空間科學及應用專業《空間輻射及其效應》課程的教學探索

【摘要】空間輻射及其效應是影響航天任務順利進行的重要因素，而《空間輻射及其效應》作為南京航空航天大學空間科學與應用專業的專業課程之一，本文作者在經過該課程兩年的教學實踐總結后，對該課程的特點、課程內容、教學方式和考核方式進行了初步探討。

【關鍵詞】空間輻射及其效應 教學實踐 教學探索

【課題項目】南京航空航天大學教育教學改革研究項目（項目編號：1304JG1506Y）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）03-0243-01

空間科學與應用專業是適應國家航天戰略發展的需求而產生，旨在培養空間科學與航天科技領域的高素質的人才，國內只有北京大學、哈爾濱工業大學、南京航空航天大學、成都理工大學等少數大學開設了此專業。空間科學與應用作為一個新興的專業，所涵蓋的領域廣闊、內容豐富，其中空間環境科學與技術是其重要內容，復雜的空間環境嚴重影響航天器及其器件的高可靠及長壽命，對航天任務的順利進行帶來嚴峻的挑戰，而空間中的輻射環境是引起航天器在軌故障的主要環境因素[1]，因此學習了解空間輻射環境及其效應、產生效應的機理機制等，是空間科學與應用專業的學生、也是從事航天相關領域的工作人員和科研工作者必須所具備的專業知識。

一、課程的特點

《空間輻射及其效應》是隨著航天科學與技術的發展，面向航天工程應用需求應運而生的一門課程。它具有多學科交叉且學科跨度大、涵蓋內容多且前沿性強、成果突出且未知領域多等特點，具有集基礎知識、專業知識和實踐應用于一體的特色。要求授課教師和學生不僅具有扎實的基礎數理知識，同時也需要具備一定的電路、材料、化學、生物及計算機知識。此外，要在現有的知識結構中與航天領域背景相關知識進行交叉、融合，因此學科難度大，對教師和學生的要求高。由于航天活動的不斷推進，在航天任務高可靠和長壽命要求背景前提下，課程的內容不斷更新，課程具有非常強的與時俱進的特點，大大增加了教學難度。

二、課程內容

同一門課程針對不同的階段的學生有不同的課程內容要求，針對本科生的授課，那么課程內容應多注重的概念、基礎知識、理論知識的講解，旨在提高學生的知識面和對學科的總體把握[2]。由于本課程與傳統的課程不同，它是面向空間系學生的一門新的課程，目前沒有合適的教材，現有的參考書目多是面向研究型的，因此，授課教師在經過長時間的調研基礎上，制定了本課程的內容，核心內容分為以下四大部分：

（一）第一部分：空間輻射環境

主要知識點：地磁場捕獲帶輻射環境及模型、太陽電磁輻射環境及模型、銀河宇宙線環境及模型、深空輻射環境（火星輻射環境、月球輻射環境、木星輻射環境、土星輻射環境等）、次級輻射環境（大氣層內的輻射環境，航天器內部輻射環境）。

（二）第二部分：空間輻射環境效應機理

主要知識點：不同類型輻射與物質相互作用過程及計算。

（三）第三部分：空間輻射環境效應及分析

主要知識點：單粒子效應、總劑量效應、深層充放電效應、位移損傷效應、生物效應，航天半導體典型器件效應分析、材料損傷效應分析、宇航員損傷效應分析。

（四）第四部分：空間輻射環境效應實驗方法

主要知識點：地面等效實驗方法、空間實驗方法、大型設備的介紹。

為了讓學生更好的掌握課程內容，除了給學生提供課程講義資料外，還有相關的參考書目：沈自才《空間環境工程》、魏志勇《輻射劑量學》、劉忠立（譯）《先進半導體材料及器件的輻射效應》等。

三、教學模式

《空間輻射及其效應》是理論學習及實踐應用并重的一門課程，如何提高教學效果，使學生充分掌握每個知識點，并激發學習興趣是課程教學過程中需要重點解決的問題。

（一）課件采用圖文并茂的PPT

本課程的PPT要求不僅能展示課程內容，而且還通過語言、圖像、視頻、動畫等形式來生動的進行展示和表達，刺激學生的感官，激發學生的對本課程的學習興趣。

（二）制定合理的教學計劃

教學計劃是一個循環的過程，制定合理的、多層次的計劃。首先教師從教學目標角度出發，根據學生活動和學生已掌握知識水平，制定課程總的計劃。其次，根據課程內容將課程劃分為主題單元進行學習，并制定相應的單元計劃。

（三）將數值計算模型引入課程教學

由于目前與課程配套的實驗設備匱乏，為了讓學生鞏固所學專業知識，激發學生的創新思維，課程中引入數值計算模型實驗方法。在課程的教學內容的設計中，將數值計算與課程知識點結合，如表1所示為目前設計的可與課程知識點結合的數值模型。

此外，還引入專業課程軟件與課程教學相結合，如Space Radiation 7.0，DEEP-CHARGING（深層充電軟件，自編），RADBELT（輻射帶計算軟件，自編）。

（四）進行研究性教學，增加小組討論

研究性教學可以培養學生創新意識和創新能力，可以引導學生自主學習和自主研究的能力，因此有必要通過引入相關文獻探討、融入教師的科研項目等方式方法來進行研究性教學，通過教師提出問題、引導學生解決問題、最后學生自己提出問題的方式開展，并以小組的形式進行課堂討論，鼓勵小組之間進行互相探討和辯論。

四、采用合理的考核方式

《空間輻射及其效應》注重學生專業知識和專業能力的培養，為了建立與人才培養模式向匹配的考核方式，課程采用了多種考核方式相結合，將平時成績、課堂表現、討論總結等納入考核體系，全面評價學生的學習效果。

五、結語

《空間環境及其效應》經過兩年的教學實踐，圍繞突出航天類專業的特點[3]，不停地改革和提高，注重有效教學方式，激發學生的學習興趣，培養學生的創新意識和創新能力，得到學生的歡迎和認可。

以上是對該課程兩年來的教學實踐的探索與總結，由于本課程開設時間和筆者的教學經驗有限，對于進一步改善教學效果，提高教學質量，有待進一步的研究和實踐。

參考文獻：

[1]沈自才，空間輻射環境工程[M]，中國宇航出版社，2013.6.

[2]常樹全，《核技術應用》課程教學的幾點思考與探索[J]，科技創新導報，2011，27：196.

[3]沈秋，航天類專業“人工智能”課程的教學探索[J]，科技創新導報，2014，29：155～156.

作者簡介：

方美華（1982-），女，漢族，浙江湖州人，博士，講師，研究方向：空間輻射探測、空間輻射效應。