［摘 要］ 針對航空宇航學(xué)科卓越工程人才培養(yǎng)問題，開展面向綜合能力提升的航空宇航專業(yè)精品課程設(shè)計(jì)與教學(xué)方法研究，包括以人為本的多元化項(xiàng)目實(shí)踐設(shè)計(jì)研究、學(xué)科競賽驅(qū)動的綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究和工程需求牽引的理論創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究等四方面；探索和發(fā)展課程、實(shí)踐和項(xiàng)目驅(qū)動的CDIO科教融合育人新模式，嘗試打造“精品課程+項(xiàng)目實(shí)踐+競賽鍛煉+總結(jié)創(chuàng)新”的全鏈條全周期人才培養(yǎng)方法，為航空宇航專業(yè)卓越工程人才培養(yǎng)提供新思路、新方法、新實(shí)踐。

［關(guān)鍵詞］ 工程人才；新工科；航空宇航

［基金項(xiàng)目］ 2021年度哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“科創(chuàng)教學(xué)結(jié)合探索航空宇航學(xué)科新型人才培養(yǎng)模式”（XJG202102）；2023年度廣東省教育科研項(xiàng)目“航空宇航專業(yè)卓越工程人才培養(yǎng)探索與實(shí)踐”（2023GXJK681）

［作者簡介］ 岳程斐（1989—），男，山西陽泉人，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）空天科技學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事航天器高性能控制和大規(guī)模星座管控研究；劉 明（1981—），男，吉林長春人，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事基于人工智能的航天器故障診斷、網(wǎng)絡(luò)化控制等研究；陳雪芹（1982—），女，四川廣元人，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事航天器故障診斷與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。

［中圖分類號］ G640 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）39-0081-04 ［收稿日期］ 2023-09-05

一、背景

2018年10月8日，教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》指出，以新工科建設(shè)為重要抓手，持續(xù)深化工程教育改革，加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程科技人才，打造世界工程創(chuàng)新中心和人才高地，提升國家硬實(shí)力和國際競爭力［1］。

“十四五”規(guī)劃將高端裝備制造、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等設(shè)定為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和未來產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。因此，航空宇航專業(yè)人才的培養(yǎng)成為未來產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（以下簡稱哈工大）作為我國傳統(tǒng)工科強(qiáng)校，以其“立足航天、服務(wù)國防、長于工程”的辦學(xué)特色［2］，為我國國防事業(yè)培養(yǎng)了一大批人才。一校三區(qū)中的哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）也繼承了校本部傳統(tǒng)的工科優(yōu)勢，立足廣東發(fā)展實(shí)際，重點(diǎn)建設(shè)發(fā)展了空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)科，并于2021年入選廣東省新一輪高等教育“沖一流、補(bǔ)短板、強(qiáng)特色”提升計(jì)劃，形成了“空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用”相融合的特色學(xué)科體系。

結(jié)合和圍繞我國國防需求，以及傳統(tǒng)航空宇航科學(xué)與技術(shù)相關(guān)學(xué)科的辦學(xué)特色，深入開展卓越工程人才培養(yǎng)探索和實(shí)踐，完善和創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，為國家和社會輸送航天專業(yè)技能強(qiáng)、基本理論和基礎(chǔ)知識扎實(shí)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的航天領(lǐng)軍人才。

結(jié)合不同學(xué)科特色，深入開展教育方法設(shè)計(jì)、探索與創(chuàng)新，是高等教育教學(xué)改革創(chuàng)新的重要研究方向。航空宇航專業(yè)知識理論性強(qiáng)，通常深奧難懂，如不能結(jié)合工程實(shí)踐開展教學(xué)，很容易造成理論與實(shí)踐的脫節(jié)。結(jié)合航空宇航學(xué)科的特色，重視學(xué)生課外實(shí)踐和參與工程項(xiàng)目環(huán)節(jié)，在現(xiàn)有的各類教學(xué)模式基礎(chǔ)上，把基于項(xiàng)目和競賽的實(shí)踐環(huán)節(jié)引入學(xué)生培養(yǎng)過程，探索“注重基礎(chǔ)、加強(qiáng)應(yīng)用、追蹤前沿、實(shí)踐創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、理論與實(shí)踐并重、具有前瞻性引領(lǐng)性的卓越工程人才，對完善高等教育教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式具有重要的學(xué)術(shù)價值。

二、基于CDIO的工程人才培養(yǎng)模式

（一）卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃

2010年6月23日，教育部在天津召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”啟動會，聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)（學(xué)）會，共同實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。2013年6月19日，我國加入《華盛頓協(xié)議》，成為該組織第21個成員，2016年6月成為正式成員。

目前，第一批和第二批卓越計(jì)劃實(shí)施高校共194所，第三批共433個本科專業(yè)、126個研究生專業(yè)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)是第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施高校。

（二）哈工大航空宇航學(xué)科的工程人才培養(yǎng)模式

結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)特色，哈工大航空宇航科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的科教團(tuán)隊(duì)在曹喜濱院士帶領(lǐng)下，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、工程人才培養(yǎng)融入人才培養(yǎng)體系，從本科入學(xué)宣講到博士畢業(yè)進(jìn)入航天單位工作，貫穿人才本碩博培養(yǎng)全過程；依托高水平科研優(yōu)勢與本學(xué)科良好的科研條件，以及紫丁香微納衛(wèi)星創(chuàng)新工場這樣的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地，廣泛開展大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的航天創(chuàng)新型工程領(lǐng)軍人才［3］。團(tuán)隊(duì)所培養(yǎng)的航空宇航學(xué)科相關(guān)專業(yè)的本科生，獨(dú)立設(shè)計(jì)與研制完成了紫丁香系列微納衛(wèi)星中多個部組件，目前衛(wèi)星在軌工作狀態(tài)良好，圓滿完成了飛行任務(wù)。該學(xué)生團(tuán)隊(duì)參與研制了全球首個獨(dú)立完成地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行的微衛(wèi)星“龍江二號”。紫丁香微納衛(wèi)星學(xué)生團(tuán)隊(duì)被評為“小平科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”、第二十四屆“中國青年五四獎?wù)录w”等。

與此同時，探索和發(fā)展了紫丁香微納衛(wèi)星研制與管理模式，在培養(yǎng)航天專業(yè)相關(guān)高層次人才、工程人才方面取得了優(yōu)異成果。由曹喜濱院士領(lǐng)銜完成的“科教融合培養(yǎng)航天領(lǐng)域工程領(lǐng)軍人才的創(chuàng)新與實(shí)踐”榮獲中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會研究生教育成果一等獎，“3M模式培養(yǎng)航天領(lǐng)域新時代卓越工程師的創(chuàng)新與實(shí)踐”榮獲高等教育（研究生）國家級教學(xué)成果二等獎，激發(fā)了大批有志青年投身祖國的航天事業(yè)。

（三）CDIO模式

圍繞工程能力模式，美國斯坦福大學(xué)采用“開環(huán)大學(xué)”（open loop university）模式，以及“先能力后知識”的“軸翻轉(zhuǎn)”教學(xué)方式和“目標(biāo)性學(xué)習(xí)”（purpose learning）模式支撐學(xué)生的職業(yè)發(fā)展［4］；美國麻省理工學(xué)院發(fā)布“新工程教育轉(zhuǎn)型”（new engineering education transformation， NEET）計(jì)劃，造就能夠引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)界和社會發(fā)展的工程領(lǐng)軍人才。同時，麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典皇家工學(xué)院、瑞典查爾摩斯工業(yè)大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)共同創(chuàng)立了CDIO，即構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)施（implement）、運(yùn)行（operate）“四位一體”的工程教育改革模式。該模式強(qiáng)調(diào)在“四位一體”的全周期活動過程中，學(xué)生通過主動、實(shí)踐的方式進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建，獲得勝任各個環(huán)節(jié)的能力，也成為當(dāng)代工程教育改革的一種方法。

我國從2005年起引入CDIO模式，進(jìn)行了本土化改革和創(chuàng)新，先后發(fā)展了EIP-CDIO模式、CDIO-OBE模式、TOPCARES-CDIO模式、SE-CDIO模式等多種模式，為工程人才培養(yǎng)的實(shí)施提供了指引。

2010年全國第一次CDIO工程教育模式試點(diǎn)工作會議在京召開，哈爾濱工業(yè)大學(xué)作為CDIO工程教育聯(lián)盟成員單位，十余年來持續(xù)開展基于CDIO的工程人才培養(yǎng)，取得了豐碩成果。在通信類專業(yè)已開展有CDIO理念與研究生培養(yǎng)的實(shí)踐研究，在土木工程類專業(yè)已建設(shè)有CDIO特色課程體系，并與國外多所大學(xué)開展了學(xué)分互認(rèn)，并在威海校區(qū)機(jī)械工程類專業(yè)開展了基于CDIO工程模式的實(shí)踐教學(xué)改革。這些成果為哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）航空宇航學(xué)科開展CDIO特色的卓越工程師培養(yǎng)提供了直接參考。

三、基于CDIO的工程人才培養(yǎng)模式設(shè)計(jì)

CDIO的工程人才培養(yǎng)模式，同樣適用于航空航天人才的培養(yǎng)。通過探索和發(fā)展課程、實(shí)踐和項(xiàng)目驅(qū)動的CDIO科教融合育人新模式，嘗試打造“精品課程+項(xiàng)目實(shí)踐+競賽鍛煉+總結(jié)創(chuàng)新”的全鏈條全周期人才培養(yǎng)模式，為航空宇航專業(yè)卓越工程人才提供新思路、新方法、新實(shí)踐。

（一）解決航空宇航專業(yè)理論與實(shí)踐相脫節(jié)的難題

結(jié)合CDIO“四位一體”的設(shè)計(jì)思路，從課程設(shè)置環(huán)節(jié)的構(gòu)思（conceive）與設(shè)計(jì)（design），到項(xiàng)目實(shí)踐上的有效實(shí)施（implement）和運(yùn)行（operate），以及成果總結(jié)階段的學(xué)術(shù)論文和專利文本的寫作，開展項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)協(xié)同、項(xiàng)目中凝練科學(xué)問題、工程實(shí)踐能力協(xié)同培養(yǎng)。通過在課程設(shè)計(jì)中融入航天科技發(fā)展的前沿技術(shù)和熱點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)踐開展課程內(nèi)容講授，解決授課內(nèi)容陳舊，理論偏離工程應(yīng)用，學(xué)生積極性不高和所培養(yǎng)學(xué)生“眼高手低”的問題；同時在工程實(shí)踐和論文寫作中加強(qiáng)理論創(chuàng)新能力培養(yǎng)和鍛煉，解決工程實(shí)踐能力強(qiáng)，理論創(chuàng)新水平低的問題。通過“理論講授、工程實(shí)踐、理論總結(jié)”的模式，兼顧學(xué)生基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)、新技術(shù)新理論學(xué)習(xí)、新型網(wǎng)絡(luò)工具學(xué)習(xí)、工程項(xiàng)目實(shí)施過程學(xué)習(xí)等過程，培養(yǎng)理論水平高、實(shí)踐能力強(qiáng)的卓越工程人才。

（二）解決個人技術(shù)技能發(fā)展和團(tuán)隊(duì)需求不能兼顧的難題

以多元化項(xiàng)目實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)學(xué)科競賽鍛煉為抓手實(shí)現(xiàn)個人創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的綜合培養(yǎng)。通過學(xué)生能力分析，在選題方面通過構(gòu)思（conceive）與設(shè)計(jì)（design）設(shè)置多元化的課題類型，實(shí)現(xiàn)以人為本的個性化培養(yǎng)和個人能力提升，解決現(xiàn)有人才培養(yǎng)過程中學(xué)生差異化培養(yǎng)不足的問題；通過學(xué)科競賽的形式實(shí)施（implement）和運(yùn)行（operate），讓學(xué)生自行組建比賽團(tuán)隊(duì)，并在項(xiàng)目進(jìn)程中培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，解決學(xué)生個性突出、協(xié)作不足的難題。通過項(xiàng)目實(shí)踐和學(xué)科競賽，培養(yǎng)和發(fā)掘?qū)W生不同潛質(zhì)，針對性地培養(yǎng)學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)能力，培養(yǎng)個人素質(zhì)過硬、團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)能力突出的卓越工程領(lǐng)軍人才。

綜上，圍繞“精品課程+項(xiàng)目實(shí)踐+競賽鍛煉+總結(jié)創(chuàng)新”全鏈條全周期人才培養(yǎng)模式展開，探索和發(fā)展課程、實(shí)踐和項(xiàng)目驅(qū)動的CDIO科教融合育人新模式，如圖1所示。具體而言，可采取的方法如下。

面向綜合能力提升的航空宇航專業(yè)精品課程設(shè)計(jì)與教學(xué)方法研究。系統(tǒng)梳理航空宇航專業(yè)工程人才能力要素，針對性地在課題組教師負(fù)責(zé)的“航天器總體設(shè)計(jì)”“航天器姿態(tài)動力學(xué)與控制”“天文觀測與導(dǎo)航”“先進(jìn)控制概論”等課程中融入工程案例和工程實(shí)踐要素，將理論知識與工程實(shí)踐相結(jié)合，探索面向綜合能力提升的課程設(shè)計(jì)與教學(xué)方法，打造面向航空宇航專業(yè)人才培養(yǎng)的系列精品課程，例如“航天器總體設(shè)計(jì)”“航天器姿態(tài)動力學(xué)與控制”“航天器軌道動力學(xué)與控制”等課程。持續(xù)追蹤前沿技術(shù)和熱點(diǎn)，將前沿?zé)狳c(diǎn)和工程實(shí)踐內(nèi)容融入課程設(shè)計(jì)與教學(xué)：緊密圍繞深空探測、地月空間建設(shè)、可重復(fù)使用運(yùn)載器、低軌互聯(lián)網(wǎng)星座建設(shè)等前沿和熱點(diǎn)，剖析其中所蘊(yùn)含的技術(shù)難點(diǎn)和科學(xué)問題，并將其引入課程設(shè)計(jì)。通過專業(yè)基礎(chǔ)知識、科技前沿、工程案例的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

以人為本的多元化項(xiàng)目實(shí)踐設(shè)計(jì)研究。合理評估學(xué)生的興趣點(diǎn)和所能勝任的任務(wù)類型，有針對性地設(shè)計(jì)不同學(xué)生所能參與的項(xiàng)目實(shí)踐和選題，充分調(diào)動學(xué)生參與項(xiàng)目的熱情，并在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力。充分利用教師隊(duì)伍“空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用”全覆蓋的隊(duì)伍優(yōu)勢，設(shè)置多元化、多學(xué)科交叉的工程實(shí)踐內(nèi)容，探索以人為本的個性化實(shí)踐育人方法。充分考慮學(xué)生個人興趣與基本科學(xué)素養(yǎng)，因人設(shè)題，最大化激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和科研潛力。邀請領(lǐng)域內(nèi)知名專家學(xué)者和一線型號任務(wù)總師，開展類別豐富的講座，理論聯(lián)系實(shí)際，拓寬學(xué)生視野，充實(shí)學(xué)生對所從事項(xiàng)目實(shí)踐和課題研究的認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力。同時，開展學(xué)科交叉試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

學(xué)科競賽驅(qū)動的綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究。合理組織配置學(xué)生隊(duì)伍，通過學(xué)科競賽的形式，實(shí)踐和豐富CDIO全周期育人模式。通過“選題立項(xiàng)構(gòu)思、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)攻關(guān)和項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目運(yùn)行評估、成果總結(jié)提煉”，激發(fā)學(xué)生參與工程項(xiàng)目的積極性，培養(yǎng)學(xué)生從工程項(xiàng)目中凝練和分析科學(xué)問題、解決科學(xué)問題及其應(yīng)用的能力。以學(xué)科競賽為牽引，結(jié)合參與的項(xiàng)目內(nèi)容和學(xué)生專業(yè)特長，由學(xué)生自行組建競賽隊(duì)伍，通過“選題立項(xiàng)構(gòu)思、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)攻關(guān)和項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目運(yùn)行評估、成果總結(jié)提煉”全過程引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中的責(zé)任心，為責(zé)任心極強(qiáng)和專業(yè)技術(shù)過硬的學(xué)生提供更多參與機(jī)會，培養(yǎng)其在團(tuán)隊(duì)中的領(lǐng)導(dǎo)能力。對絕大多數(shù)學(xué)生，則對其在團(tuán)隊(duì)中的工作進(jìn)行合理分工，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣使其能夠主動承擔(dān)相應(yīng)的科研內(nèi)容，培養(yǎng)“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題”的工程實(shí)踐能力。

工程需求牽引的理論創(chuàng)新能力培養(yǎng)。貫徹落實(shí)“需求牽引、突破瓶頸”的人才培養(yǎng)要求，從工程需求和實(shí)踐中凝練科學(xué)問題，并將其與學(xué)術(shù)論文寫作以及專利申請結(jié)合起來，提升學(xué)生理論創(chuàng)新能力和水平。同時，在工程實(shí)踐中，注重培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)能力，通過論文撰寫、專利申請、參加學(xué)術(shù)會議進(jìn)行口頭報(bào)告等多種形式，凝練總結(jié)科研創(chuàng)新成果，取得創(chuàng)新型理論成果。

結(jié)語

根據(jù)CDIO科教融合育人新模式，給出了基于“精品課程+項(xiàng)目實(shí)踐+競賽鍛煉+總結(jié)創(chuàng)新”的全鏈條全周期人才培養(yǎng)方法設(shè)計(jì)思路，為解決航空宇航專業(yè)人才培養(yǎng)過程中專業(yè)理論與實(shí)踐相脫節(jié)、個人能力培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)能力培養(yǎng)不能兼顧的難題提供了有效方法。

參考文獻(xiàn)

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Exploration and Practice of Training Excellent Engineering Talents

in Aeronautical and Astronautical Discipline

YUE Cheng-fei1， LIU Ming2， CHEN Xue-qin2

（1. School of Aerospace Science， Harbin Institute of Technology（Shenzhen）， Shenzhen， Guangdong 518055， China; 2. School of Astronautics， Harbin Institute of Technology， Harbin， Heilongjiang 150001， China）

Abstract： In view of the training of excellent engineering talents in aeronautical and astronautical discipline， aiming at the improvement of comprehensive ability， four aspects of research were carried out， which include research on the design and teaching methods of excellent courses for aerospace specialty， the practice design of diversified people-oriented projects， the cultivation of comprehensive innovation ability driven by discipline competition， and the training of theoretical innovation ability of engineering demand traction. This paper aims to explore and develop a new model of CDIO science and education integration driven by curriculum， practice and project， tries to create a whole-chain and whole-cycle talent training method of “excellent courses + project practice + competition training + summary innovation”， and provide new ideas， new methods and new practices for excellent engineering talents in aeronautical and astronautical discipline.

Key words： engineering talents; emerging engineering education; aeronautical and astronautical