軍工類一流本科課程建設的探索和思考
——以專業方向課“發射系統實驗技術”為例

楊春浩 王 舉 任 杰 徐 強 劉志鵬

1.南京理工大學機械工程學院 江蘇南京 210094；2.西北機電工程研究所 陜西西安 712099

2019年下發的《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》(教高〔2019〕8號)提出全面開展一流本科課程建設，形成多類型、多樣化的教學內容與課程體系，經過三年左右，建成萬門左右國家級和萬門左右省級一流本科課程(簡稱一流本科課程“雙萬計劃”)，涵蓋線上課程、線下課程、線上線下混合式課程、虛擬仿真實驗課程以及社會實踐課程等5大類，以高階性、創新性、挑戰度——“兩性一度”作為一流課程的評判標準[1-2]。近幾年，軍工行業發展迅猛，對高端裝備的需求更加迫切，在產品研發的質量和速度等方面均有更加嚴苛的要求。因此，負責為軍工行業輸送人才的軍工類專業教育，如果僅完成相關基礎知識教學，忽略“兩性一度”等能力的培養，不但難以滿足課程培養體系發展的要求，更與社會需求嚴重脫節，難以支撐行業發展勢頭[3-5]。

對于以南京理工大學為代表的具有國防背景特色的高等院校而言，搭建軍工專業系統級實驗平臺，開設軍工專業實驗課程教學，讓學生身臨其境感受軍工的魅力，是拓展學生所學知識的深度、廣度，提高學生分析和解決實際工程問題能力，鍛煉學生全面設計和創新能力以及培養學生家國情懷的重要途徑。所以，軍工類實驗課程在專業教育中具有舉足輕重的地位，在一流本科課程建設的契機下，軍工類實驗課程的建設方向也值得相關教育教學工作者進一步深入探索和思考。

“火箭發射系統實驗技術”是我校武器系統與工程專業火箭炮方向的一門重要的專業方向課，是獨立設課的實驗課程。自2004年至今，課程經歷了“發射系統實驗技術”“火箭發射系統實驗技術”兩個發展階段，形成了包括課程教材、實驗指導書、在線教學課程和多媒體素材在內的完備教學資源，每年平均授課人數約200人，課程團隊積累了豐富的實驗教學經驗。經過多輪校內建設和培養計劃更新，目前共建成了10項火箭發射系統實驗相關的教學項目。在課程教學中始終堅持給學生開設基于真實火箭發動機的燃氣射流沖擊與測量實驗，充分體現了武器系統與工程的專業特色和課程特色，可以有力提升軍工類專業本科生的理論水平與實踐能力。本文的教學實踐嘗試打破傳統“劇本式”實驗教學的局限，探索以學生為主導的實驗教學模式，并基于教師學生的評價反饋提出進一步改革方向。

1 軍工類本科實驗教學現狀

1.1 課程內容陳舊

近幾年，我國航空航天、軍事工業迅猛發展，裝備更新迭代快，并且新的實驗設備、實驗方法已在高等院校和科研院所的基礎學科領域廣泛應用。而當前軍工類實驗平臺的發展相對滯后，部分實驗設備陳舊，僅能由教師進行演示實驗，學生僅通過觀摩不能親身體會實驗各步驟的意義和內涵，嚴重影響學生動手能力和創新能力的提升。此外，部分已有實驗平臺所依托的裝備已退役多年，部分實驗方法也已被新的行業標準所取代。顯然，上述實驗平臺、內容和方法的滯后將課堂實驗與工程實際分離，沒有起到應有的銜接作用。學生從事設計工作的思路也會在一定意義上缺少創新性。

1.2 “劇本式”低階重復

傳統的本科實驗教學模式通過實驗指導書和教師課上講解或演示將實驗目的、內容、原理、步驟及數據處理方法等全部提供給學生。學生嚴格按照要求進行實驗，完成數據記錄，課后進行數據處理并提交實驗報告。該模式僅讓學生按“劇本”進行實驗，學生處于被動接受的地位，沒有調動學生思考實驗的底層邏輯，使學生對實驗的記憶不夠深刻，更無法對實驗提出創新性想法。所以，低階的重復工作無法培養和鍛煉學生的創新思維和實驗技能，無法達到課程應有的教學目的。

1.3 重教學輕育人

當前軍工本科實驗教學主要負責完成實驗相關知識的講解講授，忽略課程內容對學生價值觀的塑造和影響，特別是軍工專業負責為祖國培養國防英才，更需加強學生家國情懷的培育。可見，將我國軍工發展歷程中的典型案例融入專業課堂，不僅能解決專業課程的枯燥乏味，也有助于堅定學生投身國防事業的決心，在專業知識學習過程中融入理想信念的精神指引。

2 發射系統實驗技術課程建設目標

基于以上軍工類本科實驗教學現狀，發射系統實驗技術的一流課程建設重點圍繞以下問題開展：

(1)如何精選教學內容，提升課程目標層次，通過增加綜合設計性實驗，加強與工程實際需求的聯系，激發學生的創新思維，培養學生的創造能力。

(2)如何轉變當前以教師講授為主、培養學生應用能力的教學理念和模式，提升至以學生為中心，充分發揮學生主觀能動性，培養學生的創新思維和創造能力的教學理念和模式，同時完成課程目標的評價模式轉變與升級。

(3)如何將我國軍工領域典型案例融入課堂，避免生搬硬套，做到有機融合，水到渠成，在理論課堂和實驗課堂中，潛移默化地培養學生的家國情懷和國防使命感。

根據上述問題將發射系統實驗技術課程建設目標分為知識、技能、素質三大項，具體為：

2.1 知識目標

理解火箭武器發射過程中存在的高溫、高壓、高速、高應變率、強沖擊、強振動以及射流噪聲等特殊物理現象，掌握火箭發射系統實驗的基本原理與實驗方法學，了解現代測量技術在火箭發射系統實驗技術研究領域的應用。

2.2 技能目標

掌握火箭發射系統的典型特征參數的基本實驗研究方法，具備實驗的規劃、實施、實驗數據的融合分析能力，能夠分析與處理實驗中各類現象與問題，具備火箭發射系統綜合實驗能力和創新思維，為從事火箭武器設計、研究等相關工作奠定基礎。

2.3 素質目標

通過融合軍工領域典型案例，使學生了解火箭發射系統及其實驗技術發展歷程和重要作用，感悟近現代軍工人在火箭武器型號裝備研制過程中的艱苦科研、為國獻身的精神，感受當代軍工人務實奮進、為國鑄器的使命擔當，堅定理想信念，增強國防使命感。

3 發射系統實驗技術課程的建設與實施

3.1 課程內容與資源建設

“火箭發射系統實驗技術”課程主要圍繞火箭發射過程中存在的物理現象，闡述其中的實驗方法學，介紹發射系統實驗的基本原理、方法、步驟、儀器設備與要求。課程內容涉及實驗流體力學、發射系統動力學、信號分析等理論知識，重點突出現代測量技術在火箭發射系統實驗技術研究領域中的具體應用，是本專業學生接觸實際發射系統、掌握發射系統基本實驗研究方法的重要課程。具體課程內容之間的關聯如圖1所示。

在課程內容及資源建設時，課程教學團隊廣泛征求了軍工專業教師和學生的意見，對擬建設的內容進行了研討，最終確定以發射過程中存在的高溫、高壓、高速、高應變率、強沖擊、強振動以及射流噪聲等最典型現象的實驗研究為課程建設重點，在明確建設目的和內容后，開展了相關的課程資源建設，經過多輪校內建設和培養計劃更新，共建成10項火箭發射系統實驗相關的教學項目，并選取4項最具代表性的項目開展實驗教學。課程教學中始終堅持為學生開設基于真實火箭發動機的燃氣射流沖擊與測量實驗，充分體現了火箭發射專業特色和課程特色，可以有力提升軍工類專業本科生的理論水平與實踐能力。除了每年培養“武器系統與工程”專業本科生外，依托本課程實驗平臺開設了多項開放性實驗，向學院和全校其他專業的本科生開放選課，以培養其他有志于國防建設的優秀本科生。本課程得到了歷屆本科生的廣泛認可，為提高本科生的實驗動手能力和提高畢業論文質量有重要意義。

課程資源建設情況：出版教材1部、編撰實驗指導書1部、在線教學資源、開放性實驗4項，另外配備了實驗教學設備。

教學資源應用情況：教材和實驗指導書為歷屆本科生選用，實驗指導書同時為研究生“武器典型結構模態測試與分析”實踐課程選用，平均每年約200人。2020年和2021年建設了在線教學資源，在南京理工大學在線教學中心向本科生開放，4項開放性實驗已開放給全校本科生選課，實驗教學設備同時向專業方向本科生和開放性實驗選課學生開放。

在課程考核評價標準方面，不拘泥于實驗報告，更重視學生的動手操作和創新拓展能力。本課程采取了靈活的成績評價方法，并著重提高形成性評價比重。加入了課堂簡答和作業等平時表現成績，借鑒BOPPPS法加入課前課外內容考核形成綜合成績判定，對實驗報告的評價也不再強調結果正確性，更注重學生在其中的探索和創新，以及對問題的深層討論與錯誤結果的反思。讓學生認識到方法不唯一，體會到實驗所具有的探索魅力。不只以實驗結果的標準與否判定學生最終成績，以鼓勵思考和培養創新為更高目標，結合學生在實驗中的表現，學生實驗預習是否充分，查閱的資料是否豐富，有沒有提出一些有見地的看法等，綜合評價后給出綜合分數。

3.2 課程教學實施案例

在實驗教學和考核評價中將項目式教學與BOPPPS法相結合，并鼓勵學生自主創新進行實驗拓展，以發射裝置振動測量和典型結構模態測量實驗為例，實驗全過程如圖2所示，具體過程如下：

(1)在實驗前一周，通過課程預習資料對實驗的基礎理論和常用方法進行介紹，讓學生形成初步的認識，并對學生進行合理分組。

(2)實驗前，根據發射裝置結構特征，抽取典型裝置或結構部件為各實驗小組分配項目，指導教師提出實驗方法、目的及要求，不給出具體實驗的步驟。

(3)在實驗中，各小組首先對所承擔裝置各典型工況下的受力狀態進行分析，而后針對性開展振動測試及模態分析系統搭建，獲得各階模態進行響應分量及總響應，求出各階模態的最大響應值及某點的最大響應值，在激勵頻率已知的受迫振動中，分析系統能否發生共振，得出當前結構能否滿足系統要求的結論，同學之間可以互相交流討論，真正動腦思考如何做好實驗，指導教師適時督促，對實驗中存在的問題進行啟發、引導，使學生能夠舉一反三。

(4)除了完成給定結構的“規定動作”外，學生可結合實驗室提供的質量塊和桿自主搭建并測量質量矩陣塊的模態，完成“自選動作”，根據搭建模型的復雜度和創新性，計入實驗總成績，讓學生認識到實驗本身就是一種探索，有方法但不是只有一個標準答案，鼓勵他們去思考和創新。

(5)實驗后，完成實驗報告撰寫，鼓勵學生將模態實驗與數值仿真等分析手段相結合，利用仿真計算軟件進行模態分析，對實驗結果和仿真結果進行比較分析，并提出自己的思考，對問題與現象進行再認識，做到應用、分析和創新培養環節逐階遞升，該部分同樣計入實驗總成績。

部分學生自主搭建的質量矩陣塊及仿真分析結果如圖3所示。

通過上述項目式實驗教學模式可以使學生了解當前工程項目設計的基本流程，掌握振動測量和振動模態分析的基本方法、儀器設備的選型與配置、典型武器結構或部件的模態特征以及實驗結果在結構設計中的應用途徑。

4 課程改革成效

課程每年依據學生參與實驗后的反饋和課程評價進行持續改進，嘗試的實驗教學措施也初步取得了一定成效。軍工類本科生通過參加此類實驗，鍛煉了實踐能力，培養了嚴謹求實的工作作風，彌補了實驗訓練環節的不足，有助于專業必修課相關知識點的深化理解。同時，為培養本科生的實踐能力與創新能力提供了一個很好的平臺，為培養我國優秀的軍工專業人才奠定了優良的基礎，具有巨大的軍事效益與社會效益。

課程歷年學生評教結果見右表，此外，本課程在南京理工大學四位一體教師質量綜合評價中獲得優秀。

“火箭發射系統實驗技術”課程歷年學生評教結果統計表

5 課程持續改進方向

基于當前課程現狀和課程目標擬定后續課程重點改進方向為：

(1)整理凝練近現代軍工領域典型案例，推動軍工專業課堂育人功能進一步加強，在理論、實踐和勞動環節中潛移默化地塑造學生精神品質，培養學生的國家責任感和國防使命感。

(2)結合2022版培養計劃，提升培養目標和能力要求，增加創新性、綜合性教學內容，將更多前沿科研成果、最新實驗案例等引入理論與實驗教學中，拓展課程內容的深度和廣度。

(3)深入開展項目式教學，總結前期探索經驗，反思傳統實驗教學模式利弊，進一步豐富教學方法，精心設計課前、課中、課后教學環節，加大學生的選擇自由度，激發學生創新思維，避免千篇一律。

(4)進一步改革成績評價方法，建立順暢的教學評價、反饋機制，通過信息反饋，及時調整教學計劃、健全教學機制，使整個教學體系形成一個良性循環。

(5)進一步推進現代信息技術與教學深度融合，構建和完善線上學習平臺，提升教師教學能力，實現線上線下混合式教學。

(6)通過“傳幫帶”方式加強教師隊伍教學能力，強化實驗教學專業隊伍建設，強化教學設計研究和實驗教學實施能力。

結語

軍工類專業系統級實驗平臺搭建和實驗課程建設，是拓展學生所學知識深度、廣度，提高學生分析和解決實際工程問題能力，鍛煉學生全面設計和創新能力，培養學生家國情懷的重要途徑。針對軍工類本科實驗教學課程內容陳舊、重復和重教學輕育人等問題，南京理工大學發射系統實驗技術課程教學團隊借助一流本科課程建設的契機，開展了探索實踐。通過專業教師和學生的共同參與、研討，精選了課程教學內容，提升了課程目標層次，增加了綜合設計性實驗，注重與工程實際的聯系。通過將項目式教學與BOPPPS法相結合，以學生為中心，提高了學生主觀能動性，培養了學生的創新思維和創造能力，轉變了課程考核評價模式。通過師生的評價反饋，肯定了當前的課程建設成果，也明確了進一步深化教學改革方向。