基于案例驅(qū)動(dòng)的航空航天專業(yè)課程思政實(shí)踐教學(xué)研究
——以“飛行器導(dǎo)航原理”為例

王鼎杰，張洪波，吳 杰

（國(guó)防科技大學(xué) 空天科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073）

引言

2016年12月，習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上指出：“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，滿足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)?！比绾未蚱崎L(zhǎng)期以來思想政治教育與專業(yè)教育相隔絕的“孤島效應(yīng)”，將立德樹人貫徹高校課堂教學(xué)全過程、全方位、全員之中，推動(dòng)思政課程與課程思政協(xié)同前行，構(gòu)筑育人大格局，是新時(shí)代我國(guó)高校工作的重要任務(wù)之一。高等教育發(fā)展水平代表著一個(gè)國(guó)家的教育發(fā)達(dá)程度、科技創(chuàng)新實(shí)力和科學(xué)文化水平，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)創(chuàng)新型國(guó)家戰(zhàn)略的重要支撐。建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的關(guān)鍵因素在于塑造一大批具有創(chuàng)新能力的人才，尤其是具有科研創(chuàng)新潛力的本科生。相應(yīng)地，本科生專業(yè)課程教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培育，即培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立獲取知識(shí)、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的科研能力。因此，在傳授基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，本科生專業(yè)課程教學(xué)如何有效地將主動(dòng)探索創(chuàng)新能力培育與課程思政、價(jià)值引領(lǐng)有機(jī)聯(lián)系，是當(dāng)前高等院校專業(yè)教育教學(xué)所面臨的重大挑戰(zhàn)。

一、課程教學(xué)存在的問題

“飛行器導(dǎo)航原理”課程針對(duì)航天器、航空器、導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭等飛行器應(yīng)用場(chǎng)景，主要講授導(dǎo)航基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，向?qū)W生傳授科學(xué)研究方式和方法，培養(yǎng)和塑造學(xué)生科研創(chuàng)新能力和精神。然而，當(dāng)前課程教學(xué)在學(xué)生研究和創(chuàng)新能力的培育、價(jià)值引領(lǐng)等方面難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，課程教學(xué)過程存在以下問題。

1.教學(xué)內(nèi)容偏重專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，思政元素較為匱乏，而僅有的思政元素與專業(yè)知識(shí)的結(jié)合較為機(jī)械、生硬，存在“為思政而思政”的情況。

2.教學(xué)方法單一，依然以教師課堂“灌輸式”講解專業(yè)和思想政治理論知識(shí)為主，缺乏對(duì)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐意識(shí)和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，無法有效激勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，以及運(yùn)用馬克思主義思想武器認(rèn)識(shí)世界。

3.教學(xué)條件有限，現(xiàn)有的飛行器導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)無法滿足學(xué)生理論學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)造的實(shí)踐需求，且課程思政不能忽視實(shí)踐教育環(huán)節(jié)的重要意義。

4.教學(xué)評(píng)價(jià)和考核方式不合理，考試或報(bào)告并非評(píng)估學(xué)生思想政治教育受益與否的最佳方式，也無法考核學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

這些問題主要由兩方面原因造成：一是教師在教學(xué)過程中仍以基本理論講解為主，缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，甚至個(gè)別教師授課內(nèi)容僅局限于課本已有基本理論，不涉及最新研究成果和技術(shù)。長(zhǎng)此以往，學(xué)生雖然掌握了大量理論知識(shí)，但是并不知道如何學(xué)以致用，缺乏對(duì)導(dǎo)航技術(shù)最新進(jìn)展的了解。二是本科生課程思政教學(xué)體系建設(shè)中教師思想政治教育能力與課程要求之間的顯著差距。專業(yè)課程價(jià)值觀引領(lǐng)的實(shí)現(xiàn)，需要教師具備知識(shí)、技能、師風(fēng)師德等多層面的素質(zhì)和能力，需要教師講好專業(yè)問題的來龍去脈、技術(shù)的需求牽引、知識(shí)背后的底層邏輯、專業(yè)內(nèi)容與傳統(tǒng)文化或哲學(xué)思辨的內(nèi)在聯(lián)系、專業(yè)相關(guān)時(shí)事熱點(diǎn)問題辯證全面的認(rèn)識(shí)分析等一系列真正能夠影響學(xué)生認(rèn)知和實(shí)踐的復(fù)雜問題。

二、思政元素與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)

在“飛行器導(dǎo)航原理”課程設(shè)計(jì)上，要保證基礎(chǔ)性、理論性和應(yīng)用性的結(jié)合，同時(shí)考慮技術(shù)發(fā)展的可能性和前沿性，從而及時(shí)更新和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，充分發(fā)揮課程教學(xué)在學(xué)生知識(shí)技能培養(yǎng)中的核心作用。在教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)上，要及時(shí)吸收最新科研動(dòng)態(tài)和科研項(xiàng)目成果，開展開放性實(shí)驗(yàn)課題和翻轉(zhuǎn)課堂專題匯報(bào)講座，鼓勵(lì)學(xué)生積極主動(dòng)參與。對(duì)專業(yè)課程核心教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍，有機(jī)融入課程思政元素，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，形成思想政治教育內(nèi)容與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)資源庫。在實(shí)施思政元素與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，需要注意以下關(guān)鍵點(diǎn)。

（一）以極大提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為原則

本課程的主要內(nèi)容是飛行器的導(dǎo)航原理，核心關(guān)鍵詞是導(dǎo)航。導(dǎo)航技術(shù)，顧名思義即獲取時(shí)空信息的技術(shù)。本課程側(cè)重于講解物理概念、公式推導(dǎo)思路及公式后面隱藏的物理意義，將時(shí)空相關(guān)概念上升到哲學(xué)高度，引發(fā)學(xué)生深入思考，例如，不是測(cè)量而是定義真空中的光速、最高精度時(shí)鐘計(jì)量宇宙年齡誤差不到1秒。精確的時(shí)空測(cè)量是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，通過導(dǎo)航知識(shí)群的講授和串聯(lián)進(jìn)一步提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，將相信科學(xué)、尊重科學(xué)、熱愛科學(xué)的意識(shí)鐫刻在學(xué)生的靈魂深處。

（二）弘揚(yáng)馬克思辯證唯物主義

馬克思辯證唯物主義是科學(xué)的世界觀和方法論，也是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的有力工具，充分體現(xiàn)在人類實(shí)踐活動(dòng)的方方面面。弘揚(yáng)馬克思辯證唯物主義，就是教會(huì)學(xué)生正確地認(rèn)識(shí)技術(shù)現(xiàn)狀、主動(dòng)地解決問題、創(chuàng)造性地改造世界。針對(duì)本課程，可以在講解多種知識(shí)點(diǎn)的過程中體現(xiàn)其中的馬克思辯證唯物主義光輝。具體而言，在講解時(shí)間系統(tǒng)時(shí)，強(qiáng)調(diào)世界是物質(zhì)的，沒有物質(zhì)的周期性運(yùn)動(dòng)，就不能定義和測(cè)量時(shí)間。

（三）將愛國(guó)主義融入課堂，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)打破“卡脖子”技術(shù)的勇氣和意識(shí)

在鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的同時(shí)，介紹我國(guó)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。例如，在講解北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)，介紹北斗的中國(guó)特色，即有利于指揮調(diào)度的短報(bào)文通信、有利于精度和完好性增強(qiáng)的三種并存軌道、有利于局域地面站測(cè)定衛(wèi)星軌道，從而提高系統(tǒng)精度和可靠性的星間鏈路，以此激發(fā)學(xué)生獻(xiàn)身國(guó)防、攻堅(jiān)克難、勇攀科技高峰的斗志和勇氣。

（四）將學(xué)以致用、實(shí)踐創(chuàng)新貫穿教學(xué)各環(huán)節(jié)

本課程內(nèi)容設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐，提高現(xiàn)有設(shè)備或系統(tǒng)性能。為此，必須將學(xué)以致用、實(shí)踐創(chuàng)新貫穿教學(xué)各環(huán)節(jié)。這就需要?jiǎng)?chuàng)造條件讓學(xué)員開展動(dòng)手實(shí)踐，從而解決實(shí)際問題。針對(duì)本課程的特殊性，可以嘗試建立北斗/慣性組合智能車輛導(dǎo)航、星光/慣性組合高軌衛(wèi)星導(dǎo)航、X射線脈沖星深空探測(cè)器導(dǎo)航和著陸著艦北斗精密相對(duì)定位等案例庫。針對(duì)每個(gè)案例，建立實(shí)物或半實(shí)物仿真系統(tǒng)，充分設(shè)計(jì)學(xué)生參與開發(fā)、動(dòng)手操作的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生獲得用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的成就感。

三、“理論、仿真和實(shí)驗(yàn)”多形式案例聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式

為了更好地貫徹思政元素與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，要打造一種以理論、仿真、半實(shí)物仿真和實(shí)驗(yàn)緊密聯(lián)系，教學(xué)和考評(píng)相結(jié)合為特點(diǎn)的案例聯(lián)合驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式。本課程通過建立北斗/慣性組合智能車輛導(dǎo)航、星光/慣性組合高軌衛(wèi)星導(dǎo)航、X射線脈沖星深空探測(cè)器導(dǎo)航和飛機(jī)全自動(dòng)著陸北斗精密相對(duì)定位等經(jīng)典案例資源，借助案例庫開展基于實(shí)際導(dǎo)航問題的理論建模、仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多種形式的聯(lián)合教學(xué)，以充分激發(fā)學(xué)生解決國(guó)計(jì)民生中的迫切性問題、關(guān)鍵性難題的決心和使命感。本課程開展“理論、仿真和實(shí)驗(yàn)”多形式案例聯(lián)合驅(qū)動(dòng)教學(xué)的核心要素，即建立健全以下幾類案例資源庫。

（一）北斗/慣性組合智能車輛導(dǎo)航

采用北斗/慣性組合導(dǎo)航技術(shù)能夠以低成本實(shí)現(xiàn)高性能車輛導(dǎo)航，保證車輛在復(fù)雜或陌生的城市環(huán)境下完成既定工作任務(wù)。將車載北斗/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)及算法的設(shè)計(jì)工作引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生參與系統(tǒng)開發(fā)和動(dòng)手操作全過程，幫助學(xué)生深入理解相應(yīng)導(dǎo)航原理，鍛煉學(xué)生學(xué)以致用的工程能力。

（二）星光/慣性組合高軌衛(wèi)星導(dǎo)航

高軌衛(wèi)星長(zhǎng)時(shí)間軌道運(yùn)行要求導(dǎo)航具有高精度和高可靠性，為此，采用星光/慣性復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)，從而顯著降低對(duì)地面測(cè)控網(wǎng)的依賴，緩解地面監(jiān)測(cè)站的工作負(fù)擔(dān)，提高衛(wèi)星自主運(yùn)行能力。將星光/慣性復(fù)合制導(dǎo)仿真系統(tǒng)引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過仿真模擬實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)置，幫助學(xué)生直觀理解高軌飛行器導(dǎo)航的需求和原理。

（三）X射線脈沖星深空探測(cè)器導(dǎo)航

以深空探測(cè)器為代表的科學(xué)探索飛行器嚴(yán)重依賴地面測(cè)控系統(tǒng)提供的導(dǎo)航服務(wù)，導(dǎo)致飛行器執(zhí)行任務(wù)期間的導(dǎo)航性能存在不確定性。采用X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)能夠克服此類困難，將全數(shù)字仿真系統(tǒng)和半實(shí)物仿真系統(tǒng)引入實(shí)踐教學(xué)，驗(yàn)證并展示脈沖星導(dǎo)航完整流程，幫助學(xué)生深入理解脈沖星導(dǎo)航原理和深空探測(cè)應(yīng)用前景。

（四）飛機(jī)全自動(dòng)著陸北斗精密相對(duì)定位

為滿足飛行器全自動(dòng)著陸需求，必須采用厘米級(jí)精度的北斗載波相位差分精密相對(duì)定位技術(shù)。為此，建立北斗精密相對(duì)定位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展精密相對(duì)定位實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)學(xué)生參與開發(fā)、動(dòng)手操作的環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。基于建立的案例資源庫，教師能夠自由裁剪實(shí)際問題的規(guī)模和難度，設(shè)計(jì)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由抽象到實(shí)際、由課堂到企業(yè)不同類型實(shí)踐問題，更好地幫助學(xué)生理解問題、建立自信，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)積極地學(xué)以致用。同時(shí)，必須注意到，開展“理論、仿真和實(shí)驗(yàn)”多形式案例聯(lián)合驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式可以使學(xué)生評(píng)價(jià)機(jī)制多元融合，靈活的考評(píng)機(jī)制可以促進(jìn)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)、過程性學(xué)習(xí)和實(shí)踐性學(xué)習(xí)。

結(jié)語

針對(duì)“飛行器導(dǎo)航原理”課程教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培育和價(jià)值引領(lǐng)等方面問題，提出采用案例驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。在教學(xué)設(shè)計(jì)上，強(qiáng)調(diào)課程思政元素有機(jī)融入專業(yè)課程核心教學(xué)內(nèi)容，從而形成思想政治教育內(nèi)容與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合的教學(xué)資源庫。