朱麗明 余文勝 黃丹 胡士強

摘 ?要：航空航天工程是航空航天類本科專業(yè)中綜合性較強的專業(yè)，如何構(gòu)建適應新時代發(fā)展需求的復合型人才培養(yǎng)體系成為各高校專業(yè)建設探索的重點。2003年，上海交通大學推行了基于跨專業(yè)大類培養(yǎng)的教學體系，經(jīng)過近十年的實踐已形成較為完善的培養(yǎng)模式。2014年，上海交通大學進行了以“工科大類平臺培養(yǎng)”為目標的教育教學改革。重點體現(xiàn)為“畢業(yè)生素質(zhì)”達成度評估和持續(xù)性改進方法的實現(xiàn)。結(jié)合綜合性大學本科畢業(yè)后讀研比例高的特點，逐漸形成了以數(shù)理基礎(chǔ)為核心、以國際化為特色、注重創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的本碩貫通培養(yǎng)新體系。學校參照工程認證標準不斷動態(tài)校正培養(yǎng)目標，提升學生解決復雜工程問題的能力，從而適應國家對高素質(zhì)新型航空航天人才的需求。

關(guān)鍵詞：航空航天工程；工程教育；課程體系；持續(xù)性改進

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2023）22-0109-06

航空航天技術(shù)是當代發(fā)展最迅速、學術(shù)最活躍、對人類軍事和民用領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響的學科領(lǐng)域之一。隨著空天技術(shù)的快速發(fā)展，急需具有系統(tǒng)思維、創(chuàng)新活力、國際視野和工匠精神的復合型領(lǐng)軍人才。國家推出的“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，主要目標是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強，適用經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。特別是近年來，隨著人工智能技術(shù)、新材料、量子通訊技術(shù)、新能源動力等技術(shù)的方興未艾，教育部從2017年開始，積極推進實施新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”。隨著新工科研究與實踐項目的發(fā)布，新工科建設正在引領(lǐng)著高等工程教育的深刻變革?；?0世紀50年代院系調(diào)整，國內(nèi)三航院校多以二級專業(yè)進行建設。隨著國內(nèi)綜合性大學陸續(xù)設立航空宇航學科，如何發(fā)揮綜合性大學多學科交叉的優(yōu)勢，將新工科理念融入航空宇航學科的建設成為國內(nèi)綜合性大學需要思考的問題。航空航天工程是航空航天類專業(yè)中綜合性較強的專業(yè)，許多綜合性大學設立了航空航天工程專業(yè)，培養(yǎng)富于系統(tǒng)思維、創(chuàng)新活力和工匠精神的高素質(zhì)航空航天類本科生，這將決定我國未來航空航天領(lǐng)域發(fā)展的水平和能力，這也是教育課程體系實現(xiàn)培養(yǎng)目標的行之有效的途徑［1］。

本研究以上海交通大學航空航天工程專業(yè)建設為例，將新工科理念的跨學科建設作為課程體系的出發(fā)點，聚焦學生在整合不同學科解決復雜問題的過程中，提升其能力和素質(zhì)。通過分析對比世界一流大學的航空宇航學科的課程體系，基于一級學科培養(yǎng)模式，圍繞學生具有空天情懷、深厚基礎(chǔ)、系統(tǒng)綜合、動手實踐、國際視野的培養(yǎng)目標，設計了相應的本碩貫通課程體系，通過參照工程認證標準的閉環(huán)持續(xù)改進思路進行專業(yè)建設，動態(tài)修正培養(yǎng)目標，提升學生解決復雜工程問題的能力，適應國家在空天強國背景下對高素質(zhì)新型航空航天人才的需求。

一、國際航空航天人才培養(yǎng)體系分析

世界排名前50位的一流大學幾乎都設置了航空航天學科，航空航天工程人才培養(yǎng)在高等工程教育中占有重要的地位。放眼世界范圍，歐美是世界上航空航天領(lǐng)域研究最持久、人才培養(yǎng)體系最系統(tǒng)和成熟的國家和地區(qū)，歐美在航空航天的多數(shù)領(lǐng)域無論人才培養(yǎng)還是科學研究都處于領(lǐng)先地位。如美國的麻省理工、加州理工，加拿大的多倫多大學、俄羅斯的鮑曼、莫斯科航空學院，英國的牛津大學、帝國理工，法國的國立航空大學、德國的慕尼黑工大等都為航空航天研究提供了大量的人才，支撐了各自國家的航空航天產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展［2］。本研究通過對國際10余所著名高校航空航天人才培養(yǎng)體系的調(diào)研，分別從人才培養(yǎng)目標、專業(yè)能力培養(yǎng)和課程體系建設幾方面展開分析并總結(jié)了其主要特點和內(nèi)在體系邏輯。

（一）人才培養(yǎng)目標分析

歐美國家制定的航空航天人才培養(yǎng)目標，注重強調(diào)工程教育理念，密切結(jié)合世界范圍內(nèi)政治、經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的趨勢，注重對“人”的知識、技能和能力的綜合培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在：

1. 航空航天專業(yè)人才的培養(yǎng)既有專業(yè)素質(zhì)要求又有綜合素質(zhì)要求。培養(yǎng)目標要求學生具備航空航天科學及數(shù)學的扎實基礎(chǔ)知識，具有建模、分析設計和工程實踐的能力。

2. 更加注重“人”的培養(yǎng)。注重“人”更為全面的發(fā)展，重點在提高“人”的水平，培養(yǎng)目標要求學生具有從事航空航天內(nèi)生興趣、決策知識、表達交流溝通能力與團隊合作精神以及將來成為領(lǐng)導者所應有的終身學習能力。

3. 培養(yǎng)的學生應具備更為寬泛的知識系統(tǒng)。擁有職業(yè)道德及社會責任，熟知社會人文和經(jīng)濟管理、環(huán)境保護等知識的合格工程師。

（二）專業(yè)教育能力培養(yǎng)

1. 具有扎實的數(shù)學和自然科學基礎(chǔ)知識、人文社科知識、工程技術(shù)基礎(chǔ)和航空航天科學知識。

2. 強調(diào)學生拓寬課程范圍，更鼓勵學生掌握航空航天決策、信息與控制的知識。

3. 更加關(guān)注學生職業(yè)素養(yǎng)、倫理和經(jīng)濟管理素質(zhì)的培養(yǎng)。

4. 強調(diào)學生終身學習的意識和能力。

（三）課程體系分析

歐美體系航空航天本科課程包括三方面：院外課程、院內(nèi)課程和素質(zhì)課程。其中院外課程是指在本學院外選修不少于6門課程，類似于國內(nèi)的工科大類平臺培養(yǎng)模式。素質(zhì)課程包括三個領(lǐng)域：工程技術(shù)方面的技能和知識、管理和交流的能力、公民的責任和義務，與國內(nèi)的通識教育課程相似［3］。

院內(nèi)課程分為三個層次：

1. 公共課程

公共課程主要有兩部分組成，一部分是全校統(tǒng)一的必修課，包括數(shù)學、物理以及不少于8門的人文社科類課程（選修）；另一部分是航空航天的核心課程，包括綜合工程學、傳熱、自動控制以及航空航天要求較高層次的數(shù)學和物理課程。

2. 專業(yè)課程

歐美體系航空航天本科生專業(yè)課程分為5 ～ 6個模塊，分別為空氣動力學、結(jié)構(gòu)與材料、推進器與能源轉(zhuǎn)換、動力學與控制、系統(tǒng)工程學，前三個領(lǐng)域是傳統(tǒng)的航空航天學科內(nèi)容，后兩個則屬于更廣闊航空航天系統(tǒng)與控制范疇。

3. 飛行器設計與實驗課程

主要分為綜合實驗I和綜合實驗II，綜合實驗I主要包括核心課程的原理性、基礎(chǔ)性演示和驗證性實驗，其主要目的是為了幫助學生加深對所學課程內(nèi)容的理解和掌握，仍屬于知識傳授范疇；綜合實驗II主要包括圍繞航空器和航天器的綜合性設計與實踐項目，其主要目的是為了培養(yǎng)學生綜合運用所學知識進行分析、設計和實踐驗證的創(chuàng)新能力，屬于本科階段的能力提升訓練。

（四）人才培養(yǎng)體系剖析

多數(shù)歐美一流綜合性大學開設了航空航天類專業(yè)，工學院擁有強大的實力，其人才培養(yǎng)體系可以用一個“中心”、三個“結(jié)合”進行概括，即以學生為中心，課內(nèi)與課外相結(jié)合、科學與人文相結(jié)合、教學與研究相結(jié)合，逐漸形成了獨具特色創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

歐美大學的航空航天人才培養(yǎng)課程一般分為空氣動力學、結(jié)構(gòu)與材料、動力與推進、動力學與控制、系統(tǒng)工程設計五個模塊，學生可以依據(jù)專業(yè)興趣自由選擇相應的模塊進行學習。

航空航天課程體系根據(jù)學習水平不同而設置，本科生課程多屬于課程代碼在100 ?～ 400水平，部分選修課程屬于500水平，碩士或者博士研究生課程多屬于500水平以上，部分課程屬于700水平［4］。這樣設置便于學生按照個人學習能力和興趣選擇課程。博士生課程選擇要求極為嚴格，總體要求學生在一個主要研究領(lǐng)域和兩個相關(guān)領(lǐng)域選擇課程。

歐美大學的每門課程都有課程編號和簡短說明，以保證課程體系的連貫性和嚴密性。課程之間分為四種關(guān)系：先后關(guān)系、相似關(guān)系、共修關(guān)系和獨立關(guān)系［5］。先后關(guān)系是指兩門課程的學習需要有先后順序。相似關(guān)系是指兩門課程的內(nèi)容非常相似；共修關(guān)系是指兩門課程必須同時開設、共同學習；獨立關(guān)系是指課程之間互不影響。學生可依據(jù)課程相互關(guān)系選擇課程。

二、人才培養(yǎng)目標

上海交通大學航空航天學院自2008年成立以來，已擁有航空宇航科學與技術(shù)一級學科碩士點和博士點、航空航天工程國家一流本科專業(yè)。初步形成了航空航天學科完整人才培養(yǎng)體系，突出了“空、天、信、系統(tǒng)工程”等多學科交叉融合的新工科鮮明特色。

本研究總結(jié)學院成立以來人才培養(yǎng)工作發(fā)現(xiàn)：一是本科生讀研比例相當高。主要原因是目前航空航天行業(yè)用人單位主要招收碩士以上畢業(yè)生，本科直接對口就業(yè)比較困難；二是綜合性大學航空航天工程專業(yè)本科規(guī)模偏小，無法與三航院校一樣按二級學科專業(yè)進行培養(yǎng)；三是專業(yè)課程較難，基礎(chǔ)與深度難以兼顧。小班規(guī)模、按一級學科培養(yǎng)的主要問題使各專業(yè)方向深度培養(yǎng)力度不夠，學生就業(yè)后需要過渡才能適應崗位工作。

采用“本碩貫通”模式培養(yǎng)航空航天專業(yè)人才是一條優(yōu)選之路，既可以順應學生實際讀研比例高的客觀現(xiàn)實，有效地為行業(yè)輸送高水平人才；又可以有效解決廣度與深度難以兼顧的問題。在扎實、全面的培養(yǎng)基礎(chǔ)上，在本科高年級和碩士階段進行專業(yè)方向的深度培養(yǎng)，還為有志于從事創(chuàng)新型科研的博士階段選拔培養(yǎng)提供優(yōu)質(zhì)生源。

上海交通大學將“借鑒世界一流大學航空航天辦學模式、緊密結(jié)合中國特色”作為辦學理念。通過分析歐美一流大學航空航天人才培養(yǎng)體系，立足中國大學實際情況，進一步明確了航空航天學院人才培養(yǎng)的目標為，培養(yǎng)立志獻身祖國航空航天事業(yè)、具備寬厚的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)的專業(yè)知識、具有較強的實踐動手能力、創(chuàng)新精神和國際化視野的復合型航空航天科技人才。

1. 立志獻身祖國航空航天事業(yè)

以培養(yǎng)“立志獻身祖國航空航天事業(yè)人才”為根本目標。結(jié)合課程思政建設，通過專家講座、工程師面對面、“走進國之重器”與深度實習等環(huán)節(jié)，將第二課堂與第一課堂緊密結(jié)合，激發(fā)了學生熱情，增強了專業(yè)興趣，引導學生樹立報效祖國的遠大志向。

2. 建立系統(tǒng)工程師思維

將航空航天產(chǎn)品系統(tǒng)設計主線貫徹到各門專業(yè)課程中，以航空航天工程導論、綜合實驗II、“虛擬飛行器”集體設計“頭、中、尾”為重點，為學生提供系統(tǒng)、綜合性訓練，體現(xiàn)“空、天、信、系統(tǒng)工程”特色。

3. 培養(yǎng)國際化視野

學習并借鑒國際先進教育理念，通過國際高水平師資課程雙向交流，中國學生赴海外知名大學學習與生活，國外學生來中國深度學習和生活，從而加強文化交流，培養(yǎng)具有跨文化交流、國際視野的創(chuàng)新型人才。

4. 動手實踐能力

著重培養(yǎng)學生的動手設計、制造、分析計算的實戰(zhàn)能力，并安排學生到工業(yè)界開展長周期深度實習實踐。

三、本碩貫通課程體系

（一）本碩貫通培養(yǎng)方案框架

上海交通大學航空航天工程本碩貫通培養(yǎng)方案，按照國際化視野的復合人才培養(yǎng)理念，完成航空航天學院本科課程與研究生課程的體系貫通，以實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標。本培養(yǎng)方案屬于本碩課程體系貫通，而非學制上的本碩連讀。

航空航天工程具體培養(yǎng)方案描述如下：

第1 ～7學期（大一到大四上）：學生主要完成本科生的通識課、專業(yè)教育基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)必修課和分方向選修專業(yè)課。安排相關(guān)教授來上海交大進行大一和大三部分專業(yè)課授課。

第8學期（大四下）：根據(jù)學生意愿和條件選擇（限定比例），赴國外合作高校學習1學期，主要完成專業(yè)課選修，并開展畢業(yè)設計，上海交大認可學分，計入交大本科課程學習；對于不選擇赴海外學習的學生，組織開展集體畢業(yè)設計或赴企業(yè)進行實習和畢業(yè)設計，計入交大本科課程學習。第八學期末返回交大參加畢業(yè)答辯。

參加“六年半本碩貫通”培養(yǎng)的同學：

第9 ～10學期（研一）：選擇進入“本碩貫通”培養(yǎng)計劃的學生，赴國外合作大學學習一年，完成工程（課程）碩士的課程學習。

第11 ～13學期（研二到研三）：回到交大完成碩士生公共課程學習，開展學術(shù)研究，完成碩士論文。結(jié)束后，一并頒發(fā)交大本科+交大碩士及海外高校航空/工程類證書。主要培養(yǎng)環(huán)節(jié)與流程如圖1所示。

（二）本科階段課程體系設置

經(jīng)上文分析，歐美一流大學航空航天課程體系基本一致。上海交大確定了本科生專業(yè)課程的設置原則：一是扎實的數(shù)學、計算、物理基礎(chǔ)；二是突出系統(tǒng)、設計類課程；三是專業(yè)必修課程按歐美通行的航空航天四大方向（飛行器設計、動力推進、信息控制、系統(tǒng)工程）模塊設置，各模塊2 ～ 3門必修課，為學生打下全面的航空航天專業(yè)基礎(chǔ)，體現(xiàn)出按一級學科培養(yǎng)的理念；四是落實本碩貫通，在第6 ～ 7學期分大類方向開設選修專業(yè)課程，以便與碩士課程銜接，有利于學生就業(yè)后開展工作。如圖2所示。

全部課程分為以下幾大模塊：1. 公共教育課程模塊；2. 數(shù)學、計算機、計算模塊；3. 物理、力學等基礎(chǔ)模塊；4. 航空航天系統(tǒng)與設計模塊應以大一的航空航天工程導論、綜合實驗II、大四的集體畢業(yè)設計為主要抓手；5. 航空航天必修模塊，在飛行器設計、推進、信息控制、系統(tǒng)工程四個方向設置每方向2門必修課，在第4 ～ 5學期開設；6. 航空航天選修模塊，要求學生選定1個方向為主方向，選修3門課程；其他3個方向共計選修3門課程，在第6 ～ 7學期開設。按目前課程體系，本科階段總學分控制在160左右。

（三）研究生階段課程設置

航空航天學院目前擁有航空宇航科學與技術(shù)一級學科博士授權(quán)點和三個碩士學位授權(quán)點，分別是航空宇航科學與技術(shù)（學術(shù)型）、航天工程和航空工程（專業(yè)型）。歐美一流大學航空航天領(lǐng)域研究生專業(yè)課程設置與航空航天學院碩士培養(yǎng)的課程設置基本相似，上海交大研究生課程除了專業(yè)課程以外，還有政治思想課程和數(shù)學基礎(chǔ)、學術(shù)英語等公共基礎(chǔ)課程模塊。如圖3所示。

經(jīng)過分析比較，上海交大確定了“本碩貫通”貫通培養(yǎng)研究生階段課程學習的安排為：1. 數(shù)學基礎(chǔ)理論課程8學分、專業(yè)課程14學分在海外大學一年中完成、這些課程及學分為學校認可，可沖抵交大要求的學分；2. 待第11學期回到交大后，須補修上交必修政治課3學分、學術(shù)報告會2學分，并通過考試免修英語3學分。

對未選擇去海外大學交換的研究生，則采用新的培養(yǎng)方案進行培養(yǎng)，其設定原則為：1. 必修的政治課、學術(shù)報告會、英語按學校統(tǒng)一規(guī)定設置；2. 學生必修3門8學分數(shù)學理論課程；3. 專業(yè)課程按飛行器設計、推進、信息與控制、系統(tǒng)工程四大方向設置，學生須選定一個方向修讀3 ～ 4門學位課以及1～ 2門非學位課；各方向課程列表與專業(yè)對應方向基本匹配。

四、基于培養(yǎng)目標達成度的持續(xù)性改進

（一）專業(yè)認證標準與專業(yè)建設

2016年6月，我國正式加入“華盛頓協(xié)議”，標志著我國工程教育邁上了新的臺階。工程教育認證以產(chǎn)出導向教育（Outcome Based Educatuon，OBE）為核心理念，在學生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍、支持條件等7個方面有明確的要求與標準。其中，畢業(yè)要求（Graduate Attributes，G A）作為培養(yǎng)目標達成的重要支撐，與持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍等方面密切相關(guān)。畢業(yè)要求達成度評價是衡量“產(chǎn)出”的重要手段，是持續(xù)改進的主要依據(jù)，也是促進課程體系優(yōu)化、師資隊伍建設的有效辦法。

美國工程與技術(shù)認證委員會（ABET）將學生學習成果（Student Outcomes）作為認證標準的第三部分，必須記錄學生的學習成果，以此來證明準備畢業(yè)的學生達到了專業(yè)教學目標。學生學習成果包括（ａ） ～ （ｋ）總共11項，包括應用數(shù)學、自然科學以及工程知識的能力；設計和實施實驗、分析和解釋數(shù)據(jù)的能力；經(jīng)濟、環(huán)境、社會、倫理、健康、安全約束下設計滿足需求的系統(tǒng)、組件或過程的能力；能夠在多學科團隊中發(fā)揮作用；具有識別、制定和解決工程問題的能力；理解職業(yè)素養(yǎng)倫理道德責任；有效溝通能力；能理解工程解決方案對全球、經(jīng)濟、環(huán)境和社會背景的影響；認識終身學習的需要，并具備終身學習能力；對當代問題的認識；運用工程實踐所需技術(shù)、技能和現(xiàn)代工程工具的能力［6］。

上海交大航空航天學院參考ABET認證標準，結(jié)合國內(nèi)其他專業(yè)的認證標準和要求，提出并完善了培養(yǎng)目標、學生畢業(yè)要求、課程體系設置、師資隊伍建設、質(zhì)量監(jiān)控、畢業(yè)生跟蹤機制、可持續(xù)改進、條件保證、文檔保存等方面的舉措、計劃、實現(xiàn)方式等，圖4為根據(jù)SO分解出的各專業(yè)課程對培養(yǎng)目標的貢獻度［7］。

（二）培養(yǎng)目標達成度評估與持續(xù)性改進

通過教學過程，能夠使學生分解后的各項能力和各項觀測指標直觀體現(xiàn)：學生、專業(yè)培養(yǎng)目標的達成度、學習成效成果、持續(xù)改進、課程體系、教師、設施、支持條件，形成學習效果達成度—閉環(huán)可持續(xù)性改進過程［8］。

根據(jù)學生學習效果，細化改進措施并監(jiān)控形成可閉環(huán)的完善持續(xù)性改善機制。如圖5所示。

五、結(jié)語

本研究基于新工科背景理念，選擇航空航天領(lǐng)域中綜合性較強的航空航天工程本科專業(yè)建設，探討了綜合性大學開設航空航天類專業(yè)的特色。

以上海交通大學為例重點介紹了航空航天工程本科專業(yè)的本碩培養(yǎng)方案，參照歐美綜合性大學基于一級學科培養(yǎng)模式，圍繞學生具有空天情懷、深厚基礎(chǔ)、系統(tǒng)綜合、動手實踐、國際視野的培養(yǎng)目標，在本科低年級構(gòu)建價值情懷、數(shù)理基礎(chǔ)、人文素養(yǎng)和計算工具等模塊課程；在本科高年級構(gòu)建飛行器設計、動力推進、信息控制、系統(tǒng)工程等模塊課程，從而為碩士階段選擇研究方向提供必要的知識支撐。通過參照工程認證標準的閉環(huán)持續(xù)改進思路進行專業(yè)建設，動態(tài)矯正培養(yǎng)目標，提升學生解決復雜工程問題的能力，適應國家在空天強國背景下對高素質(zhì)新型航空航天人才的需求。

參考文獻：

［1］ 施大寧，梁文萍. 航空航天特色新工科建設的思考與探索［J］. 中國大學教育，2018（09）：26-28.

［2］ 朱佳斌，張國洋，劉群群，等. 代爾夫特理工大學項目式教學的實踐與啟示［J］. 高等工程教育研究，2018（03）：81-86.

［3］ 韓艷鏵. 航天控制專業(yè)方向本碩貫通培養(yǎng)模式和課程體系的思考［J］. 教育教學論壇，2015（44）：254-256.

［4］ 吳靜怡，奚立峰，杜朋林等. 本碩博課程貫通與交叉人才培養(yǎng)［J］. 高等工程教育研究，2015（03）：94-101+107.

［5］ MIT. Undergraduate education：Academic programs［EB/OL］. （2021-05-18）. http：//catalog.mit.edu/mit/undergraduate-education/academic－programs/.

［6］ 蔡述庭，李衛(wèi)軍，章云. 工程教育認證中畢業(yè)要求達成度的三維度評教［J］. 高等工程教育研究，2018（02）：71-76.

［7］ 李志義. 適應認證要求推進工程教育教學改革［J］. 中國大學教育，2014（06）：9-16.

［8］ 李志義，朱泓，劉志軍，等. 用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革［J］. 高等工程教育研究，2014（02）：29-34.

（責任編輯：莫唯然）

作者簡介：朱麗明（1978—），女，碩士，上海交通大學航空航天學院教學辦主任，講師，研究方向為教學研究與教學管理；余文勝（1968—），男，博士，上海交通大學航空航天學院院長助理，本科教學指導委員會主任，副教授，研究方向為發(fā)動機技術(shù)；黃丹（1981—），男，博士，上海交通大學教務處副處長，副教授，研究方向為人機工效學；胡士強（1969 —），男，博士，上海交通大學航空航天學院黨委書記，教授，研究方向為飛行控制。