航空航天學科創新型人才培養教育課程體系對比研究

杜作娟 ，王春齊 ，岳建嶺 ，唐秀之 ，黃小忠 ，方秋蓮

（1.中南大學航空航天學院，湖南長沙 410083；2.中南大學數學與統計學院，湖南長沙 410083）

航空航天技術是21世紀最活躍、發展最迅速、對人類社會生活最有影響的科學技術領域之一。1903年美國萊特兄弟設計制造的飛機進行了成功的飛行，實現了人類歷史上第一次動力飛行，20世紀80年代后，飛機的最大音速超過3倍音速，逐步實現跨洲際飛行。飛行器不僅僅指飛機，其概念已發展到航空飛行器和航天飛行器，其中航空飛行器包括直升機、無人機、導彈、氣球等，航天飛行器包括人造衛星、火箭、航天飛機、空間站等。我國的航天事業發展迅猛，從1999年發射第一艘“神州一號”無人實驗飛船到計劃于 2016年第三季度發射“神州十一號”飛船與“天宮二號”對接，已躋身國際一流行列。

航空航天科學技術的飛速發展，急需開拓創新進行和精益求精工匠精神的工程領軍人才和工程精英人才，這對航空航天學科教育的改革創新提出了新的要求。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》指出牢固確立人才培養在高校工作中的中心地位，著力培養高素質專門人才和拔尖創新人才[1]。據此教育部實施“卓越工程師培養計劃”，其主要目標指出面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才[2]。美國工程教育體系形成“回歸工程、大工程觀”先進工程教育理念，開展了CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）教學模式、合作教育、前衛的歐林工學院等工程教育改革與實踐。

航空航天學科幾乎已成為世界前50位大學的必設學科，航空航天工程人才培養在世界先進工業國家的高等工程教育中占有重要地位。培養富于開拓創新精神和精益求精工匠精神的高素質航空航天類本科生，將決定我國未來航空航天產業發展進程和質量。教育課程體系是實現培養目標的具體化和實現路徑，本文以航空航天學科創新型人才培養為目標，以經典的美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology,簡寫MIT）和我國的西北工業大學、哈爾濱工業大學等為例，對MIT和我國在航空航天學科專業設置和實行的教育課程體系進行了對比研究，我國航空航天學科教育繼續深化改革，實行學科大類招生和模塊化教育課程體系，使學生知識、素質、能力相融合，成為德智體全面發展的社會主義建設者和接班人。

1 航空航天學科專業設置

1.1 MIT航空航天學科專業設置

MIT的航空航天專業是美國同領域中最有名的專業，其人才培養理念和課程設置舉世聞名[3]。MIT在1959年成立航空航天系（Technology Department of Aeronautics and Astronautics），分屬于工學院。在20世紀70年代早期，航空航天系建立起統一的工程課程體系，包括靜力學、固體力學、材料學、動力學、流體力學、熱動力學與推進、線性系統等。注重各課程之間的內在聯系，同時強調作為本領域的領導者需要考慮技術解決方法與經濟、政治、社會、環境需求和社會約束之間互相關系的理念[4]。在21世紀初，科學知識與工程實踐相結合逐步形成現代工程理論體系，航空航天系對課程體系進行了徹底改革，經過兩年的全面發展，形成一種全新工程教育理念和實施體系[5]——CDIO，CDIO代表構思（Conceive）、 設 計 （Design）、 實 現 （Implement） 和 運 作（Operate），這對MIT產生了根本而持久的制度影響，更廣泛地影響了全美工程教育，其航空航天學科從20世紀90年代起連續多年位居全美工科第一。獨特的航空航天工程教育不僅促進了科技創新與發展，也引領著世界工程教育的改革方向，對美國在航空航天領域走在世界的前列起著極其重要的作用。

學生在航空航天工程 （Aerospace Engineering）和工程學（Engineering）經過4年學習，將獲得理學學士學位（Bachelor of Science）。工程學是航空航天工程的一個補充，對多學科關聯的工程技術領域如機器人與控制、計算工程、力學或工程管理等有更深入、更廣泛的理解，由ABET（Accreditation Board for Engineering and Technology）工程認證委員會授予學位[6]。航空航天系設有航空與航天科學工程和航空與航天信息科學工程兩個本科專業方向[7]。

1.2 國內綜合性大學航空航天學科專業設置

航空航天是工程性極強的行業，集中了許多尖端技術，涉及機械、電子、光學、信息科學、計算機技術、材料科學等高新技術，是一個極其龐大、復雜、綜合的系統工程，依賴于多學科背景知識的支撐。根據教育部高等教育司頒布的 《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》[8]，航空航天類分屬工學學科門類，基本專業包括航空航天工程、飛行器設計與工程、飛行器制造工程、飛行器動力工程、飛行器環境與生命保障工程等5個專業；特設專業包括飛行器質量與可靠性和飛行器適航技術兩個專業。

在《國家中長期科技發展規劃綱要》(2006—2020年)發展目標提到生物、材料和航天等領域的前沿技術達到世界先進水平，大型飛機、載人航天與探月工程被列入16個重大專項，空天技術也被列入前沿技術中[9]。顯示出中央對我國航空航天事業發展的高度重視，給原來航空航天的高校帶來了巨大的發展機遇。原航空工業部時期的六大高校：南京航空航天大學、北京航空航天大學、南昌航空大學、沈陽航空航天大學、鄭州航空工業管理學院和西北工業大學。哈爾濱工業大學始終保持航天特色，航天學院是1987年經國家航天工業部批準成立，原隸屬于工業和信息化部。在辦學歷史上有航空航天血統的高校如清華大學（2004年）、浙江大學（2007 年）、廈門大學（2015 年）、上海交通大學（2008年）等積極重建航空航天類專業；北京大學（2008年）、電子科技大學（2012年）、中南大學（2009年）等也在各自學科特色的基礎上建設了航空航天類專業。

對比MIT與我國綜合性大學專業設置，我國航空航天學科專業設置較細，除《普通高等學校本科專業目錄（2012）》設置含5個基本專業和兩個特設專業外，各綜合性大學依據自身學科所長進行專業設置，專業分屬的學院也有差異，如西北工業大學航空學院飛行器控制與信息工程、航天學院探測制導與控制技術、哈爾濱工業大學航天學院工程實驗班的工程力學和復合材料與工程兩個專業方向等。在一定程度上來說，專業設置的具體化對專業人才培養發揮了積極促進作用，為我國航空航天領域發展解決了工程技術人才的基礎供給問題。然而，專業設置過于具體化不利于學生創新能力的培養，適應國家發展戰略要求，改革人才培養模式已經成為發展的必然趨勢。目前，我國高校招生已逐步按學科大類招生，如在2017清華大學年打破院系和專業壁壘，將所有本科專業劃分為數理類、人文與社會類、機械、航空與動力類等16個大類進行招生。按學科大類招生將改變原有的教學和人才培養模式，使學生可以根據自己的能力和興趣學習，從而形成寬基礎、交叉復合的知識結構，有利于專業深入和創新能力培養。這符合航空航天高技術產業應用要求，契合對工程領軍人才和具有開創探索精神的工程精英人才的時代要求。

2 航空航天學科教育課程體系

2.1 MIT教育課程體系

典型的課程體系結構有兩種：一類是層次化課程體系，循序漸進、邏輯性強。另一類是模塊化課程體系，能夠突破學科專業領域的界限，滿足學生全面發展和個性發展需求。MIT的教育課程體系是典型的模塊化課程體系。MIT航空航天系航空航天工程專業課程計劃如表1所示。

表1 MIT航空航天系航空航天工程專業課程計劃

MIT的課程體系包括兩大模塊，模塊一為全校性統一要求課程 (General Institute Requirements，簡稱GIRs)，包括：（1）基礎科學課程包括數學、物理、化學和生物類；（2）人文、藝術、社會科學課程（Humanities,Arts,and Social Sciences,簡稱 HASS）；（3）科學與技術課程包括生態、環境、地質、結構、材料、計算機、能源等；（4）實驗課程包括數字系統導論實驗（Introductory Digital Systems Laboratory）、 實驗項目Ⅰ（Experimental Projects Ⅰ）、實驗項目Ⅱ（Experimental Projects Ⅱ）、飛行器發展（Flight Vehicle Development）和空間系統發展（Space Systems Development），選擇其中 1 門。 這些課程一般在前兩學年完成。模塊二為航空航天系要求課程(Departmental Program)，系核心課程為8門必修課程和1門二選一課程，包括計算機科學與編程導論、材料與結構、信號系統等。專業領域課程在至少3個專業領域選擇4門課程，包括航空動力學、結構力學、通訊系統等。實驗與前沿課程二選一課程是飛行器工程和空間系統工程，三選一課程是機器人學、實驗項目和前沿課程，包括飛行器前沿和空間系統前沿。非限選課課程類別較多，可任意選擇修讀，達到48個學分要求。

MIT的教育課程計劃將模塊一和模塊二相結合，其中模塊一為模塊二的學習奠定基礎。模塊一開設的基礎科學和科學與技術限選課程共需完成8門課程，而開設的人文、藝術和社會科學課程也需完成8門課程，因此，科學類課程與人文素養課程作為模塊一的核心課程，同等重要，文理兼修得到充分體現。同時，從模塊一的實驗課程到模塊二的實驗與前沿課程，實踐教育在MIT的教育課程計劃中貫穿始終。實現了高校教育與工程實踐關系的重構——在繼續加強基礎理論學習的基礎上，向生產實踐回歸[10]。

2.2 國內典型航空航天學科的教育課程體系

我國綜合性大學的航空航天學科課程計劃普遍采用模塊化課程體系，根據自身學科所長開設課程有所差異，但模塊設置和課程計劃大同小異。西北工業大學是我國原航空工業部老牌的綜合性大學，是唯一一所同時發展航空、航天、航海（三航）工程教育和科學研究的多學科、研究型、開放式大學[12]。飛行器設計與工程專業是西北工業大學辦學歷史最為悠久的學科之一，實力雄厚。以西北工業大學飛行器設計與工程專業培養方案為代表，進行航空航天學科教育課程體系介紹，表2是西北工業大學飛行器設計與工程專業的課程計劃（2015 年）[13]。

表2 西北工業大學飛行器設計與工程專業的課程計劃（2015年）

西北工業大學飛行器設計與工程專業的課程計劃（2015年）主要包括4個模塊：通識通修、學科專業、綜合素養和實踐訓練。（1）通識通修，可分為必修課程和限選課程，其中必修課程包括思想政治理論課、職業規劃與發展課程、心理成長與個人發展課程、軍事課程。限選課程包括公共通修基礎課程和分層次通修課程，其中公共通修基礎課程包括計算機類基礎課程、大學英語基礎課程類、體育類和程序設計實驗。分層次通修課程包括非專業數學類課程和自然科學基礎課程。通識通修課程一般在前兩學年完成。（2）綜合素養，包括三航概論和藝術素養類課程，在藝術素養課程中至少選修2學分，未建議修讀學期。（3）學科專業課，包括學科基礎課、專業核心課程、學科前沿課程和專業選修課程。學科前沿課程包括學科前沿系列講座和航空航天技術概論兩門。專業選修課程根據學科方向和個人發展進行選擇，有70余門課程可供選擇，至少選修9學分，跨學科至少選修2學分。（4）綜合實踐包括畢業設計/論文、集中實踐環節和科研訓練三部分，其中集中實踐環節主要包括金工實習、認識實習、生產實習、課程設計等內容。

西北工業大學飛行器設計與工程專業的課程計劃（2015年）的通識通修模塊為學科專業模塊的學習奠定基礎。特別提出的是在通識通修模塊中開設了思想政治理論類和軍事課程。這符合《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中指出：“堅持德育為先。立德樹人，把社會主義核心價值體系融入國民教育全過程”的要求。綜合素養課程除去三航概論的0.5學分，需修滿11.5學分，體現了對人文素養課程的重視。同時，綜合實踐形成獨立模塊，從第三學期金工實習A開始到第八學期的畢業設計/論文，每學期均有不同的實踐課程，并在第六、七學期開展了科研訓練課程。

與MIT航空航天學科教育課程體系相比，我國綜合性大學航空航天學科教育課程體系改革原有層次化教育課程體系為現行的模塊化課程體系，注重知識、能力、素質的融合，以專業系統知識為核心，開設思想政治理論類和軍事課程、體育類課程、人文藝術素養類課程，全面提高學生綜合素質，培養學生的創新能力和實踐能力。以德育為先，能力為重，全面發展，使學生成為德智體全面發展的社會主義建設者和接班人[14]。

3 結語

從專業設置到教育課程體系設置，我國雖然存在專業設置較細，教育課程體系中課程分類過細等問題，然而我國綜合性大學航空航天學科根據自身學科所長進行專業設置和課程體系建設而各具特色。我國高校招生已逐步按學科大類招生，將改變原有的教學和人才培養模式，形成寬基礎、交叉復合的知識結構，有利于專業深入和創新能力培養。改革原有層次化教育課程體系為模塊化課程體系，取得了長足進步。我國航空航天學科教育繼續深化改革，使學生知識、素質、能力相融合，成為德智體全面發展的社會主義建設者和接班人。

然而，從專業設置和教育課程體系的對比分析來看，專業設置和教育課程體系均進行了框架設定，在這種情況下，學生的能動意識和創新意識一定程度上受到限制和抑制。洛克希德公司的創新靈魂-臭鼬工廠以無比的創造力發展出美國國防科技中最機密、最先進的武器產品如F-117A這一世界級著名軍用飛機，正是由“自由地從事自己真正喜歡的工作”帶來的無與比倫的創造力。因此，學生作為未來的航空航天技術工程創新主體，擁有對航空航天領域持續興趣，是激發主體創造力的基本要素，應以學生為中心，構建創新型人才培養教育課程體系。

[1]http://www.moe.edu.cn/srcsite/A01/s7048/201007/t2010 0729_171904.html.

[2]http://www.moe.edu.cn/s78/A08/gjs_left/moe_742/s5632/s3860/201109/t20110920_124884.html.

[3]田正雨，李樺.麻省理工學院航空航天類本科生課程體系分析[J].高等教育研究學報，2010,33（1）：58－61.

[4]http://aeroastro.mit.edu/about-aeroastro/brief-history.

[5]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學院工程教育的經典模式[J].理工高教研究，2009,28（4）：116－119.

[6]http://catalog.mit.edu/schools/engineering/aeronauticsastronautics/#undergraduatetext.

[7]謝燕，蔣建平，李健，等.基于航空航天專業CDIO課程體系分析MIT本科教學特點[J].高等教育研究學報，2012,35（3）：40－44.

[8]http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_1034/s3882/201 209/t20120918_143152.html.

[9]http://www.most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/gjkjgh/2008 11/t20081129_65774.html.

[10]catalog.mit.edu/degree-charts/aerospace-engineeringcourse-16/.html.

[11]http://www.nwpu.edu.cn/xxgk/xxjj.html.

[12]http://hangkong.nwpu.edu.cn/info/1263/7253.html.

[13]周永惠.航空工程教育課程體系研究——以飛行器設計與工程專業為例[D].南京航空航天大學，2014.