航天工程论文范文

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2空间应用系统生物安全工程技术体系框架

空间应用系统生物安全工程技术体系覆盖了在空间应用有效载荷的工程研制过程中应遵循的生物安全要求、分析、设计防护以及评价等各项技术范畴，其总体框架如下图2所示。图中可以看出，在空间有效载荷产品研制过程中，空间生物安全在工程上首先需要解决的是空间生物安全要求指标问题，然后根据生物安全要求，结合空间应用的需求情况，对应用系统的生物危害材料进行危害等级的识别，再依据危害等级的识别结果确定相应的安全性包覆等级，作为空间实验载荷设备的生物安全性设计准则要求，依据此设计准则开展相应的安全性设计防护;在采用了必要的防护措施同时，有效载荷对于生物危害还应具备有效的监测手段，确保空间应用实验过程中的生物危害可检测。最后，空间应用载荷在上站之前，应对生物安全问题进行风险评估，其结果将作为空间科学实验载荷上站安全性认证的重要考核内容之一，从而为工程决策提供安全性方面的依据。

2空间应用系统生物安全的工程设计要素

2.1空间应用系统生物安全指标要求借鉴实验室生物安全标准以及国际空间站有关生物安全的经验，生物安全指标主要是指针对微生物的最低可接受阈值，相关指标又可细分为饮用水、食品、舱内空气、表面四个主要方面，其中，饮用水、食品以及舱内空气的最低可接受阈值与航天员的医学要求密切相关。对于表面的生物安全要求，涉及舱内舱体内表面、舱内平台设备和有效载荷设备表面等多个方面，其可能的影响除了传染到航天员(航天员有可能接触的情况下)，影响航天员健康外，另一个重要的影响就是对硬件设备的腐蚀和侵蚀，最终导致硬件设备的失效或者污染舱内环境。因此，对于空间应用系统设备，应提出明确的表面生物安全指标要求，该要求可以参照空间站平台的表面微生物最低可接受阈值要求，也可根据空间应用系统载荷研制的特点和使用需求单独提出。另外，对于影响实验任务成功的可致病的病原体(包括植物可致病病原体和动物可致病病原体)也应根据实际情况提出有针对性的指标要求。空间应用系统生物安全相关指标体系框架如图3所示。图中涉及的植物可致病菌主要是寄生性病菌，病原体有病毒、类病毒、支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、真菌、藻类、线虫和高等植物，其中以细菌、真菌、病毒、支原体和线虫诱发的病害较普遍和严重，尤以真菌性病害为最，如水稻的瘟病、小麦锈病、棉花的萎蔫病等。各种病原体的生理、生态、增殖方法和生活史以及侵染寄主的方式、途径和时期各不相同。可根据具体实验样品和实验要求确定需要检测的植物可致病菌。动物可致病菌主要是微生物，包括原生动物、细菌、真菌、病毒、支原体、酵母等，其中细菌和真菌污染是最常见的，如各种沙门氏菌等。可根据具体实验样品和实验要求确定需要检测和加以控制防护的动物可致病菌。以微生物污染为主要检测对象，包括原生动物、细菌、真菌、病毒、支原体、酵母等，其中检测重点为细菌和真菌。空间站微生物主要存在于舱内气体、食品、水、舱体材料、硬件设备表面以及有效载荷等地方，因此，其微生物控制的要求也应根据这些方面进行规定。例如，国际空间站微生物控制的指标要求如表1所示。我国空间站工程微生物控制定量要求主要参照国际空间站制定，在我国载人航天工程一期和二期阶段，未对微生物控制提出明确的定量要求，在载人空间站阶段，提出的初步医学要求中，也仅仅对空气和物体表面微生物控制提出了限值，与表1中国际空间站的相关规定是一致的，而对于食品和水未作明确规定。

2.2空间应用系统生物安全等级的识别开展空间生物安全防护设计时，首先应对生物危害的等级(或称生物安全等级，BiosafetyLev-el，BSL)进行识别，根据不同的危害等级制定不同的设计防护策略，避免设计上的冒进所带来的安全患，或者设计过于保守而带来的资源浪费和技术瓶颈。根据NASA的生物安全小组的工作经验，所有有关生物学的材料都要进行生物危害识别，对识别出的生物危害材料都要分配一个生物安全等级［18］。因此，生物危害材料生物安全等级的确定是生物安全工程设计的首要出发点。NASA的JSC中心针对空间应用项目的生物安全等级制定了专门的规定［19］，如表2所示。空间生物安全等级主要来源于地面公共卫生系统和实验室生物安全的相关标准，在空间上用时考虑了空间环境可能带来的影响，由于空间飞行独特的环境和条件，BSL-2微生物又被分为两类，BSL-2(中等风险)和BSL-2(高风险)。主要是由于在微重力环境下，微生物气溶胶可能比在地球1g重力下具有更大的风险，对于地面上BSL-2等级的微生物在空间应用时可能产生更严重的后果。因此，在对空间生物安全等级的规定上进行了适应性修改，其原则为:对于地面上可能导致灾难性后果(高致病性)的微生物(BSL-3和BSL-4)禁止在太空项目中使用;对于地面上可能造成中等危害后果的微生物，其在空间环境影响下可能带来更严重的后果，甚至是灾难性的，因此，地面上BSL-2级微生物在太空中又分为中等危害和高危害两类。我国载人航天工程目前采用的生物安全等级划分标准主要遵照现有的国内实验室生物安全防护等级相关规定，对于空间生物安全等级尚无具体的标准进行规定。因此，合理的划分生物安全等级对于工程中遴选生物样本和明确有效的控制措施具有重要的意义。

2.3空间应用系统生物安全包覆等级的识别与设计

2.3.1空间应用系统生物安全包覆等级的确定工程实践中，在已明确了有效载荷生物安全等级BSL的基础上，需要根据生物安全等级确定相应的包覆设计等级(LevelofContainment，LoC)要求。两个重要的原则是:1)生物安全防护的包覆等级不得低于其生物安全等级;2)存在多种微生物的情况下，其包覆等级应根据生物安全等级最高的生物样品来确定。我国空间站空间应用规划了多项有关生物、生命、生态、医学等应用与科学领域实验项目。以当前规划的有关生命科学研究的实验平台为例，确定其初步的生物安全包覆等级，如表3所示。

2.3.2空间生物安全设计准则空间应用载荷生物安全控制的优先级主要包括五个层次(见图4)。工程设计实现过程中，有效载荷研制单位应根据识别出的生物载荷的生物安全等级确定相应的防护设计准则，遵循以下原则:1)生物材料的选择上，应在满足科学实验需求的前提下，尽量选择危害等级低的生物材料和样品;2)生物实验载荷的生物包覆等级应与其生物安全等级相对应，不得低于其生物安全等级;3)对于具有致病性或可能导致设备故障的主要微生物应具有实时监测或者离线检测能力;4)包覆设计应按照最小风险控制或者故障容限，或者两者相结合的设计准则进行设计，如金属结构采用较高的安全系数要求;采用多层密封包覆等;5)包覆设计应考虑最大使用条件下进行设计，并采用试验的方法验证;多层包覆设计时，应对每层包覆手段的有效性进行独立验证;6)采用物理隔离的方式进行包覆设计时，应满足密封设计要求，如所有泄漏路径均采用软密封件，垫片或其他密封材料进行双重密封;金属零件沿着所有接口有两个密封(如盖);流体连接器内部和外部的双道密封;电连接器外部双道密封和引脚周围双密封等;7)采用密封设计时，需要考虑容器材料与有害生物质的相容性设计与验证问题;8)采用多层包覆设计时，应尽量采用组合式包覆形式，即不同形式的隔离方式，如物理隔离与负压相结合，确保各级包覆是相互独立的，不会发生关联失效;样本操作用手套箱采用在手套故障的情况下保持负压的双故障容限的设计等;9)对于有限寿命的生物危害防护措施，如HEPA过滤器，应具有有效的寿命预测手段，以便采取定期的更换或者清洗消毒等措施。

2.4空间生物危险的监测空间微生物的监测是实施微生物控制的前提条件。目前对于载人航天工程领域，较为先进的微生物监测技术主要包括以下几项:1)非培养核酸技术(基于PCR聚合酶链反应);2)三磷酸腺苷生物发光技术(ATP);3)生物传感器，直接激光检测;4)流式细胞术方法;5)基质辅助激光解析/电离飞行时间质谱(Matrix-AssistedLaserDesorption/IonizationTimeofFlight(MALDI-TOF)massspectrometry);6)微观方法(MicroscopicMethods)。传统上，环境和人员的微生物监测主要集中在采用基于培养技术的细菌和真菌。然而，在空间环境中，采用大量的分子、生化和理化实验系统，建立在非培养技术基础之上。采用单一的监测技术往往难以满足微生物监测的需求，因此，在工程实践中，空间科学实验载荷研制单位应根据自身产品的特点，结合各种检测技术的优缺点，合理选用生物检测技术。生物检测技术选用参考表如表4所示。另外，空间科学实验载荷应重点监测BSL-2级以上的微生物。根据国外的经验(ISS，MIR)［10］，空气中主要的细菌种类为金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌，内表面主要的细菌种类为金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌等;真菌主要为青霉属和曲霉。在监测点设置方面，对于密闭的实验培养箱，应从空间应用的需求出发，对于影响实验效果的入口端应设置微生物监控装置，防止舱内空气和水源中的有害微生物影响实验效果;同时对于出口端同样需要设置微生物监控装置，防止科学实验产生的有害微生物污染舱内大气环境和热控管路。

2.5空间应用系统生物安全风险评估国际空间站上，有效载荷生物材料的生物危害风险评估在发射前必须进行，评估生物有害物质的标准包括微生物的特性，感染剂量，微生物的存量、感染途径，以及与实验协议相关的危害。识别出的所有有害微生物被分配一个生物安全等级(BSL)。有效载荷安全审议小组参照BSL为每个有效载荷制定必要的防护等级。空间应用生物安全风险评估的实施流程如图5所示。

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他是一位桃李满天下的教授，也是一位硕果累累的学者，在生命的长河里，他的每一个侧面，都值得我们尊敬。他就是清华大学航天航空学院工程热物理研究所教授宋耀祖。

峥嵘岁月，风云流荡。自1970年毕业于清华大学精密仪器系以来，他始终拼搏在热科学与技术领域的科研前沿阵地，着重对工程技术的研究，已累计发表学术论文约180篇，与忠合编“热物理激光测试技术”等书籍。这些应用基础研究工作为解决工程科技方面的问题提供了宽广的理论基础。

多次承担国家自然科学基金，“国家重点基础研究发展规划项目”（973项目），863项目，国家教委博士点基金等资助的科研项目以及云南省、日本大金公司等企业的节能减排项目。特别是在工业过程的节能与余热利用领域，以他为技术负责人的学术团队在国内外首次发明了一种热法磷酸生产的新技术，发明专利技术已获8个奖项，其中重要的奖项有“国家技术发明奖二等奖”、“第十一届中国专利优秀奖”。“云南省技术发明一等奖”、“第四届发明创业奖”、“第二届全国杰出专利工程技术奖”等。该发明技术现已实现了产业化，取得了显著的经济效益与节能减排的社会效益。在航天器的热控制技术领域，他被总装备部任命为“载人航天工程（921工程）”出舱航天服专家组成员，为确保“神七”出舱航天服内生命保障系统的正常工作做出了贡献。荣获总装备部中国载人航天工程办公室表彰的“为神舟七号载人航天飞行任务的圆满成功做出了重要贡献”的荣誉证书。

岁月荏苒，当年风华正茂的栋梁之才虽已不复往日的英姿飒爽，但他沧桑的脸庞上却写满了智慧与亲切，他乐于将自己的科研经验与后辈分享，他说在他长期的工程技术研究中，最大的体会是，取得工程技术研究成功的三要素是：基础、实践、团队。其一，“基础”乃是指通过系统的理论学习掌握宽厚的基础理论，如数学，物理，化学等基础知识（这些基础知识往往通过自学去掌握是十分困难的），借助于这些基础知识能通过自学进一步理解与掌握有关领域的专业知识与专门的技能；其二，“实践”是取得工程技术研究成功的必经之路。亲临工程现场，参加实验与试验，向一切有实践经验的人请教等都是实践的重要环节。在实践的基础上进行理论分析，通过理论与实践的结合，确定研究目标，明确技术难点，寻求与探索解决问题的技术方案，技术途径；其三，“团队”乃是指，在明确解决问题的技术方案基础上，组织与带领好一支学术团队，在团队内既有分工，又有协作。既要发挥每一个团队成员的聪明才智，又要给每一位团队成员创造各自的发展空间。

从踌躇满志的懵懂学子，到崭露头角的青年才俊，从学识渊博的科研专家，到声望显赫的著名学者，一步步走来，“科研”二字是催促他前进的动力，“勤奋”二字是对他过往岁月最好的注解。近年来，由于年龄和身体原因，宋耀祖已从教学科研一线退了下来，他的角色在转变，不变的是，他仍在为社会贡献着自己的一份力量。利用退休后的时间，他还从事着“中国特色社会主义是中国发展的必由之路”的研究，先后为教师、学生讲授党课10多次，荣获清华大学“学习宣传贯彻党的十七大精神”征文一等奖，在“纪念改革开放三十年――中国专家学者科学与人文论坛”大会上获优秀论文一等奖。

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每一次，当载人航天飞行圆满成功之时，举国欢腾，它都预示着中国人民再一次勇攀于世界科技高峰。然而，历尽千难成伟业，人间万事出艰辛。矗立在伟大的载人航天工程丰碑的背后，是“特别能吃苦、特别能战斗、特别能公关、特别能奉献”的载人航天精神，是具有强大威力的战斗精神!这种精神可穿越时空、可铸就辉煌! 

军魂中铸就。军魂铸就了敢于战斗、善于战斗的精神；军魂生成了自强不息、锲而不舍的动力；军魂涵养了敢于负责、压倒一切的豪迈。作为中国航天领域迄今规模最庞大、技术难度大、质量可靠性与安全性要求最高的载人航天工程，从试验室到各个生产企业。从大漠风沙到瀚海惊涛，无不留下了航天人攻坚的足迹，洒下了航天人登攀的汗水。正是他们拥有军魂意识，才能知难而进，顽强拼搏，在困难面前百折不挠，在牺牲面前绝不退缩，才书写出载人航天史上如此壮丽的篇章。军魂，已成为当代军人的历史意识与现代观念熔铸的审美制高点。在装备建设发展的今天，我们要牢固军魂意识，拥有爱国、忠诚、奉献之情，勤勤恳恳、踏踏实实，为实现人生最大的价值，为实践崇高而伟大的报国之行。 

智勇中生成。起步较晚的中国航天人瞄准世界航天科技发展的前沿，依靠科学，尊重规律，不断探索，反复试验，终于取得了令人鼓舞的重大进展，获得了一批具有世界先进水平的核心技术和关键技术。正是他们讲究谋略、以智取胜，拥有很高的知识水平和科技素质，才能在较短的时间内，占领科技制高点，使中国一跃成为有能力实现载人航天的国家。勇是军人的武德，是取得胜利不可或缺的重要因素。要有太空，需要的不仅是浪漫的情怀，更是勇敢、用于献身的爱国精神。勇敢精神和讲究谋略历来也是兵家取胜之道。有勇有谋，其力无穷；智勇双全，所向无敌。《孙膑兵法八阵》中也曾有“智不足，将兵，自恃也。勇不足。将兵，自广也。”对于装备建设发展的今天，我们要继承中华民族崇谋尚智的优良传统，加强装备建设及高科技知识的学习，奋勇攀登科技高峰，不断提高谋略水平和实践指挥的能力，努力使自己成为能文能武、智勇双全的新型军事人才，并在更高的起点上推进军队装备建设又快又好的发展。 

创新中流长。创新是一个民族进步的灵魂。歌德曾说，“不断改革创新，就会充满青春活力，否则，就可能会变得僵化”。在助推梦圆飞天的力量中，有一股强大的动力，那就是自主创新。在很多工程论证、立项时，工作人员面临着困难，大胆提出技术大跨越的思路。经过艰辛的探索，一步步把飞天梦想变成现实。创新是发展的本源，不创新就会陷入因循守旧，固步自封的状态。我军的装备建设要发扬创新精神，要坚持把自力更生、自主创新与积极借鉴国外先进技术相结合，通过原始创新、消化吸收再创新等形式，不断提高自主创新发展能力。我军的装备建设要在科学发展观的指引下，深入开展战略性、前瞻性、基础性研究，培养造就军事斗争准备和装备现代化建设需要的高素质具有创新思维的人才队伍，并为履行新世纪新阶段历史使命提供了强有力的支撑。 

精神的力量是永恒的，正如那潺潺之水。它可以激励人们战胜困难，战胜自我；走出困难，超越自我。对于载人航天凸显的伟大的战斗精神，是我国航天工作者在载人航天事业奋斗中孕育产生的一种精神，是以爱国主义为核心的中华民族精神。它是军人的职业精神，是军人美德和价值的集中体现。战斗精神和武器装备是战斗力生成的两个非常重要的因素。在装备现代化建设的今天，我们要努力发挥载人航天精神的教育作用，发扬这种战斗精神，并以此不竭的动力之源促进装备建设的全面可持续发展! 

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每一次，当载人航天飞行圆满成功之时，举国欢腾，它都预示着中国人民再一次勇攀于世界科技高峰。然而，历尽千难成伟业，人间万事出艰辛。矗立在伟大的载人航天工程丰碑的背后，是“特别能吃苦、特别能战斗、特别能公关、特别能奉献”的载人航天精神，是具有强大威力的战斗精神!这种精神可穿越时空、可铸就辉煌!

军魂中铸就。军魂铸就了敢于战斗、善于战斗的精神；军魂生成了自强不息、锲而不舍的动力；军魂涵养了敢于负责、压倒一切的豪迈。作为中国航天领域迄今规模最庞大、技术难度大、质量可靠性与安全性要求最高的载人航天工程，从试验室到各个生产企业。从大漠风沙到瀚海惊涛，无不留下了航天人攻坚的足迹，洒下了航天人登攀的汗水。正是他们拥有军魂意识，才能知难而进，顽强拼搏，在困难面前百折不挠，在牺牲面前绝不退缩，才书写出载人航天史上如此壮丽的篇章。军魂，已成为当代军人的历史意识与现代观念熔铸的审美制高点。在装备建设发展的今天，我们要牢固军魂意识，拥有爱国、忠诚、奉献之情，勤勤恳恳、踏踏实实，为实现人生最大的价值，为实践崇高而伟大的报国之行。

智勇中生成。起步较晚的中国航天人瞄准世界航天科技发展的前沿，依靠科学，尊重规律，不断探索，反复试验，终于取得了令人鼓舞的重大进展，获得了一批具有世界先进水平的核心技术和关键技术。正是他们讲究谋略、以智取胜，拥有很高的知识水平和科技素质，才能在较短的时间内，占领科技制高点，使中国一跃成为有能力实现载人航天的国家。勇是军人的武德，是取得胜利不可或缺的重要因素。要有太空，需要的不仅是浪漫的情怀，更是勇敢、用于献身的爱国精神。勇敢精神和讲究谋略历来也是兵家取胜之道。有勇有谋，其力无穷；智勇双全，所向无敌。《孙膑兵法八阵》中也曾有“智不足，将兵，自恃也。勇不足。将兵，自广也。”对于装备建设发展的今天，我们要继承中华民族崇谋尚智的优良传统，加强装备建设及高科技知识的学习，奋勇攀登科技高峰，不断提高谋略水平和实践指挥的能力，努力使自己成为能文能武、智勇双全的新型军事人才，并在更高的起点上推进军队装备建设又快又好的发展。

创新中流长。创新是一个民族进步的灵魂。歌德曾说，“不断改革创新，就会充满青春活力，否则，就可能会变得僵化”。在助推梦圆飞天的力量中，有一股强大的动力，那就是自主创新。在很多工程论证、立项时，工作人员面临着困难，大胆提出技术大跨越的思路。经过艰辛的探索，一步步把飞天梦想变成现实。创新是发展的本源，不创新就会陷入因循守旧，固步自封的状态。我军的装备建设要发扬创新精神，要坚持把自力更生、自主创新与积极借鉴国外先进技术相结合，通过原始创新、消化吸收再创新等形式，不断提高自主创新发展能力。我军的装备建设要在科学发展观的指引下，深入开展战略性、前瞻性、基础性研究，培养造就军事斗争准备和装备现代化建设需要的高素质具有创新思维的人才队伍，并为履行新世纪新阶段历史使命提供了强有力的支撑。

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0051-02

一、引言

目前诸多高校针对空间工程、飞行器系统与工程、导弹工程等多种航天专业设置的本科生课程，可划分为力学、航空宇航、电子、信息与控制等多个系列课程。同时，航空航天等技术领域内很多问题，其研究对象可能既是航天问题又是力学问题，具有与多学科多专业广泛交叉、相互渗透，与实际工程结合紧密的特点。基于上述原因，为了提高航天专业本科人才的培养质量，如何在有限的课时计划内、在有限的课程数目内有效设计航天专业固体力学系列课程，是一个值得探讨的问题。

随着高校内部增大学生的实践比重、面向工程能力培养的呼声日渐高涨，笔者所在的教学组借鉴了起源于美国麻省理工MIT的国际工程教育模式――CDIO模式，在航天专业的固体力学系列课程的设计与应用中进行了相应的教学探索与教学实践，期望通过该模式在教学实践中的正确引入与有效发展，更新教师教学理念与实践手段，增加课程实践比重，充分调动学生学习效率与积极性，为航天或力学专业工程师的培养提供参考。

二、CDIO模式与航天专业力学系列课程的结合途径

国际工程教育模式CDIO，是以产品、过程和系统全生命周期的开发与运用为背景，包含了构思、设计、实施和运行（Conception，Design，Implementation，Operation，简称CDIO）4个教育和实践训练环节。它与航天专业力学系列课程的有机结合，可以考虑如下几个途径：

（一）CDIO模式的起源

CDIO是一种基于传授航天领域技术知识与培养预备工程师能力而起源产生的工程教育模式，其创始人是美国麻省理工MIT航空航天系Edward Crawley教授，其发展初期在2004年左右。可见，将CDIO模式与航天专业力学系列课程的结合，则具有一定的合理性和先天优势，是一种积极有益的尝试。

（二）基于CDIO教育理念形成课程观

CDIO模式是基于“做中学”的教育理念，是一种将实践过程与理论教育相结合的教育理念，结合该模式在航天专业力学系列课程的设计中可形成两种课程观：首先，是一种凸显了“社会需求”的课程观，即根据工程师的社会角色与责任，培养工科毕业生具备较好的工程能力与深厚的技术基础知识，在课程体系与课程内容上，并不是按照严密的学科知识体系来组织课程，而是强调基于社会现实需求来选择和编排；其次，亦是一种强调了“学生为主体”的课程观，即学生的学习效果侧重于从学生的实践感知和实践经验出发来构件知识和能力，基于“做中学”强化学生探究兴趣和实践能力，从而体现了学与做的结合、知与行的统一。

（三）明确实践对象与执行方案

CDIO工程教育模式主要特点是深化技术知识基础和实际职业能力的二元学习经验模式，且该模式的基本原则是反复强化实践，因此CDIO模式的实践必须包括两个或者更多的设计与实施环节。具体来说，航天专业固体力学系列课程体系的实践对象包括如下三类环节：第一个是突出导论性基础课程，即引导学生入门工程实践，领略工程技术的魅力；第二个是初级的实践环节，即针对核心基础课程《工程力学》开展课堂一线教学改革研究；第三个是高级的实践环节，即针对来源于科研任务的设计综合项目进行教学改革实践。

三、CDIO模式下航天专业固体力学系列课程的具体设计与教学实践

教学理念的转变最终体现为课程设置、教学内容与实践对象的改革。在我校2012本科人才培养方案中，我院结合CDIO模式对航天专业固体力学系列导论课程进行了具体设计与教学实践的工作，主要包括如下三个方面：

（一）导论性课程的设置

导论性课程是一个早期的基础工科课程，我院针对航天专业的大一新生设置了导论课程《空天工程导论》，要求选课学生具有一定的数理基础即可。该课程内容主要介绍飞行简史、工程学简介、航空器飞行原理、结构与动力系统等基本概念、基本知识，通过它为入学新生搭建了航空航天器设计、构造、应用所需的知识框架。同时，课程还提供了一个初级的设计―实现的实践，让学员参与水火箭或LTA飞行器的设计与制作。

设置导论课程的主要目的快速引导学生了解航天器的基本构造及工作原理，让学生参与入门的工程实践，从而激发学生兴趣和后期加强学习的主动性。

目前，我院30学时的《空天工程导论》课程已经成功申请为我校的精品视频课程，主讲教师的授课教案和讲义脚本已经完成，且授课视频录制已完成一半以上。

（二）《工程力学》课程的教学改革

首先，调研了近年来国内高校在《工程力学》课程中的改革研究：例如，天津科技大学的李秋h在建构主义教学基础上建立“刨设问题情境”教学法[1]，山东英才学院的来小丽实施项目驱动教学法[2]，哈尔滨学院的张田梅探索了研究性教学法在工程力学课程教学中的实践。上述内容从不同方法与形式来提高学生处理分析和解决工程实际问题的能力，均可作为低年级核心力学课程改革的组成部分。

其次，调整了我院的《工程力学》教学内容：在静力学部分中重点介绍构件的受力分析、简化与平衡规律；在材料力学部分中以杆件的轴向拉压、扭转和弯曲三个基本变形为研究目标，以“内力分析―内力计算―应力应变计算”为逻辑分析主线，结合强度理论、稳定性分析或能量法来优化组织教学内容，并删除了图乘法和摩尔圆等内容。

然后，改革了我院的《工程力学》教学方法与成绩评定：理论讲授采用了习题讲解、启发式、研讨式、案例式等多元化教学方法；实验操作侧重学生动手能力培养，要求学生按照2～3人合作或单人独立完成课程内13项实验内容，同时实验室采取了鼓励课外开放式实验的机制；成绩评定是将考核点分布于教学全过程中，即由平时成绩、课堂讨论、实验操作、实验报告、科技小论文、期末成绩等考核点综合评定最终成绩。

最后，给出《工程力学》课程近年内取得的成绩：2015年《工程力学》评为校优课程；2015年委托科学出版社再版了《工程力学》教材；2015年成功申报了36学时的MOOC课程《工程力学》，目前主讲人和授课内容已确定，2015年完成了省精品课程《工程力学》复核工作，并向湖南省高校数字教学资源中心提交了课程教学视频、课件、教学大纲、电子教案、教学案例、试题习题、文献资料、教学成果、软件工具等电子材料整理；2015年该课程主讲老师分别获得了学校教学质量新星奖和学校本科教学优秀个人一等奖；2015年实验室新增加了XL3418K互动式普及型材料力学实验装置，完成了12个虚拟实验的材料整理。

（三）大学生创新实践项目与本科毕业设计综合项目的优化

CDIO模式将顶峰级实践体验作为本科教育的顶点。该实践环节往往侧重于学生对以前所学知识的综合运用以及创新能力的培养，要求学生在大三或大四年级中申请了综合项目实践，以团队或个人形式承担来源于科研项目的、更为复杂的实际任务。

我院高年级本科生顶峰级实践环节大多数包括大学生创新实践项目与本科毕业设计综合项目两类。例如，为了优化本科毕业设计模式，笔者所在课题团队采取“双团队设计项目”的集成教学方法进行了如下实践工作：首先，成立了以航天方面的学科带头人为核心，包括结构动力学与设计、振动控制、姿态控制、电子电路共5人组成的教师团队；将总体设计、主控分系统、姿控分系统、动力学建模与分析、帆板振动分系统、星体结构设计等六个子项目形成课题任务书，让学生自主选择，并形成了自然分工、相互合作的学生团队；之后，学生会在教师的指导下，按照任务书计划在规定的时间段内（两个或多个学期）逐步完成开题审查、中期检查、方案设计、理论推导与计算、设计制造、实验验证、撰写报告、项目验收或毕业答辩等步骤。

在课题团队的努力下，近年来取得了如下可喜的成绩：2015年课题团队成员指导的省级大学生创新实践项目《座椅弹性缓冲器等效刚度分析与实验研究》顺利验收，并且验收结论为优秀；课题团队指导了2015年国家级大学生创新实践项目《非对称复合材料拉伸-扭转耦合结构设计》，目前为在研阶段；继续完善了学校级的基础力学虚拟仿真实验教学分中心、应用力学虚拟仿真实验教学分中心、力学与航天工程虚拟仿真实验教学中心的工作，并且在省实践教学示范中心的基础上，实验室2016年成功申请为国家级力学与航天工程虚拟仿真实验教学中心。

四、结束语

对航天专业固体力学系列课程进行设计与应用的教学实践表明，由于航天航空领域内很多问题是多学科交叉融合、与实际工程联系紧密的问题，应用CDIO教育理念中深化技术知识基础和实际职业能力的二元学习经验模式，对于学生掌握扎实的专业知识和技能，感受鲜活的科学研究过程，激发创新意识起到了良好的促进作用。

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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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中国航天事业的蓬勃发展也给我们的高考命题提供了很好的素材。2008年发射"神舟七号"，航天员出舱在太空行走；2011年8月，"嫦娥二号"成功进入了绕"拉格朗日点"的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家；"神州八号"飞船与"天宫一号"目标飞行器成功实施了首次交会对接等，都给了我们非常生动的情境。下面我就从航天技术的发展历程、载人航天工程七大系统等方面来研究航空航天中的物理问题，具体如下：

一、航空航天技术的发展

人类很早就有了航天的思想，我国古代流传的"嫦娥奔月"、"吴刚砍桂"等传说故事，就是对人类航天理想的生动描绘之一。当然，人类真正实现这种理想是到19世纪末才开始起步的.从那时起，相继涌现出俄国的齐奥尔科夫斯基，美国的戈达德和德国的奥伯特等富于探索精神的航天先驱者。俄国的奥尔科夫斯基最早从理论上证明用多级火箭可克服地球的引力而进入太空，建立了表征多级火箭理想速度的著名的齐奥尔科夫斯基公式。而且他肯定了液体发动机是航天飞行器最适宜的动力装置。美国的戈达德是液体火箭的创始人。他曾指出，要克服地球引力，火箭必须具有每秒79公里的速度。他在1921年开始研制液体火箭发动机，1926年3月16日，他研制的液体火箭飞行成功。德国的奥伯特也是最早的火箭和航天的理论家和实践者。1923年奥伯特论述了火箭飞行的数学理论，并对火箭结构和星际飞行提出了许多新观念。到了1942年10月3日，德国太空协会的青年专家布劳恩领导的航天研究小组，经过艰苦的探索，在总结历次失败教训的基础上，终于发明了再生冷却式燃烧室和燃气舵等新技术。采用这些新技术，终于获得弹道导弹（V-2）的发射成功[1]。从而在工程上实现了航天先驱者的技术思想，取得向地球引力挑战的胜利，并对后来大型火箭的发展起到了继往开来的重大作用。堪称是人类航天发展史上的一个里程碑。

第二次世界大战后，前苏联和美、法、日、加拿大、澳大利亚等国家，都先后发射了探空火箭，创造出发射393公里高度的纪录，获得了许多高层空间的宝贵资料，为发展航天奠定了科学基础。经过10多年的艰苦探索之后，于1957年10月4日，前苏联把世界上第一颗人造地球卫星送入大气层外的运行轨道，开创了人类航天史的新纪元。以后，美、英、法、日和中国、印度等国均成功地发射了人造卫星。自60年代中期开始，卫星的发展便从探索试验转入实用阶段。如今，人类发射的侦察、预警、通信导航、天文气象、海洋监视、测地探矿等应用卫星巳超过2500颗，它们在经济、军事和科研中发挥了非常大的作用。

随着航天技术的发展，人类不断刷新航天纪录.创造出一个个惊人的奇迹。诸如：1961年4月12日开辟了载人航天的成功之路；从1959年开始又开创了对月球的探测和人类登月考察的新篇章；自70年代起，人类对太阳系中的行星先后进行了探测，前苏联和美国并相继在空间建立了航天站；80年代初又发明了能重复使用的航天飞机等等。这些令人鼓舞的成就，对航天技术及其它科学领域的发展都具有深远的历史意义。

二、物理在航空航天中的应用

（一）火箭推进原理

所有航天器的发射都依靠火箭技术，而火箭的飞行是遵循着质点系动量定理和动量守恒的。竖立在发射架上的火箭本身带有燃料和氧化剂，火箭在发射前总动量为零，当点火燃烧后，高温高压的气体不断从火箭尾部的喷管往后喷出，从而使火箭获得向上的巨大推力，克服自身的重力，向太空冲去。下面我们看一下火箭所受的推力大小和火箭的运动速度。

（二）火箭的速度

火箭是依靠连续不断的喷出大量质量m极小的燃料气体才得到连续平稳的加速上行。为了进一步说明火箭在这一过程中获得的速度，先不考虑地球的重力作用，将质量为M的火箭中的燃料燃烧后喷出的燃料气体看成质量为m（远小于M）、相对火箭速度为u的细小弹丸，由于火箭不受任何外力，因此火箭系统总动量守恒，当弹丸以速度u向后喷出，火箭就获得与弹丸等量而方向向前的动量，由于燃料不断燃烧，火箭体的质量就不断减小，因而火箭是一个变质量体系，我们用动量守恒来计算火箭最后得到的速度。

（三）多级火箭

从以上的分析可知，要想航天器上天，至少要获得7.9km/s 的速度，而要到达其他行星或是其他星系，则需要更大的速度。要想火箭得到大的速度，就必须增大燃料气体的喷射速度u和增大质量比M/Me。我们先看燃料气体的喷射速度，它受到诸多因素的影响，一种液态的常规燃料是偏二甲肼（ H-N-N-CH3）加四氧化二氮（N2O4），燃料后气体的速度u接近2km/s，另一种非常规的燃料（如液氢加液氧）做推进剂，其喷射速度可达4km/s。同时由于火箭上所装载的仪器设备等的影响质量比M/Me 也有所限制，大约在10到20之间[2]。在这样的条件下，我们可以对一级火箭所能达到的末速度做一估计，其速度必须达到10.8（km/s）这并不是火箭真正能达到的速度，必须考虑地球引力和空气阻力的影响等，所以最终的单级火箭的速度只可能达到7km/s左右，小于第一宇宙速度7.9km/s，无法将航天器送上天。

实际的火箭通常为多级火箭，是用多个单级火箭经串联、并联或串并联（即捆绑式）组合而成的一个飞行整体。

三、载人航天工程七大系统

（一）航天员系统

载人航天首先要有航天员及其上天飞行的保障设施。这是一个航天员为中心的医学和工程相结合的复杂系统。它涉及航天生命科学和航天医学等领域，包括航天员的选拔训练、航天员的医学监督保障、 航天员的一样食品、航天员飞行训练模拟等分系统。

（二）载人飞船系统

飞船是载人航天的核心部分，它为航天员和有效载荷提供必要的生活和工作条件，保证航天员进行有效空间实验和出舱活动，并安全返还地面。

（三）运载火箭系统

运载火箭是把载人飞船安全可靠送入预定轨道的运载工具。包括箭体结构、动力装置等10个分系统，特别是增加了载人所需的故障监测分系统和逃逸救生分系统。

（四）飞船应用系统

载人航天工程最终是为了应用，创造效益，因此飞船应用系统是备受关注的部分。它利用载人飞船的空间试验支持能力，开展对地观测、环境监测、生命科学、材料科学、流体科学等试验，安装有多项任务上百种有效载荷应用设备。

（五）测控通讯系统

当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时，需要靠测控系统通信系统保持天地之间的经常联系，完成飞船遥测参数和电视图像的接受处理，对飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理，这个测控通信系统由北京航天指挥控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成、执行飞船轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制，航天员逃逸控制等任务[3]。

（六）发射场系统

神舟号飞船的发射场选在酒泉卫星发射中心，发射场系统由技术区、发射区、试验指挥区、首区测量和航天员区组成，形成火箭、飞船、航天员从测试到发射以及上升段、返回段测量的一套完整体系。

（七）着陆场系统

载人航天这路着陆场系统包括主、副着陆场，陆上应急援救、海上应急援救、通信测量、航天员医保等部分。

四、结束语

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中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0155-02

面对航天科技迅猛发展，现代军备技术快速提升，培养具有专业性的高素质航天类人才，是我国航天科技发展的战略选择，也是航天重点高校面向并有效服务航天事业的历史责任。航天类本科生的教育形式也需要突破传统的方式，着重多样性、前沿性、工程性，因此，该专业的各门课程教育都应该结合专业特点，探索新的教学模式。

人工智能自1956年诞生50多年以来，引起众多科研机构、政府和企业的空前关注，已成为一门具有日臻完善的理论基础、日益广泛的应用领域和广泛交叉的前沿学科。由于航天领域的特殊要求，人工智能在其发展中发挥着不可替代的重要作用，各发达国家都相继开展了人工智能与航天技术相结合的研究，致力于实现可重构的、具有容错能力的、智能的飞行系统和管理系统。因此，“人工智能”作为航天类专业的一门特色选修课，应结合专业特点展开更具有实用性和创新性的教学。

1 人工智能课程特点

一方面，“人工智能”是一门多学科交叉的综合学科，它涉及计算机科学、数学、心理学、认知科学等众多领域，具有知识点多、涉及面广、内容抽象、不易理解、理论性强等特点，使得该课程的教学具有较大的灵活度和较高的难度。另一方面，“人工智能”是一门正在发展中的学科，具有较强的前沿性，计算机科学、信息科学、生物科学等相关学科的发展不断的提出了许多新的研究目标和研究课题，使得人工智能的技术和算法也需要不断更新，这在很大程度上增加了“人工智能”课程的教学难度。

2 航天类专业特点

首先，航天类专业具有较强的工程性。在专业的教学改革中有统一的特点，即强调要体现航天工程技术的综合性、系统性， 注重培养复合型人才。其次，航天类专业具有一定的前沿性。因为航天飞行器作为现代高科技和多种学科技术综合应用的结晶，应及时把现代先进科技融入到了专业基础和专业类的课程教学中， 专业知识更新快成为又一特点；另外，航天类专业应注重实践性教育。尊重个性和兴趣，强调动手能力，实验室对学生开放，要求学生自主地设计完成实验，强调对学生设计理念和创造能力的培养。最后，航天类专业应重视产学合作。产学合作的目的在于推动学校与航天产业的持续全面合作，造就一支科学技术研究和工程实践兼备的教师队伍。

3 教学模式的探索

3.1 教材的选择

人工智能作为一门新兴的学科，其理论与方法都还在不断的发展与完善中。就目前来看，关于人工智能的定义和范围都没有一个统一的标准，不同的教材所介绍的内容也不尽相同。在教材选用方面，需要综合考虑专业特点和学生的知识背景。本课程主要针对航天类专业高年级本科生，该类学生具有一定的数学、计算机、信息论、通信理论等基础知识，对航天应用的基本需求有初步的了解，因此，“人工智能”课程难度应该控制在中级，可以较深入的介绍人工智能的基础算法和应用案例。

中南大学蔡自兴教授积累了多年的教学与科研经验，借鉴了国内外其他专家和作者的最新研究成果，吸取了国内和国外人工智能领域学术书籍的长处，于1987年编写了“人工智能及其应用”一书，该书根据人工智能学科的新发展不断修订，推出四个版本。本课程采用“人工智能及其应用（第4版）”，其中大部分内容适合本科生学习。另外，本课程还给学生提供其他一些参考书目，如N.J.Nilsson 的“Artificial Intelligence：A New Synthesis.Morgan Kanfmann”等经典教材。

3.2 课堂教学形式的探索

“人工智能”课程内容较抽象，概念较为繁多，若采用单一的课堂讲授的方式，学生容易概念混淆、理解不透，逐渐产生厌倦情绪，导致教学效果差。本文探索不同的课堂教学手段，根据不同内容采用不同的教学手段，有利于学生对课程内容的理解与吸收。另外，考虑到航天类的专业特点，突出课程内容的工程应用，增加研究性质的教学内容与形式，有利于培养学生的创新能力和实践能力。

（1）课件采用图文并茂的PPT。综合利用文字、图像、声音、视频等多种媒体表示方法，在介绍原理和概念时采用精辟的文字，介绍算法流程时采用图像，介绍算法应用时采用视频。在PPT中适当利用不同的字体、颜色或动画来突出重点，细化流程，引导学生的思路，便于集中注意力接受重点内容。

（2）适当增加课堂讨论与练习。对于人工智能的一些基本问题，可以引导学生进行调研和讨论，来深化课程内容的了解，并提高学生的学习兴趣；对于重要的算法和理论，可以增加课堂练习，让学生实际动手进行公式的推导或演算，并在练习中分析学生对问题的理解程度，有针对性的增加讲解或指导。

（3）适当采用类比的讲解方式。对人工智能的不同学派，不同方方法，以及方法的不同应用，广泛的采用类比的形式进行讲解，不仅可以复习已学习的内容，也利于对新内容的理解。并且，通过对不同内容的比较总结相似点、区分不同点，可以避免概念的混淆，清晰的掌握课程内容。

（4）增加研究性教学。研究性教学强调通过问题来进行学习，有必要将实际应用案例或者授课教师的科研项目融入日常的教学工作中去，用“启发式”、“案例式”教学激发学生“自主学习”能力。

3.3 课程内容的探索

一方面，鉴于本科生知识结构还不够完善，“人工智能”课程的内容要控制在适应本科生学科基础的中等难度；另一方面，鉴于航天类专业的特点，课程内容应更注重与航天应用相结合的内容，并且在课程中增加具体应用的介绍。具体的课程内容如表1所示。

3.4 考核形式的改革

“人工智能”课程注重学生创新能力和实践能力的培养，传统的试卷形式不能全面的反应学生的学习效果，因此，应采用课堂表现和课程报告相结合的方式进行综合考核。

一方面，重视学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，对学生课堂讨论与练习的表现进行考核评分，作为总成绩的参考；另一方面，注重学生课题调研和实践的能力，采取提交课程论文的形式进行考核。正确引导学生根据个人兴趣、课程内容、可行性、实践难度进行合理选题，并根据所选题目进行文献查阅和总结，完成调研报告或算法实现报告。结合者两个方面进行最终成绩的评定，综合衡量学生问题分析能力、论文写作能力和创新实践能力。

4 结语

航天类专业的本科生教学需针对专业特点有的放矢，该专业的课程教育都应该趋向于前沿性、专业性和实用性。本文的“人工智能”课程教学改革方案不仅考虑到该课程属于前沿叉学科的特点，也综合考虑了航天类专业的特点。为了使课程教学更好地服务于学生，本文提出的改革方案打破传统的教学模式，将课堂理论讲解、课堂讨论、课后调研、项目实践等相结合，充分调动学生的学习兴趣和积极性，提高学生的创新能力，有利于培养真正符合航天领域所需要的综合型高级人才。

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人生路：拉开太空探索新征程

20世纪中叶，世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射升空，人类迈出了太空征程的第一步，此后美国“阿波罗号”、中国神舟五号等各国载人飞船、地球卫星以及深空探测器相继发射升空。浩瀚宇宙里总有一幅壮锦吸引人类不停地去探索。受人类航天事业发展所鼓舞，从最初对航天懵懵懂懂的爱好，到成为深度探索通向太空道路的研究员，靠着探寻宇宙空间奥妙执着的热爱和坚持，高扬的太空探索人生之路就这样展开。

高扬，1997年7月毕业于北京航空航天大学自动控制系，获学士学位；2000年7月获中国科学院中国遥感卫星地面站（现为中国科学院对地观测与数字地球科学中心）硕士学位。千禧之年，怀抱着对世界航天知识强烈的求知欲，年轻的高扬随着国内涌起的留跨出了国门，在美国密苏里大学机械与宇航工程系全额奖学金的资助下攻读博士学位，并在毕业后留校1年从事博士后研究。在国外深造的五年（2000-2005）时间里，他有机会广泛而深入地接触国际前沿航天技术知识，为之后回国继续从事相关领域研究奠定了基础。

2005年，高扬踏上了回国征程，成为中国科学院光电研究院/中国科学院空间科学与应用总体部（挂靠光电研究院）副研究员。2006年起，他在中国科学院研究生院（现为中国科学院大学）兼职授课。2011年，高扬受聘为中国科学院空间应用工程与技术中心（原中国科学院空间科学与应用总体部）研究员，同年起被聘为宇航动力学国家重点实验室兼职研究员、中国载人航天工程应用系统主任设计师。肩负着科研、工程与教学的多重任务，高扬开启了他太空探索的另一段崭新征程。

科研路：电推进飞船寻找“行走太空”最佳轨道

回国后，高扬踏上了独立自主的科研路。他承担了国家自然科学基金、中国科学院国防创新基金、中国科学院知识创新工程、国家“863”计划、载人航天工程资助的若干科研项目，开展的研究工作包括深空轨道优化设计、电推进卫星平台的导航、制导与控制、航天器精密定轨、卫星编队轨道控制、空间新型推进方式以及基于光电载荷的轨道姿态确定等。他的系列研究成果发表在Journal of Guidance Control and Dynamics、Journal of Spacecraft and Rockets、Acta Astronautica、Acta Mechanica Sinica、力学学报等航天飞行动力学领域国内外核心期刊上，他也因此获得2008年度首届中国科学院卢嘉锡青年人才奖，入选中国科学院青年创新促进会，并在2009年首届、2011年第三届全国深空轨道设计竞赛中获得冠军。

高扬的研究工作是从连续小推力空间最佳飞行轨道的探索开始的，该问题至今仍是极具挑战的课题，而这又与电推进（或称等离子推进）技术的发展与应用密切相关。电推进与目前传统的化学推进不同，它利用电能将推进工质电离形成等离子体，并产生电磁场加速等离子体使其高速喷射从而获得推力。电推进的效率高出化学推进一个量级，相比之下可以节省大量推进工质，成为各航天大国21世纪重点发展的航天技术。早在2001年，高扬在美国深造期间就曾系统地开展了连续小推力轨道优化和电推进任务设计的研究工作。2005年高扬回国时，我国在电推进技术应用方面的研究与美国还有较大差距，还没有电推进航天器的发展计划。作为刚毕业不久的博士，高扬一度难以获得科研基金支持。但他始终认为，电推进代表了先进的可以长期连续推进的工作方式，随着电推进技术本身的不断发展以及空间电源技术的突破，尤其是大功率太阳能与核能电源甚至有望成为太阳系载人飞行推进技术的唯一选择。正是这种观点一直激励着他坚持这方面研究。高扬说：“实际上，钱学森先生早在1963年出版《星际航行概论》一书中就预言电推进能够承载更多有效载荷，并指出电推进产生的连续低推力轨道的计算比大推力轨道要复杂。”为了纪念钱学森先生诞辰一百周年，他受《力学学报》编辑部的邀请，攥写了综述论文《电火箭星际航行：技术进展、轨道设计与综合优化》（发表在2011年第43卷第6期），旨在较为全面地介绍电推进技术应用于星际航行的基本内容与实现途径以及应用于载人深空飞行的设想。

电推进技术应用的核心问题之一是空间轨道优化设计。为了推动我国空间轨道设计的研究工作，高扬与中国力学学会以及国内同行一起为全国空间轨道设计竞赛（2012年前为深空轨道设计竞赛）付出了诸多努力。该竞赛旨在寻找空间飞行全局最优方案，而且可以非常有效地检验各种优化方法的合理性与实用性。2009年第一届全国空间轨道设计竞赛由清华大学主办并负责命题，之后每届竞赛由上届竞赛获得冠军的团队命题。截至今年，在已举办的四次竞赛中，高扬带领的团队获得两届冠军，因此他也成为了2010年第二届、2012年第四届全国空间轨道设计竞赛命题的主要技术负责人。他说：“希望通过竞赛不断提升我国空间轨道设计能力，也希望我国这方面的研究工作在国际上可以逐渐摸索出自己的研究思路，并逐步获得原始创新的研究成果。”

高扬说：“对于空间轨道（特别是连续小推力轨道）优化设计问题的研究让我更为深刻地理解了多方面知识，比如最优控制理论、常微分方程数值解法、动力系统理论、非线性规划、同伦延拓、动态规划、微分几何、组合优化等概念。这些知识的积累也让我逐步具备了触类旁通的能力，并将研究内容逐步拓展到电推进航天器导航、制导与控制、航天器轨道确定技术、洛仑兹力编队飞行等。”然而，他也坦言：“从2005年回国一路走到现在并非一帆风顺，遇到过很多挫折，也曾屡败屡战，但幸运的是一直没有放弃，所以现在逐渐开始领悟到通往太空‘罗马城’的条条大路”。

未来路：奔向太空罗马城

对于下一步的计划和安排，高扬表示首先要脚踏实地做好目前正在承担的本职工作。与此同时，“我希望在空间轨道研究领域继续工作，包括系统地建立空间脉冲或连续推力转移轨道优化设计的通用方法体系，并应用于深空飞行轨道、人造地球卫星轨道、卫星相对运动控制等具体问题中去。同时，我希望有机会参与我国电推进深空探测的科研项目。”

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编译/王芳

紫外线阻止水痘蔓延

研究人员称，光照可能阻碍水痘的传播。英国伦敦大学的研究小组发现水痘发病率低的地区普遍具有高紫外线级别。阳光可以灭活皮肤上的病毒，使其难以传播。水痘是一种带状疱疹病毒，具有高度传染性，在感染的早期阶段可以通过咳嗽和打喷嚏传播，主要症状为皮肤出现水疱和斑点皮疹。

领导这项研究的英国伦敦大学圣乔治学院的菲尔・瑞斯博士说：“紫外线可以灭活病毒，这是在热带地区水痘不容易进行人人传播的关键原因。它还可以帮助解释为什么水痘多见于温带国家的寒冷季节，如英国――因为人们较少暴露在阳光下。”然而，另外一些专家认为，其他因素包括温度、湿度，甚至生活条件也同样影响水痘的传播。英国伦敦大学学院的朱迪・布鲁尔教授说：“紫外线可以引起水痘在热带和温带地区之间的患病率的差异，但仍有其他因素需要考虑，如温度、湿度和社会因素如过度拥挤等。”编译/王芳

自愈电子芯片有助太空旅行

通过恢复导电的液态金属的释放，美国伊利诺伊大学的科学家和工程师们发明了一种可以自愈的电路。这个过程仅需要眨眼的工夫，就能使电路恢复使用。研究人员说该研究成果最终可能会应用于更持久的小工具，以及解决星际旅行的一个大问题。

这个过程的作用原理是：芯片中电路受损处产生压力，使存放修复材料的小孔打开，材料流出修复受损处，最终恢复电流。研究小组的组长表示，该理论可以给航天工业带来福音。航空航天工程学教授斯科特・维特说：“目前当电路出现问题时，唯一的解决办法就是更换出问题的电路。这一研究成果真正的应用领域应当是修理或更换都十分困难的电子部件，如卫星或星际旅行中不可能替换的零部件。”该成果目前已应用在延长充电电池寿命的研究中。充电电池在反复使用后往往因为设备内的微损伤，扰乱了其他电子从电池的一端向另一端导电。该小组说，如果他们能解决该问题，电动汽车的电池可能会持续十年或更长时间，而且车辆的维护费用也要便宜更多。

编译/王芳

困境可能使人们更坚强

在当今经济不景气的状况下，节假日期间人们可能体验比往常更大的精神压力。一项研究表明，过去一些艰难的经历可能会让人的精神更坚强。

研究发现，坎坷经历的数量可能会决定人是否会变得更灵活，从而能够更好地处理生活中的各种困难。没有或只有很少坎坷经历的人普遍比那些有过困境如生一场大病、自己受伤害或爱人受伤害、家庭成员死亡或离婚的人具有更糟糕的应对技巧。该论文的作者纽约大学布法罗分校的马克・斯锐说：“造成这种情况的原因有很多影响因素，包括掌握过去的障碍感、控制感、大脑区域社会支持网络的建立，以及刺激大脑中应对事物变化的细胞的生长等。负面事件有负面影响，但我会把这个看成是一线希望，某些人身上发生过某些事并不意味着他们注定要被这些事打败，相反，这些经历会让他们变得更坚强。”

编译/王芳

工作日天气更差 与人类活动有关

在很多人的印象中，黑云往往在周一落下，只有在周五外出或者度假时升起，例如圣诞节，但实际情况并非如此。两位美国科学家进行的一项新研究显示，雷暴和冰雹等恶劣天气在周中出现的几率超过周末，至少夏天如此。研究发现工作日出现恶劣天气的几率比周末高出20%。这种现象与工作日人类活动较为活跃有关――释放出更多化学物质，周中最为明显。

研究过程中，科学家分析了美国东岸的夏季天气变化情况，结果发现周中出现龙卷风和雹暴的次数较多，这种现象无法用独立事件或者天气预报的改进加以解释。此项研究由美国宇航局戈达德太空飞行中心的科学家进行，研究指出工作日恶劣天气处于峰值的原因在于人类活动释放的化学物质，尤其是气体排放导致的浮质。

浮质影响空气中的湿气，数量通常在工作日达到峰值。在周末人们休息时，浮质数量呈下降趋势。与东岸相比，美国西岸似乎并没有出现这种现象，说明这种现象可能仅限于气候湿润地区。研究人员表示：“这项研究第一次发现统计学证据，证明夏季时人类活动导致的浮质在周中处于峰值，龙卷风和雹暴的活动性也接近一周内的最大值。”

编译/杨孝文

大豆蛋白可与动物蛋白媲美

蛋白质是生命的基础，是人体的重要营养物质。传统确定蛋白质质量的方法显示高质量蛋白基本为动物蛋白，比如牛奶和鸡蛋蛋白。然而对于那些以植物饮食为主或希望加强饮食多样化的人，如何选择高质量蛋白食物就成了一个难题。测试显示大部分植物蛋白比如豌豆蛋白的蛋白质质量就低于动物蛋白。对此，发表的最新研究仔细评估了一些决定蛋白质质量的标准。

“获得准确测定蛋白质质量的方法是帮助人们进行健康饮食的关键，” 研究人员称，随着越来越多的人倾向于在饮食中多摄入植物蛋白，科学研究需要更准确地去界定蛋白质质量，这样消费者和研究人员才能对此有更清晰的认识。”

篇11

我国从1986年开始实行专业技术职务聘任制度以来，专业技术职务管理经过不断改进，逐渐向科学化、规范化发展，但有些规定如专业技术职务任职资格评审量化考核仍不能满足时代需要。因此，《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》提出完善专业技术职务任职评价办法。本人将工作中对专业技术职务任职资格评审量化考核方面的探索提供给大家，以期引起共鸣。

一、要素分解等级计分加权法

由于“数”的概念有区分性、等级性、序列性、可算性和可比性，可更准确地反映人才，这是专业技术职务任职资格评审量化的缘由。而量化考核首要任务是科学设计量化考核指标体系，不仅需科学地解决指标体系的组成及其权重系数的分配，而且要科学地解决组成该指标体系的每项考核因素的划等标准。即根据考核目的和对象设计考核内容并分解为若干考核因素，确定各考核因素的评分标准，并对各考核因素分配不同的权重，由同行专家对被考核者评价打分，加权计算，求出总分。但总分的计算方式需根据考核因素是否互补来决定，若有互补性，总分采用累加方式，称为“要素分解等级计分加权累加法”，其计算见公式①或②；若不互补则需采取累积方式，称为“要素分解等级计分加权累积法”，其计算见公式③。

二、考核指标体系组成设计

考核指标体系组成设计即是确定考核因素。依据王通讯的“人才考评三态说”，按综合性、针对性和简易性“三性”原则，考核因素可从持有态、发挥态和转化态“三态”方面设计，即根据考评目的和对象不同选择合适的一组人才特征要素作为考核因素。鉴于企业工作性质不同，有将“业务能力、工作成绩、技术水平、工作态度、学历、外语水平、技术工作年限”确定为考核因素的。而我单位经多年实践，将学历、技术工作年限、外语水平作为申请专业技术职务任职资格晋升人员必须满足的条件，围绕持有态、发挥态和转化态对专业技术职务任职资格评审考核因素做了如下设计：

首先，据“持有态”设计“业务能力”和“技术水平”两个“考能”指标，为准确考核专业技术人员组织、实施和指导完成科研项目、产品设计的能力，在“业务能力”方面重点设计了“独立工作能力”、“组织协调能力”、“调研分析能力”、“创新决策能力”4个考核因素；在“技术水平”方面，为考核专业技术人员具有的专业知识和实际中解决问题经验积累方面情况设计了“实际工作经验”、“基础理论及专业知识”2个考核因素，同时为促进申请晋升的技术人员注重答辩论文的撰写，设计了“答辩论文质量”考核因素。

其次，据“发挥态”设计“考勤”指标，即“工作态度”，反映专业技术人员职业道德、工作作风、事业心等，同时为鼓励专业技术人员从事工作的主动性，做好人才传帮带，让特殊、高端技术得以传承，设计了“事业心”、“工作作风”、“主动性”和“人才培养”4个考核因素。

最后，据“转化态”设计“考绩”指标，即“工作成绩”，反映专业技术人员在科研生产中完成工作的数量、质量、效率、经济社会效益以及创造出技术成果。结合“学术氛围和工程研制齐头并进”实际需要，鼓励专业技术人员不仅要在工程研制中有所成绩，而且要追求技术前沿，积极总结经验和开拓创新思维，除了设计“工作完成情况”外还单独设立了同等地位的“专业技术、技术管理成果”和“学术技术论文”考核因素。

三、考核指标体系权重系数分配

考核指标体系组成确定后，各考核因素权重系数可按其不同地位和作用来确定。众所周知，专业技术职务任职资格是指反映专业技术人员技术水平、业务能力、业绩成果的一种标志，表明专业技术人员具备担任相应专业技术职务的学术技术水平和能力，同时为突出业绩和能力，我单位将“工作成绩”、“业务能力”赋予了30%权重系数，对“技术水平”、“工作态度”赋予了20%权重系数，并对这些考核因素下的二级考核因素分别进行了权重系数设计（见表1）。

四、考核因素打分标准设计

考核因素和权重确定后，为降低考评人员随意性和确保考评结果科学性，建立统一的打分标准至关重要。经多年实践，按“时代性、导向性、现实性、可操作性”原则，我单位对14个二级考核因素建立了等级划分的分数段和每个分数段打分标准具体内涵。

1.二级考核因素分数段设置

根据集团公司“总分76分以上才允许晋升”的要求，本单位对14个二级考核因素均划分为优、良、中、差4个等级，其分数段设置原则定为：优（90%～100%）、良（76%～90%）、中（60%～76%）、差（0%～60%）（见表2）。

2.二级考核因素打分标准

按百分制确定14个二级考核因素分值的详细标准。

第一，“专业技术、技术管理成果”和“学术技术论文”由主管部门组织答辩秘书据提供的证明材料按以下规定通过设计的软件计算相应得分：

——结合我单位科技成果管理要求以及推进专利与基金申请、职工经济创新与QC小组活动开展，将这些活动成果奖列入“专业技术、技术管理成果”考核因素进行打分，并根据不同情况细化打分标准，不同项目的获奖成果累计计算，累计超过6分的按6分计算（见表3～表6）。

——考虑到单位保密性质，除了按期刊与会议、核心与非核心、国际级/省部级/集团级/地市（公司）级进行分类外，对单位归档技术报告、技术/管理标准以及成功引进现代化管理方法形成本单位特色管理理论系列文档，或国际/国家/国家军用标准，专业著作均包含其中，并按不同内容细化打分标准（见表7）。

第二，参照有关资料和单位实际确定了其他二级考核因素打分标准（见表8），由考核者直接打分：

经过两年多实践，我单位不仅选拔到优秀专业技术人员，同时导向作用明显，职工经济创新成果项目连续翻番，专业技术人员更加关注技术创新，及时总结研究成果并撰写文章归档，数量和质量显著增加，有力推进了单位学术氛围营造和知识积累。总之，单位应建立具有自身特色的专业技术职务任职资格量化考核细则。

参考文献：

[1]叶忠海.人才资源优化策略[M].上海:上海三联书店,2002

[2]航干函（1986）146号附件《量化考核方法》.1986,9

篇12

 

多址干扰（MAI）是限制CDMA系统容量的一个关键因素。为了减小MAI的影响，多用户检测（Multi-User Detection，MUD）技术应运而生。其中一种重要的算法就是干扰删除多用户检测算法，该算法是根据各个用户已判决的信号再生多址干扰，并在总接收信号中将各类多址干扰相消。串行干扰删除（Successive Interference Cancellation, SIC）利用已判决的用户信号再生干扰然后相消以有利于其他未判决用户的检测。

（一） 串行干扰删除多用户检测原理

步骤：

1、 按照用户信号功率从大到小进行排列，分别编号为用户1、用户2、用户3……；

2、 用常规的解调方法（如：匹配滤波）将用户1解调出来；

3、 从总的接收信号总减去用户1重构的最强用户干扰，将用户2解调出来；

4、 用户3的信号减掉用户1、用户2的干扰，

……

按此顺序下去恢复所有的用户

【文献1】其原理结构图如下

图1：SICMUD基本原理图

通过上述过程可以看出，

1）串行干扰消除按信号功率从大到小依次相消，其性能很大程度上取决于用户接收信号的功率分布，用户接收信号的功率分布差别越大，性能提高就越明显。首先，信号最强的用户解调得到的可靠性最高；其次，从总信号中将最强用户信号先检测出来，对其他用户的收益最大，这是由CDMA系统的特性决定的。CDMA是自干扰系统，因此，把信号最强的用户检测出来的同时也减小了对其他用户的干扰。这种算法的结构导致最强用户在抗多址干扰方面没有得到任何改善，而对最弱的用户来说，它在抗多址干扰方面获得很大改善。同时这也导致SIC检测有一个显著的缺陷，就是它的性能在很大程度上取决于初始数据估计的可靠性。也就是说如果用户1和用户2功率差别不大，或者对用户1的估计值与真实值差别比较大，则会使系统误差较大。此外，每一级的检测错误将会在以下各级中累加，它会严重影响整个系统的检测性能。

2）在串行干扰删除检测器中，由于每解调一个用户便会引入一定的处理时延，当用户较多时，时延将累积到系统难以忍受的地步。因此，在SIC方案中，每个分组的用户不宜取太多，一般取4个用户即可。SIC可用于同步CDMA，也可用于异步CDMA中。

3）串行干扰删除需要对用户的功率进行排序。在无线衰落信道中，用户信号功率是变化的，此时需要重新排序。因此，必须在信号功率排序的速度和能够接收的运算复杂度之间进行权衡。

4）串行干扰删除需要估计用户信号的延时、幅度和相位。

5）串行干扰删除结构简单，运算复杂度与用户数呈线性关系。

多用户检测中的干扰删除算法充分利用了多个用户的信息，并且工程实现相对简单。存在的问题是：对干扰的估计要求相当准确，否则干扰删除的效果会大大削弱甚至使系统恶化。

参考文献：

【1】 牛凯等 编著. 移动通信原理.电子工业出版社，2006.

【2】 彭岳星. 宽带CDMA移动通信中的联合检测技术.东南大学博士论文，2004.