“航天測控”課程教學方法探索與實踐

摘要：從教學內容、手段和師資力量方面分析了“航天測控”課程特點與教學中存在的問題，立足于學生知識和能力的全面培養，探索了教學內容、教學方法和教學實踐環節相配套的教學改革思路，實踐中調動了學生的主動積極性，達到了專業知識學習和技能培養并舉的教學目標。

關鍵詞：航天測控；教學改革；教學模式

作者簡介：陸必應（1976-），男，安徽舒城人，國防科學技術大學電子科學與工程學院，副教授；王建（1981-），男，湖北宜城人，國防科學技術大學電子科學與工程學院，講師。（湖南 長沙 410073）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）25-0141-02

“航天測控”是國防科學技術大學電子工程專業本科生的一門專業必修課程，同時也是通信工程和信息工程專業本科生的選修課程。課程重點講述基于無線電的航天測控系統的概念、體制、組成和工作原理，引導學生了解現代航天測控技術的發展動態和方向。[1，2]作為一門專業課，一方面要傳授學生航天測控系統的專業知識，另一方面要培養學生對復雜電子系統的分析能力并掌握設計方法，加強學生的工程素養。航天技術的發展及其在軍事和國民經濟中日益廣泛的應用，特別是我國載人航天技術的跨越式發展，激發了學生學習本課程的熱情，同時對課程的教學也提出了越來越高的要求。[3]本文先分析“航天測控”課程特點和教學中存在的問題，隨后介紹以教學內容、教學方法、教學實踐環節相配套的教學改革探索和實踐，以實現專業知識學習和工程能力培養兼顧的教學目標。

一、課程特點與教學現狀

“航天測控”課程教學具有如下特點：一是基本概念多，涉及領域廣 。包括天文學基礎、航天器軌道運行基本原理、無線電測距定位原理、高速無線數據傳輸原理等。二是基本原理復雜，涉及的理論基礎寬，包括隨機信號分析、信號與系統、雷達原理、通信原理等。三是系統復雜，安排實踐環節困難。航天測控系統是復雜的電子系統，而先修課程偏重基礎知識的學習，對電子系統的介紹偏少，學生很難通過一兩個簡單的實驗課達到理解和掌握復雜航天系統的目標。以上特點決定采用傳統的方法進行教學時，教師講授難度大，學生學習理解困難，學習效果差。

該課程教學現狀與存在的主要問題有：

1.教學內容多，課時少

本課程內容包括航天測控的基本原理、統一載波測控系統、跟蹤與數據中繼衛星系統、全球定位系統及其在航天測控中的應用四大部分，僅統一載波測控系統就包括跟蹤測軌分系統、遙測分系統、遙控分系統。上述每一門技術都具有相對的獨立性，涉及的理論、方法和系統都有其獨特的內容。國防科學技術大學（以下簡稱“我校”）電子科學與工程學院早期設有航天測控專業，上述內容安排80～120課時講授，現行的教學大綱僅安排了40課時，教學內容卻沒有減少，要完成教學任務，學生學習上存在較大困難。

2.教材相對陳舊，新技術介紹少

本課程的教材編寫于1998年，內容上繼承了航天測控專業所用內部教材的精華，重點內容為統一載波測控系統的原理、系統分析和系統設計。其優點是基本概念清楚，理論推導詳實，系統分析深入，但也存在如下幾個問題：一是內容過多，部分內容分析得過于深入，基礎稍差的學生掌握起來有困難；二是近年來航天測控技術進步迅速，不斷涌現出新概念、新方法和新技術，航天測控體制也從傳統的統一載波測控體制加速向以跟蹤與數據中繼衛星系統為代表的天基測控體制發展，而教材沒有充分反映航天測控技術的新發展。

3.教學手段單調，實踐環節不足

原先的課程教學以教師板書講授為主，配合以少量的幻燈片和課后習題作為輔助手段；學生的學習停留在閱讀教材和參考書目、做課后習題上，缺少必要的實踐環節。這種以講授為主的教學模式無法充分調動學生的學習興趣和積極性，缺少必要的實踐環節，學生對理論和技術的理解無法深化，學生的主觀能動性沒有充分發揮，分析問題、解決問題的能力和工程素養得不到提高。

二、教學改革探索與實踐

1.突出教學重點，合理選擇教學內容

綜合考慮航天測控技術的發展現狀，并結合電子工程專業本科生的預修課程以及學時數，對教學內容進行了重新安排，修訂了教材。將教學內容根據測控體制劃分為統一載波測控系統、跟蹤與數據中繼衛星系統、全球定位系統的原理及其在航天測控中的應用三個部分。對統一載波測控系統部分內容進行了三個方面的刪減：一是與先修課程內容有重復或雷同的，如跟蹤測軌技術中的角度測量技術，在先修課程“雷達原理”中已有講述，直接刪除；二是要求具備比較專業的預修知識而學生又不具備的，如遙控編碼體制，對電子工程專業的本科生來說由于不具備相應的預修課程，理解存在較大的困難，進行了刪減，并提供相關的參考書籍供有興趣的學生參考；三是難度太大的內容，如測控信道的設計，這部分內容要求學生在理解信號調制理論的基礎上，結合特定工程實際設計出最佳波形，對大部分學生來說要求過高，也進行了刪減。根據航天測控技術的發展趨勢，對跟蹤與數據中繼衛星系統的組成、工作原理以及采用的新技術等部分內容進行了擴充。調整后的教學內容，既重視基本原理的教學，也重視測控系統的分析，還涉及測控新技術的介紹。

2.采用多種模式教學方法，提高教學效率

對課程的總體教學目標和教學所包含的知識點進行了分析，并對教學方法和教學過程進行精心設計。針對不同的教學內容，采取多種形式的教學方法，包括課堂理論教學、比較教學、案例教學、討論教學等，并有機地結合起來。

基本原理如測控信號基本理論、測距原理、GPS工作原理等內容采用課堂理論教學，開發了多媒體教學課件，除傳統的公式推導和文字描述外，配以適當的圖片、動畫，直觀地說明理論分析結果，使學生對一些重要的結論留下深刻的印象，強化教學效果。

航天測控系統的教學若采用簡單的講授教學，由于學生工程實踐經驗少，往往不能深刻領會系統的內涵，抓不住重點，因此采用案例教學法與比較教學法相結合的教學方法。選擇航天測控系統中較為簡單但具有代表性的“單通道鎖相接收機”作為教學案例，先對系統作簡單介紹，使得大家對航天測控系統有一個感性認識，然后提出問題，供同學們分組分析、討論。如跟蹤測軌系統鎖相接收機與一般雷達系統接收機進行比較，通過比較啟發學生思考二者結構上的根本區別是什么，工作原理有什么不同，航天測控系統采用這種特殊類型接收機的原因是什么。通過比較學生較易理解航天測控跟蹤測軌系統與一般雷達系統的異同，達到觸類旁通的效果。通過開設討論環節，營造生動、活躍的課堂氣氛，培養學生思考問題、解決問題的能力，變被動接受為主動思考。最后以科研成果進課堂的形式對案例進行總結，同時引導學生了解航天測控系統設計基本方法。將教學團隊在航天測控接收機領域所作的科研成果——某改進型航天測控接收機實物搬進課堂，分析傳統接收機存在的缺陷，改進型接收機性能有哪些改善，從哪幾個方面著手進行改善，如何進行改進等。通過這一具體案例，充分激發了學生的積極性，對航天測控系統設計方法這一難點也有了初步的認識。

在教學手段上，除采用計算機輔助教學外，還充分利用校園網資源，開展網絡教學。編制適合網絡教學的課件，提倡學生網上提問，進行網上答疑，對課外拓展性的內容提供更多的學習資料和參考文獻。此外，利用網絡教學可部分緩解教學內容多而課時少的矛盾。

3.重視實踐環節，提高學生工程素養

“航天測控”是一門理論較深、實踐性強的課程，提高學生的工程素質也是本專業課的一個重要學習目標。航天無線電測控系統是一個復雜龐大的系統，沒有條件開展針對整個系統的實踐性教學，但在基本原理和分系統教學過程中增加了實踐性環節，如簡單的實驗設計、開放式研究性習題設計等。另外，對深空測控、小衛星測控、星座測控等測控領域的新課題、新技術、新發展，根據情況開設一兩個專題講座，使學生了解航天測控技術的最新發展，提升學生應用能力。

4.加強教學團隊建設

作為一門專業課，雖然面向的專業范圍窄，學生層次相對統一，只要一兩名老師就可完成課程的教學任務，但不能因此就忽視教學團隊的建設。作為教學活動中的關鍵要素之一和教學活動的具體實施者，教師本身的專業理論知識、實踐能力、教學能力、科研能力對課程的教學效果有決定性的影響。因此，我校建立了一個由教授、副教授、講師等不同層次教師組成的教學團隊。團隊中所有成員都從事航天測控領域的科研工作，由同時具有豐富科研經驗和教學經驗的副教授擔任主講老師，由教授開展航天測控領域新技術、新發展專題講座，其他成員的科研成果為教學案例提供支撐。同時通過“跟、幫、帶”，促進年青教師的成長，保證教學團隊教學水平的穩步提高。

三、結束語

隨著航天技術在國防、國民經濟中日益廣泛的應用，航天測控技術也獲得了快速發展和廣泛重視，對“航天測控”課程教學提出了越來越高的要求。本文對“航天測控”課程存在的問題進行了分析并提出了切實可行的改進措施，通過教學內容、教學方法、教學過程和師資隊伍建設的改革，精簡了教學內容，采用了以比較教學法和案例教學法為主導的多樣化教學方法，充分調動了學生的學習積極性和主動性，培養了學生自主學習能力、分析解決問題能力，達到了專業知識學習和專業技能培養并舉的目標。

參考文獻：

[1]周智敏，陸必應，宋千.航天無線電測控原理與系統[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]周智敏，李企舜.現代航天測控原理[M].長沙：國防科技大學出版社，1998.

[3]王威，郗曉寧.《自主導航技術及應用》課程教學改革的思考[J].高等教育研究學報，2006，（4）.

（責任編輯：王意琴）