王順宏 雷剛 李杰 潘樂(lè)飛 趙久奮

摘? 要：文章針對(duì)研究生“飛行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)”課程特點(diǎn)，著眼提高自學(xué)能力和科研創(chuàng)新能力，引入基于“OBE”理念的團(tuán)隊(duì)科研驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式改革。該創(chuàng)新模式將課程內(nèi)容設(shè)置為目標(biāo)明確且具有相互關(guān)聯(lián)的研究課題，以完成課程項(xiàng)目研究報(bào)告撰寫牽引課程教學(xué)。實(shí)施過(guò)程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合，激發(fā)了研究生學(xué)習(xí)潛能，提高了教學(xué)效益，為高校研究生課程教學(xué)改革提供了有益借鑒。

關(guān)鍵詞：OBE;科研驅(qū)動(dòng)式;教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）05-0013-05

Abstract： According to the postgraduate courses characteristics of "flight dynamics and guidance"， this paper focuses on improving the ability of self-study and scientific research innovation， and introduces a team-based scientific research driven teaching mode based on "OBE" idea. The innovation teaching mode sets the course contents as several research projects with clear objectives and mutual correlation， so as to drive course teaching through complete the course projects research reporter.Through combining the implementation process evaluation and result evaluation， it stimulated the learning potential of graduate students， improved the teaching efficiency， and provided a useful reference for the reform of graduate course teaching incolleges and universities.

Keywords： OBE; scientific research driven; teaching mode

一、緒論

錢偉長(zhǎng)院士曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“大學(xué)必須拆除教學(xué)與科研之間的高墻，教學(xué)沒(méi)有科研做底蘊(yùn)，就是一種沒(méi)有觀點(diǎn)的教育、沒(méi)有靈魂的教育。”因此必須將教學(xué)與學(xué)生科研能力的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，這一點(diǎn)對(duì)于研究生教學(xué)尤其重要。我?！帮w行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)”課程是大學(xué)在新一輪研究生學(xué)科專業(yè)調(diào)整后航空宇航科學(xué)與技術(shù)學(xué)科新設(shè)立的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其主要課程內(nèi)容整合原先“飛行器再入動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)”“導(dǎo)引技術(shù)”“高超聲速飛行器動(dòng)力學(xué)與控制”等課程的部分內(nèi)容，內(nèi)容體系涵蓋飛行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)方向主要專業(yè)課內(nèi)容，因此提高該課程的教學(xué)效果對(duì)本學(xué)科方向研究生培養(yǎng)質(zhì)量有重要作用。

該課程集中運(yùn)用了飛行器原理、空氣動(dòng)力學(xué)、制導(dǎo)與控制原理等航空航天類課程的基礎(chǔ)理論和其他先修課程，信息量大，涉及面廣，公式多而復(fù)雜。目前該類課程的授課大多秉承傳統(tǒng)授課方式，使用固定教材，采用講授為主，結(jié)合少量實(shí)驗(yàn)和習(xí)題，對(duì)學(xué)習(xí)效果的考核評(píng)價(jià)亦多采用“平時(shí)成績(jī)”+“期終考試”的模式，用這種考核評(píng)價(jià)模式對(duì)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)到進(jìn)行檢驗(yàn)，也僅停留在表面，即只能考查對(duì)基本原理、概念和方法的掌握，而不能對(duì)學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)術(shù)科研能力提高進(jìn)行考核，多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明，學(xué)生雖然在考試中得到及格甚至良好的成績(jī)，但由于缺乏實(shí)踐操作和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，那些突擊學(xué)到的知識(shí)在短時(shí)間內(nèi)就很快被遺忘。

OBE（Outcome Based Education）是世界一流大學(xué)普遍采用的教學(xué)模式，它在提高教學(xué)質(zhì)量和課程評(píng)價(jià)方面的有效性已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和證明， OBE教學(xué)模式的理念在于“教”與“學(xué)”雙方在開始就必須非常清楚地明確該課程的ILOS（Intended Learning Outcomes，即預(yù)期學(xué)習(xí)成果），要根據(jù)學(xué)生的需求和ILOS的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)所有的教學(xué)過(guò)程。

考慮到研究生基礎(chǔ)理論相對(duì)扎實(shí)、課程安排相對(duì)靈活，方便開展小班教學(xué)和一對(duì)一指導(dǎo)，且背負(fù)科研學(xué)術(shù)論文發(fā)表壓力，對(duì)科研學(xué)術(shù)能力提高期望較高，學(xué)習(xí)主動(dòng)性較高等現(xiàn)實(shí)狀況，因此教學(xué)組在研究生課程“飛行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)”課程教學(xué)中采用了基于“OBE”理念的團(tuán)隊(duì)科研驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式，致力將教學(xué)過(guò)程由傳統(tǒng)的理論教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸谘芯恐袑W(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中研究”的科研攻關(guān)過(guò)程，同時(shí)改變考核評(píng)價(jià)模式，取消理論考試，將根據(jù)學(xué)生在整個(gè)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)來(lái)評(píng)定其成績(jī)，包括學(xué)員在完成知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、過(guò)程問(wèn)題研討、結(jié)果報(bào)告答辯等過(guò)程中的表現(xiàn)，以及課程研究報(bào)告、推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型、仿真計(jì)算軟件等文檔整理撰寫質(zhì)量均納入考核評(píng)價(jià)范圍，以改變學(xué)生“重成績(jī)、輕過(guò)程”“重知識(shí)、輕能力”“重細(xì)節(jié)、輕系統(tǒng)”等現(xiàn)象，提高了研究生課程教學(xué)效果，為我校研究生課程教學(xué)改革提供了有益創(chuàng)新改革與運(yùn)用借鑒。

二、基于OBE理念教學(xué)模式運(yùn)用基本思路和方法

（一）基本思路

通過(guò)借鑒OBE教學(xué)理念，結(jié)合教學(xué)組多年的教學(xué)科研實(shí)踐，在研究生課程“飛行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)”中采用基于團(tuán)隊(duì)科研驅(qū)動(dòng)式的課程教學(xué)模式改革探索，實(shí)施教研結(jié)合的教學(xué)方式。該模式將課程內(nèi)容設(shè)計(jì)成一系列前后關(guān)聯(lián)的研究項(xiàng)目，研究生學(xué)員通過(guò)完成課程研究項(xiàng)目，既能很好地掌握該課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，又在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)了科研思維，提高了科研動(dòng)手能力和學(xué)術(shù)水平，教學(xué)效益得到最大程度的發(fā)揮。

（二）主要方法

1. 改革教學(xué)內(nèi)容，將課程內(nèi)容項(xiàng)目化，項(xiàng)目?jī)?nèi)容涵蓋課程主要知識(shí)點(diǎn)和內(nèi)容

實(shí)踐中將“飛行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)”課程分解為以下相互關(guān)聯(lián)的研究項(xiàng)目，通過(guò)內(nèi)容的模塊化、分層次、漸進(jìn)式設(shè)計(jì)，由淺入深、層層遞進(jìn)，完整包含課程全部?jī)?nèi)容：飛行動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、火箭飛行的力學(xué)環(huán)境、空間運(yùn)動(dòng)方程的建立、自由段彈道特性分析、運(yùn)動(dòng)特性分析與彈道設(shè)計(jì)、攝動(dòng)與顯式制導(dǎo)方法、再入制導(dǎo)方法、彈道設(shè)計(jì)（追蹤法、平行接近法、比例導(dǎo)引）、高超音速滑翔。

2. 改進(jìn)教學(xué)方式，以課程項(xiàng)目研究報(bào)告撰寫牽引課程教學(xué)

將傳統(tǒng)課后思考習(xí)題、課程設(shè)計(jì)等融入項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容，采取仿真實(shí)驗(yàn)、答辯研討、軟件開發(fā)等多種形式，建立學(xué)員參與綜合性、設(shè)計(jì)性強(qiáng)的項(xiàng)目研究平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“在研究中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中研究”，培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)的觀點(diǎn)去分析和研究問(wèn)題的習(xí)慣，最后上交研究報(bào)告，課程研究項(xiàng)目?jī)?nèi)容和研究報(bào)告通常包含以下內(nèi)容：預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)（老師設(shè)置）、項(xiàng)目產(chǎn)生背景（老師設(shè)置）、項(xiàng)目前序知識(shí)儲(chǔ)備（前序?qū)嶒?yàn)、相關(guān)知識(shí)與理論基礎(chǔ)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容（教員設(shè)置）、項(xiàng)目研究方案及過(guò)程（學(xué)員完成）、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真分析（學(xué)員完成）、探索、思考與展望（學(xué)員完成）等內(nèi)容。

3. 豐富教學(xué)手段，將指導(dǎo)撰寫研究報(bào)告和發(fā)表學(xué)術(shù)論文融入課程教學(xué)

在項(xiàng)目研究成果完成后，擇優(yōu)選取部分具有創(chuàng)新性和開拓性的研究成果，老師引導(dǎo)學(xué)員對(duì)所完成研究項(xiàng)目進(jìn)行理論總結(jié)和升華，指導(dǎo)學(xué)員按不同期刊要求撰寫并發(fā)表學(xué)術(shù)論文。由于項(xiàng)目完成后，已經(jīng)具備完整理論模型與仿真數(shù)據(jù)，在仿真模型或仿真算法等方面加入改進(jìn)和創(chuàng)新后，撰寫學(xué)術(shù)論文就水到渠成了。學(xué)生也因?yàn)榭梢酝瓿蓪W(xué)術(shù)論文發(fā)表任務(wù)，學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性也得到極大的激發(fā)與調(diào)動(dòng)。

4. 改進(jìn)考核模式，實(shí)施過(guò)程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的全程考評(píng)模式

由于目前選修該課程研究生人數(shù)不多，僅有3-4名，因此將研究生以TEAM形式組成固定研究團(tuán)隊(duì)，如果選修人數(shù)達(dá)到8-10名以上，則可以分成更多TEAM，每名學(xué)生以輪值的方式在研究項(xiàng)目組中擔(dān)任不同的角色，完成不同的研究任務(wù)。采取過(guò)程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式展開。學(xué)員在獨(dú)立探究或協(xié)作學(xué)習(xí)中取得的階段性成果需要在課堂上進(jìn)行匯報(bào)和交流，對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)主要考察學(xué)員對(duì)知識(shí)和技能的掌握程度，在參考項(xiàng)目研究報(bào)告的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考察學(xué)員在項(xiàng)目完成過(guò)程中的表現(xiàn)。

（三）教改成果

根據(jù)近兩年來(lái)的研究生教學(xué)實(shí)踐，已經(jīng)積累了10多項(xiàng)優(yōu)秀課程研究項(xiàng)目，初步形成項(xiàng)目研究庫(kù)，經(jīng)驗(yàn)表明，每屆學(xué)生使用7-8個(gè)左右項(xiàng)目為載體，基本可以承載飛行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)課程（64學(xué)時(shí)）所包含的全部重點(diǎn)內(nèi)容，老師可以根據(jù)每屆學(xué)生具體情況進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)教學(xué)組的指導(dǎo)，已在各類核心期刊和國(guó)際會(huì)議發(fā)表學(xué)術(shù)論文近10篇，達(dá)到了課程改革既定目標(biāo)，在掌握課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，錘煉和提高了學(xué)術(shù)科研能力，增加了學(xué)生就業(yè)適應(yīng)能力。同時(shí)結(jié)合課程研究項(xiàng)目，積極鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生參加各類競(jìng)賽和學(xué)術(shù)活動(dòng)。

案例1：“飛行的力學(xué)環(huán)境”部分設(shè)計(jì)的研究項(xiàng)目

利用馬格努斯原理實(shí)現(xiàn)對(duì)足球比賽中的香蕉球（圖1a）進(jìn)行建模仿真，參加了全國(guó)研究生建模與仿真大賽，該題目在仿真建模過(guò)程中不僅需要考慮空氣的升力與阻力，還要考慮足球在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的進(jìn)動(dòng)、地球的引力等因素，是對(duì)課程力學(xué)基礎(chǔ)理論的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用，項(xiàng)目組通過(guò)艱苦努力，終于實(shí)現(xiàn)了比較滿意的仿真效果（圖1b），在比賽中也取得了優(yōu)異的成績(jī)。該項(xiàng)課題的完成得益于多年來(lái)教學(xué)組一直堅(jiān)持的基于“OBE”的教學(xué)理念在教學(xué)中的應(yīng)用與創(chuàng)新。

案例2：在對(duì)平面位流理論進(jìn)行仿真實(shí)踐的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性實(shí)踐其在無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃中的應(yīng)用

（1）平面位流理論的課程實(shí)踐

平面位流理論是研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律與求解流場(chǎng)的基本原理，流函數(shù)與位函數(shù)的概念比較抽象，盡管教材都給出了典型位（流）函數(shù)的流動(dòng)形式，但學(xué)生仍很難有更深切的領(lǐng)會(huì)。為達(dá)到更好的教學(xué)效果，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與提高動(dòng)手能力，在教學(xué)過(guò)程中增加了平面位流理論的Matlab課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)用到的Matlab主要函數(shù)有

ezplot（FUN2，[XMIN，XMAX，YMIN，YMAX]）? %繪制隱函數(shù)

[X，Y] = meshgrid（xgv，ygv） %格網(wǎng)化函數(shù)

contour（...，LineSpec） %等位線函數(shù)

該課程設(shè)計(jì)的公式比較復(fù)雜，編程實(shí)現(xiàn)也稍有難度，需要一定的Matlab編程基礎(chǔ)。程序仿真結(jié)果如圖2。

（2）基于位流理論的無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃仿真

運(yùn)用《空氣動(dòng)力學(xué)》知識(shí)，將點(diǎn)源模擬為起始點(diǎn)，將點(diǎn)匯模擬為目標(biāo)點(diǎn)，偶極子模擬為威脅源，通過(guò)復(fù)勢(shì)疊加可得規(guī)劃空間總的流場(chǎng)如圖3。

三、課程改革的思考

基于“OBE”理念的團(tuán)隊(duì)科研驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出的最大化為目的，提倡課前預(yù)習(xí)，吃透項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容，改變了傳統(tǒng)的“知識(shí)傳授+課后習(xí)題”的教學(xué)模式，可以有效克服傳統(tǒng)教學(xué)模式下研究生學(xué)員學(xué)習(xí)主動(dòng)性目的性不強(qiáng)，考核促進(jìn)學(xué)習(xí)的作用不明顯等問(wèn)題，既很好地掌握了課程教學(xué)內(nèi)容，又培養(yǎng)了科研思維，提高了科研動(dòng)手能力，教學(xué)效益得到最大程度的發(fā)揮，將基于“OBE”理念的團(tuán)隊(duì)科研驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式引入“飛行動(dòng)力學(xué)與制導(dǎo)”研究生課程，為基于OBE理念的教學(xué)模式改革帶來(lái)新的思路。

（一）豐富了教學(xué)內(nèi)容和手段，提高教學(xué)效果和授課質(zhì)量

老師如果完全按照教材的內(nèi)容授課，照本宣科，學(xué)生雖然在一定程度上能夠掌握課程的基本原理和概念，但由于教材的編寫、出版有一定的周期，知識(shí)內(nèi)容往往與最新的科技成果存在一定的差距，科研驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式通過(guò)合理梳理研究項(xiàng)目，可以將相關(guān)課程所學(xué)分散的知識(shí)點(diǎn)組合成完整的知識(shí)體系，同時(shí)加入本學(xué)科方向急需研究的方向和內(nèi)容，可以把最新的學(xué)科知識(shí)或軍事需求及時(shí)反映到教學(xué)中去，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)“在研究中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中研究”，既豐富了教學(xué)內(nèi)容與手段，同時(shí)也提高了教學(xué)效果和授課質(zhì)量，起到“一箭雙雕”的作用。

（二）創(chuàng)新了傳統(tǒng)教學(xué)模式，激發(fā)和調(diào)動(dòng)研究生研究性學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性

傳統(tǒng)教學(xué)模式只注重知識(shí)的傳授，常常與工程實(shí)際聯(lián)系不緊密，難以調(diào)動(dòng)激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，只能被動(dòng)地參與教學(xué)，對(duì)相關(guān)問(wèn)題的思考在深度和廣度上都很不夠，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力訓(xùn)練嚴(yán)重不足，本教學(xué)模式通過(guò)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目研究的形式可以有效地激發(fā)和調(diào)動(dòng)研究生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

（三）創(chuàng)新了考核評(píng)價(jià)模式，發(fā)掘研究生的科研潛力，確立其成長(zhǎng)方向

處于研究生階段的學(xué)生雖然對(duì)人生發(fā)展規(guī)劃有了初步的設(shè)想，但大多數(shù)研究生對(duì)以后自我的發(fā)展方向還比較模糊，沒(méi)有明確的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，究其原因主要是對(duì)自身的能力價(jià)值不能做出客觀的評(píng)價(jià)，個(gè)人的潛能還沒(méi)有得到最大程度的發(fā)掘?？蒲序?qū)動(dòng)式教學(xué)模式不僅可以培養(yǎng)研究生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作思維習(xí)慣，而且可幫助發(fā)掘其對(duì)科研學(xué)術(shù)的興趣，確立其后續(xù)職業(yè)發(fā)展方向和目標(biāo)。

四、結(jié)束語(yǔ)

基于“OBE”理念的團(tuán)隊(duì)科研驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式在研究生課程教學(xué)中的創(chuàng)新與實(shí)踐立足研究生的教學(xué)特點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)分析的方法，科學(xué)合理設(shè)置相互關(guān)聯(lián)的課程設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目，以滿足設(shè)計(jì)的科研項(xiàng)目覆蓋主要教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，并結(jié)合學(xué)科前沿發(fā)展方向，設(shè)置相對(duì)開放性項(xiàng)目以提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，將項(xiàng)目作為載體，通過(guò)指導(dǎo)完成項(xiàng)目研究牽引課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“在研究中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中研究”的目的，將撰寫研究報(bào)告與發(fā)表論文融入課程評(píng)價(jià)體系，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)踐證明取得了非常好的教學(xué)效果，對(duì)于開展高校研究生專業(yè)課的教學(xué)有很強(qiáng)的借鑒意義。

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