航空航天学科创新型人才培养教育课程体系对比研究

杜作娟 ，王春齐 ，岳建岭 ，唐秀之 ，黄小忠 ，方秋莲

（1.中南大学航空航天学院，湖南长沙 410083；2.中南大学数学与统计学院，湖南长沙 410083）

航空航天技术是21世纪最活跃、发展最迅速、对人类社会生活最有影响的科学技术领域之一。1903年美国莱特兄弟设计制造的飞机进行了成功的飞行，实现了人类历史上第一次动力飞行，20世纪80年代后，飞机的最大音速超过3倍音速，逐步实现跨洲际飞行。飞行器不仅仅指飞机，其概念已发展到航空飞行器和航天飞行器，其中航空飞行器包括直升机、无人机、导弹、气球等，航天飞行器包括人造卫星、火箭、航天飞机、空间站等。我国的航天事业发展迅猛，从1999年发射第一艘“神州一号”无人实验飞船到计划于 2016年第三季度发射“神州十一号”飞船与“天宫二号”对接，已跻身国际一流行列。

航空航天科学技术的飞速发展，急需开拓创新进行和精益求精工匠精神的工程领军人才和工程精英人才，这对航空航天学科教育的改革创新提出了新的要求。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出牢固确立人才培养在高校工作中的中心地位，着力培养高素质专门人才和拔尖创新人才[1]。据此教育部实施“卓越工程师培养计划”，其主要目标指出面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才[2]。美国工程教育体系形成“回归工程、大工程观”先进工程教育理念，开展了CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）教学模式、合作教育、前卫的欧林工学院等工程教育改革与实践。

航空航天学科几乎已成为世界前50位大学的必设学科，航空航天工程人才培养在世界先进工业国家的高等工程教育中占有重要地位。培养富于开拓创新精神和精益求精工匠精神的高素质航空航天类本科生，将决定我国未来航空航天产业发展进程和质量。教育课程体系是实现培养目标的具体化和实现路径，本文以航空航天学科创新型人才培养为目标，以经典的美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology,简写MIT）和我国的西北工业大学、哈尔滨工业大学等为例，对MIT和我国在航空航天学科专业设置和实行的教育课程体系进行了对比研究，我国航空航天学科教育继续深化改革，实行学科大类招生和模块化教育课程体系，使学生知识、素质、能力相融合，成为德智体全面发展的社会主义建设者和接班人。

1 航空航天学科专业设置

1.1 MIT航空航天学科专业设置

MIT的航空航天专业是美国同领域中最有名的专业，其人才培养理念和课程设置举世闻名[3]。MIT在1959年成立航空航天系（Technology Department of Aeronautics and Astronautics），分属于工学院。在20世纪70年代早期，航空航天系建立起统一的工程课程体系，包括静力学、固体力学、材料学、动力学、流体力学、热动力学与推进、线性系统等。注重各课程之间的内在联系，同时强调作为本领域的领导者需要考虑技术解决方法与经济、政治、社会、环境需求和社会约束之间互相关系的理念[4]。在21世纪初，科学知识与工程实践相结合逐步形成现代工程理论体系，航空航天系对课程体系进行了彻底改革，经过两年的全面发展，形成一种全新工程教育理念和实施体系[5]——CDIO，CDIO代表构思（Conceive）、 设 计 （Design）、 实 现 （Implement） 和 运 作（Operate），这对MIT产生了根本而持久的制度影响，更广泛地影响了全美工程教育，其航空航天学科从20世纪90年代起连续多年位居全美工科第一。独特的航空航天工程教育不仅促进了科技创新与发展，也引领着世界工程教育的改革方向，对美国在航空航天领域走在世界的前列起着极其重要的作用。

学生在航空航天工程 （Aerospace Engineering）和工程学（Engineering）经过4年学习，将获得理学学士学位（Bachelor of Science）。工程学是航空航天工程的一个补充，对多学科关联的工程技术领域如机器人与控制、计算工程、力学或工程管理等有更深入、更广泛的理解，由ABET（Accreditation Board for Engineering and Technology）工程认证委员会授予学位[6]。航空航天系设有航空与航天科学工程和航空与航天信息科学工程两个本科专业方向[7]。

1.2 国内综合性大学航空航天学科专业设置

航空航天是工程性极强的行业，集中了许多尖端技术，涉及机械、电子、光学、信息科学、计算机技术、材料科学等高新技术，是一个极其庞大、复杂、综合的系统工程，依赖于多学科背景知识的支撑。根据教育部高等教育司颁布的 《普通高等学校本科专业目录（2012年）》[8]，航空航天类分属工学学科门类，基本专业包括航空航天工程、飞行器设计与工程、飞行器制造工程、飞行器动力工程、飞行器环境与生命保障工程等5个专业；特设专业包括飞行器质量与可靠性和飞行器适航技术两个专业。

在《国家中长期科技发展规划纲要》(2006—2020年)发展目标提到生物、材料和航天等领域的前沿技术达到世界先进水平，大型飞机、载人航天与探月工程被列入16个重大专项，空天技术也被列入前沿技术中[9]。显示出中央对我国航空航天事业发展的高度重视，给原来航空航天的高校带来了巨大的发展机遇。原航空工业部时期的六大高校：南京航空航天大学、北京航空航天大学、南昌航空大学、沈阳航空航天大学、郑州航空工业管理学院和西北工业大学。哈尔滨工业大学始终保持航天特色，航天学院是1987年经国家航天工业部批准成立，原隶属于工业和信息化部。在办学历史上有航空航天血统的高校如清华大学（2004年）、浙江大学（2007 年）、厦门大学（2015 年）、上海交通大学（2008年）等积极重建航空航天类专业；北京大学（2008年）、电子科技大学（2012年）、中南大学（2009年）等也在各自学科特色的基础上建设了航空航天类专业。

对比MIT与我国综合性大学专业设置，我国航空航天学科专业设置较细，除《普通高等学校本科专业目录（2012）》设置含5个基本专业和两个特设专业外，各综合性大学依据自身学科所长进行专业设置，专业分属的学院也有差异，如西北工业大学航空学院飞行器控制与信息工程、航天学院探测制导与控制技术、哈尔滨工业大学航天学院工程实验班的工程力学和复合材料与工程两个专业方向等。在一定程度上来说，专业设置的具体化对专业人才培养发挥了积极促进作用，为我国航空航天领域发展解决了工程技术人才的基础供给问题。然而，专业设置过于具体化不利于学生创新能力的培养，适应国家发展战略要求，改革人才培养模式已经成为发展的必然趋势。目前，我国高校招生已逐步按学科大类招生，如在2017清华大学年打破院系和专业壁垒，将所有本科专业划分为数理类、人文与社会类、机械、航空与动力类等16个大类进行招生。按学科大类招生将改变原有的教学和人才培养模式，使学生可以根据自己的能力和兴趣学习，从而形成宽基础、交叉复合的知识结构，有利于专业深入和创新能力培养。这符合航空航天高技术产业应用要求，契合对工程领军人才和具有开创探索精神的工程精英人才的时代要求。

2 航空航天学科教育课程体系

2.1 MIT教育课程体系

典型的课程体系结构有两种：一类是层次化课程体系，循序渐进、逻辑性强。另一类是模块化课程体系，能够突破学科专业领域的界限，满足学生全面发展和个性发展需求。MIT的教育课程体系是典型的模块化课程体系。MIT航空航天系航空航天工程专业课程计划如表1所示。

表1 MIT航空航天系航空航天工程专业课程计划

MIT的课程体系包括两大模块，模块一为全校性统一要求课程 (General Institute Requirements，简称GIRs)，包括：（1）基础科学课程包括数学、物理、化学和生物类；（2）人文、艺术、社会科学课程（Humanities,Arts,and Social Sciences,简称 HASS）；（3）科学与技术课程包括生态、环境、地质、结构、材料、计算机、能源等；（4）实验课程包括数字系统导论实验（Introductory Digital Systems Laboratory）、 实验项目Ⅰ（Experimental Projects Ⅰ）、实验项目Ⅱ（Experimental Projects Ⅱ）、飞行器发展（Flight Vehicle Development）和空间系统发展（Space Systems Development），选择其中 1 门。 这些课程一般在前两学年完成。模块二为航空航天系要求课程(Departmental Program)，系核心课程为8门必修课程和1门二选一课程，包括计算机科学与编程导论、材料与结构、信号系统等。专业领域课程在至少3个专业领域选择4门课程，包括航空动力学、结构力学、通讯系统等。实验与前沿课程二选一课程是飞行器工程和空间系统工程，三选一课程是机器人学、实验项目和前沿课程，包括飞行器前沿和空间系统前沿。非限选课课程类别较多，可任意选择修读，达到48个学分要求。

MIT的教育课程计划将模块一和模块二相结合，其中模块一为模块二的学习奠定基础。模块一开设的基础科学和科学与技术限选课程共需完成8门课程，而开设的人文、艺术和社会科学课程也需完成8门课程，因此，科学类课程与人文素养课程作为模块一的核心课程，同等重要，文理兼修得到充分体现。同时，从模块一的实验课程到模块二的实验与前沿课程，实践教育在MIT的教育课程计划中贯穿始终。实现了高校教育与工程实践关系的重构——在继续加强基础理论学习的基础上，向生产实践回归[10]。

2.2 国内典型航空航天学科的教育课程体系

我国综合性大学的航空航天学科课程计划普遍采用模块化课程体系，根据自身学科所长开设课程有所差异，但模块设置和课程计划大同小异。西北工业大学是我国原航空工业部老牌的综合性大学，是唯一一所同时发展航空、航天、航海（三航）工程教育和科学研究的多学科、研究型、开放式大学[12]。飞行器设计与工程专业是西北工业大学办学历史最为悠久的学科之一，实力雄厚。以西北工业大学飞行器设计与工程专业培养方案为代表，进行航空航天学科教育课程体系介绍，表2是西北工业大学飞行器设计与工程专业的课程计划（2015 年）[13]。

表2 西北工业大学飞行器设计与工程专业的课程计划（2015年）

西北工业大学飞行器设计与工程专业的课程计划（2015年）主要包括4个模块：通识通修、学科专业、综合素养和实践训练。（1）通识通修，可分为必修课程和限选课程，其中必修课程包括思想政治理论课、职业规划与发展课程、心理成长与个人发展课程、军事课程。限选课程包括公共通修基础课程和分层次通修课程，其中公共通修基础课程包括计算机类基础课程、大学英语基础课程类、体育类和程序设计实验。分层次通修课程包括非专业数学类课程和自然科学基础课程。通识通修课程一般在前两学年完成。（2）综合素养，包括三航概论和艺术素养类课程，在艺术素养课程中至少选修2学分，未建议修读学期。（3）学科专业课，包括学科基础课、专业核心课程、学科前沿课程和专业选修课程。学科前沿课程包括学科前沿系列讲座和航空航天技术概论两门。专业选修课程根据学科方向和个人发展进行选择，有70余门课程可供选择，至少选修9学分，跨学科至少选修2学分。（4）综合实践包括毕业设计/论文、集中实践环节和科研训练三部分，其中集中实践环节主要包括金工实习、认识实习、生产实习、课程设计等内容。

西北工业大学飞行器设计与工程专业的课程计划（2015年）的通识通修模块为学科专业模块的学习奠定基础。特别提出的是在通识通修模块中开设了思想政治理论类和军事课程。这符合《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中指出：“坚持德育为先。立德树人，把社会主义核心价值体系融入国民教育全过程”的要求。综合素养课程除去三航概论的0.5学分，需修满11.5学分，体现了对人文素养课程的重视。同时，综合实践形成独立模块，从第三学期金工实习A开始到第八学期的毕业设计/论文，每学期均有不同的实践课程，并在第六、七学期开展了科研训练课程。

与MIT航空航天学科教育课程体系相比，我国综合性大学航空航天学科教育课程体系改革原有层次化教育课程体系为现行的模块化课程体系，注重知识、能力、素质的融合，以专业系统知识为核心，开设思想政治理论类和军事课程、体育类课程、人文艺术素养类课程，全面提高学生综合素质，培养学生的创新能力和实践能力。以德育为先，能力为重，全面发展，使学生成为德智体全面发展的社会主义建设者和接班人[14]。

3 结语

从专业设置到教育课程体系设置，我国虽然存在专业设置较细，教育课程体系中课程分类过细等问题，然而我国综合性大学航空航天学科根据自身学科所长进行专业设置和课程体系建设而各具特色。我国高校招生已逐步按学科大类招生，将改变原有的教学和人才培养模式，形成宽基础、交叉复合的知识结构，有利于专业深入和创新能力培养。改革原有层次化教育课程体系为模块化课程体系，取得了长足进步。我国航空航天学科教育继续深化改革，使学生知识、素质、能力相融合，成为德智体全面发展的社会主义建设者和接班人。

然而，从专业设置和教育课程体系的对比分析来看，专业设置和教育课程体系均进行了框架设定，在这种情况下，学生的能动意识和创新意识一定程度上受到限制和抑制。洛克希德公司的创新灵魂-臭鼬工厂以无比的创造力发展出美国国防科技中最机密、最先进的武器产品如F-117A这一世界级著名军用飞机，正是由“自由地从事自己真正喜欢的工作”带来的无与比伦的创造力。因此，学生作为未来的航空航天技术工程创新主体，拥有对航空航天领域持续兴趣，是激发主体创造力的基本要素，应以学生为中心，构建创新型人才培养教育课程体系。

[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，李桦.麻省理工学院航空航天类本科生课程体系分析[J].高等教育研究学报，2010,33（1）：58－61.

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

[5]王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式[J].理工高教研究，2009,28（4）：116－119.

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

[7]谢燕，蒋建平，李健，等.基于航空航天专业CDIO课程体系分析MIT本科教学特点[J].高等教育研究学报，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.航空工程教育课程体系研究——以飞行器设计与工程专业为例[D].南京航空航天大学，2014.