發(fā)布時(shí)間：2023-09-17 15:03:04
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的航天知識(shí)問題樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞： 高中物理教學(xué) 天文學(xué) 航天知識(shí)
2012年浙江高考理科綜合卷的第15題，考查學(xué)生用物理知識(shí)和天文航天知識(shí)，以及用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。同樣的，浙江2011年的第19題，2010年的第20題和2009年的第19題，考的都是這些知識(shí)和能力。其他省份和全國(guó)卷也都存在這一現(xiàn)象：天文和航天知識(shí)在物理高考中幾乎年年出現(xiàn)。這表明在新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，現(xiàn)行的高中物理教材和考試題型都緊跟時(shí)代的發(fā)展，反映現(xiàn)代科技的進(jìn)步。教師在課堂教學(xué)過程中，需要注意增加物理的實(shí)用性和趣味性，使學(xué)生能把枯燥的物理理論和當(dāng)代高新科學(xué)技術(shù)發(fā)展聯(lián)系起來，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲。特別是天文學(xué)和航天技術(shù)的發(fā)展這些內(nèi)容。
一、物理學(xué)與天文知識(shí)、航天技術(shù)的關(guān)系
天文學(xué)在物理學(xué)中扮演著一個(gè)很特殊的角色。它是物理學(xué)的一個(gè)重要分支，又占據(jù)了物理學(xué)中一個(gè)相對(duì)重要的地位。它的發(fā)展是極其曲折而又激動(dòng)人心的，每一次進(jìn)步都帶動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)界的巨大變革。而物理學(xué)界里程碑似的成績(jī)無不有與之相關(guān)的地方，無不有其應(yīng)用的地方。哥白尼的日心說帶來了天文學(xué)的一次翻天覆地的變革。之后導(dǎo)致了天體物理學(xué)的自誕生以來最為飛速的一次發(fā)展，其中牛頓的萬有引力的影響是極其深遠(yuǎn)的。它給天文學(xué)家解釋許多問題提供了一個(gè)最有力的論證。
航天技術(shù)是一門高度綜合性的科學(xué)技術(shù)，是很多現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)成就的綜合集成。航天技術(shù)的設(shè)想來源于基礎(chǔ)物理學(xué)中的力學(xué)和熱學(xué)，而其發(fā)展主要依賴于電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。而這些技術(shù)的發(fā)展都離不開物理學(xué)基礎(chǔ)理論的研究。如沒有電磁學(xué)的發(fā)展，人類就無法使用電能，也無法生產(chǎn)電子產(chǎn)品，其他的高新技術(shù)就更加無法實(shí)現(xiàn)了。
二、扎實(shí)掌握高中物理基礎(chǔ)知識(shí)
1.構(gòu)建完整的知識(shí)脈絡(luò)。
與天文、航天聯(lián)系的物理問題主要考查了學(xué)生的力學(xué)和電磁學(xué)方面的知識(shí)。如：圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力，洛倫茲力等知識(shí)點(diǎn)。如2009年浙江理綜卷第19題，“關(guān)于太陽和月球?qū)Φ厣舷嗤|(zhì)量海水的引力”，考查的就是萬有引力定律。2010年浙江理綜卷的第20題“宇宙飛船以周期為T繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)……”考查的就是圓周運(yùn)動(dòng)與航天知識(shí)，以及用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力。2011年浙江理綜卷的第19題“探測(cè)X星球”，考查的也是萬有引力和圓周運(yùn)動(dòng)，體現(xiàn)了理的實(shí)用性。
通過認(rèn)真理解題目信息，聯(lián)系所學(xué)物理知識(shí)，建立物理模型，就能運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)輕松解決這類問題。這需要學(xué)生全面、完整、系統(tǒng)地掌握相關(guān)的知識(shí)。具體有開普勒的三大行星運(yùn)動(dòng)定律：軌道定律、面積定律和周期定律；萬有引力定律，包括萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，定律公式，引力常量及其測(cè)定G，以及萬有引力定律在實(shí)際中的應(yīng)用：計(jì)算地球質(zhì)量、中心天體質(zhì)量和發(fā)現(xiàn)未知天體。宇宙航行章節(jié)中的三個(gè)宇宙速度及人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行都需要扎實(shí)地掌握。
2.補(bǔ)充天文知識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
有高中物理中，在介紹萬有引力定律時(shí)，為了讓學(xué)生感受萬有引力定律的巨大作用，我引用了這樣兩個(gè)事實(shí)：哈雷應(yīng)用萬有引力定律預(yù)言了彗星的回歸和勒維耶根據(jù)萬有引力定律完成了對(duì)海王星位置的推算。這不僅證明了萬有引力定律的正確性，而且是物理學(xué)和天文學(xué)互動(dòng)發(fā)展的有力例證。
教師還可以在課堂上及時(shí)補(bǔ)充一些天文常識(shí)，開闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的興趣，激發(fā)他們學(xué)好物理的主動(dòng)性。如：中國(guó)為何遠(yuǎn)古就有“金木水火土”五行說呢？雖不科學(xué)，但也并非完全不科學(xué)，因?yàn)樘栂抵形ㄓ小敖鹉舅鹜痢蔽宕笮行?，是用肉眼能觀察到的，其他都要用望遠(yuǎn)鏡才能觀測(cè)到，而我們的祖先很早就對(duì)此有了記錄，作為后輩的我們更要鞭策自己不斷努力了。
再比如金星，又名太白金星，它是天空中最亮的星星，所以一眼就能看到它。它又叫啟明星，每天天快要亮?xí)r，它出現(xiàn)在東方，很明亮，太陽出來后消失。它又被叫做長(zhǎng)庚星，因?yàn)榘硖柭湎虏痪茫钤缭谖鞣教爝叧霈F(xiàn)的星星就是它。由于它的明亮，西方人把它叫做“愛神之星”。木星，體積最大的行星，它的亮度僅次于金星，也較早呈現(xiàn)天空中，西方人把它命為“眾神之父”。
三、關(guān)注天文學(xué)的熱點(diǎn)和新發(fā)現(xiàn)
宇宙大爆炸理論，黑洞，中子星這些都是天文學(xué)上最熱門的研究領(lǐng)域，也是高考的熱點(diǎn)。如果學(xué)生平時(shí)對(duì)這些知識(shí)有所關(guān)注，就可以在短時(shí)間內(nèi)迅速理解題意，正確解答出來。
如2009年安徽理綜卷的第16題，先給出宇宙大爆炸理論，假如真是這樣，要求學(xué)生選出標(biāo)志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關(guān)系圖像。該題考查的知識(shí)點(diǎn)很簡(jiǎn)單，就是對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像的分析，看懂題目，準(zhǔn)確了解題意，選擇正確的圖像并不難。
2009年江蘇高考物理第3題以“英國(guó)《新科學(xué)家》雜志評(píng)選出了2008年度世界8項(xiàng)科學(xué)之最”之一的“最小黑洞”為背景，緊跟國(guó)際新動(dòng)向。但此題考查的仍然是萬有引力定律的應(yīng)用。雖然知識(shí)點(diǎn)非常簡(jiǎn)單，但是具備相關(guān)的天文知識(shí)，卻能幫助學(xué)生更快地解題。尤其是其中計(jì)算結(jié)果精確到數(shù)量級(jí)，是天文中常見的估算法的運(yùn)用。
2009年四川6月的高考，引用的是當(dāng)年4月底美國(guó)的天文發(fā)現(xiàn)：代號(hào)為2009HC82，與太陽系其他行星逆向運(yùn)行的小行星?？梢姼呖紝?duì)天文上的新發(fā)現(xiàn)的關(guān)注程度。
四、關(guān)注我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展
當(dāng)我國(guó)重大天文和航天事件發(fā)生時(shí)，物理高考中常常會(huì)聯(lián)系這些問題。比如2000年1月26日我國(guó)發(fā)射衛(wèi)星，全國(guó)卷和天津、廣東卷都考了；又如和平號(hào)退役，神舟2號(hào)、神舟4號(hào)、嫦娥一號(hào)等重大科技事件的發(fā)生，也在當(dāng)年的高考中體現(xiàn)出來。如2008年的廣東卷第12題的“嫦娥一號(hào)”奔月示意圖，北京卷第17題“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星，2009年福建理綜卷的第14題的“嫦娥一號(hào)”月球探測(cè)器，2009年重慶理綜題第17題都以“嫦娥一號(hào)”為背景，考查萬有引力和圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)點(diǎn)。
2010年安徽理綜卷第17題，雖然考查的知識(shí)點(diǎn)依舊是萬有引力定律的應(yīng)用，卻是以“我國(guó)預(yù)計(jì)于2011年10月發(fā)射第一顆火星探測(cè)器‘螢火一號(hào)’”為背景，時(shí)代感很強(qiáng)?？梢灶A(yù)見，火星探測(cè)器項(xiàng)目還會(huì)隨著今后航天技術(shù)的發(fā)展而在未來的高考題中成為被高度關(guān)注的對(duì)象。
在今年的高考中，江蘇高考物理第8題也考到了我國(guó)航天的最新發(fā)展：2011年8月，“嫦娥二號(hào)”成功進(jìn)入了環(huán)繞“日地拉格朗日點(diǎn)”的軌道，我國(guó)成為世界上第三個(gè)造訪該點(diǎn)的國(guó)家。如圖所示，該拉格朗日點(diǎn)位于太陽和地球連線的延長(zhǎng)線上，一飛行器處于該點(diǎn)，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，則此飛行器的（？搖？搖？搖）
（A）線速度大于地球的線速度
（B）向心加速度大于地球的向心加速度
（C）向心力僅由太陽的引力提供
（D）向心力僅由地球的引力提供
該題并不難，考查的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，但了解一定的航天知識(shí)對(duì)學(xué)生題意理解和考場(chǎng)發(fā)揮起著很重要的作用。因此，教師應(yīng)該多關(guān)注生活中發(fā)生的重大事件，特別是我國(guó)航天事業(yè)的新發(fā)展。同時(shí)也引導(dǎo)學(xué)生多關(guān)注這方面的知識(shí)。關(guān)注我國(guó)天文和航天技術(shù)的發(fā)展，還有助于增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感，同時(shí)使學(xué)生對(duì)物理學(xué)在實(shí)際科技生產(chǎn)中的應(yīng)用有更深的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。
參考文獻(xiàn)：
一、熱點(diǎn)導(dǎo)入，激發(fā)興趣
良好的開端是成功的一半，在教學(xué)論中，教學(xué)過程的第一步是激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。教師利用社會(huì)熱點(diǎn)問題導(dǎo)入新課，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
例如，在學(xué)習(xí)新課“食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”時(shí)，視頻播放2016年10月景海鵬、陳東兩名航天員在“天宮二號(hào)”實(shí)驗(yàn)室內(nèi)工作的錄像，讓學(xué)生思考，航天員飛向太空，在飛船中進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)，甚至還要出艙活動(dòng)，這都需要消耗大量的腦力和體力。為了保證航天員的健康，航天員的一日三餐必須科學(xué)合理，接著提出問題，給航天員帶到太空的食物中，至少應(yīng)該含有哪些成分？為什么含有這些成分呢？學(xué)生們對(duì)于航天實(shí)驗(yàn)十分感興趣，甚至有些同學(xué)還是航天迷，對(duì)于這一系列的問題學(xué)生們展開了積極思考，注意力很快集中到課堂上，在強(qiáng)烈的求知欲下開始本課的學(xué)習(xí)。
二、穿插熱點(diǎn)，深化知識(shí)
在學(xué)習(xí)新知識(shí)的過程中，教師可以穿插介紹近期發(fā)生的社會(huì)熱點(diǎn)新問題。既使學(xué)生增長(zhǎng)見識(shí)，拓展知識(shí)面，又深化了對(duì)新知識(shí)的理解。
例如，在“呼吸道對(duì)空氣的處理”學(xué)習(xí)中，講解呼吸道對(duì)空氣的處理能力是有一定限度的，許多老師選用“沙塵暴”的實(shí)例，讓學(xué)生說出在沙塵天氣我們應(yīng)該怎樣做？在這里我將社會(huì)廣泛關(guān)注的超級(jí)霧霾版的《北京北京》視頻呈現(xiàn)給大家。提到“霧霾”大家都知道，但是，“霧霾”到底指什么，它有哪些危害？很多同學(xué)并不能說清楚。通過資料分析，學(xué)生拓展了知識(shí)，知道了霧霾天氣中含有大量的PM2.5顆粒。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也可稱為入肺顆粒物?？沙练e于肺泡，而且粒子容易吸附一些對(duì)人類有害的重金屬和病菌，對(duì)人體造成危害。由此學(xué)生確信，即使有呼吸道的處理，人體也不能完全避免空氣中有害物質(zhì)的危害，更深刻理解了呼吸道的作用。
密切聯(lián)系生活實(shí)際，讓學(xué)生切實(shí)感受到在日常生產(chǎn)生活中，生物知識(shí)與我們密不可分，并使學(xué)生做到學(xué)以致用，獲得成功的體驗(yàn)。
三、交流熱點(diǎn)，合作學(xué)習(xí)
葉圣陶先生說“教者，蓋在于引導(dǎo)、啟發(fā)?！边@就是說教師是指導(dǎo)者，課堂上教師可以采用“小組合作學(xué)習(xí)”的教學(xué)形式，拓展學(xué)生思維空間，提高學(xué)生自學(xué)能力。在這一過程中，教師可以安排小組共同收集與課程相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題，課上討論表達(dá)交流，擴(kuò)展了學(xué)生的視野，鍛煉了收集、整理資料的能力。
例如，教材中有很多關(guān)環(huán)境保護(hù)方面的內(nèi)容，在“分析人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響”一課中，我安排學(xué)生以小組為單位收集有關(guān)濫伐森林、大氣污染、水污染、捕殺野生動(dòng)物等現(xiàn)象的原因、危害及應(yīng)對(duì)措施。查找有關(guān)“霧霾”、“溫室效應(yīng)”、“全球氣候大會(huì)”、“穿山甲事件”等社會(huì)熱點(diǎn)問題。小組合作收集整理，制成課件向全班展示。在聯(lián)系社會(huì)實(shí)際過程中，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作能力，提高了對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。
四、拓展熱點(diǎn)，提升情感教
關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義;基于問題的學(xué)習(xí);航天工程教育;小衛(wèi)星
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）42-0140-04
自改革開放到21世紀(jì)初期，中國(guó)的發(fā)展世界矚目，我們不論在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，中國(guó)已成為名副其實(shí)的世界大國(guó)，取得這樣的成就，在很大程度上依賴于我國(guó)推行的科教興國(guó)戰(zhàn)略所造就的龐大的優(yōu)秀人才隊(duì)伍。然而，不容忽視的現(xiàn)實(shí)是，目前我國(guó)培養(yǎng)的工程師隊(duì)伍雖然已經(jīng)超出美國(guó)的10倍，但是工程師的整體知識(shí)水平、設(shè)計(jì)能力，尤其是優(yōu)秀工程師的總體質(zhì)量與美國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家甚至一些發(fā)展中國(guó)家都有很大的差距[1]，具體表現(xiàn)在工程教育方面就是教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)需求相脫節(jié)，工程實(shí)踐經(jīng)歷缺乏，工程師培養(yǎng)體系不夠健全等。導(dǎo)致這些問題的深層次原因主要在于我國(guó)的工程教育依然停留在科學(xué)范式而不是工程范式，工程教育過分強(qiáng)調(diào)了工程科學(xué)，而忽視了諸如設(shè)計(jì)等實(shí)踐能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)[1-2]。工程教育不同于自然科學(xué)教育，它是一種以技術(shù)科學(xué)為主要學(xué)科基礎(chǔ)，以培養(yǎng)工程技術(shù)人才為主要目標(biāo)的專門教育[3]。即工程教育的目的就是培養(yǎng)工程師，這一理念在包括像MIT這樣的世界一流大學(xué)早已達(dá)成共識(shí)，MIT的畢業(yè)生，無論學(xué)士、碩士或博士，到公司就職就是擔(dān)任工程技術(shù)人員。通過工程教育提高工程師教育的水平，完成這一目標(biāo)有兩點(diǎn)很重要：教育的方式和教育的工具。PBL是一種應(yīng)用廣泛學(xué)科教學(xué)方法，它不僅僅使學(xué)生獲取知識(shí)，并且要求他們學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)。讓學(xué)生能夠?qū)⑿碌男畔⑴c學(xué)過的知識(shí)結(jié)合起來明白他們應(yīng)該如何應(yīng)用掌握知識(shí)。在建立學(xué)習(xí)的框架時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)并且激活這些知識(shí)。加快新信息的處理和幫助學(xué)生建立有意義的聯(lián)系是教育和學(xué)習(xí)的基本要求。PBL促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與和學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)變成一個(gè)發(fā)現(xiàn)的過程――討論問題、研究背景、分析解決方法、設(shè)計(jì)方案、得出最終結(jié)果。這種主動(dòng)學(xué)習(xí)方法不僅對(duì)于學(xué)生來說更加有趣，也使學(xué)生們對(duì)資料有了更深的了解。近年來，我國(guó)教育界的學(xué)者和奮戰(zhàn)在一線的教育工作者們以這種理論為基礎(chǔ)，針對(duì)我國(guó)教育教學(xué)的實(shí)際情況，進(jìn)行了一系列基于PBL理論的教育教學(xué)改革理論研究和實(shí)踐，取得了一定的效果。近年來，“小衛(wèi)星”已經(jīng)成為航天發(fā)展的熱點(diǎn)話題，而將小衛(wèi)星作為航天工程教育的平臺(tái)，也越來越成為一種趨勢(shì)。以小衛(wèi)星作為載體開展航天工程教育的優(yōu)勢(shì)在于：（1）成本低，多數(shù)大學(xué)里的實(shí)驗(yàn)室都可以開展這類項(xiàng)目;（2）開發(fā)周期短（一年到兩年），學(xué)生可以在畢業(yè)前看到項(xiàng)目成果;（3）體積小，重量輕，使制造和測(cè)試可以在比較狹小的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行;（4）復(fù)雜度適中的衛(wèi)星系統(tǒng)，使學(xué)生在參與整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)工程實(shí)施的過程中，能夠獲得一些具體的系統(tǒng)或子系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)。作為教育工具，小衛(wèi)星的重要意義在于：可由學(xué)生自主設(shè)計(jì)、制造甚至發(fā)射升空，即使不能發(fā)射，也應(yīng)在與實(shí)際發(fā)射相似的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)檫@樣學(xué)生可以得到真實(shí)情況的反饋，雖然有時(shí)實(shí)驗(yàn)會(huì)失敗，但失敗也都是下一次實(shí)驗(yàn)成功的基石。“設(shè)計(jì)-制造-測(cè)試-總結(jié)-再設(shè)計(jì)”這樣的系統(tǒng)循環(huán)設(shè)計(jì)模式，可以很容易地在機(jī)器人或計(jì)算機(jī)這類領(lǐng)域?qū)嵤?，但空間系統(tǒng)發(fā)展所需的巨大成本和少有的發(fā)射機(jī)會(huì)讓我們不得不停止發(fā)展空間教育中的這類循環(huán)模式。而小衛(wèi)星計(jì)劃可以提供一個(gè)工具以實(shí)現(xiàn)該模式。
一、基于問題的學(xué)習(xí)
基于問題的學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的主動(dòng)型教學(xué)模式和課程體系設(shè)置方法，其最初是由加拿大的麥克馬斯特大學(xué)（McMaster University）醫(yī)學(xué)院于20世紀(jì)60年代在醫(yī)學(xué)課程教改中逐步形成并提煉出來的。在PBL中，教師根據(jù)課程要求和學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)預(yù)先定義一個(gè)不完整的或劣構(gòu)的問題，然后讓學(xué)生進(jìn)行研究，理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用已掌握的知識(shí)和技能提出解決問題的可行方案，讓學(xué)生親身參與問題求解的每一個(gè)步驟和知識(shí)構(gòu)建的過程，從而將其先前獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)很好地整合起來，使已有知識(shí)結(jié)構(gòu)得到完善的同時(shí)達(dá)到對(duì)新知識(shí)的理解與掌。
1.目標(biāo)和基于問題的學(xué)習(xí)法的特點(diǎn)?；趩栴}的學(xué)習(xí)方法的主要目標(biāo)不僅僅是讓學(xué)生獲得知識(shí)，并且要運(yùn)用知識(shí)。PBL重視模型和問題的解決。它試圖模擬現(xiàn)實(shí)生活中的工程研究和開發(fā)過程。Barrows這樣描述PBL的主要特點(diǎn)：（1）學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心的，即學(xué)生選擇怎樣去學(xué)習(xí)和他們想要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。（2）學(xué)習(xí)在小團(tuán)體中展開并且提倡協(xié)作學(xué)習(xí)。（3）老師是促進(jìn)者、引導(dǎo)者或教練。（4）問題形成組織重點(diǎn)并刺激學(xué)習(xí)。（5）問題是拓展真正的問題解決能力的工具。（6）新的信息是通過自學(xué)獲得的。
2.PBL工程教育案例――麻省理工學(xué)院航空航天工程系。幾年前，在麻省理工學(xué)院的航空航天系成立了一個(gè)由教師和科研人員組成的新戰(zhàn)略計(jì)劃小組，專門負(fù)責(zé)課程改革。為了強(qiáng)調(diào)教育以學(xué)生為中心，討論小組花費(fèi)了一定的時(shí)間和精力通過對(duì)項(xiàng)目和學(xué)習(xí)成果進(jìn)行驗(yàn)收，設(shè)計(jì)了新的教學(xué)方法，建造與之配套的實(shí)驗(yàn)室。盡管基于問題的學(xué)習(xí)是關(guān)鍵，但它不是課程組織的原則。新的航空航天工程課程以現(xiàn)實(shí)生活中產(chǎn)品完整的生命周期工程為背景，即構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和執(zhí)行（CDIO），結(jié)合設(shè)計(jì)建造經(jīng)驗(yàn)，貫穿于整個(gè)項(xiàng)目中。接下來就是從簡(jiǎn)單的項(xiàng)目到高度復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立過程，以及從中取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。第一年，在《航空航天設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課上，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)、構(gòu)思并且試飛的由無線電控制浮空飛行器（LTA）。第二年，在《聯(lián)立工程學(xué)》課上，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)、搭建并且試飛了無線電控制的電推力飛行器。在一些比較深入的課程例如《空氣動(dòng)力學(xué)》課上，從工廠或者政府以往項(xiàng)目中提出航空工業(yè)中很常見一個(gè)實(shí)際的問題，像是以洛克希德?馬丁戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)系統(tǒng)為模板提供項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案。高級(jí)課程完全利用基于問題的學(xué)習(xí)方法，如：《實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室空間系統(tǒng)工程》、《CDIO高等課程》。在這些PBL體驗(yàn)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己感興趣的問題，通過做實(shí)驗(yàn)找到解決方法，并用多學(xué)科方法設(shè)計(jì)出復(fù)雜系統(tǒng)。麻省理工學(xué)院航空航天系“復(fù)雜系統(tǒng)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室”的主任提出了一個(gè)對(duì)于基于問題的學(xué)習(xí)方法的分類框架（見表1）。它將問題分為四個(gè)等級(jí)，給出了解決基礎(chǔ)科學(xué)及先進(jìn)工程課題的系統(tǒng)方法。
一級(jí)：?jiǎn)栴}集。問題集是指在大多數(shù)工程課程中發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)問題。它們往往具有一定的結(jié)構(gòu)與較成熟的解決方案（至少問題的設(shè)計(jì)者知道）。所有學(xué)生解決同樣的問題，有時(shí)獨(dú)自解決，有時(shí)以小組形式解決。問題需要在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)解決。二級(jí)：小型實(shí)驗(yàn)。小型實(shí)驗(yàn)是指在結(jié)構(gòu)化問題下的實(shí)驗(yàn)課。例如測(cè)量或觀察某種工程現(xiàn)象或數(shù)據(jù)。這些問題在一或兩個(gè)學(xué)期內(nèi)解決，可以“重復(fù)地進(jìn)行”，也就是說，每個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)解決與其他團(tuán)隊(duì)同樣的問題。在麻省理工學(xué)院有許多例子，如《聯(lián)立工程學(xué)》課上的桁架實(shí)驗(yàn)室，《空氣動(dòng)力學(xué)》課上對(duì)在風(fēng)洞中的流速計(jì)的校準(zhǔn)，《航空航天設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課上對(duì)空氣動(dòng)力減速器的各種測(cè)試。三級(jí)：大型實(shí)驗(yàn)。比起前幾個(gè)階段，這個(gè)階段的問題需要更長(zhǎng)的時(shí)間去解決，可能會(huì)耗費(fèi)幾周或整個(gè)學(xué)期。到了這個(gè)階段問題明顯復(fù)雜了很多，需要更多的規(guī)劃和教員支持。在麻省理工學(xué)院有許多如是例子：《實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室》課上的風(fēng)洞試驗(yàn)、飛行器模型項(xiàng)目，《空氣動(dòng)力學(xué)》課上的機(jī)械項(xiàng)目，《航空航天教育導(dǎo)論》課上的輕于空氣的飛艇，《聯(lián)立工程學(xué)》課上的電動(dòng)飛行器設(shè)計(jì)等。四級(jí)：頂級(jí)CDIO實(shí)驗(yàn)。這個(gè)階段在系統(tǒng)中整合了核心工程的頂級(jí)實(shí)驗(yàn)。麻省理工學(xué)院的航空航天工程項(xiàng)目用構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作（CDIO）的方法來設(shè)法更接近于實(shí)際工程。在頂級(jí)實(shí)驗(yàn)中，工程的四個(gè)階段都將涉及。頂級(jí)實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目均為研究的重點(diǎn)，需要更多的資金，工程的復(fù)雜度和依賴經(jīng)驗(yàn)的程度也很高。例如麻省理工學(xué)院的自主衛(wèi)星光學(xué)陣列項(xiàng)目和磁控編隊(duì)飛行器。四級(jí)的項(xiàng)目需要學(xué)生、老師和研究員花費(fèi)三個(gè)學(xué)期去完成?？梢钥闯鋈?jí)和四級(jí)問題的解決過程是由學(xué)生主導(dǎo)的、不受約束的、復(fù)雜的、多方面的且具有很高的主動(dòng)性過程，符合之前所說的PBL標(biāo)準(zhǔn)。然而一級(jí)和二級(jí)中的項(xiàng)目體驗(yàn)過程更結(jié)構(gòu)化，在這個(gè)過程中學(xué)生體驗(yàn)到關(guān)于問題構(gòu)想的有用指導(dǎo)，使用工具進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)?；趩栴}的學(xué)習(xí)方法和設(shè)計(jì)-制造經(jīng)驗(yàn)貫穿了整個(gè)麻省理工學(xué)院航空航天工程系的本科生階段。使用四個(gè)等級(jí)的框架來層次化PBL體驗(yàn)過程確保了從高度結(jié)構(gòu)化問題到無約束和復(fù)雜問題情況的合理推廣。
3.基于問題的學(xué)習(xí)方法的評(píng)估?；趩栴}的學(xué)習(xí)方法的評(píng)估是多模式和長(zhǎng)期性的。這些方法包括實(shí)驗(yàn)室期刊、技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)、設(shè)計(jì)審查、技術(shù)報(bào)告、團(tuán)隊(duì)協(xié)作評(píng)估、設(shè)計(jì)作品、互評(píng)和自評(píng)。教師的角色主要是顧問和指導(dǎo)員，以及在學(xué)習(xí)過程中為學(xué)生提供大量反饋信息。在《航空航天設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課上，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)、制造并試飛由無線電控制的浮空飛行器，設(shè)計(jì)審查作品和最后的評(píng)估工作都是由飛行器競(jìng)賽的方式進(jìn)行。在《綜合工程》課的飛行器設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，二年級(jí)學(xué)生分析在問題集中與氣動(dòng)性能、穩(wěn)定性和推進(jìn)裝置有關(guān)的問題，并動(dòng)手組裝和試飛無線電控制的電推力飛行器。與第一年的課程相似，評(píng)估手段包括問題集、設(shè)計(jì)審查以及最后的一場(chǎng)比賽。
除了評(píng)估認(rèn)知能力的培養(yǎng)效果，情感變化也要被評(píng)估。評(píng)估學(xué)生們?cè)趩栴}處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進(jìn)展的感覺也很重要。這些情感變化可以通過觀察、訪談、作品、期刊和其他形式的自評(píng)進(jìn)行評(píng)估。
二、小衛(wèi)星平臺(tái)與基于PBL的航天工程教育創(chuàng)新結(jié)合途徑
在全球化大背景下，除去意識(shí)形態(tài)的差別，世界人才的標(biāo)準(zhǔn)正趨于統(tǒng)一。根據(jù)著名的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，即：構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作）工程教育模型，工程教育包括以下幾大培養(yǎng)目標(biāo)：掌握深厚的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用技術(shù);善于構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作新產(chǎn)品或系統(tǒng)的能力;承擔(dān)和實(shí)施復(fù)雜系統(tǒng)工程的能力;適應(yīng)現(xiàn)代團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)模式及其開發(fā)環(huán)境。這些目標(biāo)是直接參照工業(yè)界的需求而制定的，它實(shí)際上定義了現(xiàn)代工程技術(shù)人員的素質(zhì)構(gòu)成。
1.小衛(wèi)星作為航天工程教育的意義。小衛(wèi)星為空間發(fā)展提供了的一條新途徑，這是與以往基于傳統(tǒng)空間開發(fā)模式的“政府導(dǎo)向的大型項(xiàng)目”完全不同的。此外，NASA已經(jīng)開展了很多項(xiàng)目為大學(xué)提供發(fā)射機(jī)會(huì)，讓他們逐漸學(xué)會(huì)如何開發(fā)、運(yùn)營(yíng)衛(wèi)星。超小型衛(wèi)星計(jì)劃是其中一個(gè)著名的案例，選定十所大學(xué)并給予他們項(xiàng)目資金，最終的成品將搭載航天飛機(jī)發(fā)射上天。憑借多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，一些大學(xué)已經(jīng)能夠制造衛(wèi)星，甚至出售衛(wèi)星給其他大學(xué)或國(guó)家。小衛(wèi)星為大型衛(wèi)星上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一些任務(wù)提供了一條新的實(shí)現(xiàn)途徑。一定數(shù)目的小衛(wèi)星協(xié)作是一個(gè)非常重要的概念，通常被稱為“星座”或“編隊(duì)飛行”。這種多衛(wèi)星體系的優(yōu)點(diǎn)是容錯(cuò)量大、重構(gòu)能力強(qiáng)、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好。
2.基于小衛(wèi)星平臺(tái)的航天工程教育項(xiàng)目。小衛(wèi)星的操作訓(xùn)練為大學(xué)生的太空教育提供了一個(gè)特別的機(jī)會(huì)，讓他們能夠體驗(yàn)從任務(wù)創(chuàng)建、衛(wèi)星設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、發(fā)射、運(yùn)行，直到結(jié)果的分析的整個(gè)太空項(xiàng)目周期。同時(shí)他們還能從這些項(xiàng)目中學(xué)到項(xiàng)目管理和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等重要技能。小衛(wèi)星項(xiàng)目不僅對(duì)教育有益，而且有望成為太空技術(shù)發(fā)展與商業(yè)運(yùn)營(yíng)中的一名新成員。（1）日本衛(wèi)星設(shè)計(jì)大賽。上世紀(jì)90年代初期，日本的大學(xué)小衛(wèi)星研究項(xiàng)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)和歐洲各國(guó)。然而，在意識(shí)到了小衛(wèi)星在教育和技術(shù)發(fā)展上的重要性后，日本國(guó)內(nèi)開始大力推動(dòng)高校小衛(wèi)星設(shè)計(jì)-制造計(jì)劃。第一個(gè)里程碑是“衛(wèi)星設(shè)計(jì)大賽”。1992年三個(gè)學(xué)術(shù)社團(tuán)共同成立了大賽組委會(huì)，他們分別是JSME、JSASS與IEICE。經(jīng)過一年時(shí)間的準(zhǔn)備，于1993年舉辦了第一屆比賽。這項(xiàng)比賽的目的是為更多的大學(xué)生提供參與太空項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，同時(shí)鼓勵(lì)一流大學(xué)開始進(jìn)行實(shí)體衛(wèi)星的制造項(xiàng)目。評(píng)審項(xiàng)目分成兩大類，創(chuàng)意類評(píng)審該項(xiàng)目的創(chuàng)意與想法，設(shè)計(jì)類評(píng)審衛(wèi)星設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性。提交的項(xiàng)目首先會(huì)進(jìn)行初步的評(píng)審，合格的項(xiàng)目才能入圍最終的決賽。屆時(shí)，將進(jìn)行衛(wèi)星模型的展示和評(píng)審。優(yōu)秀的作品將獲得“設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”、“創(chuàng)意獎(jiǎng)”以及三大學(xué)術(shù)社團(tuán)頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng)。大賽每年都會(huì)收到20到30個(gè)創(chuàng)意獨(dú)特的項(xiàng)目。（2）大學(xué)空間系統(tǒng)研討會(huì)（USSS）以及CanSat項(xiàng)目。USSS始于1998年，每年11月由JUSTSAP小衛(wèi)星工作組在夏威夷舉辦。研討會(huì)的形式十分獨(dú)特，出席會(huì)議的日本和美國(guó)的大學(xué)首先提出自己衛(wèi)星項(xiàng)目的構(gòu)想，以及各大學(xué)自身的科研實(shí)力，然后將具有相同興趣、能力或科研實(shí)力的大學(xué)進(jìn)行組隊(duì)。各組展開討論，在一天半的研討會(huì)后，各組需要向其他組展示他們的項(xiàng)目設(shè)計(jì)書。這些項(xiàng)目要在USSS結(jié)束后的一年內(nèi)實(shí)施，他們的成果將在下一年的USSS上展示。其中最成功的項(xiàng)目就是CanSat（罐裝衛(wèi)星）項(xiàng)目了。CanSat項(xiàng)目是1998年由特維格教授提出的。在最初的計(jì)劃中，每所大學(xué)都要制造一個(gè)350mL飲料罐大小的微型衛(wèi)星，衛(wèi)星將被發(fā)射到軌道上，在下一年的USSS上進(jìn)行控制操作。（3）立方體衛(wèi)星。立方體衛(wèi)星項(xiàng)目由特維格教授在1999年的USSS大會(huì)上提出。立方體衛(wèi)星為重1kg，長(zhǎng)寬高均為10cm的微型衛(wèi)星。每所大學(xué)制作的立方體衛(wèi)星都被放在一個(gè)名為“P-POD”的盒形載體內(nèi)，它由俄羅斯的“第聶伯”火箭裝載發(fā)射升空。為了減少立方體衛(wèi)星和P-POD之間的機(jī)械和電氣接口，P-POD釋放機(jī)制設(shè)置得非常簡(jiǎn)單：當(dāng)P-POD的門打開，里面的立方體衛(wèi)星就被P-POD末端的彈簧彈出。東京大學(xué)和東京工業(yè)大學(xué)已經(jīng)開始了立方體衛(wèi)星項(xiàng)目，并大致完成了設(shè)計(jì)和EM級(jí)別的模型制造。這些大學(xué)的學(xué)生已經(jīng)在立方體衛(wèi)星項(xiàng)目中獲得了微型衛(wèi)星開發(fā)的基本專業(yè)知識(shí)。但他們現(xiàn)在需要面臨新的挑戰(zhàn)：如何使用現(xiàn)成的廉價(jià)的部件設(shè)計(jì)可靠的空間系統(tǒng)，如何進(jìn)行空間環(huán)境試驗(yàn)（如真空熱或輻射試驗(yàn)）并獲得試驗(yàn)結(jié)果，以及如何處理更大的風(fēng)險(xiǎn)，更多的人力資源、時(shí)間和成本。目前計(jì)劃于2002年底發(fā)射第一個(gè)立方體衛(wèi)星。（4）歐洲大學(xué)生月球軌道航天器。歐洲大學(xué)生月球軌道航天器ESMO是歐空局教育衛(wèi)星計(jì)劃的第四項(xiàng)任務(wù)，它是基于“歐洲大學(xué)生太空探索與技術(shù)倡議”計(jì)劃中的“SSETI-Express”衛(wèi)星。ESMO項(xiàng)目是為了吸引和培養(yǎng)下一代的月球與其他行星的工程師和科學(xué)家。航天器有效載荷包括：船載液壓雙組元推進(jìn)系統(tǒng)，用船從地球同步軌道通過“日地系統(tǒng)中的拉格朗日點(diǎn)L1”轉(zhuǎn)移到繞月運(yùn)行軌道的過程，歷時(shí)3個(gè)月;表面光學(xué)成像的窄角相機(jī)和一個(gè)用于測(cè)繪全球引力場(chǎng)的子衛(wèi)星，將在歷時(shí)超過6個(gè)月的時(shí)間里執(zhí)行測(cè)量任務(wù);可供選擇的載荷還包括一個(gè)生物實(shí)驗(yàn)和一個(gè)微波輻射計(jì)。ESMO項(xiàng)目是未來歐洲的科學(xué)和勘探計(jì)劃的一個(gè)強(qiáng)大的動(dòng)手教育和公共宣傳工具。它是一個(gè)面向大學(xué)生的項(xiàng)目，訓(xùn)練和培養(yǎng)了下一代的月球任務(wù)的工程師和科學(xué)家。
三、建立基于PBL的航天工程教育實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和培養(yǎng)范式
我國(guó)在“十二五”規(guī)劃中提出了“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略”，要“圍繞提高科技創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，以高層次創(chuàng)新型科技人才為重點(diǎn)，造就一批世界水平的科學(xué)家、科技領(lǐng)軍人才、工程師和高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。實(shí)施PBL教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，由于受國(guó)情、傳統(tǒng)教育教學(xué)模式和人才培養(yǎng)機(jī)制的約束，在中國(guó)工科大學(xué)中實(shí)施PBL教學(xué)存在問題案例少、實(shí)施成本高、評(píng)價(jià)方式單一和師生角色僵化等問題，因此，需要根據(jù)我國(guó)工程教育的現(xiàn)狀和國(guó)情對(duì)PBL教學(xué)進(jìn)行本地化處理，不能生搬硬套，具體來講有以下幾個(gè)方面需要注意。
1.樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念是實(shí)施PBL教學(xué)的前提條件，PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，作為PBL教學(xué)的實(shí)施者，教師必須要深刻認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。
2.根據(jù)具體航天任務(wù)設(shè)計(jì)問題。豐富的問題案例是PBL教學(xué)成功的關(guān)鍵。每門專業(yè)課的設(shè)置都是基于學(xué)生已具備一定的先修課程基礎(chǔ)為前提，但個(gè)體的差異不容忽視，教師或教師團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行某課程PBL問題設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，結(jié)合具體的實(shí)施條件進(jìn)行問題案例的設(shè)計(jì)。為了保持熱情，學(xué)生們可以一種競(jìng)賽的形式開始項(xiàng)目，學(xué)生們互相分享自己的認(rèn)識(shí)，用自己的雙手選擇出最吸引人并且最有意義的項(xiàng)目。
3.提高衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開放性與多樣性。除了教育實(shí)踐空間項(xiàng)目對(duì)航空航天教育帶來的價(jià)值之外，學(xué)生建造空間項(xiàng)目長(zhǎng)期承諾創(chuàng)新型大學(xué)的任務(wù)是可直接有利于空間行業(yè)本身。目前，各大學(xué)中設(shè)立的大學(xué)或研究生開放實(shí)驗(yàn)室及其配套的開放創(chuàng)新基金都是一些很好的嘗試，取得了很好的效果，但其范圍需要擴(kuò)大，讓大學(xué)生能夠進(jìn)入一些比較前沿的和良好國(guó)際合作背景的研究型實(shí)驗(yàn)室，使其很早就能受到良好的學(xué)術(shù)熏陶，以促進(jìn)其產(chǎn)生向更高層次發(fā)展的內(nèi)部動(dòng)機(jī)和欲望。
4.加強(qiáng)學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使其成為高效、獨(dú)立的終生學(xué)習(xí)者是PBL的重要目標(biāo)之一。通過參加PBL學(xué)習(xí)，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)不完全是個(gè)人的事情，在PBL小組中每個(gè)學(xué)生都擔(dān)當(dāng)一定的角色，并承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，在小組討論中無私貢獻(xiàn)自己的學(xué)習(xí)成果，并吸取其他成員的學(xué)習(xí)成果，達(dá)到共同進(jìn)步。
5.建立合理多樣化的評(píng)估體系。在實(shí)施PBL的過程中，可以采用學(xué)生自我評(píng)價(jià)、同學(xué)互評(píng)及教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的辦法，注重學(xué)生的過程表現(xiàn)，而不是結(jié)果。創(chuàng)新人才的多樣性和創(chuàng)新思維的多樣性決定了我們不能用一刀切的方法來評(píng)價(jià)學(xué)生，而是要采取靈活多樣的評(píng)估體系，建立激發(fā)創(chuàng)新的長(zhǎng)效機(jī)制。除了評(píng)估認(rèn)知能力的發(fā)展和成就，情感變化也要被評(píng)估。評(píng)估學(xué)生們?cè)趩栴}處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進(jìn)展的感覺也很重要。
四、結(jié)論
PBL植根于建構(gòu)主義理論之上，強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)和知識(shí)意義的構(gòu)建，是一種先進(jìn)的培育創(chuàng)新精神和激發(fā)創(chuàng)新思維活動(dòng)的教學(xué)/學(xué)習(xí)方式。PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，問題、教師和團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)是PBL教學(xué)法實(shí)施的三大關(guān)鍵要素。本文在總結(jié)PBL理論的基礎(chǔ)上，在此基礎(chǔ)上根據(jù)我國(guó)航天工程教育的現(xiàn)狀，從國(guó)外幾個(gè)航空航天教育典型案例吸取經(jīng)驗(yàn)，討論了以小衛(wèi)星作為航天工程教育工具的重要性;其次，敘述了它作為太空技術(shù)發(fā)展新成員的重要性。探討了基于PBL理論的航天工程教育在學(xué)生群體中推行的途徑，期望能促進(jìn)教育工作者對(duì)有關(guān)問題的思考。
由學(xué)生運(yùn)作衛(wèi)星項(xiàng)目極具挑戰(zhàn)性，但這會(huì)給參與項(xiàng)目的學(xué)生和院校帶來巨大回報(bào)。這些項(xiàng)目提供大學(xué)生關(guān)于設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試、制造和操作空間系統(tǒng)方面的實(shí)踐經(jīng)歷。有證據(jù)表明，參與空間飛行器設(shè)計(jì)項(xiàng)目的學(xué)生，能力得到顯著提高。統(tǒng)計(jì)證據(jù)也顯示如果相當(dāng)數(shù)量的大學(xué)參與空間飛行器設(shè)計(jì)活動(dòng)，進(jìn)入空間領(lǐng)域工作的學(xué)生數(shù)量會(huì)顯著增長(zhǎng)。
參考文獻(xiàn)：
[1]余曉，孔寒冰.能力導(dǎo)向的工程實(shí)踐模式比較與評(píng)價(jià)[J].高等工程教育研究，2011，（3）：28-34.
從電視上，我們看到的是，最后發(fā)射時(shí)的璀璨和光芒，但我們更應(yīng)該了解的是這背后每一寸技術(shù)研發(fā)的進(jìn)步，每一處細(xì)節(jié)的精密準(zhǔn)備，都來不得半點(diǎn)馬虎和幻想。從媒體的一些報(bào)道就可以看出安全準(zhǔn)備工作有多么精心和嚴(yán)謹(jǐn)。“天宮”一號(hào)承載了中國(guó)人的航天夢(mèng)想。讓這個(gè)夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，不僅僅需要科學(xué)與探索的精神，需要“仰望星空”，也需要“腳踏實(shí)地”，做好種種設(shè)計(jì)、制造、安裝、發(fā)射等工作。
一項(xiàng)載人航天工程要想取得成功涉及方方面面，而我國(guó)的航天發(fā)射保持了極高的成功率。這說明，在這個(gè)綜合性較強(qiáng)的科研系統(tǒng)工程內(nèi)，如何通過嚴(yán)格精密的管理，確保各程序的安全，確保每一個(gè)元器件都不出現(xiàn)問題，一定有很多值得總結(jié)的地方。而在當(dāng)下，很多領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量問題層出不窮，安全事故多發(fā)，“中國(guó)制造”的名譽(yù)遭到了損毀，所以，航天人的“腳踏實(shí)地”，尤其值得某些監(jiān)管部門和產(chǎn)品制造企業(yè)好好學(xué)習(xí)。
我們應(yīng)該像守護(hù)“天宮一號(hào)”那樣，守護(hù)我們的生活。
我們看到，人類生活依賴于對(duì)時(shí)間和空間的運(yùn)用，借助知識(shí)和科技的進(jìn)步，人類有史以來的數(shù)千年中，完成了在地球上由此地到遠(yuǎn)方的歷程，那些最先掌握克服空間障礙手段的族群成了文明和歷史建構(gòu)者，在畜力的時(shí)代是如此，在大航海的時(shí)代也是如此，而20世紀(jì)，憑依技術(shù)的飛速進(jìn)步，從機(jī)械化到信息化，人類完成了從二維空間向三維空間的提升。最先進(jìn)行遷徙和地理沖擊的民族獲得了當(dāng)初很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，最先進(jìn)行航海和航空的民族則獲得了近代世界強(qiáng)國(guó)的門票。克服更大空間障礙工具及其知識(shí)的人群總是最容易接近未來，這已是無可爭(zhēng)議的顯著歷史事實(shí)。
中國(guó)太空科技基礎(chǔ)薄弱，但相比其他重要科技領(lǐng)域，數(shù)十年來，應(yīng)該說是成果最突出的。中國(guó)人曾失去了大航海的歷史機(jī)遇，而目前太空科技的進(jìn)步對(duì)于民族未來實(shí)具有不可限量的意義。永久性國(guó)際空間站不僅將最后確立中國(guó)的大國(guó)地位，標(biāo)志著150多年來中國(guó)民族和文明從低潮回升到正常的地位，也將為未來民族發(fā)展開拓新的異度空間。中國(guó)作為航天民族，其需要做的不僅在科技本身，更在總體社會(huì)的變革。
在為期6天的體驗(yàn)活動(dòng)中，孫奶奶不僅陪伴營(yíng)員們參加各種體驗(yàn)活動(dòng)，還在7月7日晚上，為營(yíng)員們獻(xiàn)上了一堂內(nèi)容豐富的航天課。在長(zhǎng)達(dá)三個(gè)小時(shí)的講座中，年過七旬的孫奶奶向營(yíng)員們?cè)敿?xì)講述了我國(guó)載人航天工程的發(fā)展歷程和我國(guó)探月工程的情況，特別介紹了“神舟十號(hào)”任務(wù)的詳細(xì)情況，同時(shí)配以精彩的圖片和生動(dòng)的故事，讓營(yíng)員們感受到了中華民族的“飛天”傳奇。講座中，孫奶奶還不時(shí)地向營(yíng)員提問，并給回答問題的營(yíng)員贈(zèng)送了珍貴的航天小禮品，現(xiàn)場(chǎng)氣氛異常活躍。
“我很佩服孫奶奶的淵博的知識(shí)，讓我們受益頗多。而且她精心為我們準(zhǔn)備了三個(gè)小時(shí)的講課，都不覺得累，讓我們很感動(dòng)?！眮碜约瘟x市嘉義大學(xué)附小的蕭伊婷說。孩子們不僅認(rèn)真地聆聽著孫奶奶的講課，還積極地?fù)尨饘O奶奶提出的各種問題。看到孩子們對(duì)航天如此熱愛，孫奶奶格外欣慰。
孫奶奶告訴記者，自從親歷加加林上天的轟動(dòng)后，她便愛上了航天，也因此改變了她的人生軌跡，讓她成為一名自豪的航天科技工作者。“52年來，我對(duì)航天的熱情有增無減，我也希望孩子們通過這種活動(dòng)更加熱愛航天、關(guān)注航天，利用自己的知識(shí)將來為祖國(guó)服務(wù)?！?/p>
孫奶奶說，2003年，楊利偉搭乘“神舟五號(hào)”飛天后，她在一所大學(xué)的團(tuán)日活動(dòng)中開始了她人生中的第一場(chǎng)科普活動(dòng)，主要講述自己在“神舟五號(hào)”發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)的所見所聞，分享自己拍攝的照片。從此一發(fā)不可收拾，“‘神舟五號(hào)’后講了50場(chǎng)、‘神六’后30場(chǎng)、‘神七’后30場(chǎng)，‘嫦娥一號(hào)’后50場(chǎng)，‘嫦娥二號(hào)’后又講了‘太空之吻’‘龍鳳呈祥’‘神舟問天’‘十全十美’不少于50場(chǎng)，一共講了200多場(chǎng)，最多的時(shí)候聽眾有1萬多人?！睂O奶奶說。
令孫奶奶欣慰的是，不少孩子因?yàn)槁犃怂闹v座從此也愛上了航天。有個(gè)香港的孩子在聽完她的講座后，報(bào)名參加了航天體驗(yàn)營(yíng)活動(dòng)，后來考上了斯坦福大學(xué)，并選擇了學(xué)航天專業(yè)，這位學(xué)生立志學(xué)成之后回國(guó)從事航天科技工作。
在談及兩次臺(tái)灣天文與太空體驗(yàn)營(yíng)活動(dòng)時(shí)，孫奶奶說，一方面是想讓孩子們感覺到中華民族的親切感，“兩岸一家親”，二是讓他們對(duì)載人航天有所了解，讓他們感受到航天工程是中華民族的驕傲，航天英雄值得所有中華兒女學(xué)習(xí)，這也是在“播種飛天的‘種子’”。
“我們的目的就是‘共圓飛天夢(mèng)，同敘中華情’?！睂O奶奶說。就在這次體驗(yàn)營(yíng)活動(dòng)中，在孫奶奶的提議下，由體驗(yàn)營(yíng)主辦單位中華文化發(fā)展促進(jìn)會(huì)和國(guó)家天文臺(tái)共同贈(zèng)送了營(yíng)員們一張“神舟十號(hào)”航天員王亞平“太空授課”的光盤?！胺浅：?，臺(tái)灣雖然也報(bào)道了王亞平‘太空授課’的活動(dòng)，但很難看到完整的授課內(nèi)容，這個(gè)光盤是很好的學(xué)習(xí)資料?！睜I(yíng)員團(tuán)長(zhǎng)、嘉義市天文協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)李榮彬說。
關(guān)鍵詞：校本課程；物理學(xué)史；航天物理學(xué)；萬有引力
中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）3-0049-3
隨著高中物理新課程改革的進(jìn)行，校本課程成為了中小學(xué)實(shí)施素質(zhì)教育的重要體現(xiàn)之一。所謂校本課程，指以學(xué)校為本位，由學(xué)校自己設(shè)計(jì)制定課程，它與國(guó)家課程、地方課程相對(duì)應(yīng)。大力實(shí)施校本課程，能夠使學(xué)生在基本學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上，拓展學(xué)科視野，對(duì)提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)具有重要的理論與實(shí)踐意義。物理課程是高中階段學(xué)生必修的自然科學(xué)課程之一，現(xiàn)有的課標(biāo)教材在內(nèi)容體系上已經(jīng)相當(dāng)完善，但還是以學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)與基本理論的講授為主。因此，將物理校本課程滲透到課堂教學(xué)中，既能擴(kuò)大學(xué)生的物理視野，又能提升學(xué)生的物理基本素養(yǎng)。在此以人教版高中物理必修2第六章《萬有引力與航天》的物理學(xué)史角度為例，設(shè)計(jì)了本章的校本課程。為一線物理教師設(shè)計(jì)校本課程提供一定的參考。
1課程題目
“航天物理學(xué)發(fā)展史”
2課程分析
人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程和牛頓建立萬有引力定律的過程是對(duì)學(xué)生進(jìn)行“過程與方法”和“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”教育難得的好材料。托勒密的地心說、哥白尼的日心說、第谷布拉赫的觀測(cè)和開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，生動(dòng)地體現(xiàn)了勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)思維方法[1]。牛頓根據(jù)前人的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步總結(jié)，提出了萬有引力定律，并進(jìn)一步放眼宇宙說明了萬有引力定律和引力常量的意義，這部分知識(shí)是圓周運(yùn)動(dòng)在航天中的應(yīng)用，包含著豐富的物理學(xué)史。教師在本章教學(xué)過程中將物理學(xué)史滲透其中，不僅能有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，更能激發(fā)學(xué)生對(duì)航空航天事業(yè)的熱愛，從情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)習(xí)的意義所在。
3學(xué)生分析
本校本課程針對(duì)的學(xué)生群體是普通高中的文科實(shí)驗(yàn)班學(xué)生。這類學(xué)生具有以下特點(diǎn)：1）具有良好的感性思維，認(rèn)識(shí)事物與理科生相比較感性。2）基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，對(duì)知識(shí)有良好的接受能力，所學(xué)內(nèi)容的知識(shí)面可以更寬泛一些。3）多數(shù)文科生對(duì)物理學(xué)科不感興趣，這就需要加強(qiáng)興趣的培養(yǎng)。
4課程目標(biāo)
《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》中提出：“改變課程過于注重知識(shí)傳授的傾向，強(qiáng)調(diào)形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能的同時(shí)成為學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和形成正確價(jià)值觀的過程?！薄案淖冋n程實(shí)施過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力?！边@為我們校本課程的制定明確了方向和目標(biāo)。本課程旨在全面培養(yǎng)學(xué)生的“過程與方法”和“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”目標(biāo)。通過物理學(xué)史的教材內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生更加主動(dòng)、富有興趣地學(xué)習(xí)物理概念與規(guī)律。另一方面，物理學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的重要手段。通過了解科學(xué)家探索物理學(xué)科未知領(lǐng)域的過程，突出科學(xué)知識(shí)、科學(xué)探究以及科學(xué)事業(yè)的多種本質(zhì)屬性，讓學(xué)生感受到物理的學(xué)科魅力和人類艱苦卓絕的不斷努力[2]。同時(shí)，本課程的物理學(xué)史介紹有多處留白，這能夠讓學(xué)生自己搜集更多的資料進(jìn)行匯總、分析、整理，提高學(xué)生的信息處理能力。
5課程內(nèi)容設(shè)置
本校本課程共設(shè)計(jì)了4節(jié)的內(nèi)容，均是以人教版高中物理必修2第六章《萬有引力與航天》的教材內(nèi)容為依托，挖掘教材中包含的物理學(xué)史。具體目錄的設(shè)置如表1所示。校本課程目錄與教材課程目錄相對(duì)應(yīng)，教師在實(shí)施校本課程時(shí)，需充分挖掘與航空航天有關(guān)的物理學(xué)史，并將這部分內(nèi)容有針對(duì)性地滲透到物理必修2《萬有引力與航天》對(duì)應(yīng)章節(jié)的教學(xué)活動(dòng)中。學(xué)生在理解教材知識(shí)的同時(shí)，能體會(huì)到科學(xué)家在探索過程中付出的艱辛與努力。每節(jié)目錄下對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容設(shè)置如表2所示。
6時(shí)間及教職資源分配
校本課程實(shí)施時(shí)間安排在高中一年級(jí)第二學(xué)期，在學(xué)習(xí)完高中物理必修2第六章《萬有引力與航天》后開設(shè)，時(shí)間為一個(gè)月，授課時(shí)數(shù)為5課時(shí)。教職資源分配可以按照以下兩種方案進(jìn)行：1）各個(gè)班級(jí)的物理專業(yè)老師進(jìn)行授課。2）學(xué)生課下自主閱讀，上課時(shí)師生互相交流。
7注意的問題
在實(shí)施該校本課程教學(xué)時(shí)，教師要注重物理學(xué)史與社會(huì)發(fā)展的融合，將物理學(xué)家曾經(jīng)的航天探索與如今我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展做簡(jiǎn)單的聯(lián)系。全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與人文素養(yǎng)，通過物理學(xué)史激發(fā)學(xué)生未來為科學(xué)事業(yè)獻(xiàn)身的科學(xué)精神。在校本課程實(shí)施的過程中會(huì)遇到一些問題，如有的內(nèi)容抽象性太強(qiáng)，學(xué)生不容易理解；還有的內(nèi)容不容易激發(fā)學(xué)生的閱讀興趣[3]等。在這里，需要教師在進(jìn)行該課程教學(xué)時(shí)要把握好文科學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與知識(shí)儲(chǔ)備，遇到抽象性太強(qiáng)的內(nèi)容可以通過列舉示例將其形象化，將多媒體教學(xué)與課程內(nèi)容充分地結(jié)合能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞 課程教學(xué)改革；航空航天類專業(yè)；自動(dòng)控制原理
中圖分類號(hào) G642.0
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A
文章編號(hào) 1005-4634（2012）05-0048-05
0 引言
《自動(dòng)控制原理》是航空航天類本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。以筆者所在的北京理工大學(xué)為例，航空宇航科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科下屬的飛行器設(shè)計(jì)與工程、航天運(yùn)輸與控制、飛行器動(dòng)力工程、武器系統(tǒng)與發(fā)射工程、探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)等專業(yè)的本科生，均在大三第一學(xué)期必修《自動(dòng)控制原理》經(jīng)典控制理論部分，包括54個(gè)理論課時(shí)和10個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，其任務(wù)是通過對(duì)自動(dòng)控制理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，《自動(dòng)控制原理》還是學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)、飛行器制導(dǎo)與控制技術(shù)、飛行器總體設(shè)計(jì)、航天器測(cè)控原理等諸多專業(yè)課程的先修課，在航空航天類專業(yè)的本科生培養(yǎng)計(jì)劃中占據(jù)著非常重要的地位。
《自動(dòng)控制原理》的授課模式一般有兩種：一是將經(jīng)典控制理論部分和現(xiàn)代控制理論部分分開講述，先講授經(jīng)典控制后講授現(xiàn)代控制，目前國(guó)內(nèi)大部分高等院校均是采用的這種授課模式；二是將經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制融合講授，這種授課模式有助于培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)角度、全局高度來思考問題的能力，更利于掌握控制理論的實(shí)質(zhì)。由于授課模式的沿襲性及單學(xué)期課時(shí)數(shù)的限制，北京理工大學(xué)航空航天類專業(yè)的《自動(dòng)控制原理》采用了前一種授課模式。授課教師采用A、B角的方式，教師隊(duì)伍中有授課近20年的教師，還有剛剛博士畢業(yè)踏上工作崗位的年輕教師，更難能可貴的是，所有授課教師均有出國(guó)留學(xué)或訪問的經(jīng)歷，兼通中西教學(xué)模式之長(zhǎng)，融蓬勃朝氣與豐富經(jīng)驗(yàn)于一體。
本文主要是以《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高[2012]4號(hào)）中“堅(jiān)持內(nèi)涵式發(fā)展”、“促進(jìn)高校辦出特色”、“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”、“提升國(guó)際交流與合作水平”等內(nèi)容為指導(dǎo)，結(jié)合北京理工大學(xué)的學(xué)校定位和辦學(xué)特色，以筆者在《自動(dòng)控制原理》經(jīng)典控制理論部分本科教學(xué)過程中的思考和認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)北京理工大學(xué)航空航天類專業(yè)在《自動(dòng)控制原理》本科教學(xué)改革中的若干有效措施進(jìn)行總結(jié)和探討。
1 授課內(nèi)容及學(xué)習(xí)過程中存在的問題
1.1《自動(dòng)控制原理》的授課內(nèi)容
筆者主要講授《自動(dòng)控制原理》中的經(jīng)典控制理論部分，授課內(nèi)容分為八章，分別是：自動(dòng)控制系統(tǒng)導(dǎo)論、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析、根軌跡法、頻率法分析、控制系統(tǒng)校正、非線性系統(tǒng)和線性離散系統(tǒng)。其中，前六章和第八章是重點(diǎn)講授內(nèi)容，第七章是一般講授內(nèi)容。就總的講授內(nèi)容來說，有理論性強(qiáng)、新概念多、系統(tǒng)性強(qiáng)、與工程尤其是航空航天工程聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，如已列裝或在研的大部分導(dǎo)彈飛行器，其自動(dòng)駕駛儀的設(shè)計(jì)仍主要是在經(jīng)典控制理論的框架下完成的。學(xué)習(xí)過程是先了解控制系統(tǒng)的組成尤其是強(qiáng)調(diào)“反饋”的概念，再根據(jù)實(shí)際的控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，然后通過時(shí)域法、根軌跡法、頻率法等分析系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對(duì)比，最后對(duì)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行校正和設(shè)計(jì)，可以說，整個(gè)過程是一個(gè)完整的體系，更是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。
1.2《自動(dòng)控制原理》學(xué)習(xí)過程中的幾點(diǎn)問題
無論哪門課程，講授目的均是希望學(xué)習(xí)者能夠掌握相關(guān)知識(shí)的基本原理、分析方法并最終做到靈活運(yùn)用。考試成績(jī)是評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者是否達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)參考，但考試成績(jī)并不能表明一個(gè)學(xué)生是否真正達(dá)到了上述標(biāo)準(zhǔn)。為了準(zhǔn)確評(píng)估《自動(dòng)控制原理》的講授效果，真正了解該門課程學(xué)習(xí)中可能存在的問題，不但要時(shí)刻注意本專業(yè)學(xué)生在修習(xí)過程中的反饋意見，而且要廣泛調(diào)研和閱讀其它學(xué)校和專業(yè)的教師在該門課程上的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者的親身體驗(yàn)和思考，認(rèn)為航空航天類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)《自動(dòng)控制原理》過程中可能面對(duì)的主要問題包括：（1）部分學(xué)生由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，對(duì)課程中涉及到的數(shù)學(xué)知識(shí)產(chǎn)生畏難情緒，進(jìn)而無法很好地掌握控制系統(tǒng)的分析方法；（2）不能將所學(xué)的控制理論知識(shí)與自己專業(yè)的實(shí)際案例充分地聯(lián)系起來，這主要是在學(xué)習(xí)過程中接觸專業(yè)案例少造成的；（3）閱讀英文文獻(xiàn)的能力不足，而且這種不足突出表現(xiàn)在缺乏對(duì)專業(yè)詞匯的正確理解上，這說明《自動(dòng)控制原理》需要適度地推進(jìn)雙語教學(xué)改革；（4）無法將基本理論和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件MATLAB結(jié)合起來進(jìn)行更有效地控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即割裂了基本理論和計(jì)算機(jī)輔助軟件相輔相成、互相印證、互相促進(jìn)的關(guān)系；（5）從系統(tǒng)角度理解控制系統(tǒng)核心思想的能力不足，即無法做到融會(huì)貫通，更談不上靈活運(yùn)用，這需要授課過程中注意前后串聯(lián)，幫助學(xué)生建立起系統(tǒng)概念。針對(duì)上述問題，結(jié)合北京理工大學(xué)辦學(xué)定位和航空航天類專業(yè)《自動(dòng)控制原理》的授課特色，授課教師均提出了有針對(duì)性的改革措施。多年來的教學(xué)實(shí)踐證明，這些措施很好地解決了北京理工大學(xué)航空航天類專業(yè)本科生在《自動(dòng)控制原理》課程中的學(xué)習(xí)問題，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣和“自主學(xué)習(xí)”能力。
2 教學(xué)改革的若干舉措
2.1從數(shù)學(xué)基礎(chǔ)抓起
“工欲善其事，必先利其器?！薄蹲詣?dòng)控制原理》課程涉及大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，如拉氏變換及其逆變換、微分方程、差分方程、復(fù)變函數(shù)理論、Z變換等。毫不夸張地說，扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底是學(xué)好該課程的基礎(chǔ)。如果學(xué)生缺乏必要的數(shù)學(xué)知識(shí)，教師又不能適時(shí)補(bǔ)上這個(gè)不足的話，很容易造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的畏難情緒，不可避免地會(huì)影響教學(xué)效果。
北京理工大學(xué)授課教師的做法是在《自動(dòng)控制原理》開課伊始，就給學(xué)生列出所有需要用到的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)。一方面引導(dǎo)學(xué)生重新復(fù)習(xí)這些已經(jīng)學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)；另一方面，授課教師還會(huì)抽出專門的課時(shí)來對(duì)這些數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和重點(diǎn)講授。為了不斷加深學(xué)生對(duì)這些數(shù)學(xué)知識(shí)的理解，在用到相應(yīng)的數(shù)學(xué)工具時(shí)，授課教師都會(huì)結(jié)合具體的實(shí)例進(jìn)行更詳細(xì)地講述。為了盡可能減少學(xué)生在學(xué)習(xí)中的畏難情緒，北京理工大學(xué)授課教師在考試中堅(jiān)持“注重概念，弱化計(jì)算”的理念，只要學(xué)生思路正確，僅僅是計(jì)算錯(cuò)誤的情況下，盡量少扣或不扣分。
2.2雙語教學(xué)，與國(guó)際接軌
開展雙語教學(xué)有助于我國(guó)高等教育與國(guó)際接軌，是當(dāng)前教育改革的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，同時(shí)也得到了教育部等相關(guān)部門的大力支持。在雙語教學(xué)的改革中，有一點(diǎn)需要明確的是，專業(yè)課雙語教學(xué)的目的并不是為了增加學(xué)生的詞匯量，也不是為了提高學(xué)生外語的寫作水平，更不是為了教學(xué)生外語語法，而是為了增強(qiáng)學(xué)生閱讀專業(yè)外文文獻(xiàn)的能力和對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解能力。近年來，英語已經(jīng)逐漸發(fā)展成為全世界通用的語言，最新的科研成果更主要是以英文形式發(fā)表。所以，我國(guó)高等教育中大部分的雙語教學(xué)均是采用中文和英文的雙語授課模式。
由于《自動(dòng)控制原理》涉及到的諸多基本理論和分析方法大都是從國(guó)外引進(jìn)和翻譯過來的，加上國(guó)外學(xué)術(shù)界習(xí)慣用人名來命名定理的做法，給國(guó)內(nèi)學(xué)生記憶和理解這些理論和方法增加了額外的困難。如用于判定線性系統(tǒng)穩(wěn)定與否的勞斯判據(jù)就是以英國(guó)數(shù)學(xué)家Edward John Routh的名字命名的，類似這樣的例子還有很多，這對(duì)于習(xí)慣望文生義的國(guó)內(nèi)學(xué)生來說，想僅僅從字面意思來理解勞斯判據(jù)本身幾乎是不可能的。有鑒于此，基于航空航天類專業(yè)《自動(dòng)控制原理》雙語教學(xué)改革的目的主要是為了增加學(xué)生對(duì)專業(yè)詞匯認(rèn)知這一基本的出發(fā)點(diǎn)，決定了航空航天類專業(yè)《自動(dòng)控制原理》雙語教學(xué)的授課方針應(yīng)以中文為主、英語為輔。具體做法是，每當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)新的名詞、原理和方法時(shí)，授課教師先用中文進(jìn)行詳細(xì)講解，然后告訴大家這些名詞、原理和方法在英文中的表示方法和來源，并在以后遇到這些名詞、原理和方法時(shí)，更多地采用英文表述。如傳遞函數(shù)（Transfer Function）、勞斯判據(jù)（Routh Criterion）、階躍響應(yīng)（Step Response）、脈沖響應(yīng)（Impulse Response）、根軌跡（RootLocus）等，都可以采用這種處理方式。此外，還需要注意引導(dǎo)學(xué)生適量閱讀英文參考書和專業(yè)文獻(xiàn)，由于Katsuhiko Ogata所著《Modern Control Engineer-ing》一書在世界范圍內(nèi)的廣泛被接受性，北京理工大學(xué)同樣推薦學(xué)生將這本書作為英文參考書。
2.3融科研于教學(xué)
隨著我國(guó)高等教育改革的不斷實(shí)施和深入，昔日的“填鴨式”教學(xué)已逐步被更能激發(fā)學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”能力的“啟發(fā)式”、“案例式”教學(xué)所取代。在《自動(dòng)控制原理》的教學(xué)中，如果只是講授一般的數(shù)學(xué)公式和物理定理，而與實(shí)際工程割裂開來的話，很可能出現(xiàn)的后果就是學(xué)生學(xué)習(xí)后不知道用在什么地方，更不知道如何用，更糟糕的情況是學(xué)生在考試后就把所學(xué)的東西全忘掉了。為了避免這一狀況的發(fā)生，有必要將專業(yè)案例、授課教師的科研項(xiàng)目融入日常的教學(xué)工作中去，讓科研帶動(dòng)教學(xué)、教學(xué)促進(jìn)科研。
如在第一章講授自動(dòng)控制系統(tǒng)定義和基本組成的時(shí)候，通用的教材是舉一些工業(yè)上常見的例子，像室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)和水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)來引入自動(dòng)控制的專業(yè)術(shù)語和反饋的概念。這種講授方法是很好的，有利于學(xué)生建立對(duì)控制系統(tǒng)組成的直觀概念，并認(rèn)識(shí)到自動(dòng)控制的核心思想所在。對(duì)于航空航天類專業(yè)的學(xué)生來說，在講述通用案例的同時(shí)，還可以結(jié)合航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用案例，如引入圖1所示的導(dǎo)彈攻擊飛機(jī)的案例。在這個(gè)案例中，導(dǎo)彈根據(jù)自己探測(cè)到的目標(biāo)機(jī)動(dòng)特性，依據(jù)一定的制導(dǎo)律生成最佳攻擊曲線，當(dāng)彈上的測(cè)試設(shè)備探測(cè)到實(shí)際飛行路線和預(yù)定飛行路線出現(xiàn)偏差的時(shí)候，彈載計(jì)算機(jī)會(huì)依據(jù)一定的法則生成控制指令，氣動(dòng)舵機(jī)來執(zhí)行這一控制指令，從而達(dá)到控制導(dǎo)彈回到預(yù)定飛行路線的目的。按照這一描述可以畫出它的系統(tǒng)方塊圖，如圖2所示，和基本的負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)（如圖3所示）對(duì)應(yīng)起來，預(yù)定飛行路線對(duì)應(yīng)給定輸入、彈載計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)控制器、氣動(dòng)舵機(jī)對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、導(dǎo)彈就是被控對(duì)象、實(shí)際飛行路線即是實(shí)際輸出、彈載測(cè)試設(shè)備即對(duì)應(yīng)測(cè)量輸出的傳感器。這樣講授下來，由于比較貼近專業(yè)方向，同學(xué)們就很容易理解控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)輸入、輸出、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器的作用及反饋的概念有了更為直觀和深刻的認(rèn)識(shí)。
在講述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能的時(shí)候，大量引入航空航天的專業(yè)案例，尤其是一些因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)失誤或控制系統(tǒng)未能正常工作產(chǎn)生重大損失的失敗案例，對(duì)引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣頗有幫助。從教學(xué)的效果看，這些案例的引入，不僅加深了學(xué)生對(duì)《自動(dòng)控制原理》重要性的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了他們學(xué)習(xí)的熱情，同時(shí)，還培養(yǎng)了他們對(duì)所學(xué)專業(yè)的興趣。在此基礎(chǔ)上，可以注意吸收一些對(duì)自動(dòng)控制理論或應(yīng)用感興趣的學(xué)生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，并挑選與任課教師負(fù)責(zé)項(xiàng)目相關(guān)或者處于航空航天控制前沿的研究方向，如臨近空間飛行器的制導(dǎo)與控制技術(shù)，讓他們自由發(fā)揮，思考和創(chuàng)新，切實(shí)培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力。
此外，授課教師要非常注重“基于書本、超越書本”。比如香農(nóng)（Shannon）采樣定理認(rèn)為：對(duì)于一個(gè)連續(xù)信號(hào)來說，當(dāng)采樣角頻率是該連續(xù)信號(hào)所含最高次諧波頻率兩倍以上的話，即能做到一個(gè)周期內(nèi)采樣兩次以上的話，那么經(jīng)采樣后所得到的脈沖序列，就包含了原連續(xù)信號(hào)的全部信息，可通過理想濾波器把原信號(hào)毫無失真地恢復(fù)出來。這一表述在數(shù)學(xué)理論上是沒有任何問題的，但在實(shí)際工程項(xiàng)目中往往是行不通的，比如一個(gè)正弦曲線的測(cè)試，一個(gè)周期里只采樣兩三個(gè)點(diǎn)的情況下，幾乎沒有可能復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。類似于這樣的問題，授課教師需要在授課過程中向?qū)W生特別強(qiáng)調(diào)。
2.4計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)
由于《自動(dòng)控制原理》在授課過程中涉及到的數(shù)學(xué)公式、圖形（結(jié)構(gòu)圖、框圖、根軌跡圖、伯德圖等）比較多，非常不方便在課堂上進(jìn)行直接板書，一旦板書不清楚會(huì)直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。而這些公式和圖形是非常適合以幻燈片（PPT）的形式來進(jìn)行表述的，學(xué)生也更樂意看到這種方式。北京理工大學(xué)授課教師同樣采用了以PPT為主的授課模式，配以適當(dāng)?shù)膭?dòng)畫，給學(xué)生一個(gè)更為直觀的展示。如在講授動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的時(shí)候，延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等名詞的定義并不是那么容易理解，但通過動(dòng)畫的形式就可以很清楚、明了地向同學(xué)們展示這些概念的不同，學(xué)生反映良好。再比如在講授不同阻尼比情況下二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)特性的時(shí)候，只靠文字表述“隨著阻尼比的增大，系統(tǒng)的響應(yīng)越快，但超調(diào)量越大”的話，大部分學(xué)生是比較茫然的。如果換成通過PPT展示給同學(xué)們?nèi)鐖D4所示的響應(yīng)曲線時(shí)，就會(huì)一目了然，同時(shí)，還有助于同學(xué)們掌握零阻尼、欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼等情況下單位階躍響應(yīng)特性的不同。
MATLAB是學(xué)習(xí)《自動(dòng)控制原理》的學(xué)生必須掌握的一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助分析工具。實(shí)際上，一個(gè)令人引以為傲的事實(shí)是，北京理工大學(xué)航空航天類專業(yè)本科生的MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)都是在《自動(dòng)控制原理》的課堂上學(xué)到的。由于年輕學(xué)生對(duì)新鮮事物天生的好奇感，當(dāng)他們看到教材上一幅幅精美的圖片是通過MATLAB展示在自己面前的時(shí)候，不但會(huì)加深他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，更會(huì)激發(fā)他們學(xué)習(xí)這門課的熱情。比如講二階欠阻尼系統(tǒng)階躍響應(yīng)的時(shí)候，可以首先引導(dǎo)學(xué)生思考一個(gè)問題：“既然阻尼比越小，系統(tǒng)響應(yīng)越快，超調(diào)量越大，那怎么來選擇合適的阻尼比呢？”然后再用教學(xué)計(jì)算機(jī)上裝載的MATLAB畫出圖5，這是阻尼比位于[0.10.9]之間，以上升時(shí)間為橫坐標(biāo)、超調(diào)量為縱坐標(biāo)的Pareto圖，同時(shí)在圖中標(biāo)示阻尼比分別為0.4、0.707和0.8所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。以這個(gè)直觀的示意圖做基礎(chǔ)，同學(xué)們就很容易理解為什么工程上一般要求阻尼比在[0.4 0.8]范圍內(nèi)了，再告訴同學(xué)們阻尼比為0.707時(shí)控制系統(tǒng)效果最佳，他們也就明白了因果來源。如果更進(jìn)一步畫出阻尼比分別為0.6、0.707和0.8時(shí)候的單位階躍響應(yīng)曲線來，如圖6所示，同學(xué)們就會(huì)有一個(gè)更加明確和直觀的印象。此外，授課教師還可以通過課下作業(yè)的形式，引導(dǎo)學(xué)生利用課堂所學(xué)知識(shí)編程實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的響應(yīng)曲線，使學(xué)生可以親身感受到響應(yīng)曲線隨不同參數(shù)變化的規(guī)律，不但可以加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，還有助于學(xué)生掌握輔助軟件的用法。
用MATLAB輔助教學(xué)可能會(huì)帶來的一個(gè)副作用就是，同學(xué)們可能覺得只要掌握MATLAB就可以了，而忽略了自動(dòng)控制本身的基本原理和定性的分析方法。這是授課教師在教學(xué)過程中需要重點(diǎn)留意并刻意避免的問題之一，北京理工大學(xué)授課教師在每次用MATLAB輔助教學(xué)時(shí)，都會(huì)強(qiáng)調(diào)基本原理的重要性，同時(shí)會(huì)刻意用所學(xué)的定性分析方法來評(píng)估MATLAB結(jié)果的正確與否，并一再強(qiáng)調(diào)，MATLAB只是一個(gè)輔助大家進(jìn)行控制系統(tǒng)分析的工具，不能取代大家所學(xué)的基本原理和分析方法本身，考試中也不會(huì)考這方面的內(nèi)容。
2.5注重前后串聯(lián)，建立系統(tǒng)概念
《自動(dòng)控制原理》本身的講授內(nèi)容多、跨度時(shí)間長(zhǎng)，而且學(xué)生同時(shí)還在修習(xí)其它課程，所以用在《自動(dòng)控制原理》這一門課上的時(shí)間是極其有限的。而且一般教材也更傾向于將每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容獨(dú)立出來，如僅僅在第二章講述控制系統(tǒng)模型的建立方法，在以后的學(xué)習(xí)中就直接拿現(xiàn)成的傳遞函數(shù)來用；再如第三章講述時(shí)域分析法之后，在后續(xù)章節(jié)的講述中幾乎不會(huì)再涉及。很可能造成的一個(gè)后果就是學(xué)習(xí)過程中常常不清楚各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，也無法真正的做到融會(huì)貫通，在遇到實(shí)際的工程問題時(shí)就會(huì)顯得束手無策、不知如何下手。這需要授課教師幫助同學(xué)們理清線索，弄清楚各個(gè)章節(jié)之間的因果關(guān)系。
北京理工大學(xué)授課教師在每個(gè)章節(jié)開始和結(jié)束的時(shí)候都會(huì)向?qū)W生展示圖7，告訴大家正在學(xué)習(xí)的內(nèi)容在圖中什么位置，在整個(gè)自動(dòng)控制原理的框架中起到什么作用，它以哪幾個(gè)章節(jié)為基礎(chǔ)、又可以為哪幾個(gè)章節(jié)提供幫助。在課程結(jié)束的時(shí)候，還會(huì)精心選取幾個(gè)航空航天專業(yè)的典型案例，讓同學(xué)們以小組為單位形成一個(gè)大作業(yè)，這個(gè)大作業(yè)涉及到《自動(dòng)控制原理》所講授的全部核心內(nèi)容，從系統(tǒng)建模到系統(tǒng)性能分析，并發(fā)揮他們自己的獨(dú)立思維進(jìn)行系統(tǒng)的二次設(shè)計(jì)，從學(xué)生的反響及實(shí)際的教學(xué)效果看，這種做法十分可取。
美國(guó)一共制造過五架航天飛機(jī)，現(xiàn)在只剩下三架了。這些航天飛機(jī)以及載人航天事業(yè)的未來將會(huì)怎樣？
過于簡(jiǎn)單的三種評(píng)論
2月1日是如此純粹的一天。人們從電視畫面上看到白色煙柱在蒼白的晨曦中劃過光滑的軌跡，眼睜睜看著它
橫穿大陸，向著佛羅里達(dá)的目的地飛行。結(jié)果我們都已知道，它永遠(yuǎn)沒有著陸，美國(guó)精神的另一標(biāo)志頃刻間化成碎片。
關(guān)于這次災(zāi)難的真正原因，目前出現(xiàn)最多的有三種評(píng)論：預(yù)算的大幅削減、被忽視的安全警告和飛機(jī)老化，但每項(xiàng)批評(píng)都把事情看得過于簡(jiǎn)單。
每次災(zāi)難，總有人提出資金不足這類批評(píng)。但這類說法顯然是想當(dāng)然的。比較NASA（美國(guó)航空航天局）的經(jīng)費(fèi)在歷史最高點(diǎn)（登月競(jìng)賽的阿波羅時(shí)期）和今天的差別，推論不出航天飛機(jī)項(xiàng)目的某一部分被“削減”了。NASA應(yīng)該為載人航天計(jì)劃申請(qǐng)更多的資金嗎？根本不是。NASA的問題，從來就不是缺乏現(xiàn)金，而是它沒有能力對(duì)獲得的資金進(jìn)行強(qiáng)有力的控制。
另一批評(píng)認(rèn)為，NASA忽略了安全方面的考慮。不過，很難相信NASA的高級(jí)官員會(huì)有意放松對(duì)安全的關(guān)注。NASA的一位發(fā)言人“以個(gè)人名義”評(píng)論說：“說高級(jí)官員忽視安全問題……這說法簡(jiǎn)直是在攻擊我們，盡管不一定是誹謗或惡意中傷。”
那么是不是因?yàn)楦鐐惐葋喬?hào)太老，所以不適合飛行？實(shí)際上，每次飛行之后，幾乎整個(gè)航天飛機(jī)都要再造一次。當(dāng)然，有許多部件，比如框架不用重造，它們的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是100次飛行以上。哥倫比亞號(hào)雖然是最老的飛機(jī)，但也只飛行了28次，其他部件也都是定期更新的。一項(xiàng)最新的檢查認(rèn)定，由于有新的投入，哥倫比亞號(hào)本可以一直工作到2020年，甚至更久。
我們?yōu)槭裁匆M(jìn)入太空
在事故發(fā)生的當(dāng)天，我們知道宇航員們都相信他們正從事的事業(yè)的價(jià)值。不過，并非所有人都認(rèn)為人類應(yīng)該進(jìn)入太空，盡管在這個(gè)災(zāi)難時(shí)刻發(fā)表這種看法顯得有些冷酷。但這一災(zāi)難無法阻止人們提出如下問題：我們?yōu)槭裁匆M(jìn)入太空？我們應(yīng)該以什么樣的方式來探索宇宙？
目前，NASA將其150億美元年預(yù)算的大部分投入了載人航天項(xiàng)目，這值得嗎？太空研究者會(huì)向你舉出兩個(gè)主要理由：因?yàn)樵诳臻g站和航天飛機(jī)上開展的研究非常重要；因?yàn)樗鼈儗?duì)太空探索非常重要。不過，這兩個(gè)論點(diǎn)都有誤導(dǎo)性。
最讓人驚訝的是，過去多年，在飛船和空間站上精心安排的科學(xué)研究都毫無成果可言。馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家Bob Park說，人類在太空中的工作，實(shí)際上對(duì)科學(xué)沒有什么貢獻(xiàn)。所以，先前的空間站Mir，在軌道上飛行的15年里，沒有什么可以展示的。
美國(guó)細(xì)胞生物學(xué)協(xié)會(huì)將國(guó)際空間站稱為歷史上最昂貴和最難控制的實(shí)驗(yàn)室。
也有說法認(rèn)為，在太空中進(jìn)行的許多實(shí)驗(yàn)，其實(shí)可以在地球上的實(shí)驗(yàn)室里做得更好。需要微重力(microgravity)的實(shí)驗(yàn)可以在造價(jià)低廉、對(duì)人類生命無害的無人火箭上進(jìn)行。
錯(cuò)過空間探索的真正前沿
就目前而言，空間科學(xué)對(duì)人們并非必需，而且也是一項(xiàng)昂貴的事業(yè)。天文望遠(yuǎn)鏡、地球觀測(cè)衛(wèi)星、全球定位系統(tǒng)、通訊和間諜衛(wèi)星，所有這些技術(shù)都可在無人參與的情況下工作得很好。
