)機(jī)制的約束，在中國(guó)工科大學(xué)中實(shí)施PBL教學(xué)存在問題案例少、實(shí)施成本高、評(píng)價(jià)方式單一和師生角色僵化等問題，因此，需要根據(jù)我國(guó)工程教育的現(xiàn)狀和國(guó)情對(duì)PBL教學(xué)進(jìn)行本地化處理，不能生搬硬套，具體來講有以下幾個(gè)方面需要注意。

1.樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念是實(shí)施PBL教學(xué)的前提條件，PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，作為PBL教學(xué)的實(shí)施者，教師必須要深刻認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。

2.根據(jù)具體航天任務(wù)設(shè)計(jì)問題。豐富的問題案例是PBL教學(xué)成功的關(guān)鍵。每門專業(yè)課的設(shè)置都是基于學(xué)生已具備一定的先修課程基礎(chǔ)為前提，但個(gè)體的差異不容忽視，教師或教師團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行某課程PBL問題設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，結(jié)合具體的實(shí)施條件進(jìn)行問題案例的設(shè)計(jì)。為了保持熱情，學(xué)生們可以一種競(jìng)賽的形式開始項(xiàng)目，學(xué)生們互相分享自己的認(rèn)識(shí)，用自己的雙手選擇出最吸引人并且最有意義的項(xiàng)目。

3.提高衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開放性與多樣性。除了教育實(shí)踐空間項(xiàng)目對(duì)航空航天教育帶來的價(jià)值之外，學(xué)生建造空間項(xiàng)目長(zhǎng)期承諾創(chuàng)新型大學(xué)的任務(wù)是可直接有利于空間行業(yè)本身。目前，各大學(xué)中設(shè)立的大學(xué)或研究生開放實(shí)驗(yàn)室及其配套的開放創(chuàng)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(kuò)大，讓大學(xué)生能夠進(jìn)入一些比較前沿的和良好國(guó)際合作背景的研究型實(shí)驗(yàn)室，使其很早就能受到良好的學(xué)術(shù)熏陶，以促進(jìn)其產(chǎn)生向更高層次發(fā)展的內(nèi)部動(dòng)機(jī)和欲望。

4.加強(qiáng)學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使其成為高效、獨(dú)立的終生學(xué)習(xí)者是PBL的重要目標(biāo)之一。通過參加PBL學(xué)習(xí)，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)不完全是個(gè)人的事情，在PBL小組中每個(gè)學(xué)生都擔(dān)當(dāng)一定的角色，并承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，在小組討論中無私貢獻(xiàn)自己的學(xué)習(xí)成果，并吸取其他成員的學(xué)習(xí)成果，達(dá)到共同進(jìn)步。

5.建立合理多樣化的評(píng)估體系。在實(shí)施PBL的過程中，可以采用學(xué)生自我評(píng)價(jià)、同學(xué)互評(píng)及教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的辦法，注重學(xué)生的過程表現(xiàn)，而不是結(jié)果。創(chuàng)新人才的多樣性和創(chuàng)新思維的多樣性決定了我們不能用一刀切的方法來評(píng)價(jià)學(xué)生，而是要采取靈活多樣的評(píng)估體系，建立激發(fā)創(chuàng)新的長(zhǎng)效機(jī)制。除了評(píng)估認(rèn)知能力的發(fā)展和成就，情感變化也要被評(píng)估。評(píng)估學(xué)生們?cè)趩栴}處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進(jìn)展的感覺也很重要。

四、結(jié)論

PBL植根于建構(gòu)主義理論之上，強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)和知識(shí)意義的構(gòu)建，是一種先進(jìn)的培育創(chuàng)新精神和激發(fā)創(chuàng)新思維活動(dòng)的教學(xué)/學(xué)習(xí)方式。PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，問題、教師和團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)是PBL教學(xué)法實(shí)施的三大關(guān)鍵要素。本文在總結(jié)PBL理論的基礎(chǔ)上，在此基礎(chǔ)上根據(jù)我國(guó)航天工程教育的現(xiàn)狀，從國(guó)外幾個(gè)航空航天教育典型案例吸取經(jīng)驗(yàn)，討論了以小衛(wèi)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(shù)發(fā)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(xué)生群體中推行的途徑，期望能促進(jìn)教育工作者對(duì)有關(guān)問題的思考。

由學(xué)生運(yùn)作衛(wèi)星項(xiàng)目極具挑戰(zhàn)性，但這會(huì)給參與項(xiàng)目的學(xué)生和院校帶來巨大回報(bào)。這些項(xiàng)目提供大學(xué)生關(guān)于設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試、制造和操作空間系統(tǒng)方面的實(shí)踐經(jīng)歷。有證據(jù)表明，參與空間飛行器設(shè)計(jì)項(xiàng)目的學(xué)生，能力得到顯著提高。統(tǒng)計(jì)證據(jù)也顯示如果相當(dāng)數(shù)量的大學(xué)參與空間飛行器設(shè)計(jì)活動(dòng)，進(jìn)入空間領(lǐng)域工作的學(xué)生數(shù)量會(huì)顯著增長(zhǎng)。

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