王玲玲, 富 立, 胡曉光, 段海濱

(北京航空航天大學(xué) 國(guó)家級(jí)機(jī)械與控制工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，北京 100083)

0 引 言

多數(shù)學(xué)生偏好大學(xué)階段就讀理工類專業(yè)，因此國(guó)內(nèi)選擇理工專業(yè)的學(xué)生比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出美國(guó)等高等教育發(fā)達(dá)國(guó)家，這種現(xiàn)象與個(gè)人的價(jià)值觀、職業(yè)定位以及國(guó)家發(fā)展形勢(shì)密切相關(guān)。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)新時(shí)代下，通過高等教育培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)的高等理工科人才，已成為提升國(guó)家綜合國(guó)力的重要舉措[1]。為了提高理工科學(xué)生的動(dòng)手能力，塑造學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)知識(shí)和方法綜合解決實(shí)際問題的能力[2]，美國(guó)政府、教育界和諸多大學(xué)將改革高等教育體系提到重要的議事日程[3-4]，同時(shí)強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)開展形式各異的實(shí)踐教學(xué)，很多知名高校積極付諸實(shí)際行動(dòng)。其中，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT, Massachusetts Institute of Technology )在航空航天人才培養(yǎng)時(shí)，采用了微衛(wèi)星科學(xué)項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的CDIO實(shí)踐教學(xué)方法[5]，將不同專業(yè)方向本科生凝聚在一起，歷經(jīng)3個(gè)學(xué)期自主完成具有近距離行星探測(cè)功能的微衛(wèi)星系統(tǒng)，提高了學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)能力、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程實(shí)踐能力。此外，MIT在低年級(jí)航空設(shè)計(jì)理論課程中增加了LTA(lighter-than-air)運(yùn)載體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使得學(xué)生在實(shí)踐中明確飛行器的概念性架構(gòu)，塑造學(xué)生飛行器設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新性思維，初步培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的技能。以高等工程教育著稱的德國(guó)，憑借健全的工業(yè)體系和良性發(fā)展的企業(yè)支持，多數(shù)學(xué)校都建立了校企聯(lián)合共同培養(yǎng)機(jī)制以提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力[6]。這些豐富的實(shí)踐教學(xué)過程在歐美國(guó)家創(chuàng)新復(fù)合理工人才培養(yǎng)中發(fā)揮了舉足輕重的作用[7]。

然而，我國(guó)和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的理工科學(xué)生在學(xué)習(xí)觀念、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)連貫性等方面具有顯著的差異性，主要體現(xiàn)在：①歐美國(guó)家的本科階段與研究生階段具有較明顯的分界線，本科時(shí)段注重通識(shí)教育，不明確劃分專業(yè)，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的綜合素質(zhì)及興趣培養(yǎng)，研究生階段才加強(qiáng)技能和感興趣專業(yè)方面的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。②我國(guó)本科階段通常是通識(shí)教育與專業(yè)教育并重，高年級(jí)時(shí)需進(jìn)行初步的系統(tǒng)化專業(yè)學(xué)習(xí)，研究生階段的專業(yè)方向多數(shù)是本科專業(yè)學(xué)習(xí)的順延，對(duì)自己所選專業(yè)的認(rèn)識(shí)度和興趣度不高[8]。③不同的學(xué)習(xí)觀念與環(huán)境往往導(dǎo)致不同的學(xué)習(xí)態(tài)度[9]。例如，我國(guó)很多學(xué)生面對(duì)實(shí)驗(yàn)或?qū)嶋H工程問題時(shí)，總是希望在教師一步步指導(dǎo)下完成，缺乏學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性；研究生教育中工程環(huán)節(jié)的缺失導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)、創(chuàng)新意識(shí)下滑?？梢?，生搬硬套國(guó)外培養(yǎng)理工人才的實(shí)踐教學(xué)方法不一定適于我國(guó)本土大學(xué)生，特別是一些引領(lǐng)高精尖技術(shù)的專業(yè)領(lǐng)域人才培養(yǎng)時(shí)更為突出。

目前，航空航天領(lǐng)域的發(fā)展受到全球性的青睞和關(guān)注[10-12]。導(dǎo)航技術(shù)作為其中的重要分支，近幾十年取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。針對(duì)這類專業(yè)性強(qiáng)、工程性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)而言，傳統(tǒng)觀摩驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法或者大系統(tǒng)型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方法，都容易讓學(xué)生陷入“沒必要做”或者“沒法去做”兩個(gè)極端。然而，研究型學(xué)習(xí)(research-based learning) 對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題的創(chuàng)新型思維形成具有潛移默化的作用[13]。MIT航空宇航工程專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)空氣動(dòng)力學(xué)時(shí)，通過研究型學(xué)習(xí)理念共同完成了翼身融合體飛行器的設(shè)計(jì)及氣動(dòng)分析項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的綜合掌握與應(yīng)用[14]。因此，如何將研究型學(xué)習(xí)融入工程背景下模塊化工程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的本研一體導(dǎo)航專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，使得學(xué)生在深化理解導(dǎo)航知識(shí)的基礎(chǔ)上，掌握復(fù)雜工程環(huán)境中導(dǎo)航系統(tǒng)的知識(shí)要點(diǎn)，提高學(xué)生設(shè)計(jì)導(dǎo)航系統(tǒng)的動(dòng)手能力與創(chuàng)新思維，成為導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程設(shè)置和實(shí)施的重點(diǎn)內(nèi)容。

為此，本文重點(diǎn)闡述基于模塊化工程項(xiàng)目的本、研一體研究型導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程教學(xué)過程。凸顯機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)工程背景，融合研究型學(xué)習(xí)教育理念，提高學(xué)生對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)每個(gè)部分設(shè)計(jì)過程的充分認(rèn)識(shí)，引發(fā)他們對(duì)科學(xué)工程問題以及后續(xù)職業(yè)生涯勝任力的深刻思考，得到學(xué)生的高度評(píng)價(jià)。

1 導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐性教學(xué)課程概述

作為航空航天技術(shù)重要的專業(yè)課程，我校自動(dòng)化學(xué)院一直都將導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程歸為核心類課程進(jìn)行設(shè)置。下面對(duì)課程架構(gòu)和授課學(xué)生情況進(jìn)行介紹和分析，以便系統(tǒng)化地梳理課程內(nèi)容，摸索適合不同學(xué)生分布需求的合理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法。

1.1 課程架構(gòu)分析

我校自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生65%以上本科畢業(yè)后都選擇繼續(xù)本校讀研深造，研究生中約50%的學(xué)生有一定導(dǎo)航專業(yè)基礎(chǔ)。為了滿足不同層次學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐課程需求，構(gòu)建了面向本科生和研究生、貫穿大三下-大四上-研一不同時(shí)段的導(dǎo)航系統(tǒng)一體化實(shí)踐課程(共200學(xué)時(shí))，主要階段包括：①面向自動(dòng)化專業(yè)高年級(jí)本科生的導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)階段；②面向高年級(jí)本科生的導(dǎo)航課程設(shè)計(jì)與綜合實(shí)驗(yàn)階段；③面向全校學(xué)生的先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)實(shí)驗(yàn)階段。按照不同時(shí)段階段的培養(yǎng)要求和學(xué)生特點(diǎn)合理分配學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由基礎(chǔ)型、設(shè)計(jì)型、綜合型逐漸過渡。其中，大三下的8學(xué)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)圍繞機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)理論，設(shè)置了4個(gè)方面的HMEP項(xiàng)目基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；圍繞復(fù)雜環(huán)境下機(jī)載航姿系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，大四下學(xué)期的160學(xué)時(shí)(4周)設(shè)置了航姿系統(tǒng)硬件及軟件HMEP課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；研一的32學(xué)時(shí)現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)實(shí)驗(yàn)通過不同層次HMEP實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，形成了多類型導(dǎo)航系統(tǒng)綜合研究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。此處的HMEP是指遞進(jìn)式分割與導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)的工程項(xiàng)目，形成緊密關(guān)聯(lián)的模塊，利用軟件工具、理論知識(shí)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)完成基于工程問題驅(qū)動(dòng)的各個(gè)模塊化項(xiàng)目。可見，無論是時(shí)間跨度還是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容之間，都具有緊密的連貫性。整體實(shí)踐課程可用于本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)本科生-研究生的無縫銜接式培養(yǎng)，也可單獨(dú)面向不同需求或?qū)哟蔚膶W(xué)生開放課程中的任何一部分內(nèi)容。

1.2 課程對(duì)象分析

該實(shí)踐課程貫穿了本科生和研究生的不同階段且面向全校學(xué)生開設(shè)，因此課程對(duì)象具有多樣化特征。其中，本科生主要是大學(xué)三年級(jí)和大學(xué)四年級(jí)學(xué)生，研究生包括不同類型碩士研究生、博士研究生以及來自多個(gè)國(guó)家的留學(xué)研究生。對(duì)于這些學(xué)生而言，大三年級(jí)本科生已基本掌握了導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)有待實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，到了大四階段需要進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用。研究生情況相對(duì)復(fù)雜，有的研究生專業(yè)理論功底比較強(qiáng)；有的學(xué)生欠缺專業(yè)理論學(xué)習(xí) 過程，希望通過邊做邊學(xué)彌補(bǔ)專業(yè)知識(shí)不足；有的學(xué)生僅僅想通過實(shí)踐過程初步接觸并了解機(jī)載導(dǎo)航過程?？梢?，不同學(xué)生在導(dǎo)航系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備方面呈現(xiàn)多層次性，加上國(guó)內(nèi)外學(xué)生學(xué)習(xí)方式的差異性，這都對(duì)課程內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方法實(shí)施提出了挑戰(zhàn)。整體課程架構(gòu)下不同類別實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置如表1所示。

表1 不同類別實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置情況表

不同類型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠滿足不同層次學(xué)生的需求?；A(chǔ)型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要針對(duì)自動(dòng)化本科生開設(shè)，同時(shí)能夠很好地為基礎(chǔ)薄弱研究生補(bǔ)充專業(yè)知識(shí)。綜合型實(shí)驗(yàn)的主體對(duì)象是不同類型的研究生，同時(shí)也有助于高水平本科生進(jìn)行更為深入的專業(yè)學(xué)習(xí)和研究。

2 教學(xué)目的、實(shí)施安排及評(píng)價(jià)

2.1 教學(xué)目的

導(dǎo)航系列實(shí)踐課程希望利用工程應(yīng)用的實(shí)際導(dǎo)航設(shè)備，借助系列工程背景相關(guān)實(shí)踐項(xiàng)目與研究資料，通過學(xué)生共同參與分解的導(dǎo)航系統(tǒng)模塊化項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)從各個(gè)導(dǎo)航模塊分解與綜合過程中發(fā)現(xiàn)問題-抽象問題-解決問題，提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜環(huán)境下機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)研究過程和研究方法的整體性認(rèn)識(shí)。具體而言，每種類別的模塊化項(xiàng)目均設(shè)置了目標(biāo)明確的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容，通過理論與實(shí)踐的充分結(jié)合，使學(xué)生掌握導(dǎo)航系統(tǒng)信息預(yù)處理、導(dǎo)航傳感器標(biāo)定及誤差補(bǔ)償、慣性自主導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航設(shè)計(jì)等方面的技能。

2.2 教學(xué)實(shí)施安排

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)由理論功底深厚且實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教授、實(shí)驗(yàn)系列教師、研究生助教組成。任一階段的課程實(shí)施過程包括問題匯總與討論、動(dòng)手實(shí)踐與分析、項(xiàng)目展示與匯報(bào)3個(gè)主要環(huán)節(jié)。下面以32學(xué)時(shí)的先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)實(shí)驗(yàn)階段為例說明各環(huán)節(jié)在各階段的具體安排。其他階段課程的環(huán)節(jié)安排與此相似，只是在學(xué)時(shí)上有所不同，如圖1所示。

圖1 先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)實(shí)驗(yàn)階段實(shí)施安排情況

其中，問題匯總與討論環(huán)節(jié)共8學(xué)時(shí)，分別安排在每個(gè)HMEP實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(總共4個(gè)項(xiàng)目)的開始(1學(xué)時(shí))和中間(1學(xué)時(shí))，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)梳理基本知識(shí)，采取分段授課形式，注重與學(xué)生實(shí)時(shí)溝通，與學(xué)生共同分析每個(gè)HMEP項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，共同討論解決棘手問題；動(dòng)手實(shí)踐與分析環(huán)節(jié)共24學(xué)時(shí)，這僅僅是理論意義上的學(xué)時(shí)數(shù)，實(shí)際上學(xué)生需花費(fèi)近2倍的課下時(shí)間來查詢資料、調(diào)試程序，基礎(chǔ)薄弱或者沒有經(jīng)過課程前兩個(gè)階段系統(tǒng)化訓(xùn)練的學(xué)生可能要花費(fèi)更多的課外時(shí)間。盡管如此，深感興趣的學(xué)生對(duì)此卻樂此不疲。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以自由組隊(duì)共同完成一個(gè)HMEP實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。項(xiàng)目展示與匯報(bào)環(huán)節(jié)安排在每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束端，一般不再單獨(dú)占用課時(shí)，而是由學(xué)生和老師共同商定閑暇時(shí)間完成，這期間學(xué)生在完成實(shí)踐設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上整理研究成果并形成研究報(bào)告，通過答辯考察學(xué)生的分析能力、設(shè)計(jì)能力、溝通能力與合作能力。

2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)方式

客觀公允地對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)考核是每一門課開設(shè)中都要面臨的問題。評(píng)價(jià)學(xué)生的考核形式應(yīng)科學(xué)、合理和多方位考慮[15]。本實(shí)踐課程主要采用了非考試型的“三度”評(píng)價(jià)機(jī)制，即項(xiàng)目復(fù)雜度(40%)、協(xié)同合作度(40%)、論述清晰度(20%)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。項(xiàng)目復(fù)雜度根據(jù)所選項(xiàng)目的難易程度和合作小組的規(guī)模分為“容易”“較難”“很難”3個(gè)等級(jí)；協(xié)同合作度成績(jī)由同組成員相互評(píng)價(jià)和實(shí)際出勤情況加權(quán)平均，其中既包括教師對(duì)學(xué)生表現(xiàn)的評(píng)價(jià)、學(xué)生自己的實(shí)際工作成果，還有不同合作者的評(píng)價(jià)；論述清晰度具體表現(xiàn)形式是每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的項(xiàng)目展示與匯報(bào)。利用“三度”評(píng)價(jià)機(jī)制科學(xué)合理客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐能力，限制實(shí)踐考核環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的不公正現(xiàn)象。

3 HMEP驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)航系統(tǒng)研究式實(shí)踐教學(xué)方法與內(nèi)容設(shè)置

為了實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目的，做到有效評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐情況，在充分分析選課學(xué)生各方面差異性的基礎(chǔ)上，本節(jié)提出與之相應(yīng)的模塊化工程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)航系統(tǒng)研究式實(shí)踐教學(xué)方法，及其詳細(xì)的HMEP實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3.1 HMEP教學(xué)思路

HMEP項(xiàng)目結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，那為什么要對(duì)大型系統(tǒng)進(jìn)行遞進(jìn)式分割形成緊密關(guān)聯(lián)的HMEP項(xiàng)目呢？這是整體系統(tǒng)由子系統(tǒng)的構(gòu)建本質(zhì)決定的，工程應(yīng)用的導(dǎo)航系統(tǒng)更是如此。因此，導(dǎo)航系統(tǒng)HMEP內(nèi)容分割時(shí)兼顧導(dǎo)航領(lǐng)域的工程性與前沿性問題，在總結(jié)多年相關(guān)科研經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，凝練出以機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備為對(duì)象的系列工程應(yīng)用關(guān)鍵問題，比如復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航系統(tǒng)信息處理、低成本導(dǎo)航算法、適用組合濾波等工程技術(shù)問題[15]。在梳理由模塊級(jí)向系統(tǒng)級(jí)逐漸升華的導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程主線基礎(chǔ)上，并將這些工程性問題融入導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)，轉(zhuǎn)化為高水平實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和HMEP項(xiàng)目，為學(xué)生提供感知真實(shí)世界中復(fù)雜工程問題的機(jī)會(huì)。

圖2 HMEP項(xiàng)目結(jié)構(gòu)圖

HMEP教學(xué)是一種基于逆向思維的遞進(jìn)式教學(xué)方法。這種采用逆向思維將大系統(tǒng)模塊化分割，然后通過實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)模塊及系統(tǒng)中專業(yè)知識(shí)的理解和掌握，符合實(shí)際導(dǎo)航系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)過程。HMEP可以是針對(duì)單一實(shí)踐課程的一種實(shí)踐教學(xué)模式；還可將其貫通至多門課程所組成的實(shí)踐課程群或整個(gè)專業(yè)課程體系中。

3.2 遞進(jìn)式HMEP課程內(nèi)容設(shè)置

前面章節(jié)已概述了導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程架構(gòu)及其整體性情況。在分析HMEP教學(xué)思路后，本節(jié)重點(diǎn)論述導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程構(gòu)架下各HMEP項(xiàng)目之間的承接性與關(guān)聯(lián)性，這是合理設(shè)置課程內(nèi)容的重要依據(jù)。結(jié)合實(shí)際工程需求，依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的微機(jī)械、光纖、激光慣性測(cè)量組件、其他各類真實(shí)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)，以及高精度三軸速率位置測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、高精度溫控轉(zhuǎn)臺(tái)等精密專業(yè)測(cè)試設(shè)備，設(shè)置了由“模塊級(jí)小單元-系統(tǒng)-大系統(tǒng)”漸近過渡的問題驅(qū)動(dòng)型HMEP實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

隨著學(xué)生知識(shí)面和視野的不斷開闊，結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，依次開設(shè)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)型(小單元層面)、設(shè)計(jì)型(系統(tǒng)層面)和綜合型(大系統(tǒng)層面)等難度逐次遞增且緊密關(guān)聯(lián)的多個(gè)HMEP項(xiàng)目。

圖3給出了各個(gè)HMEP項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系?？梢?，各類型項(xiàng)目具有各自的側(cè)重點(diǎn)，但是之間相互交聯(lián)?；A(chǔ)型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為設(shè)計(jì)型機(jī)載航姿系統(tǒng)，以及綜合型機(jī)載組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究奠定了良好功底。即使是同一類型的HMEP實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也遵循漸近支撐原則。例如，在綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過程中，首先利用高精度三軸速率位置測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)和高精度溫控轉(zhuǎn)臺(tái)完成慣性元件的標(biāo)定測(cè)試建模，提高慣性信息以及捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度；采用性能互補(bǔ)的衛(wèi)星導(dǎo)航信息抑制慣性導(dǎo)航累積誤差，為此引出了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；最后完成慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

此外，每一具體HMEP實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及多方面知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生需要綜合運(yùn)用大學(xué)階段所學(xué)知識(shí)才能順利完成當(dāng)前的HMEP項(xiàng)目。例如，在航姿系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試中，學(xué)生要清晰系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)流程，并利用示波器、分析儀等設(shè)備及在線調(diào)試工具，檢測(cè)調(diào)試系統(tǒng)核心處理器、外圍端口、時(shí)鐘系統(tǒng)、供電模塊等硬件問題；基于硬件平臺(tái)進(jìn)行航姿系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)，學(xué)會(huì)分析不同應(yīng)用環(huán)境下慣性信息數(shù)據(jù)特征，設(shè)計(jì)慣性信息不確定性誤差在線估計(jì)與補(bǔ)償?shù)念A(yù)處理方法，完成具有不同輸出特性的航姿軟件開發(fā)及程序?qū)崟r(shí)嵌入。

圖3 HMEP關(guān)聯(lián)性框圖

3.3 HMEP思路下的合作研究型教學(xué)方法

HMEP下的教學(xué)方法采取師生交互合作研究式學(xué)習(xí)。為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，實(shí)驗(yàn)過程中采取了自由組建團(tuán)隊(duì)制，鼓勵(lì)不同學(xué)院不同專業(yè)方向的學(xué)生自愿組建團(tuán)隊(duì)完成HMEP項(xiàng)目，一般每個(gè)團(tuán)隊(duì)包含3～5名組員。每名同學(xué)在不同HMEP實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中交替性承擔(dān)組長(zhǎng)和成員角色，即使是在同一HMEP項(xiàng)目中，在組長(zhǎng)領(lǐng)導(dǎo)和大家的共同努力下分工完成所有內(nèi)容。歷經(jīng)多個(gè)HMEP工程項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)的完整訓(xùn)練，合作完成所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科背景下每名學(xué)生個(gè)體、成員以及負(fù)責(zé)人的角色轉(zhuǎn)換。角色轉(zhuǎn)換帶給學(xué)生的不僅僅是新鮮感，更主要的是增強(qiáng)了他們對(duì)于自己承擔(dān)工作的責(zé)任感，以及對(duì)團(tuán)隊(duì)合作的認(rèn)同感。

課程進(jìn)行時(shí)既注重學(xué)生間的相互合作，又注重學(xué)生和老師之間的交互合作。雖然實(shí)驗(yàn)及學(xué)習(xí)過程倡導(dǎo)將主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，但教師心中應(yīng)有把可衡量的尺度，做到面對(duì)不同階段不同學(xué)生不同需求時(shí)權(quán)限“主動(dòng)”程度的松弛有度。學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)并不是要教師放任不管，而是要教師承擔(dān)好“引導(dǎo)者”“激勵(lì)者”“協(xié)調(diào)者”“亦師亦友”的角色。特別是在每個(gè)模塊化項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的初始階段，出于設(shè)備維護(hù)、實(shí)驗(yàn)安全的考慮，實(shí)驗(yàn)方案評(píng)審時(shí)教師作為“引導(dǎo)者”要嚴(yán)格把關(guān)，此時(shí)是否利用專用設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán)多數(shù)由教師決定，畢竟教師經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐教學(xué)和工程項(xiàng)目的磨練。當(dāng)然，對(duì)于把握不準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方案不能持有“一棒子打死”的態(tài)度，要與學(xué)生及其他專家共同探討可行性，然后再動(dòng)手進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。評(píng)審后的實(shí)驗(yàn)后續(xù)階段將主動(dòng)權(quán)完全交還學(xué)生，作為“激勵(lì)者”“協(xié)調(diào)者”與學(xué)生同學(xué)習(xí)同進(jìn)步，讓他們?cè)谧杂?、自主的氛圍中發(fā)掘?qū)Ш较到y(tǒng)工程項(xiàng)目的樂趣。

4 課程具體實(shí)施情況、評(píng)估與討論

HMEP驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)航系統(tǒng)本研一體實(shí)踐課程緊密結(jié)合機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)工程背景，采用了師生交互合作研究學(xué)習(xí)教學(xué)方法，自2008年開始已面向全校的本科生和研究生連續(xù)開設(shè)了9年，惠及學(xué)生共計(jì)525人。其中，大三年級(jí)本科生160人，大四年級(jí)本科生160人，研究生135人，留學(xué)生65人。為了有效跟蹤課程實(shí)施情況，評(píng)價(jià)課程實(shí)施效果，促進(jìn)課程的不斷完善與改進(jìn)，學(xué)校于2012年開發(fā)了課程實(shí)施評(píng)估系統(tǒng)，學(xué)生結(jié)合自己的親身感受，在學(xué)期末借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以對(duì)課程進(jìn)行中肯的評(píng)價(jià)與提議，有效推動(dòng)了課程的良好建設(shè)。

此外，任課教師還通過反饋問卷形式及面對(duì)面訪談形式與學(xué)生共同交流，從學(xué)生角度客觀評(píng)估評(píng)價(jià)課程在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)方面的有效性。主要就以下3個(gè)問題分別對(duì)本科生和研究生進(jìn)行了問卷調(diào)查：①課程結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目程度如何？②課程對(duì)你哪方面的能力提高有所幫助？③你覺得該課程是否有助于你以后從事的職業(yè)？學(xué)生對(duì)此給出了各自的看法，統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別如圖4～6所示。

圖4 問題1結(jié)果

圖5 問題2結(jié)果

經(jīng)分析90%以上的學(xué)生由于對(duì)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)較感或者深感興趣選擇學(xué)習(xí)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程?？梢?，興趣是驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的最好動(dòng)力和老師；興趣驅(qū)動(dòng)下學(xué)生能夠全身心地投入其中。似乎研究生對(duì)該課程更感興趣，這可能與研究生階段已經(jīng)選擇了更加明確的專業(yè)方向有關(guān)。

圖6 問題3結(jié)果

關(guān)于課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)際工程的緊密結(jié)合程度，學(xué)生給出了如圖4所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。分析可知，95%以上的學(xué)生一致認(rèn)為，導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐課程充分結(jié)合了機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)工程應(yīng)用背景，每個(gè)HMEP項(xiàng)目都是由導(dǎo)航系統(tǒng)工程應(yīng)用問題凝練而來的，使得他們充分認(rèn)識(shí)到了導(dǎo)航系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。

通過長(zhǎng)期的實(shí)踐過程，學(xué)生在哪些方面有所鍛煉和提高呢？圖5給出了選課學(xué)生的答案。該課程不僅僅增強(qiáng)了他們對(duì)理論學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)，更是通過系列實(shí)操型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提高了他們的動(dòng)手能力、工程能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力。本科生與研究生的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況基本處于持平狀態(tài)。

圖6主要關(guān)注課程內(nèi)容或?qū)W習(xí)方法對(duì)學(xué)生從事職業(yè)的影響?？梢姡究粕脱芯可^點(diǎn)呈現(xiàn)一定差異性。85%的研究生明確表示以后從事航空航天領(lǐng)域工作，認(rèn)為課程所學(xué)所獲將與此后職業(yè)密切相關(guān)，對(duì)此僅有60%的本科生持相同意見。究其原因，研究生在確定專業(yè)方向時(shí)已具有比較明確的職業(yè)選擇，而多數(shù)本科生是憑著興趣選擇感興趣的課程，至于具體從事何種職業(yè)考慮較少。

最后，95%以上學(xué)生表示會(huì)推薦對(duì)導(dǎo)航領(lǐng)域感興趣的同學(xué)選擇本課程，同時(shí)對(duì)課程的設(shè)備更新、課時(shí)安排等方面提出了寶貴意見。

5 結(jié) 語

不管是理論創(chuàng)新還是應(yīng)用創(chuàng)新都需與實(shí)際真實(shí)世界緊密結(jié)合。特別是對(duì)于理工科領(lǐng)域的學(xué)生們，科研創(chuàng)新的同時(shí)更應(yīng)注重解決實(shí)際工程問題，這將為他們畢業(yè)后出色完成職業(yè)任務(wù)做好準(zhǔn)備，對(duì)此學(xué)生應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到理論實(shí)踐統(tǒng)一的重要性，能夠綜合應(yīng)用學(xué)科知識(shí)，完整解決實(shí)際問題。

面對(duì)現(xiàn)實(shí)性的導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)需求，設(shè)置了基于問題的HMEP導(dǎo)航系統(tǒng)一體化研究型實(shí)踐教學(xué)課程，將構(gòu)思、設(shè)計(jì)、操作、分析等實(shí)踐要素滲透到每個(gè)模塊化工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，采用教師啟發(fā)為輔、學(xué)生探究為主的合作互動(dòng)研究教學(xué)方法，使得教師和學(xué)生可共同營(yíng)造濃厚的學(xué)習(xí)實(shí)踐氛圍，互相討論、互相啟發(fā)、互相

促進(jìn)。教師給學(xué)生提供充分的學(xué)術(shù)自主權(quán)和民主氛圍，學(xué)生有機(jī)會(huì)充分發(fā)表自己的見解，敢于向傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，充分體現(xiàn)教師的主導(dǎo)性與學(xué)生的主體性并重，知識(shí)的繼承性、批判性與創(chuàng)造性并重，教師講授與互動(dòng)交流并重。課程的實(shí)施結(jié)果表明，這種教學(xué)方法給予了學(xué)生寬松的自由度，卻沒有影響學(xué)生探索真理的自覺性，反而增強(qiáng)了他們力圖解決復(fù)雜問題的主觀能動(dòng)性。每個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的執(zhí)行全過程，以及學(xué)生的積極反應(yīng)充分說明了這一點(diǎn)。學(xué)生作為課程的實(shí)施主體，將學(xué)生的意見融入課程的后續(xù)改革和完善環(huán)節(jié)，才能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)課程的提質(zhì)增效！

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