楊躍能，張士峰，趙 勇，劉龍斌，白錫斌，鄧少永

（國(guó)防科技大學(xué)，長(zhǎng)沙 410073）

無(wú)人機(jī)、浮空器、火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星等無(wú)人飛行器廣泛應(yīng)用于偵察監(jiān)視、通信中繼、電子干擾、火力打擊和毀傷評(píng)估等軍事領(lǐng)域，已經(jīng)成為聯(lián)合作戰(zhàn)力量體系的重要組成部分，并持續(xù)驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的演化變革[1]。2017 年7月，習(xí)近平主席向國(guó)防科技大學(xué)致訓(xùn)詞：“國(guó)防科技大學(xué)是高素質(zhì)新型軍事人才培養(yǎng)和國(guó)防科技自主創(chuàng)新高地。要緊跟世界軍事科技發(fā)展潮流，適應(yīng)打贏信息化局部戰(zhàn)爭(zhēng)要求，抓好通用專業(yè)人才和聯(lián)合作戰(zhàn)保障人才培養(yǎng)，加強(qiáng)核心關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，努力建設(shè)世界一流高等教育院校[2]”。2022 年10 月，黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，加快無(wú)人智能作戰(zhàn)力量發(fā)展[3]。由此可見，培養(yǎng)聯(lián)合作戰(zhàn)保障人才，特別是無(wú)人飛行器作戰(zhàn)領(lǐng)域的高素質(zhì)專業(yè)化軍事人才，成為學(xué)校教育教學(xué)的重中之重。

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)化軍事人才的重要途徑和有效手段[4-6]。智能無(wú)人飛行器的實(shí)踐教學(xué)涉及總體設(shè)計(jì)、建模分析、試驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)踐應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)前，在以下三個(gè)方面尚有待改進(jìn)與提高：一是偏重理論研究和設(shè)計(jì)分析的實(shí)踐項(xiàng)目難以對(duì)接部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練的實(shí)際需求；二是“邊講解邊示教”“手把手教”等傳統(tǒng)教學(xué)方法難以適應(yīng)信息化、智慧式教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)；三是單一的課程綜合實(shí)驗(yàn)室、研究生創(chuàng)新實(shí)踐中心等教學(xué)平臺(tái)難以提供演示驗(yàn)證試驗(yàn)和實(shí)踐應(yīng)用所需的條件保障。綜上，積極探索并不斷優(yōu)化智能無(wú)人飛行器創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，具有強(qiáng)勁需求驅(qū)動(dòng)與重大實(shí)現(xiàn)意義。

國(guó)外高校普遍重視創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)。20 世紀(jì)末，美國(guó)提出“回歸工程”這一概念，注重高校與企業(yè)、社會(huì)的聯(lián)系，大力加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)[7-8]。德國(guó)采用校企合作方式和彈性學(xué)制，以此強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力[9]。英國(guó)高校采用“協(xié)作式”培養(yǎng)模式，將大學(xué)的基礎(chǔ)研究?jī)?yōu)勢(shì)與企業(yè)的應(yīng)用需求緊密結(jié)合起來(lái)[10-12]。校企結(jié)合、強(qiáng)化實(shí)踐是國(guó)外高校實(shí)踐教學(xué)的鮮明特征。國(guó)內(nèi)相關(guān)航空航天院校高度重視飛行器創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，建立工程訓(xùn)練中心和實(shí)習(xí)基地，制定并實(shí)施實(shí)踐能力培養(yǎng)方案，不斷強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)。北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院實(shí)施了具有交叉融合特色的實(shí)踐教學(xué)改革，從立體化實(shí)驗(yàn)體系、綜合性教學(xué)大綱、智能化實(shí)踐平臺(tái)等方面，將飛行器、控制與信息處理等學(xué)科專業(yè)進(jìn)行交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維、設(shè)計(jì)思維、工程思維[12]。國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院以探空火箭、微納衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)和浮空器等為研究對(duì)象，開展了多層次的飛行器實(shí)踐教學(xué)探索，指導(dǎo)學(xué)生獲得多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科技競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)，全面提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力[13-14]。西北工業(yè)大學(xué)通過(guò)開展科技制作、創(chuàng)新研究和學(xué)科競(jìng)賽等途徑，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力。同時(shí)，大力改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，將科研項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化為綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目，推動(dòng)以掌握新知識(shí)為核心的教學(xué)模式改革，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中掌握新知識(shí)、應(yīng)用新知識(shí)的水平和能力[15]。南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院針對(duì)飛行器制造工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題，建立了相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)體系，該體系基于一個(gè)機(jī)型而不僅僅是幾個(gè)典型零件，將實(shí)踐教學(xué)和課程教學(xué)緊密結(jié)合，使各學(xué)科知識(shí)點(diǎn)貫穿為一條完整的“線”[16]。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院突破實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)限制，將實(shí)踐教學(xué)貫穿整個(gè)學(xué)期，將自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)與飛行器設(shè)計(jì)實(shí)踐緊密結(jié)合，有效彌補(bǔ)了單個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互獨(dú)立、缺乏系統(tǒng)性的不足[17]。南昌航空大學(xué)為適應(yīng)航空產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)航空制造人才提出的新要求，將專業(yè)勝任能力、職業(yè)道德、工程實(shí)踐能力貫穿人才培養(yǎng)全過(guò)程，構(gòu)建了適應(yīng)航空工藝裝備設(shè)計(jì)制造需求的實(shí)踐教學(xué)體系，有力支撐了產(chǎn)教融合的人才培養(yǎng)目標(biāo)[18]。

上述研究成果為創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)提供了參考和借鑒。然而，針對(duì)實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)與工程教育內(nèi)涵發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，如何將實(shí)踐教學(xué)與部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練需求和工程教育理念相結(jié)合，是軍事院校創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)亟需解決的核心問(wèn)題之一。因此，本文以作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)需求為牽引、以工程教育為基礎(chǔ)、以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，從教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和教學(xué)條件三個(gè)方面，開展智能無(wú)人飛行器創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革與探索。

一 “三位一體”創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式的內(nèi)涵

創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式是指在一定的教育思想和教育理論指導(dǎo)下，為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)這一目標(biāo)而采取的一系列培養(yǎng)方式、方法、舉措及配套條件[5，19-21]。本文針對(duì)前述三個(gè)方面的問(wèn)題，緊貼部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)需求、改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)方法、整合軍內(nèi)外教學(xué)資源，圍繞智能無(wú)人飛行器創(chuàng)新實(shí)踐的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和教學(xué)條件等方面開展研究，構(gòu)建了“三位一體”創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，如圖1 所示。以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤盎A(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)+專業(yè)綜合設(shè)計(jì)+學(xué)位論文研究+課外科技競(jìng)賽+重大課題研究+部隊(duì)實(shí)訓(xùn)實(shí)用”六層遞階式實(shí)踐項(xiàng)目群；以實(shí)踐項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，實(shí)施信息化智慧式實(shí)踐教學(xué)方法；以聯(lián)教聯(lián)訓(xùn)為途徑，構(gòu)建“作戰(zhàn)部隊(duì)-試驗(yàn)基地-隨營(yíng)學(xué)校-科研院所-軍工企業(yè)”復(fù)合型實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

圖1 “三位一體”創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式

（一）實(shí)戰(zhàn)化實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)不夠明確、實(shí)踐項(xiàng)目軍事特色不夠鮮明等問(wèn)題，深度融合“學(xué)為戰(zhàn)”和工程教育理念，緊貼部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練需求，以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)六層遞階式實(shí)踐項(xiàng)目群。將智能無(wú)人飛行器創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)定位為“具備能夠創(chuàng)造性解決無(wú)人飛行器總體設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)與應(yīng)用中復(fù)雜工程問(wèn)題的能力”，具體為：①運(yùn)用系統(tǒng)性思維從作戰(zhàn)訓(xùn)練實(shí)際需求中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力；②設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化智能無(wú)人飛行器總體方案的能力；③構(gòu)建數(shù)學(xué)模型描述和解決導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制問(wèn)題的能力；④設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)估智能無(wú)人飛行器試驗(yàn)的能力；⑤運(yùn)用無(wú)人飛行器解決作戰(zhàn)訓(xùn)練實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)照上述創(chuàng)新實(shí)踐能力，以作戰(zhàn)訓(xùn)練需求為牽引，整合我校在無(wú)人機(jī)、浮空器、火箭、導(dǎo)彈和微納衛(wèi)星等方面的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和高水平科研成果，依托國(guó)家重大專項(xiàng)、重大裝備型號(hào)任務(wù)等科研項(xiàng)目，以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，采用反向設(shè)計(jì)的方法（圖2），構(gòu)建“基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)+專業(yè)綜合設(shè)計(jì)+學(xué)位論文研究+課外科技競(jìng)賽+重大課題研究+部隊(duì)實(shí)訓(xùn)實(shí)用”的六層遞階式實(shí)踐項(xiàng)目群，將實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)通過(guò)一個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)相扣、循序漸進(jìn)的實(shí)踐項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2 以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向的實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)設(shè)計(jì)

（二）智慧式實(shí)踐教學(xué)方法

針對(duì)實(shí)踐教學(xué)方法較為單一、教學(xué)手段較為落后等問(wèn)題，運(yùn)用雨課堂、騰訊會(huì)議、云班課、微課等信息化教學(xué)手段構(gòu)建“智慧教室”，實(shí)施啟發(fā)式、案例式、研討式、演示式和體驗(yàn)式等“智慧式”教學(xué)法（圖3），參照重大工程研制組織結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)學(xué)生自主組建對(duì)應(yīng)總體設(shè)計(jì)師、專業(yè)設(shè)計(jì)師、主任設(shè)計(jì)師及核心技術(shù)人員“四個(gè)職責(zé)”的創(chuàng)新研究小組，開展智能無(wú)人飛行器“虛擬仿真試驗(yàn)+模型在環(huán)試驗(yàn)+快速原型試驗(yàn)+硬件在環(huán)試驗(yàn)+演示驗(yàn)證試驗(yàn)+裝備實(shí)際應(yīng)用”六層遞階式實(shí)踐教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)理論講授和工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合、基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)技能緊密聯(lián)系、技術(shù)方案與系統(tǒng)研發(fā)有效貫通、裝備應(yīng)用與部隊(duì)需求無(wú)縫對(duì)接的四個(gè)維度的教學(xué)目標(biāo)。

圖3 智慧式實(shí)踐教學(xué)框架

（三）復(fù)合型實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

針對(duì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)較為匱乏、實(shí)踐教學(xué)資源較為分散等問(wèn)題，以作戰(zhàn)部隊(duì)、試驗(yàn)訓(xùn)練基地等部隊(duì)為依托牽引軍事需求和實(shí)裝訓(xùn)練，以“快速響應(yīng)空間系統(tǒng)與技術(shù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、“空天跨域飛行器總體與控制”湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、湖南省微小衛(wèi)星研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地和研究生創(chuàng)新實(shí)踐中心為基地實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)和創(chuàng)新孵化，以航天科技集團(tuán)、航天科工集團(tuán)、兵器集團(tuán)等工業(yè)部門為支撐形成技術(shù)應(yīng)用與成果轉(zhuǎn)化，構(gòu)建集成“作戰(zhàn)部隊(duì)-試驗(yàn)基地-隨營(yíng)學(xué)校-科研院所-軍工企業(yè)”的“五鏈?zhǔn)健眲?chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)（圖4），跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨單位、跨軍地組建實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)，在科研條件、教學(xué)資源和師資力量等方面與學(xué)?，F(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)環(huán)境形成良性互補(bǔ)，協(xié)同支撐研究生開展課程學(xué)習(xí)、課內(nèi)實(shí)踐、課外創(chuàng)新、論文研究與部隊(duì)實(shí)習(xí)，打造了“天拓”納星、“天航”小火箭、“天翔”無(wú)人機(jī)和“天梭”浮空器等創(chuàng)新實(shí)踐品牌，全方位提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，形成了“軍-地-校”協(xié)同育人、共同發(fā)展的多贏局面。

圖4 復(fù)合型實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

二 “三位一體”創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式的應(yīng)用效益

（一）直接服務(wù)于實(shí)踐教學(xué)，受益面輻射全國(guó)

該教學(xué)模式直接服務(wù)于學(xué)校相關(guān)專業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生實(shí)踐能力得到顯著提升。2014 年至2022 年，累積開設(shè)10 余門課程實(shí)驗(yàn)，選課人數(shù)達(dá)1 200 人；累積開設(shè)綜合實(shí)踐項(xiàng)目10 余項(xiàng)，選課人數(shù)達(dá)800 人。面向全國(guó)率先建成了導(dǎo)彈總體設(shè)計(jì)國(guó)家級(jí)一流課程、航天器控制原理虛擬仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，共有航天工程大學(xué)和火箭軍工程大學(xué)、北京航天航空大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等10 余所高校，共600 余名學(xué)生使用，獲得師生一致好評(píng)。多次組織實(shí)施了火箭測(cè)試發(fā)射試驗(yàn)教學(xué)，受到參訓(xùn)學(xué)生的一致好評(píng)。先后舉辦了“先進(jìn)衛(wèi)星技術(shù)”“先進(jìn)飛行器設(shè)計(jì)”等多期國(guó)際研究生暑期學(xué)校，累計(jì)600 余人參加。

（二）支撐各類高水平創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，創(chuàng)新實(shí)踐成果顯著

指導(dǎo)學(xué)生開展各類高水平創(chuàng)新實(shí)踐70 余項(xiàng)，完成了以“天拓”微納衛(wèi)星、“天航”小火箭（圖5）、“天梭”浮空器、反恐排爆無(wú)人機(jī)和智能單兵系統(tǒng)（圖6）為代表的一系列軍事特色鮮明的智能無(wú)人飛行器創(chuàng)新作品。以微納衛(wèi)星為例，依托研究生創(chuàng)新基地，先后成功發(fā)射世界首顆單板納星“天拓一號(hào)”、國(guó)內(nèi)首個(gè)集群衛(wèi)星“天拓三號(hào)”、我國(guó)首個(gè)衛(wèi)星在軌加注實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“天源一號(hào)”，指導(dǎo)學(xué)生參與國(guó)際航天合作項(xiàng)目（QB50 計(jì)劃），成功研制“國(guó)防科大立方星”，取得了5 年5 次成功發(fā)射10 顆微納衛(wèi)星的成績(jī)。指導(dǎo)學(xué)生參加世界大學(xué)生立方星挑戰(zhàn)賽、中國(guó)國(guó)際飛行器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽、中國(guó)研究生未來(lái)飛行器創(chuàng)新大賽等高水平科技競(jìng)賽，獲一等獎(jiǎng)10 余項(xiàng)、二等獎(jiǎng)20余項(xiàng)。其中，《智能單兵系統(tǒng)》《仿生飛艇》等作品被中央電視臺(tái)、《科技日?qǐng)?bào)》和國(guó)際仿生工程學(xué)會(huì)等報(bào)道。

圖6 中央電視臺(tái)報(bào)道智能單兵系統(tǒng)

（三）培養(yǎng)了大批高素質(zhì)專業(yè)化軍事人才

近年來(lái)，向部隊(duì)輸送了近1 000 名高素質(zhì)專業(yè)化軍事人才，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決了裝備演習(xí)實(shí)訓(xùn)難題；面向國(guó)家建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)重大戰(zhàn)略規(guī)劃，向我國(guó)航天發(fā)射基地輸送近300 名畢業(yè)生，為建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)提供了強(qiáng)大的智力支持；面向國(guó)家“十四五”新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，向高新企業(yè)輸送了500 多名畢業(yè)生，為我國(guó)航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的人才隊(duì)伍。培養(yǎng)學(xué)生獲軍隊(duì)/湖南省優(yōu)秀學(xué)位論文獎(jiǎng)12 項(xiàng)。畢業(yè)生錢山進(jìn)入西安衛(wèi)星測(cè)控中心工作一年內(nèi)，即應(yīng)用衛(wèi)星控制實(shí)踐項(xiàng)目所學(xué)解決了“海洋二號(hào)”衛(wèi)星姿態(tài)失控的重大工程難題，成功挽救了衛(wèi)星，榮立二等功、獲中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

（四）打造了一支一流師資隊(duì)伍

打造了一支由學(xué)術(shù)造詣精深的知名教授和工程經(jīng)驗(yàn)豐富的工程專家領(lǐng)頭的“雙師型”人才隊(duì)伍，其中，湖南省優(yōu)秀學(xué)位論文指導(dǎo)教師1 人、軍隊(duì)院校育才銀獎(jiǎng)1人、國(guó)防科技卓越青年科學(xué)基金獲得者1 人及省部級(jí)青年科技英才2 人。獲全國(guó)職業(yè)院校教學(xué)能力比賽三等獎(jiǎng)2 項(xiàng)，湖南省課堂教學(xué)大賽二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，學(xué)校教學(xué)能手比賽一等獎(jiǎng)2 項(xiàng)，學(xué)校教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)4 項(xiàng)，國(guó)家級(jí)科技競(jìng)賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎(jiǎng)20 余項(xiàng)，建成國(guó)家級(jí)、省級(jí)精品課程3 門。

（五）有力支撐教育教學(xué)改革研究，教研成果豐碩

承擔(dān)教育部、湖南省教學(xué)改革研究課題4 項(xiàng)，校教學(xué)改革研究課題5 項(xiàng)，獲軍隊(duì)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，湖南省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，軍隊(duì)教學(xué)成果三等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)研究論文30 余篇，2019 年應(yīng)邀參加工程教育國(guó)際會(huì)議并宣讀論文以及推廣實(shí)踐教學(xué)模式。該模式推廣應(yīng)用于航天工程大學(xué)、火箭軍工程大學(xué)、中南大學(xué)和中山大學(xué)等單位，受益學(xué)生人數(shù)達(dá)2 000 人。

三 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)“教為戰(zhàn)、學(xué)為戰(zhàn)”和工程教育內(nèi)涵發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，構(gòu)建了以“緊貼實(shí)戰(zhàn)、實(shí)踐引領(lǐng)、協(xié)同育人”為主旨、以“科研-教學(xué)-實(shí)踐-系統(tǒng)-應(yīng)用”為主線，以“實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)設(shè)計(jì)、智慧式教學(xué)方法、復(fù)合型教學(xué)平臺(tái)”為內(nèi)涵的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，并應(yīng)用于無(wú)人機(jī)、浮空器、火箭、導(dǎo)彈和微納衛(wèi)星等智能無(wú)人飛行器實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)了一批服務(wù)于部隊(duì)的高素質(zhì)專業(yè)化軍事人才，取得了顯著的教學(xué)質(zhì)量效益。