航空航天概论论文范文

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0092-02

航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一，也是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器及其装置的设计，不断地向材料工程提出新的课题，推动了航空航天材料科学的进步。各种先进材料的出现也为飞行器及其装置的设计提供更多的可设计性，极大地促进了航空航天技术的发展。因此，先进航空航天材料的开发、研究与应用反映了一个国家的工业水平与航空航天技术，关系到一个国家的综合实力与国际影响力。因此，各国都把先进材料的研究和开发放在重要地位。尽管我国近年来在航空航天材料的研发方面取得了巨大进展，但仍然与发达国家存在较大的差距。因此，需要不断学习和引进国外的先进技术和经验。而国外相关资料都是英文出版，这就需要航空航天材料方向的学生具有较高的材料科学与工程专业英语的听、说、读、写能力，以完成获取专业所需信息等任务。

材料科学与工程专业英语是一门语言应用与材料专业知识紧密结合的课程。它不但涉及英语科技文体的语法特征和材料专业技术文献的语言特点，而且涉及一定的专业技术内容及科技信息交流。课程目标是培养学生具有较强的专业文献的阅读能力，进一步提高学生的听、说、写、译能力，使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法，提高文化素养，以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。课程的教学目标是：掌握一定量的与材料科学与工程专业有关的常用单词和常用词组，并掌握一定的构词法知识，具有识别生词的能力，能顺利阅读专业相关的英文原版教科书、参考书及专业论文。但现行的教学模式在教学管理与培养方式中存在许多问题亟待解决，目前也没有针对航空航天方向的材料科学与工程专业英语教材。因此，迫切需要完善教学内容，优化教学方式，改编教材，以全面提高材料科学与工程专业英语的教学质量。

一、改编现有专业教材，扩展学生专业视野

浏览现有大部分的《材料科学与工程专业英语》教材可发现，内容基本是《材料科学概论》或《材料科学基础》的英文版本的改编，实际是英文版的专业教材，不具专业英语教材特点。而且教材内容的更新速度慢，与国际上材料科学的快速发展不相适应，学生阅读起来单调、枯燥。因此，在现有教材的基础上，急需编写新版实用性教材。新版教材需兼顾英语的语法特点和材料专业技术知识，既强调专业基础理论知识又涵盖国际研究前沿趋势。

从提高学生的听、说、读、写及翻译的综合能力着手，按照从难到易的教材内容顺序，突出航空航天行业背景及新技术特点，完成《材料科学与工程专业外语》教材的设计与撰写。从教材章节编排上，按照先介绍语言知识后介绍材料专业的顺序布局。可以在开始的章节介绍科技英语的构词、语法的特点以及专业学术文章的撰写规则。随后的几个章节，简单介绍材料的基础理论知识，学生可以结合以前学习的材料专业知识进行这部分的学习。目的是给学生介绍英文专业词汇，让学生逐渐熟悉专业英语的阅读。随后，在材料学的专业知识内容上，结合专业基础课程，着重介绍和航空航天技术紧密相关的材料研究内容，例如飞机结构复合材料、高温材料、隐身材料、非晶材料、太阳能材料等。同时，为了进一步提高学生阅读和理解专业文献资料的能力，提高学生从专业文献中获取重要信息和跟踪学术研究前沿的能力，教材还可以向学生介绍利用互联网站和相关的学术期刊网站获取最新专业文献的方法。并且，从材料专业高质量的国际期刊上精心选取一些难度适中的综述性和研究型的论文作为课堂教学内容。由于这些论文内容新颖且紧密跟踪本领域的研究前沿，学生也易于接受。这样，既提高了教学效果，也使学生对专业英语的重要性有了更深地认识和理解。

二、丰富课堂教学内容，夯实学生基本功

调研各高校材料专业的本科生教学计划，发现专业英语课程设置在第七至第八学期，大四学生对英语学习逐渐变得陌生，如果直接面对专业英语的学习，势必会造成学生学习的困难。因此，教师除了教授教材的内容外，可以适当拓展相关内容的英语学习，提高学生的学习兴趣。

从知识结构设置上，可以根据学生毕业后学习、就业及工作的实际需要，突出对学生专业英语实际应用能力的培养和训练。为了突出实际应用能力培养及常用交流，可按照先读后写，先听后说的思路，来对学生进行专业英语实际应用能力的训练。通过由学习模仿到实际应用的教学模式，重点培养撰写英文摘要、写推荐信、求职信、会议常用发言以及模拟求职对话等能力。除此而外，还可以就学生即将面临的毕业设计论文撰写，展开介绍和讲评。“学以致用”，而实际应用是学生学习的动力。学生一旦体会到能从专业外语的学习中获益，便会提高学习的积极性，促进专业英语的教学。

为了增加教学内容的趣味性，在实际教学过程中增加一些与课文内容相关的最新外文视频。材料科学与工程是一个大专业，其中又有金属材料、高分子材料及陶瓷材料等二级专业，因此除了完成教材的教学内容外，还应针对不同专业分门别类地介绍材料的最新的实际应用。介绍时，可以从互联网上搜索最新的文字资料，也可以搜索最新的视频资料，其中视频资料更生动，因此受到学生们的欢迎。比如在讲解金属材料和复合材料时，可以给学生播放波音、空客等制造飞机发动机及机身结构的最新技术视频。还可以通过播放如太阳能电池、风力发电技术及3D打印技术等视频，加深学生对陶瓷材料、功能材料及复合材料在新能源及新技术领域的应用认识。因此，通过利用多媒体技术的视频资料，不但可以提高学生的英语听力，扩充学生的词汇量，还可以使学生在轻松的学习氛围中了解相关技术的应用前沿，深化在学生对航空航天材料科学与工程的认识。

三、改革课堂教学方法，提高课堂教学质量

材料专业英语是一种正规的书面体，专业词汇多词形复杂、句子长，且与专业知识结合紧密，相对于基础英语来说，缺少文学作品中的韵律、节奏感，读起来抽象、枯燥，造成教师讲授、学生学习的兴趣不高。如果采用传统的专业课程的讲课为主的教学方法，势必不能有良好的教学效果。因此，应该结合英语课堂教学和专业课的教学特点，采取多元化的教学方法，对学生进行课堂教学。

可以采取英语课堂的教学，让学生随堂朗读教材内容，学生在读的过程中，既熟悉了教材内容，又对英语的“说”有提高。随后，对学生进行分组，讨论分析教材内容，或者也可以提出一个小话题，学生可进行问题的分析并提出解决方案。这样，既提高了学生的英语口语技能，也加强了学生分析专业问题的能力。课后布置适量的课后翻译作业，可以是对教材内容的翻译也可以是对课堂增补内容的翻译，通过英汉互译的环节，巩固课堂教学内容。在课程结束前，还可以穿插学生就自己的毕业设计方向，做一个简短的英文讲座，既可以对课堂教学效果进行测试，也可以提高同学们的口头表达能力，增加同学们英语交流的信心。

在进行课堂教学的时候，如前所述，可以围绕课堂教学时的内容，充分利用互联网技术，为学生补充国际上航空航天材料的最新研究成果和先进的应用实例，可以是文字资料也可以是视频文件的学习。进行文字资料的学习时，可以采用先朗读后分析、翻译的方法，逐步分解。进行视频资料的学习时，教师应提前将语音资料转换成文本资料，课堂上可以进行边视听边进行讲解，让学生在愉快的氛围中进行学习，进而达到良好的课堂效果。

四、结语

我国航空航天技术的发展对航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人员必须及时关注国际发展，密切和国外学术交流，才能保障材料领域的不断进步，这就对科技人员的专业英语要求也不断提高。因此，通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化，来全面培养学生的读、听、说、写、译的综合能力，增强学生的国际竞争力，为航空航天材料技术领域输送优秀人才。

参考文献：

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[中图分类号] G649.21 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X(2012)03?0058?03

一、创业教育是培养创新型人才的重要途径

（一）创新型人才培养需要创新教育

在当前知识经济高速发展的时期，培养创新型人才不仅是国际间竞争的重要手段，也是我国建设创新型国家的首要条件。创新型人才是指具有创新素质的人才，对已知或未知领域中的新知识、新事物、新方法予以发现或发明，并应用到社会生活中产生创新成果，以此推动人类的进步和发展。创新素质包括创新意识、创新思维、创新精神和创新能力这几个方面，拥有这些创新品格的人才通过对人类已知领域的改进和更新、对未知领域的发现和探索，来产生创新成果。创新型人才具有好奇、批判、执着、冒险等人格特征，对于新的问题，他们不拘泥于已有的思维方式和解决问题的方法，喜欢独树一帜、标新立异、卓而不群。由此可见，传统的教育模式已经不能适应创新型人才培养的需求，高等教育必须进行纵深层次的改革，以创新教育来取代传统的接受教育、守成教育，培养具有创新精神和创新能力的高素质人才。

（二）创业教育是实施创新教育的手段

相对传统教育而言，创新教育是指通过一定的教育活动，充分发挥受教育者的创造性和主观能动性，以此培养他们独立认识和发现新事物、新知识、新方法的创新品格。[1]创新教育特别强调个体的独立存在、人格的主体性张扬和人性的完满发展，其终极目标是激发受教育者的创新意识、确立受教育者的创新思维、培养受教育者的创新精神、提高受教育者的创新能力。广义的创业教育是指通过一系列的创业理论和创业实践活动来培养受教育者的开创精神、冒险精神和创业能力；而狭义的创业教育则是指通过传授创业理论和技能，培养受教育者开创新企业的能力，从而提升自我价值、创造高额财富并提供倍增的就业岗位。从二者的内涵可以看出，创新教育强调受教育者创新意识、创新思维、创新精神与创新能力的培养，而创业教育则通过一定的理论传授和实践活动来培养受教育者的创新性。因此可以得出，创新教育是创业教育的思想基础，而创业教育是创新教育的具体化、行为化，是践行创新教育的具体手段。[2]

（三）通过创业教育培养创新型人才

创业教育是一项实践性很强的教育活动，除了必要的理论知识学习和技能传授之外，还包括大量的创业实践活动。创业理论主要包括与创业相关的管理、法律、财务、营销、广告、风险防范等一系列相关知识的学习和掌握；创业实践活动则是指通过提供创业实践基地、组织产业实践活动，以使受教育者尽快掌握创业过程的实质，如开展创业计划大赛、通过软件模拟创业活动、提供场地鼓励学生进行自主创业等等。通过创业理论知识的学习和创业实践活动的开展，可以籍此丰富学生各方面的知识并培养他们解决问题的能力、抗挫折的能力以及创新思维、创新精神以及创新能力的发展，以此实现高素质创新型人才培养的目的。

二、北京航空航天大学的创业教育发展模式

北京航空航天大学开展创业教育是以培养学生的创业意识和创业精神，向学生传授创业知识、提高学生的创业技能为宗旨。[3]为了实践这一理念，北京航空航天大学从组织、制度、师资三个方面构筑了完备的创业教育保障体系，并结合创业人才培养体系、创业教学体系、创业实践体系建立了三位一体的创业教育实施途径。

（一）三项举措构建完备的创业教育保障体系

1．多部门联手开展创业教育，提供坚实有力的组织保障

强有力的组织保障、健全的机构设置、合理完善的领导体系是高校创业教育得以有效实施的必由之路，是建成多层次、立体化、全方位创业人才培养体系的必要保障。自从2002年北京航空航天大学被教育部确定为9所创业教育试点院校之一以来，创业教育就一直受到校领导的高度重视并专门成立了创业教育领导小组、创业教育专家组和创业管理培训学院等组织和机构。北京航空航天大学的创业教育由领导小组主抓，具体工作主要由创业管理培训学院负责，各专业院系、教务处、学生处、就业指导中心、团委、孵化器、大学科技园等部门协同承担。创业管理培训学院成立于2002年，是一个负责全校创业教育的顶层设计与组织实施的集管理与教学为一体的独立建制单位。创业管理培训学院除需完成与创业相关的教学和科研外，还承担向全校推广创业教育、管理创业教育的职能并开展学生创新创业实践等活动。学校自上而下的统筹规划和统一领导增强了各院系、部门之间的工作协调，确保了创业教育工作的顺利开展。

2. 制定鼓励政策与措施，为开展创业教育提供制度保障

北京航空航天大学在课程设置、师资配备和大学生自主创业方面制定了灵活、高效的激励政策和保障机制，健全了过程管理制度，营造了有利于创新人才培养的制度环境。

首先，完善课程设置与师资配备的管理机制是保障创业教育顺利开展的必要条件。教务处大力支持开设创业教育相关课程，由创业管理培训学院和就业指导中心以及其他部门联手推动创业课程的设置与教学工作。学校各职能部门和专业院系都非常重视创业教育，优先安排优秀教师讲授创业教育课程，并为教师参加培训、授课提供便利，此外学校对聘请校外创业导师从经费和政策上也给予大力支持。

其次，制定激励政策机制，鼓励学生积极进行自主创业。学校大力支持在校生保留学籍、休学创办企业，并且对于一些比较成熟的创业项目给予必要的创业孵化资金资助和政策指导。通过社团组织、公共活动策划、科技报告立项申请、学术报告、法律模拟、市场竞争模拟、电子创意大赛等活动为学生搭建创业的平台和机会，以此解放学生的时间、空间、双手和大脑。此外还允许学生在校内的商业经营网点提供合理的招标，从事经营活动，鼓励学生创业，使学生在创新、创业活动的磨练中培养创业人才的人格。

3. 建立“三业”导师制度，完善师资保障机制

具有创新精神的优秀的创业师资队伍是培养创新型人才、有效实现创新创业教育目标的必要保障。在目前创业教育师资极其匮乏的情况下，开展创业教育应该挖掘各专业领域教师在创业教育方面的潜能；组织学生辅导员和职业指导教师参加创业指导相关职业技能培训，扩大创业指导师资队伍；另外，聘请经验丰富、责任心强并且热心创业教育事业的社会各界人士担任创业导师，不但可以缓解现有创业教育师资匮乏问题，而且对于提高创业教育师资队伍的能力和水平有较好的作用。在这一理念的引领之下，北京航空航天大学创立了“三业”导师制度，即在现有创业导师制度的基础上，依托各专业院系现有师资，建立学业、职业和创业相结合的导师队伍。

首先，大力发挥学业导师在创业教育中的作用。培养各专业院系的教师成为学术型与实践型相结合的“双师型”人才，承担创业课程的教学任务，并使其在对学生进行学业指导的同时，结合专业知识对那些有创业意愿和潜力的学生进行创业方面的指导。

其次，培养创业团队指导教师。组织学生辅导员和职业指导教师参加创业指导相关知识和技能培训，扩大创业指导师资队伍，为创业团队提供“一对一”陪伴式创业辅导，提高创业指导工作质量。

最后，聘请成功企业家和正在草根创业的本校毕业生担任创业导师。具有丰富成功创业经验的企业家对大学生进行指导固然可以起到激励和引领作用，但处于创业阶段的本校毕业生的经历可以使大学生感觉创业实践更加贴近生活，创业并不遥远。

（二）三位一体建立全新的创业教育实施途径

1. 构筑全员覆盖与分类培养相结合的创业教育培养体系

广义的创业教育包含三个层面的意思：首先是培养学生具有创新意识、开拓精神和批判性思维；其次是培养善经营、会管理，具有突出组织、协调和交流能力的人才；第三是培养具有丰富创业知识和技能、能够创办企业的“未来企业家”。学校根据创业教育的不同层次和学生发展个性的不同需求，建立了全员覆盖与分类培养相结合的创业教育培养体系。

创业教育面对的群体是所有学生，即“全员覆盖”，在此基础上还要根据不同学生群体的具体需要，进行分类培养和指导。对于有创业知识需要的学生，通过开设系统的创业课程满足其创业基础知识方面的需要；对于有创业想法的学生，由创业指导教师就项目的可行性、资源需求、创业团队、开办方式、创业风险等方面的问题进行个性化指导，提供解决创业难题的思路和途径；对于有创业项目的学生，除了提供项目咨询、指导外，经过评估论证，由“双实?双业”基地或“大学生创业实践基地”提供场地、技术、管理、运营等方面的孵化支持；对于起点高、规模较大的创业项目，则可指导其进入大学科技园，由科技园参与投资和经营管理，也可指导其到社会上整合资源，创办企业。

2. 构筑特色鲜明、大胆创新的创业教育教学体系

创业教育作为创新型人才培养过程中贯穿始终的理念，与知识教育、专业教育融为一体，以专业教学为主渠道培养学生的创新创业能力和素质。作为与传统教育不同的一种理念，在教学过程中从课程设置、教学方法、评价方式等方面进行了改革和创新。

课程设置上，既以通识课程的形式面向全校学生开设公共选修课，又深入各院系开设专业知识与创业知识、技能相结合的课程。目前已经开设的通识课程有《科技创业》《创业管理》《大学生KAB创业基础》和《创业概论》等；此外，还在各专业院系开设有专业性很强的创业课程，如IT创业、生物工程创业、艺术创业等。

教学方法上，采取传统的讲授法与案例教学、课堂讨论、分组教学、参观访问等相结合的方式，以此激发和培养学生的求知欲望、创新思维能力和创造力，使教学过程成为师生互动的双向传导过程，成为学生学习与模拟相结合的过程。

评价方式上，建立能力本位的发展型、多元化、过程性的教学评价机制。对传统的单一的闭卷考试进行革新，采取多元化的考评方式：撰写阶段性课程学习心得；给定案例随堂考试；要求学生自选案例，指定时间集体研讨并撰写案例分析报告；创业小论文；以某一章或者某一节为依据以小组为单位起草创业计划书。

实践教学环节上，依托创业管理培训学院建立了“大学生创业实践基地”和“大学生创业实训基地”，引进“创业之星”等大学生创业模拟软件，使学生在虚拟商业社会中完成企业从注册、创建、运营、管理等所有决策，从而有效地将所学理论知识转化为实际动手的能力，提升学生的综合素质，增强学生的创新与实践能力。

3. 强化基地依托，构建创业教育实践体系

创业实践是创业教育的重要内容，它不仅是将创业理论付诸实践的平台，更是改善当前大学生高创业率、高死亡率现状的有效途径。北京航空航天大学依托大学科技园建立了“双实?双业”基地，设立了“种子基金”平台，此外还定期举办创业竞赛活动。

北京航空航天大学科技园充分利用并整合各方资源，联合学校研究生院、招生就业处、学生处、团委等单位，共同成立了“双实?双业”基地。该基地为北京航空航天大学有创业意愿的学生提供免费的创业场地，旨在鼓励大学生自主创业，并提供政策、技术、注册、管理等相关方面的咨询和服务。

北京航空航天大学还设立了“种子基金”平台，为技术创新项目和科技型创业企业提供权益性资本，直接参与其创业过程并负责具体实施。针对该平台，北京航空航天大学科技园成立了投资指导委员会与投资项目部，对拟投资的企业进行深入调查，编写投资建议书，决定孵化基金的投资方案，最终以股权投资的方式进行投资，并为遴选出的优秀创业项目提供创业场地及全程创业服务。

为提高学生的创业实践能力和创业实际操作水平，北京航空航天大学已经成功举办了若干届“科技园杯”和“冯如杯”创业计划大赛，以此遴选更多优秀的创业项目，培养高素质创新创业人才，推动科技成果快速向生产力转化。

参考文献：

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【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)03―0144―03

引言

20世纪是人类科学技术迅速发展的辉煌100年,综合诸多前沿学科和技术的机器人的诞生和机器人学(Robotics)的建立是上世纪科学技术所取得的重大成就的代表之一。从1962年美国万能自动化(Unimation)公司的第一台机器人的投入使用到现在,短短40多年的时间,机器人已从无到有,现在已拥有“百万大军”,在世界各个领域和人民生活的诸多方面忠诚地为人类服务,做出了不可磨灭的贡献。随着机器人技术的蓬勃发展,目前全国的许多高校甚至中小学都开设了机器人教学的相关课程,而且学生的人数在逐年增多。以北京航空航天大学(简称北航)为例,现在每年选修机器人课程的学生都在上百人左右。机器人是一门多学科高度交叉的前沿学科,包括机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等,无论在基础理论方面还是在实践应用方面其发展速度都十分惊人。为了进一步更新教学理念,优化教学策略,保持与国内外机器人教学同步提高,笔者对国内外十几所著名高校的机器人教学情况,就教学大纲、成绩考核等方面进行了调查研究与分析,在此基础上对笔者从事的机器人教学课程进行了改革和探索,提出了一些建议和改革措施,并在近三年北航的《机器人学》教学过程中进行了实践,取得了不错的教学效果。

一 国内外机器人教学的调研

美国是机器人技术的发源地,开展机器人教学的高校比较多,而且教学水平和教学质量在国际上都是首屈一指的。调研的美国高校包括MIT[1]、Stanford[2]、CMU[3]、UC-Berkeley[4]、CIT[5]五所高校,国内高校包括清华大学[6]、上海交通大学[7]、哈尔滨工业大学[8,9]、吉林大学[10]、天津大学[11]、北航六所高校。调研的方式主要是收集各高校网站相关教学信息,包括教学大纲、成绩考核等,通过分析比较,总结经验。

就所调研的国内外高校而言,国内外高校机器人教学特点可概括如下(参见表1和表2):

1 美国高校的机器人启蒙课程或机器人导论等开设在本科,使本科学生对机器人有个普遍的了解,以“讲解+实验+讨论”的形式,利于形象化理解;研究生阶段开设《高级机器人学》等更深层次的课程,进行分方向研究。开设的专业较广,涉及机械工程、电子工程、航空航天、计算机科学等专业,而国内高校本科开设机器人课程的相对较少。

2 国内的机器人课程主要开设在硕士第一学期,部分学校在本科阶段开设《机器人概论》课程,现有将《机器人学》从硕士提到本科的倾向。开设方式多样,如必修、专业选修、全校选修等。国内高校选择教材较集中,选用蔡自兴《机器人学》、熊有伦《机器人学》的居多,部分高校的课外参考书为国外原版教材。

3 美国高校的机器人实验与课堂讲解的学时比例基本上在1:1.5左右,而国内高校的实验学时数相对较少(实验与讲解的比例最高为1: 3.2),半数以上高校的实验课时数为零。例如,MIT的课堂教学学时数与北航的差不多,但实验的学时数已经达到了22学时,而北航的实验学时数为零。

4 就考核方式而言,美国高校的机器人课程都有期中考核,国内高校基本上没有期中考核。此外,美国高校的机器人课程作业考核占的比重比较大,比如CMU的作业考核占到了总成绩的60%。

二 北航机器人教学现状

以北航机器人所为全校研究生开设的《机器人学》这门课程为例,我们的机器人教学还有较多不合理之处:

1 教学内容陈旧。课程的教学大纲是九十年代制定的,十几年了没有什么变化,远远落后于机器人技术的发展。而教师在授课时基本按照教学大纲来执行,对教学内容的更新不多。课程设置的大多还是一些传统基础内容,而从学生的反馈来看他们对该学科的前沿进展和最新成果更加感兴趣,因此需要从兴趣方面引导学生积极地自主学习,在该学科上不但具有扎实的基础同时具有宽广的知识面。

2 教学环节上也存在诸多不合理之处,过多偏重于教师的讲授,学生独立思考、实践的课程根本没有。而实践环节是检验学生创新思维能力的最佳方法, 是锻炼学生对信息的采集、分析、处理和应用等必不可少的重要环节。

为了全面提高机器人教学的质量和学生的培养质量,使学生能真正学到系统深入的机器人知识并具有较强的实际运用能力,为他们在后续的工程实践和研究过程中创造出创新性的研究成果奠定基础,有必要针对上述问题进行《机器人学》课程教学的改革,制定合理的课程内容和教学方案。

三 改革措施与实践效果

针对《机器人学》这门课程存在的问题,基于“能力培养”的主导思想,对该课程进行了改革和探索。

1 教学内容方面的改革

教学内容方面的改革主要包括两方面:

(1)在教学内容上增加了入门介绍的内容。针对我校的大部分研究生在本科阶段未上过机器人相关课程的情况,借鉴国外本科机器人教学的内容和方式,把绪论部分的学时从原来的1学时增加到了2学时,并采用视频、图片、动画、参观等直观形象的方式为学生较系统地介绍机器人的发展历史、分类、用途、研究方向等,让学生在2学时的时间内对机器人这个学科有一个基本的认识,避免了过去绪论时间短,学生还未弄明白学习对象的情况下就开始专业知识的学习。此外,在绪论里面每年都增加新的机器人的研究进展,学生们既了解了历史又开阔了眼界。在过去三年的实践中,上述教学改革得到了学生的好评。

(2)在教学内容上注重了“深度”与“广度”的结合。在以前的机器人教学内容中偏重于知识的深度而忽略了知识的广度,例如偏重于机器人运动学和动力学,机器人控制和运动规划都不讲,这存在一个弊端,即如果有的学生在后期的研究中要进行机器人控制方面的工作,相关的知识是没有学过的,还要重新自学。因此在教学内容上我们降低了机器人运动学和动力学的讲解深度,增加了机器人控制和机器人规划方面的内容,力求通过该课程的学习让学生们既比较深入地掌握了机器人运动学和动力学的基础知识,同时对于其他相关的理论也有一个基本基础和认识。

2 教学方法方面的改革

(1)在教学方式上增加了课堂讨论的环节。以前的机器人教学,主要采用老师讲、学生听的方式,学生与老师之间没有交互的机会,课堂气氛比较沉闷,学生比较容易游离于教学环节之外。为了调动学生学习的积极性,让他们参与到机器人的学习过程中,我们在每章的教学内容中都设置了讨论的问题,让学生自己来表述解题的方法、对问题的看法,并让他们之间进行互相的辩论,老师是作为一个仲裁者的身份进行讨论的组织和总结。在该方式最初试行的时候,由于中国学生天生的内向性格,参入的学生比较少,但在后续的讨论中,越来越多的学生敢于发表自己的观点,并积极地参与辩论。在辩论中学生们都感觉收获很大,对于一些深奥或难理解的问题理解地比较清楚明了了。

(2)在教学方式上增加了现场讲解环节。为了让学生们能够更好地理解和掌握机器人运动学的知识,我们把部分课堂环节改在实验室进行,以真实的机器人为例,讲解机器人的关节、坐标系、D-H建模、正运动学和逆运动学的知识,如图1所示。这种教学方式避免了以往学生学习运动学的知识只是面对机器人简图、缺乏真实案例的弊端,让学生们的学习做到了理论与实际的结合。

(3)在教学方式上增加了专题作业论文的环节。专题作业论文是为了能够扩展学生的知识面,同时把课堂学习的机器人知识与自己未来的研究方向结合起来,选题的内容由学生跟自己的导师商量,格式按照标准的期刊论文的格式来写,必须把一个与学习内容相关的专题内容论述清楚。比如,往届学生有写轮式移动机器人机构的、机器人视觉的、机器人优化控制的,如图2所示。这种专题作业论文既让学生练习了专业论文的写作格式,同时又结合某个专题扩展了学生们的知识面。

(4)在教学方式上增加了实验环节。受我校机器人实验的条件限制,我们一直未能正式地开展机器人的实验课程,但是机器人实验对于锻炼学生的实际操作能力是很重要的。在08年秋季,通过整合部分机器人资源,为学生开设了机器人实验。实验内容是编程控制机器人按自设定的轨迹运动,采用的机器人是ABB的1440。由于学生多机器人少,我们采用了四个学生一个组的方式,大家按组轮流来做实验。尽管学生们在实验中出现了各种各样的错误,但学生们的兴致很高,一直操作到每组许可的时间结束。学生们反映这个实验对于他们锻炼的价值很大,因为把理论和实际之间的这层窗户纸给打通了,让学生们对于这门机器人的课程有了一个系统的认识和理解。

四 结语

机器人课程在各高校中变得越来越普遍,如何结合机器人技术的发展搞好机器人的教学工作是许多机器人教育者关心的问题。笔者通过对国内外部分高校的机器人教学进行调研,并结合我校机器人教学的实际情况,对《机器人学》这门研究生课程进行了改革与探索,在过去三年的改革与实践过程中,取得了不错的教学效果。

本论文得到了北京航空航天大学研究生教育与发展研究专项基金的资助,在此表示感谢。

参考文献

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Research and Practice in Teaching of a Robotics Lesson

ZHAN Qiang YAN Cai-xia CAI Yao

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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）11-0001-04

测试技术课是工程类专业的主干专业基础课，对于学生的动手实践和试验探索能力培养具有非常重要的意义。该课程是一门综合性和实践性很强的课程，在教学过程中必须有效兼顾知识传授的广度和深度、试验探索的理论与实践两对矛盾[1]。通常在本科和研究生层次上都会开设相应的课程。

创新能力培养已成为研究生教育改革的基本问题，应将其贯穿于包括课程教学在内的研究生培养的各个环节[2]。研究生创新能力的培养不仅影响高等学校知识创新的水平， 也关系国家未来的整体创新能力[3]。近年来，随着航空宇航事业的迅猛发展和公众对航空宇航的认知提升，研究生学历已经成为从事航空宇航技术工作的基本条件，越来越多的学生跨专业进入航空宇航类专业的研究生行列。培养具有创新能力的航空宇航专业研究生对于提升我国航空宇航领域的技术实力和国际竞争力具有非常重要的意义。鉴于测试技术本身具有很强的实践性，因此有必要探索能激发研究生积极思维和主动参与、具有航空宇航特色的测试技术课程教学模式，使测试技术课程教学成为培养研究生创新和实践能力的重要环节。

关于本科阶段测试技术课的教学改革和实践，国内诸多学者进行了卓有成效的探索。针对机械工程与自动化及相关专业“测试技术”精品课程建设的需要，刘进志等从教学资源建设、师资队伍建设、教学内容革新、实践教学模式改革等方面进行了探索。王丰在“机械工程测试技术”课程体系优化、优质资源开发、教学技术改进、实验内容建设、工程素养和创新能力培养等方面进行了一系列改革与实践[4]。以培养学生综合应用能力为目标，李孟源等提出了强化测试技术实践教学的新思路，并在河南科技大学的教学过程中进行了实践[5]。贺德全对通信、电子信息、测控工程专业测试技术课“现代测试技术及应用”的教学改革进行了有益的探索，提出了课程改革的新思路[6]。王鹏等对应用电子技术、信息工程、测控技术与仪器等专业的测试技术课“自动测试系统”课程建设进行了探索，在教学队伍、教学内容、教学方法与教学手段、教材建设、教学管理和实践教学等方面开展了教学改革实践[7]。

不同于本科测试技术课程，研究生测试技术课更强调以创新和实践能力培养为核心的知识体系广度和试验探索实践。课程教学应充分借鉴国外顶尖高校的先进经验，强化前沿性、研讨性和实践性等教学环节，激发学生主动参与和积极思维的创新意识，为学生创新实践能力的培养提供充足的教学空间[8]。然而遗憾的是，如何对研究生测试技术课进行改革以适应创新实践能力的培养需求在国内还是空白，更遑论航空宇航这样具有鲜明专业特色的研究生测试技术课程的教学改革。

有鉴于此，本文以北京理工大学 “航空宇航测试与试验技术”课程为样本对航空宇航类专业研究生测试技术课程的教学改革进行了探索。在分析该课程的培养需求和教学目标基础上，本文提出了课程教学改革思路和详细的教学环节设置，总结了依托课程网站、科研课题和实验室设备进行课程教学改革的经验和实践效果，以期对国内高校航空宇航类专业及类似专业的研究生测试技术课教学改革有所启发。

一、培养需求分析

“航空宇航测试与试验技术”是北京理工大学宇航学院为航空宇航科学与技术专业开设的一门主干技术基础课，是学术型硕士研究生、全日制硕士专业学位研究生以及本科起点博士的专业必修课。课程课内计划学时为54学时，考核方式为平时考核与期末考试相结合的方式。其中，平时考核占70%，期末考试占30%。在测试技术、航天技术概论等课程学习的基础上，本课程旨在构建合理的课程知识体系，着力培养研究生在航空宇航领域的创新和实践能力，为培养肩负航空航天事业发展重任、理论与工程并重的高层次研究人才奠定必要的基础。

表1给出了近3年来课程的选课情况。需要说明的是：除表中明确列出的四个方向外，学术硕士生和本科起点博士生的研究方向还包括航空宇航制造及其自动化和振动与噪声控制两个方向，专业硕士生的研究方向还包括发射理论与技术、材料与结构力学和空气动力学三个方向。因人数较少，为简化需求分析，表中将这些方向统一归入其他项。从表1可以看出，本课程的选课研究生逐年阶梯式上升，课程的重要性和效果得到了研究生的广泛认可；选课研究生涵盖了北京理工大学航空宇航科学与技术专业的主要研究方向和三个不同层次的研究生。因此课程内容需要精心设计，以满足不同方向和不同层次研究生的学习需求。

与其他类型专业不同，航空宇航科学与技术是针对工程应用背景设置的专业。各研究方向的基础知识和应用领域涵盖很大的技术范畴，跨越机械、电子和信息等多个不同的领域，相应的测试需求也存在很大的差异。表2给出了主要研究方向的专业背景和测试需求。事实上，就本科层次而言，机械、电子信息、测控与仪器等不同专业类型的测试技术课程教学的侧重点和教学内容也存在很大的差别。本课程的教学目标需要充分考虑相关方向研究生在专业基础、应用背景和测试需求等方面的差异。

表2 主要研究方向专业背景及测试需求

鉴于航空宇航科学与技术专业具有专业涉及面宽、创新性强和测试需求明确等特点，本课程的教学目标定位在：（1）深化有关测试的基础知识和理论，介绍相关研究方向测试技术发展前沿，兼顾深度与广度、经典与现代两对矛盾，构建合理的课程知识体系，激发研究生的主动参与热情；（2）以测试系统设计和调试为手段，强化以知识应用为特征的实践能力培养；（3）以文献阅读和

探索研究为手段，通过体会和体验方式培养创新能力。

二、教学改革思路与措施

根据以上教学目标，本课程在北京理工大学精品课程建设项目的支持下，对“航空宇航测试与试验技术”课程的教学进行了改革，期望通过优化课程教学过程，适当压缩理论教学课堂授课内容，借助科研和实验室优势强化前沿性、研讨性和实践性教学环节，提升课程教学效果。

本课程的教学主要由理论教学、专题讨论、测试系统设计和自选试验四个环节组成。

根据教学计划，理论教学应着力于深化测试与试验的基础知识和理论以及介绍本专业测试的工程需求，主要包括测试基础理论及其应用和航空航天试验技术两个部分。具体内容为测试基础理论、数据采集与虚拟仪器技术、测试系统设计及评估、航空航天试验概述、航天测控系统、空间环境试验技术、飞行试验技术。其中，前三者主要着眼于深化测试与试验的基础知识和理论，后四者主要是帮助研究生了解其所在研究方向的测试需求。理论教学在实施过程中主要存在两个方面的问题。一方面，选修本课程的研究生的基础有较大的差异。在选修本课程的研究生中，部分是本校本专业的本科毕业生，选修过类似课程，对专业应用背景和测试需求已有一定的了解，但也有相当部分的研究生是跨专业的，对测试基础知识和理论了解较少，对专业应用背景和测试需求了解不多。另一方面，理论教学学时有限和不同方向的研究生兴趣差异也是需要考虑的问题。基于以上考虑，理论教学采用课堂讲授和课后自学相结合的方式进行。对理论性较强的、各研究方向有共同兴趣的内容采用课堂讲授；对其他内容，依托精品课程项目支持建设的课程网站开展教学，以自学为主，通过网上测验和答疑等方式帮助研究生检验和巩固学习效果。

专题讨论是兼具研讨性和前沿性特点的综合性重点教学环节，对构建研究生课程知识体系广度、提高创新意识以及体会创新过程具有重要的作用。根据研究生人数的不同，本环节占本课程的教学总学时的1/3―1/2。专题讨论要求研究生结合专业方向、课题组科研项目、参研课题或者个人感兴趣领域的测试需求进行调研，以近5年内发表的重要文献为主，完成专题报告，并在课堂上进行时长为20分钟的讲述以及现场质询。现场质询时，先由其他研究生根据自己的理解提出问题，教师补充提问和做最后的评价总结。原则上，专题报告必须有与测试相关的思考和分析，并应提交最终的电子文档。教师根据研究生的报告以及现场回答情况给出相应的评定成绩。研究生在他人报告的现场质询环节所提出的问题的质量将作为其成绩评定的重要组成部分。为便于研究生完成选题、搜集材料以及准备专题报告，教师会在课堂上结合自身的科研积累进行相应的专题报告，并给出选题方向和专题范例供研究生参考。

测试系统设计是针对实践能力培养的教学环节，目的在于强化测试系统设计能力，是在本科课程基础上对研究生知识应用能力的进一步深化。该环节分为两个阶段。一是教师在课堂上对若干个典型设计范例由浅入深地讲解，采用互动教学方式加深研究生对设计难点的理解。课堂教学时共选用3个设计范例。其中，第1个范例较简单，教师通过仔细讲解使研究生对设计流程有所了解；后面进行更接近工程实际的两个范例教学时，教师先给出设计题目，研究生若干人为一组讨论后推荐1人作为代表在黑板上写出设计结果，教师在课堂上组织学生对各组的设计结果进行充分讨论后给出参考答案和总结，以突出设计难点和其解决思路。二是在上述基础上，研究生自主选择设计题目，教师通过对研究生提交的设计作业存在的典型问题进行点评，有针对性地纠正存在的共性问题。

不同于本科测试技术课程的实验环节，自选试验环节属于研究性的试验项目，是兼具前沿性和实践性特点的综合性环节，也是研究生体验创新的重要途径。整个试验过程，研究生自主选题，自由组合，自行组织管理。试验没有确定的答案和结果，要求研究生若干人（一般4―6人）1组围绕课题组科研项目、参研课题、实验室特定设备和自己感兴趣的主题开展试验。自选试验中发现问题、分析问题和解决问题的过程即是研究生体验创新的过程。根据需要，学校可以适当资助研究生自行购置试验器材，搭建测试系统开展试验。教师通过选题讨论、疑难解答和报告评定等方式管理和控制试验进程和教学质量。

各教学环节与教学目标的关联如图1所示。由图1可以看出，改革后各教学环节更有利于强调知识广度和现代前沿的课程知识体系构建，并且设置的测试系统设计、专题讨论和自选试验三个环节大幅增加了前沿性、研讨性和实践性教学内容，有效加强了研究生创新能力和实践能力的培养，形成了鲜明的航空宇航教学特色。这具体体现在以下几个方面。

（1）通用与特色有机结合的教学内容、基础与前沿并重的教学思路是构建课程知识体系的保障。一方面，本课程的教学内容在强调通用测试技术的基础上更注重航空宇航特色，大多与专业应用背景有关，能够有效激发研究生的专业学习兴趣，并为研究生从事相关试验工作奠定基础。另一方面，理论教学安排注重夯实研究生的理论基础，专题讨论可使研究生了解先进测试技术的发展情况及其在航天领域的应用前景。

（2）高度参与互动的教学模式是创新能力培养的前提。创新意识是创新能力的基础，独特的互动教学模式有效激发了研究生的主动参与和积极思维的创新意识。本课程超过1/3的学时是围绕专题讨论展开的，课程要求研究生必须主动参与讨论，同时，教师要将提问情况作为考评标准之一。此外，试验环节也要求研究生相互协作，共同完成预定的试验项目。

（3）理论与应用紧密结合的教学方式是实践能力培养的基础。测试技术课程是一门以知识应用为导向的实践型课程。本课程设置的专题讨论、测试系统设计以及自选试验三个环节占整个课程学时的2/3以上，为研究生应用测试理论和基础知识的学习提供了充分发挥想象力和创造力的展示平台。

三、教学改革的成效

改革后的课程学时分配及考核情况如表3所示。借助于图2所示的具有良好互动性的课程网站，课程的理论教学学时被压缩到10学时。除了《测试基础理论》、《测试系统设计与评估》以及《航空航天试验概述》三章在课堂上讲授以外，其余的理论教学内容均被安排为自学。这种安排方式充分保证了其他三个教学环节（特别是专题讨论环节）的学时，为优化课程教学奠定了基础。

表4给出了近三年专题讨论选题的统计分析结果。需要说明的是：表中的“结合研究方向”是指研究生所选的题目能够结合本学科各研究方向的应用需求。“结合前沿”是指研究生所选的题目能够结合测试技术的发展前沿。“结合科研”是指研究生选题为所在课题组此前开展的科研工作。研究生可通过查阅前人公开发表的论文和已毕业研究生的学位论文了解，也可通过与导师或者高年级研究生的交流理解项目深层次的技术问题。“结合课题”是指研究生所选题目与该研究生作为主要参与人参加的研究课题有关。由表中数据可以看出：绝大多数专题都能够结合研究方向，有助于研究生对专业前沿和工程需求的理解与把握。这主要得益于专题准备阶段指导教师对选题的严格把关和有意引导研究生尽量选择与研究方向相关的题目。专题中也有相当比例的题目结合科研或者课题。尤其是结合课题的专题，由于研究生亲自参与了课题，有深刻的实际体验，报告效果极佳，也易于激发课堂讨论。需要说明的是：结合课题的选题数量基本保持不变，这主要是后续选课的飞行器总体设计和航天器系统与自主技术方向研究生相对接触试验性质科研项目较少以及部分研究生课题暂时没有确定的缘故。

表5给出了2014年度自选试验分析结果。由统计结果可以看出：绝大多数试验选题都是结合科研、课题和实验室设备进行的，并且有相当部分试验使用了专业实验室的重大实验设备。自选试验的调试过程对研究生发现、分析和解决问题的能力提出了挑战。通过参与自选试验，研究生了解了先进设备的用途和前沿课题的试验需求。由于所参与的课题是前沿的，部分试验获得的结果本身就具有创新性。这表明，通过依托专业实验室的科研仪器设备，自选试验取得了良好的教学效果。

依托互动良好的课程网站、反映学科前沿的科研课题以及强大的实验室科研设备，“航空宇航测试与试验技术”课程教学改革压缩了理论教学的学时，并通过专题讨论、测试系统设计和自选试验等三个教学环节，为研究生构建了合理的课程知识体系，加强了研究生创新能力和实践能力的培养力度，取得了良好的教学效果。本课程的教学改革探索开辟了新的航空宇航类专业研究生测试技术课教学模式，也可为类似专业教学改革探索提供有益的借鉴和参考。

参考文献：

[1]刘进志，马怀祥，智小慧.“测试技术”精品课程建设研究 与实践[J].中国电力教育，2012，（32）.

[2]李孝红，崔文国，翁杰等.工科研究生创新能力培养现状 与改革[J].西南交通大学学报：社会科学版，2010，（4）.

[3]陈花玲，仇国芳，王俐等.改革研究生课程体系 培养研 究生创新能力[J].学位与研究生教育，2005，（6）.

[4]王丰.“机械工程测试技术”精品课程建设与实践[J]. 河北理工大学学报：社会科学版，2010，（5）.

[5]李孟源，尚振东，郭爱芳等.强化测试技术实践教学，培 养学生综合应用能力[J].中国现代教育装备，2007，（11）.