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关键词:航空航天材料;专业英语;教学;改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)40-0092-02
航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料,是航空航天工程技术发展的决定性因素之一,也是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器及其装置的设计,不断地向材料工程提出新的课题,推动了航空航天材料科学的进步。各种先进材料的出现也为飞行器及其装置的设计提供更多的可设计性,极大地促进了航空航天技术的发展。因此,先进航空航天材料的开发、研究与应用反映了一个国家的工业水平与航空航天技术,关系到一个国家的综合实力与国际影响力。因此,各国都把先进材料的研究和开发放在重要地位。尽管我国近年来在航空航天材料的研发方面取得了巨大进展,但仍然与发达国家存在较大的差距。因此,需要不断学习和引进国外的先进技术和经验。而国外相关资料都是英文出版,这就需要航空航天材料方向的学生具有较高的材料科学与工程专业英语的听、说、读、写能力,以完成获取专业所需信息等任务。
材料科学与工程专业英语是一门语言应用与材料专业知识紧密结合的课程。它不但涉及英语科技文体的语法特征和材料专业技术文献的语言特点,而且涉及一定的专业技术内容及科技信息交流。课程目标是培养学生具有较强的专业文献的阅读能力,进一步提高学生的听、说、写、译能力,使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法,提高文化素养,以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。课程的教学目标是:掌握一定量的与材料科学与工程专业有关的常用单词和常用词组,并掌握一定的构词法知识,具有识别生词的能力,能顺利阅读专业相关的英文原版教科书、参考书及专业论文。但现行的教学模式在教学管理与培养方式中存在许多问题亟待解决,目前也没有针对航空航天方向的材料科学与工程专业英语教材。因此,迫切需要完善教学内容,优化教学方式,改编教材,以全面提高材料科学与工程专业英语的教学质量。
一、改编现有专业教材,扩展学生专业视野
浏览现有大部分的《材料科学与工程专业英语》教材可发现,内容基本是《材料科学概论》或《材料科学基础》的英文版本的改编,实际是英文版的专业教材,不具专业英语教材特点。而且教材内容的更新速度慢,与国际上材料科学的快速发展不相适应,学生阅读起来单调、枯燥。因此,在现有教材的基础上,急需编写新版实用性教材。新版教材需兼顾英语的语法特点和材料专业技术知识,既强调专业基础理论知识又涵盖国际研究前沿趋势。
从提高学生的听、说、读、写及翻译的综合能力着手,按照从难到易的教材内容顺序,突出航空航天行业背景及新技术特点,完成《材料科学与工程专业外语》教材的设计与撰写。从教材章节编排上,按照先介绍语言知识后介绍材料专业的顺序布局。可以在开始的章节介绍科技英语的构词、语法的特点以及专业学术文章的撰写规则。随后的几个章节,简单介绍材料的基础理论知识,学生可以结合以前学习的材料专业知识进行这部分的学习。目的是给学生介绍英文专业词汇,让学生逐渐熟悉专业英语的阅读。随后,在材料学的专业知识内容上,结合专业基础课程,着重介绍和航空航天技术紧密相关的材料研究内容,例如飞机结构复合材料、高温材料、隐身材料、非晶材料、太阳能材料等。同时,为了进一步提高学生阅读和理解专业文献资料的能力,提高学生从专业文献中获取重要信息和跟踪学术研究前沿的能力,教材还可以向学生介绍利用互联网站和相关的学术期刊网站获取最新专业文献的方法。并且,从材料专业高质量的国际期刊上精心选取一些难度适中的综述性和研究型的论文作为课堂教学内容。由于这些论文内容新颖且紧密跟踪本领域的研究前沿,学生也易于接受。这样,既提高了教学效果,也使学生对专业英语的重要性有了更深地认识和理解。
二、丰富课堂教学内容,夯实学生基本功
调研各高校材料专业的本科生教学计划,发现专业英语课程设置在第七至第八学期,大四学生对英语学习逐渐变得陌生,如果直接面对专业英语的学习,势必会造成学生学习的困难。因此,教师除了教授教材的内容外,可以适当拓展相关内容的英语学习,提高学生的学习兴趣。
从知识结构设置上,可以根据学生毕业后学习、就业及工作的实际需要,突出对学生专业英语实际应用能力的培养和训练。为了突出实际应用能力培养及常用交流,可按照先读后写,先听后说的思路,来对学生进行专业英语实际应用能力的训练。通过由学习模仿到实际应用的教学模式,重点培养撰写英文摘要、写推荐信、求职信、会议常用发言以及模拟求职对话等能力。除此而外,还可以就学生即将面临的毕业设计论文撰写,展开介绍和讲评。“学以致用”,而实际应用是学生学习的动力。学生一旦体会到能从专业外语的学习中获益,便会提高学习的积极性,促进专业英语的教学。
为了增加教学内容的趣味性,在实际教学过程中增加一些与课文内容相关的最新外文视频。材料科学与工程是一个大专业,其中又有金属材料、高分子材料及陶瓷材料等二级专业,因此除了完成教材的教学内容外,还应针对不同专业分门别类地介绍材料的最新的实际应用。介绍时,可以从互联网上搜索最新的文字资料,也可以搜索最新的视频资料,其中视频资料更生动,因此受到学生们的欢迎。比如在讲解金属材料和复合材料时,可以给学生播放波音、空客等制造飞机发动机及机身结构的最新技术视频。还可以通过播放如太阳能电池、风力发电技术及3D打印技术等视频,加深学生对陶瓷材料、功能材料及复合材料在新能源及新技术领域的应用认识。因此,通过利用多媒体技术的视频资料,不但可以提高学生的英语听力,扩充学生的词汇量,还可以使学生在轻松的学习氛围中了解相关技术的应用前沿,深化在学生对航空航天材料科学与工程的认识。
三、改革课堂教学方法,提高课堂教学质量
材料专业英语是一种正规的书面体,专业词汇多词形复杂、句子长,且与专业知识结合紧密,相对于基础英语来说,缺少文学作品中的韵律、节奏感,读起来抽象、枯燥,造成教师讲授、学生学习的兴趣不高。如果采用传统的专业课程的讲课为主的教学方法,势必不能有良好的教学效果。因此,应该结合英语课堂教学和专业课的教学特点,采取多元化的教学方法,对学生进行课堂教学。
可以采取英语课堂的教学,让学生随堂朗读教材内容,学生在读的过程中,既熟悉了教材内容,又对英语的“说”有提高。随后,对学生进行分组,讨论分析教材内容,或者也可以提出一个小话题,学生可进行问题的分析并提出解决方案。这样,既提高了学生的英语口语技能,也加强了学生分析专业问题的能力。课后布置适量的课后翻译作业,可以是对教材内容的翻译也可以是对课堂增补内容的翻译,通过英汉互译的环节,巩固课堂教学内容。在课程结束前,还可以穿插学生就自己的毕业设计方向,做一个简短的英文讲座,既可以对课堂教学效果进行测试,也可以提高同学们的口头表达能力,增加同学们英语交流的信心。
在进行课堂教学的时候,如前所述,可以围绕课堂教学时的内容,充分利用互联网技术,为学生补充国际上航空航天材料的最新研究成果和先进的应用实例,可以是文字资料也可以是视频文件的学习。进行文字资料的学习时,可以采用先朗读后分析、翻译的方法,逐步分解。进行视频资料的学习时,教师应提前将语音资料转换成文本资料,课堂上可以进行边视听边进行讲解,让学生在愉快的氛围中进行学习,进而达到良好的课堂效果。
四、结语
我国航空航天技术的发展对航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人员必须及时关注国际发展,密切和国外学术交流,才能保障材料领域的不断进步,这就对科技人员的专业英语要求也不断提高。因此,通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化,来全面培养学生的读、听、说、写、译的综合能力,增强学生的国际竞争力,为航空航天材料技术领域输送优秀人才。
参考文献:
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编者的话:经常有航模爱好者来信询问一些航空、航模基础知识,模型飞机与真飞机的相同和不同点等各种问题。为此,本刊几年前便与北京航空航天大学飞行器设计专业的万志强博士探讨在杂志上开设有关航空、航模基础知识的专栏文章的可能性。经过两年多的准备,万博士终于完成了此系列文章的整体构思及前期文章的写作,现从本期开始连载,希望能得到大家的喜欢。
一、人类的航空壮举
当我们仰望天空的时候,总会发现时不时有飞机掠过。或许不少人会问,这样一个庞然大物,其质量少则数百千克,多则几十吨、上百吨,怎么能够如此自如地在蓝天上飞翔呢?飞行究竟需要具备哪些条件呢?
其实,关于怎样才能像鸟儿一样在蓝天上翱翔,我们的先辈们探索了数千年,设想和尝试了许多种飞天方式,但基本都以失败告终。直到1903年12月17日,美国的莱特兄弟驾驶着他们设计和制造的“飞行者”1号(图1),进行了时间不到1分钟、距离只有260m的人类历史上第一次持续而有控制的动力飞行之后,人类才真正从根本上解决了飞上蓝天的关键问题。此后,飞机越造越大、越飞越高、越飞越快、越飞越远,各方面的性能都有了翻天覆地的提高(图2~图5)。
实际上,无论是莱特兄弟设计的“飞行者”1号,还是现代的先进客机、战斗机、运输机……之所以能飞上蓝天,归纳起来是因为它们具备了飞行的3个最基本的要素:
(1)具有能产生升力的机翼,平衡飞机的重力(图6);
(2)具有能提供拉力或推力的动力系统,平衡飞机的阻力(图6);
(3)具有能控制飞机姿态的操纵系统,实现飞机按照预定的轨迹飞行。
莱特兄弟的第一次飞行,虽然飞行时间只有几十秒,飞行距离只有几百米,离地高度也只有几米,但他们的探索精神却永远值得我们学习,其成功一直激励着后人对航空航天的持续探索。
莱特兄弟的壮举,让人类开始漫步于天空,继而遨游于天宇。人们把这些能够在天空和宇宙中飞行的机器统称为飞行器。飞行器主要分为航空飞行器(简称航空器)和航天飞行器(简称航天器)。前者是指在空气中飞行的飞行器,后者是指主要在大气层外飞行的飞行器。而航模作为一种与航空器和航天器密切相关的模型,则既包括航空模型,又包括航天模型。在飞行器的发展过程中,航模发挥了重要的作用,无论是利用航模进行原理验证,还是利用航模完成载人飞机难以完成的飞行科目。现代无人机则与航模更是有密切的关系,不少无人机就是从航模发展而来的。
航空和航天技术都是高度综合的现代科学技术。力学、热力学、材料学是航空航天的科学基础;电子技术、自动控制技术、计算机技术、喷气推进技术和制造工艺技术对航空航天的进步起到了重要作用;医学、真空技术和低温技术则促进了航天的发展。上述科学技术在航空和航天的应用中相互交叉和渗透,产生了一些新的学科,使航空和航天科学技术形成了完整的体系。
航空航天的发展都与其军事应用密切相关,但人类在该领域取得的巨大进展对国民经济和社会生活也产生了重大影响,甚至改变了世界的面貌。如我们乘坐飞机旅行,使用GPS进行导航,收看海外电视直播,进行天气预报,这些都离不开航空航天的发展。航空航天科学技术是牵动其他高新技术发展的动力之一,航空航天工业是国民经济建设中的阳光产业,而航空航天产品则是附加值很高的高新技术产品。
二、翱翔天空的航空器
任何航空器要升到空中,都必须产生一个能克服自身重力的向上的力,这个力叫作升力。另外,航空器在空中的飞行还必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻力。根据产生升力的基本原理不同,航空器分为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类。前者靠空气的静浮力升空,又称浮空器;后者靠与空气相对运动产生升力升空。按照不同的构造特点,航空器还可进一步细分,如图8所示。
1.轻于空气的航空器
轻于(或等于)空气的航空器包括气球和飞艇,它们先机出现。
(1)气球(图9)
气球一般无推进装置,主体为气囊,下面通常有吊蓝或吊舱。按照气囊内所充气体的种类,可分为热气球、氢气球和氦气球三种。
(2)飞艇(图10)
飞艇安装有推进装置,并可控制飞行。根据结构形式,可分为软式、硬式和半硬式三种。飞艇与气球的最本质区别就是它带有动力和操纵舵面,可按照预定的飞行方向飞行;而气球由于没有动力装置和操纵舵面,在水平方向只能随风飘移,但在垂直方向可以通过调节浮力的大小或改变质量的大小进行升降。
2.重于空气的航空器
重于空气的航空器靠自身与空气的相对运动产生空气动力升空飞行。常见的这类航空器主要有固定翼和旋转翼两类,另外还有像鸟一样飞行的扑翼航空器和新近出现的倾转旋翼航空器。
(1)固定翼航空器
固定翼航空器包括飞机(图11)和滑翔机(图12)。
飞机是指由动力装置产生前进推力或拉力,由固定机翼产生升力,在大气层内飞行的重于空气的航空器。滑翔机是指没有动力装置的重于空气的固定翼航空器。
滑翔机可由飞机拖曳起飞,也可用汽车等其它装置牵引起飞。部分动力滑翔机装有小型辅助发动机,无需外力牵引就可自行起飞,但滑翔时必须关闭动力装置。飞机和滑翔机最本质的差别在于大部分飞行时间内是否依靠动力装置。实际上,在莱特兄弟发明飞机之前,人类就已经发明了滑翔机,并为飞机的发明奠定了空气动力学和飞行操纵等方面的基础。
(2)旋翼航空器
旋翼航空器包括直升机(图13)和旋翼机(图14)。
直升机是指以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源,能在大气中垂直起降及悬停并能进行前飞、后飞、侧飞、定点回旋等可控飞行的重于空气的航空器。直升机和固定翼飞机的最本质区别在于,直升机能够依靠旋翼垂直起降,对起降场地的依赖性很小;而通常意义上的固定翼飞机则只能水平起降,对起降场地的依赖性很大。相对于固定翼飞机,直升机飞行速度慢、震动大。
旋翼机是一种利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器,全称自转旋翼机。
(3)扑翼机
扑翼机是指能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器(图15),又称振翼机。扑动的机翼不仅产生升力,而且产生向前的推进力。
(4)倾转旋翼机
倾转旋翼机是一种同时具有旋翼和固定翼,并在机翼两侧翼梢处各装有一套可在水平与垂直位置之间转换的旋翼倾转系统组件的飞机。旋翼倾转系统处于垂直位置时,倾转旋翼机相当于横列式直升机,可垂直起降,并能完成直升机的其它飞行动作;旋翼倾转系统处于水平位置时,旋翼倾转机则相当于固定翼飞机。现在世界上唯一有实用价值的倾转旋翼机为美国贝尔公司研制V-22(图16)。
三、遨游天宇的航天器
航天器是指主要在地球大气层以外的宇宙空间,基本上按照天体力学规律运动的各类飞行器,又称空间飞行器。与自然天体不同的是,航天器可以在人的控制下改变其运行轨道或回收。航天器为了完成航天任务,必须具备发射场、运载器、航天测控和数据采集系统、用户台站以及回收设施的配合。
航天器分为无人航天器和载人航天器。根据是否环绕地球运行,无人航天器分为人造地球卫星和空间探测器。按照各自的用途和结构形式,航天器还可进一步细分(图17)。
1.无人航天器
无人航天器包括人造地球卫星和空间探测器。
(1)人造地球卫星
人造地球卫星是数量最多的航天器(图18,图19)。人造地球卫星一般由有效载荷和平台组成。有效载荷是指卫星上用于直接实现应用目的或科研任务的仪器设备,平台则是为保证有效载荷正常工作的所有保障系统。按照卫星的用途,可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。
(2)空间探测器
空间探测器是指对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人探测器,也称深空探测器。探测器的基本构造与一般人造地球卫星差不多,不同的是探测器携带有用于观测天体的各种先进观测仪器。
月球是人类进行空间探测的首选目标,世界上多个发达国家向月球发射了探测器(图20,图21),并进行了月球实地考察。美国和苏联早在20世纪50年代末就开始发射月球探测器,为1969年人类首次载人登月奠定了基础。
在行星和行星际探测方面,美国、欧盟、苏联和日本等国发射了多个探测器,对火星、金星、哈雷彗星、土星、木星、太阳及其星际之间进行了探测。
2.载人航天器
载人航天器是人类在太空进行各种探测、试验、研究及从事军事和生产活动所乘坐的航天器。与无人航天器的主要不同是载人航天器具有生命保障系统。目前的载人航天器分载人飞船、空间站和航天飞机三大类。
(1)载人飞船
载人飞船是载乘航天员的航天器,又称宇宙飞船。按照运行方式的不同,载人飞船分为卫星式载人飞船和登月载人飞船两类。前者载人绕低地球轨道飞行,后者载运登月航天员。苏联、美国成功实现了多次载人飞行,美国还实现了人类登月。美国的阿波罗计划是人类第一次登上月球的伟大工程(图22),美国也是目前仅有的进行过登月的国家。我国的载人航天计划采用飞船形式(图23)。“神州”号试验飞船由轨道舱、返回舱和推进舱组成。轨道舱是航天员生活和工作的地方;返回舱是飞船的指挥控制中心,航天员乘坐它上天和返回地面;推进舱为飞船的飞行和返回提供能源和动力。载人飞船的附加用途是为空间站接送航天员或运送货物。
(2)空间站
空间站是航天员在太空轨道上生活和工作的基地,又称轨道站或航天站。空间站一般采用模块化设计,分段送入轨道组装。空间站发射时不载人,也不载人返回地面,航天员和货物的运送由飞船或航天飞机完成。空间站的功能可以根据任务要求而变更或扩大,弥补了其它航天器功能单一的不足。苏联于1971年发射世界上第一个空间站。我国于2011年发射了第一个空间站――“天宫”1号(图24)。多个国家的空间站还在太空连接构成了国际空间站。
(3)航天飞机
航天飞机是世界上第一种也是唯一一种可重复使用的航天运载器,也是一种多用途载人航天器。20世纪七八十年代,美国、苏联、法国和日本等国曾经开展了航天飞机研制计划,但只有美国的航天飞机投入使用,并进行了长达30年的运行。美国自1981年成功发射其第一艘航天飞机“哥伦比亚”号(图25)之后,先后共研制使用了5艘航天飞机,其中“挑战者”号服役后因为发射失败而造成爆炸导致7名航天员全部丧生;“哥伦比亚”号服役后因为返回失败而造成爆炸导致7名航天员全部丧生;其余3艘都在2011年退休。航天飞机由一个轨道器、两个固体助推器和一个大型外挂贮箱组成,可以把质量达23 000kg的有效载荷送入低地球轨道。航天飞机提供了在空间进行短期科学实验的手段,有许多国家的航天员参加了航天飞机的飞行。
3.火箭和导弹
火箭与导弹是一类特殊的飞行器,它们均可在大气层内和大气层外飞行,但都只能使用一次。我国通常把火箭和导弹划分为航天器。
(1)火箭
火箭是靠火箭发动机提供推进力的飞行器。火箭发动机自身携带全部推进剂,不依赖空气或其它工作介质产生推力。根据使用的能源不同,火箭可分为化学火箭、核火箭和电火箭三类。化学火箭又分为固体火箭、液体火箭和混合推进剂火箭。按照用途,火箭可分为无控火箭弹、探空火箭和运载火箭三种类型。
在校大学生想造真火箭
2005年11月22日晚上,北京航空航天大学宇航学院副院长蔡国飙教授刚刚讲完一节课,在课间休息时,飞行器动力设计2001班的朱浩与饶大林走到他的面前,似乎想对他说些什么话。
“有什么事你们说吧。”他笑着对他们说。
“我们觉得在这三年多时间内学到了不少关于航天飞行器制造的理论知识,现在临近毕业,学习任务轻松一些,我们又是保送研究生,没有考研的压力,所以想利用这段时间将书本知识运用起来做点实事,可又不知道做什么好……”朱浩踌躇满志地说。
听了朱浩的话之后,蔡国飙教授想了想说:“要不,你们造一个火箭吧!”
造火箭?朱浩与饶大林愣住了:“我们现在只是在校本科生,我们能行吗?”1958年,由教师们成功设计研制过一枚名为“北京一号”的探空火箭,之后的近50年里再没过这样的项目了。
“你们能行的。但仅凭你们两人比较难,必须一个团队才行!同时,造火箭也得花一大笔经费呢。”蔡国飙若有所思地说。看朱浩与饶大林神情有些暗淡,他又说,我来想办法,看能否就经费等问题得到学院的支持。
朱浩与饶大林以为蔡老师是在安慰他们,哪知两天后的下午,蔡国飙给他们打来电话说,学院支持他们的“火箭计划”。
11月25日,“北京航空航天大学学生探空火箭项目”在宇航学院领导的支持下正式立项。
没想到自己的一个想法会得到学校的如此重视。因而在立项之后,身为项目负责人的朱浩便开始物色起人选来。
火箭的设计与制造主要分为火箭动力设计、火箭航天探测控制设计以及火箭总体设计。于是,朱浩请了与自己同是飞行器动力设计专业、也是保送研究生的饶大林、张莘艾、王文龙等同学;又请了飞行器探测控制设计专业保送的研究生何小英、杨勇、薛松柏、周军华等同学;还请了飞行器总体设计专业的姚伟、王光远、唐万元、张晓天、张凌燕、何兆伟等几个同学一起组成该项目的研究设计小组。
设计火箭一般有这样的程序:火箭执行任务的确定、火箭的具体设计与制造;火箭的发射与升空;火箭的控制与观测;火箭的回收等。
之后,他们初步达成了两个方案:其一是生物火箭――在这个生物火箭中放一个有生命的动物,比如小白鼠等,在火箭发射升空与运行的过程中用摄像头观测小白鼠的生活与生存情况,并收集相关的科学数据;其二是探空火箭――用以模拟载人航天以及探测气象状况,在升空的过程中以及升空之后探测大气的相关参数。因为这两个方案的支持者各占一半,所以朱浩决定采用民主调研的方法来确定火箭的执行任务。
通过半个月的调研,他们发现,生物火箭所装生物的过载问题无法解决――小白鼠在超过5G,即5个重力加速度的情况下就会失明,而小白鼠一旦失明,它的很多正常活动都会受到影响。因而,要让小白鼠不失明的话,他们就得将生物火箭的升空速度所产生的地心引力降低到5G以下。而凭他们的能力,要将火箭的升空速度控制在5G以下非常难,同时这么短的时间也无法实现这种火箭的设计。所以,他们最终放弃了对生物火箭的设计,而改成设计用于大气参数测定的探空火箭。
当火箭的执行任务确定之后,给这三枚火箭取什么名字又让他们犯起难来,最后有人提议取名为“北航1号”,觉得这样可以体现北京航空航天大学学生的钻研精神,意义深刻,于是名字就这样确定了下来。
精心设计
有了火箭的执行任务和火箭的名字,他们便开始具体地分工了――入选的队员按照火箭的组成部分被划分到火箭总体、动力系统、点火控制系统、分离回收系统、数据采集系统和地面发射系统6个不同部分。之后,他们又将火箭的大小与重量进行了确定:火箭全长设定在2.5米左右,最大直径0.18米,箭体重量95千克左右,发射高度10000米左右,有效载荷质量10千克左右。
虽然他们14人中有12人是学校保送的研究生,可是设计火箭这样的高难度项目,其中的复杂性却无法预料。当他们开始了这项庄严而神圣的任务之后才发现,自己平常所学的跟航天飞行器有关的理论知识和实际操作原来有着相当的差距。
同时,项目刚刚启动,整个团队就陷入了困境:由于对各个环节估计不足,日程安排不合理,项目进展非常缓慢。
各环节不断地有问题出来,还好,都一 一解决了。当动力系统方案设计之后。他们拿着自己的单室双推力火箭发动机以及端面燃烧的固体发动机两种方案,满怀信心地找到航天科工集团六院向专家咨询时,总设计师程研究员对他们的设计方案给予了全盘否定,理由是他们的设计无法确保火箭在升空过程中的安全性。
被程研究员否决之后,他们顿时如泄了气的皮球,不知如何是好。此时程研究员又对他们的精神予以了肯定,同时,建议另一种设计方案――新型内控燃烧固体发动机,并为他们介绍了该方案的核心技术与设计方法。就这样,发动机组的电脑设计图在老师和专家们的指点下,先后修改了5次,最终定稿。
控制组在研究设计时也遇到了难题:因为他们在控制与监测方面所用的电子元件与集成块都是在常温、常压下使用的,虽然能正常工作,但这种设计如果运用到火箭中去,火箭在升空的过程中,温度与重力加速度都大大地改变了,所以,他们所设计的很多控制方案在地面上实验时尚能保证可靠性,可一旦置于火箭升空的环境中去做此实验之时,却发现可靠性一下子就改变了,因而他们为此颇伤脑筋。
去年5月,他们进行了第一次地面点火试验。当他们紧张地看着控制屏,希望火箭发动机能够正常点火时,却发现发动机喷管出了问题,结果导致发动机被烧毁。看到自己设计的产品出现这种结果,负责此项设计的张莘艾伤心地哭了。同学们大多是独生子女,从小到大成长得一帆风顺,所以当这个失败的实验结果无情地出现在他们眼前的时候,他们个个都像霜打的茄子一样蔫了。
在这关键时刻,还是老师们给了他们信心。他们在帮张莘艾仔细地分析了他的设计方案后,得出了一个让同学们重振旗鼓的结论:是喷管加工工艺没达到要求。
除了设计方面所出现的一个又一个难题折磨着他们,生活方面的难题也折磨着他们。
一鸣惊人
他们所设计的火箭大概要花300万元,可实际上却只花了几十万元。这是因为他们去联系制造火箭的单位时,那些单位的领导有感于他们是在校本科学生却有如此雄心壮志,都纷纷给予他们大力的支持,节约了大量费用。
去年10月底,队员们准备进行全箭试总装的前一天,火箭在试滑时,却发生了箭体上架后晃动的现象。如果不解决这个问题,这将直接影响到火箭的成功发射,因而这个问题是火箭研制以来所遇到的最大挫折。
面对可能功亏一篑的问题,队员们急得像热锅上的蚂蚁,这时,负责这一部分设计的张凌连夜拿出了两套新方案。第二天早上6时,他直奔位于北京大兴县的零件加工厂。8个小时后,他背着刚刚赶制出来的零件出现在北京火车站时,汗湿的手心里又攥着了晚上9时去往呼和浩特的车票。
11月1日8时,甘肃酒泉卫星发射中心。一枚2.53米长的白色火箭静卧在一座绿色火箭发射架上,直指长空,蓄势待发。
“3,2,1,点火!”随着一声令下,负责总体设计和控制的薛松柏从容地按下电子点火器按钮。也就在这一刻,全长2.53米,重95千克,有效载荷量10千克的探空火箭尾部瞬时喷出耀眼的火焰,箭体以迅雷不及掩耳之势从发射架上呼啸而出,在蓝色天幕上划出一道白烟,直刺万米高空。
当初在设计火箭之时,考虑到设计一枚火箭失败的风险比较大,他们便特地同时设计了三枚火箭,这样就能更大程度地保证此项目成功。因为假如发射第一枚火箭时没有成功,而又知道失败原因的情况下,可在第二枚或者第三枚上进行修正。
11时和12时,朱浩与同学们又根据当时的气象情况和首次发射状况进行紧急计算后调整了剩下两枚火箭的发射角度,成功实现了三箭连发的壮举。
“发射成功!”酒泉发射中心指挥人员宣布道。此刻,发射指挥大楼3层的观测平台上,指挥中心的工作人员与部队官兵、北京航空航天大学的领导和师生顿时欢呼一片,尤其是参与研制的朱浩、薛松柏等同学,更是激动地相互拥抱。
当凭着自己的努力造出的火箭成功地升空且圆满地完成任务之后,喜欢音乐的薛松柏连夜与同学们一起创作了一首名为《我是航天人》的歌曲:“你是航天人,我也是航天人,一条漫长的路,两颗赤诚的心,只有航天人,最了解航天人,脚下的路越长,心中的爱越深……”
虽然由14名在校本科学生所设计的三枚“北航1号”不是最新的,也不是最难的,而且三枚火箭中,有4个项目测试成功,由于选用民用电子元件未能保证工作状态的稳定性而使得一个项目测试失败,回收装置最后也没能打开。但是“北航1号”却是中国在校大学生亲手设计的,是14个本科生赋予了它生命!
1 南京航空航天大学电气工程专业产学研结合现状
南京航空航天大学电气工程专业为国家级特色本科专业、国防特色重点专业、江苏省品牌特色专业、江苏省“十二五”重点专业以电气工程领域为对象,注重计算机科学、控制理论和信息科学在电气工程各领域中的应用,具有广阔的发展前景,相关研究领域在国内具有重要影响力。该专业设有电力电子与电力传动、电机与电器、电力系统及其自动化三个方向。培养具有电气工程领域较宽广的专业基础知识和工程技术基础,具有较好的电气分析、电气设计、电气系统设计、电气系统运行、科学研究、技术开发和管理工作能力的适应国民经济建设特别是航空航天、国防工业和新能源产业发展的高素质的电气领域的高级工程技术人才。
作为南京航空航天大学这样一所重点大学,重点是培养研究型人才,进行知识创新活动,最终目标是为社会服务,高校通过产学研合作,不仅能够解决学校教育与社会脱节问题,缩小学校和社会对人才培养与需求之间的差距,增强学生在社会的竞争力,而且也能够促进科技发展。近年来,南京航空航天大学开展了较多广泛且有效的产学研合作与实践,尤其在电类领域的合作,效果较为显著。通过合作,实现了将技术攻关、成果转化、平台共建、人才培养、干部交流等全方位的合作,实现了互利共赢,助推了经济发展。以南京航空航天大学与无锡市开展风电领域政产学研合作为例,自合作以来,无锡市委书记杨卫泽率领无锡市党政代表团先后两次访问学校,并就政产学研合作事宜与学校的领导深入交流。而且,学校党委书记崔锐捷、校长朱荻等校领导也多次带领学校相关部门负责同志及部分专家走访无锡市惠山区,实地考察区域经济发展,探索合作模式,推动政产学研合作。②
2 电气专业产学研结合的思考及具体做法
电气专业是电气信息领域的一门学科,由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关,成为高新技术产业的重要组成部分,触角伸向各行各业,小到一个开关的设计,大到宇航飞机的研究,都有它的身影。这个专业的学生能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的工作,是“宽口径”、“复合型”高级工程技术人才。该领域对高水平人才的需求很大,正是由于社会大量的需求,不言而喻,电气专业培养学生的素质与质量,对该个专业领域,乃至我国国民经济领域的发展影响也是极其重要的。那么,培养出来的学生是否被社会所接纳,被企事业单位所需求,需要我们高校在培养学生时要制定合理的培养目标、培养模式,因此,产学研的结合,为高校的学生培养、学科发展提供了良好的契机。
2.1 产和研的结合
企业有较好的生产能力,但科技含量低,科学研究创新不够,如果要想在激烈的市场竞争中脱颖而出,甚至立于不败之地,需要把高校的知识资源和科技研究成果可以很好地转化,技术上进行创新。而作为高校,是服务发展的主体,是科学知识的生产者和提供者,对科学知识的传播、整合和流通起着重要的推动作用。高校在搞科研的目的也是为生产服务、为社会服务。产学研结合就是充分利用学校与企业、科研单位等多种不同教学环境和教学资源以及在人才培养方面的各自优势,建立良好的互动,把以课堂传授知识为主的学校教育模式与直接获取工程经验、实践能力为主的生产、科研实践有机结合,才能适时调整学生的培养模式,使学生获得良好的实习机会和实习场所,让高校培养出来的学生更容易走上社会,被企业所需求。电气工程专业就是一个实践性很强的专业,能够解决电气工程技术分析与控制等实际生产问题。
但是,在产学研合作中,高校在科研管理机制上存在一些问题,主要表现在:(1)科技成果转移渠道不畅。很多企业拿着大量资金寻找科技创新成果,而高校的科研成果又转移不出去,导致了高校、企业、科研院所等各方科技资源分散,浪费精力、物力和人力。(2)科研人员考核制度不利于成果转化。当前,高校普遍采用职称和职务等级发放科研津贴的,而职称职务的获得,主要是看权威性期刊的数量、申请的项目获得的奖励,专利情况等,对于科技成果能否实现产业化问题很少重视,致使高校老师很多科技项目申请后,过多地偏重于技术与理论,与社会需求脱节,大部分科研成果很多是只申请了专利,或者发表了论文的水平上,实际应用产出的效果不高。另一方面,当前部分教授评职称前,发论文,申报项目,有较多的研究成果,但职称评定后,科研动力不足,研究成果停滞不前,更多的是享受这个教授待遇,从而导致研究资源流失。(3)科技成果推广机制不完善,重视不够。高校由于学科建设发展需求、整体实力提升等众多因素影响,学校科技部和老师的关注点在于国家或省部级重大项目的申报上面,比如国家自然科学基金、国家级973、863等重大项目课题、各项科研成果奖励申报,而对真正获得的科技成果,如何将其转化投入不够,重视不足。
因此,在高度重视产学研合作的同时,更应该要结合学科、科研特色和优势,充分发挥科研管理制度对科技创新的激励、支持和引导作用,要进一步搭建平台,发 挥政府的作用,与政府、企业、科研院所及高校,产业四力强强联合,不断推动产学研协同创新的形成和发展,为科学技术的研究和创新做出贡献。
2.2 学和研的结合
随着电子、计算机、通信和信息等技术在电力行业的广泛应用和发展,给电气专业的学生带来了很好的发展机遇,这就需要高校培养出的电气专业学生,需要具备一定的科研能力,能够独立承担相应研究方向的科研课题。首先,让学生参与到老师的科研当中。从我校电气专业学生培养来看,学生实行“导师制”,对于优秀的学生,从大学开始就跟随导师做相应的课程设计,等到了研究生阶段,不仅能够很早,而且将课题研究有延续性,能更好地做出科研成果,培养科研能力。第二,让学生参与到各种科技创新比赛,老师进行指导,培养了学生的独立科研能力和科技创新能力。
产学研合作教育是培养具有创新精神和实践能力的高素质学生的重要途径。近年来,我校电气工程专业毕业设计课题,以及研究生课题,有80%的题目与产学研基地的实际和教师科研课题紧密结合,有部分学生直接参加教师承担的课题。通过多种渠道,不仅可以使学生更深入接触工程实际,增强实际工程意识,提高综合实践能力,在完成自己学业任务的同时,培养了科研创新能力和实践能力,
2.3 产和学的结合
人才培养是高校教育的发展之路。经济社会的发展对人才的需求是多种多样的,精英教育、大众化教育是高等教育的两个方向。精英教育培养拔尖人才,大众化高等教育培养各级各类专门人才,各具功能,不可替代。学校应根据不同的社会需求进行科学、准确的定位,确立自己的发展方向,形成有特色的人才培养模式、培养目标、培养方法和质量标准。③
电气专业的学生培养,需要保持和加强原有专业特色和优势,培养学生较强的工程实践能力,提高学生的就业竞争力。在实际操作中,学校应因材施教,引入各类培养机制,如结合产学研的合作平台,一是和企业联系,为学生提供相应的实习基地;另一种则是根据企业的需求,企业的科研方向,制定我们培养学生的目标、模式及课程体系。如开设专门的“卓越工程师”班,单独组织学生完成一门企业课程授课,一次企业参观实习,一次“工程技术讲座”。除此之外,每年暑假,我校的电气专业与陕西航空电气有限公司、陕西西航动力股份有限公司、河南许继集团、南京机电液压工程研究中心等多个校外产学研合作教育基地开展合作,这些企业每年为电气专业学生提供实习条件,提供合作科研项目。
3 总结
电气工程专业行业属于高精尖端行业领域,尖端人才的培养十分重要,它的社会需求较广,而培养这样的优秀人才,就需要高校制定适合社会需求的人才培养模式,通过产学研合作的模式,让学生、教师有良性发展,才能促进电气学科的发展,而外部则需要社会与企业的需求,产学研的结合便是达到这一目标的良好途径。
基金项目:南京航空航天大学基本科研业务费青年科技创新基金-高校科研管理中产学研协同创新机制研究(资助编号:NR2013029;项目负责人:李洁)成果之一
注释
关键词:航模 KT板 无线电 遥控
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)07(c)-0141-01
航模活动是一项多学科、综合性的科普活动,也是一项针对航空航天的科技创新实践和试验活动,涉及空气动力学、机械学、结构力学、动力机械技术、材料学等领域。通过航模运动,进一步挖掘、拓展和提高了学生及爱好者的设计制作能力和科技创新能力。本文着重介绍一款简易航模的制作以及模型飞机的飞行原理和飞机操纵的讲解。开展航空模型制作活动对于传播和普及飞机的飞行原理,培养和启发青少年运用所学知识勇于实践,培养动手能力和创造能力,激发青少年从小立志献身祖国航空事业以及对我国航空科普工作有很大的推动作用。
1 航模的总体设计
1.1 整体设计和图纸的绘制
飞机总体设计包括:概念性设计、初步设计和详细设计。[1]
概念设计的目的是对飞机的气动布局、性能、重量水平、电子原件和费用等方面进行初步和方向性的探讨;初步设计,是设计要求在概念设计的基础上,进行多种气动布局方案的对比和研究,以及机翼、机身、尾翼的形状、设计参数的确定;详细设计:包括所有部分材料,形状和对飞机推力、升力等飞机性能计算。最后利用计算机辅助设计软件进行绘图。初始设计尺寸为翼展75 cm,全长90 cm,空机重量为200 g,最大起飞重量为850 g。图1为设计制作图纸。[2]
1.2 材料的选择
下列为航模常用材料。
EPO发泡塑料:特殊聚合工艺生产的一种“共聚物”,组成和结构独特,由30%的聚乙烯和70%的聚苯乙烯组成。
EPS板:可发性聚苯乙烯板的简称。由可发性聚苯乙烯原料(经过预发、熟化、成型、烘干和切割等工艺制成。
KT板:一种由PS颗粒经过发泡生成板芯,经过表面覆膜压合而成的一种新型材料,板体挺括、轻盈、不易变质、易于加工。[3]
综上所述,对此次航模的制作最终的选材为KT板,原料易得,价格便宜且易加工。
1.3 电子元件的选配
电源:2200 mAh 25C 11.1 V锂电池[4],电调:40 A无刷电子调速器。
舵机:9 g舵机。
电机:X2212 kv2450无刷电机(配6×4桨)[4]。
2 航模的制作过程
下面是制作的步骤。
(1)进行裁剪,分类摆放;(2)将机舱两侧的夹板先安放,暂时不需固定;(3)先在一块机头固定块上加点热熔胶,再将另外它和另外一块粘合;(4)将粘合好的机头固定在机身上;(5)将机身中间的固定块粘合,固定在机身;(6)安放机舱的夹板,用热熔胶固定机舱两侧和机舱夹板;(7)将航模翻转,将两块驾驶舱板粘合;(8)将粘合的驾驶舱板固定于机身;(9)安装尾翼,将两尾翼对称固定,呈75°左右将电机安装在电机座上;(10)将电机安装在机身上将舵角安装在水平尾翼上,然后把夹头套上;(11)连接设备,安放在机舱内并安装螺旋桨。
3 航模的飞行试验
飞行时,航模的各个操纵面必须相互配合,才能让其在空中自由翱翔。由螺旋桨高速旋转产生推力,推动飞机向前运动;机翼产生升力,使飞机升起空中;机翼两侧的副翼使飞机产生滚转运动;尾翼保持了飞机在空中的稳定性和航向的平衡和稳定;俯仰状态由升降舵控制;方向舵用以修正飞机的航向。
航模飞行操纵中,转弯和俯仰是最基础的。操纵飞机转弯时,利用副翼将机飞行的高度、俯冲的角度和接地时的速度要精确操控,而且副翼向要转的方向滚转,然后将副翼操纵杆归中,使机翼不再倾斜。此时马上拉升降舵,直到飞机转向到合适位置,再将升降舵操纵杆回中,来停止转弯。然后向相反方向打副翼,使机翼恢复水平状态。最后,在机翼恢复水平状态的那一刹,将副翼归中。
航模操纵中,安全降落是最困难的。降落包括3个阶段:首先降低飞行高度,低空通场并向相反方向打副翼,使机翼保持水平状态。在机翼恢复水平左右时,操作一点升降舵,使航模轻微仰头,让起落架平稳地接触地面,安全着陆。[5]
4 航模在教学上的应用
(1)培养树立献身祖国航空事业的理想。兴趣和理想是激发人们努力学习、刻苦钻研、克服困难、搞好工作的巨大动力,也是航空工作者的必要条件。
(2)进行有关航空知识的教育。通过航模活动学生们可以学到飞行原理、空气动力学、材料与结构、航空发动机、无线电遥控、气象等有关航空知识。
(3)培养动手操作的能力。我国基础教育有重理论轻实践的倾向。学生的推理、演算能力较强,动手实验、操作能力较差。航空模型活动在一定程度上弥补了这种不足。
5 结语
本文介绍的这款航模,制作和用材简单,可操作性很高,空中飞行机动性较好。我国的航模制造技术与国外仍有较大差距,航模活动较少普及。通过航模设计和制作的过程,能够提高动手实践能力、培养创新思维,对飞机的飞行原理以及飞行操纵有深入的学习与认识。
参考文献
[1] 顾诵芬.飞机总体设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[2] 唐璇,赵中建.景观设计中航空模型的应用研究[J].科技传播,2013(1):119-121.
[3] Youngdream.逛逛模型展之航模菜鸟器材选购指南[J].航空世界,2013(5):26-27.
航空馆和航空梦
记得幼儿园中班时,爸爸带我参观了阎良区的航空馆。在那里,我第一次看到真飞机,从此便有了一个航空梦。
那时的我只会写“飞机”两个字。为了了解更多有关飞机的知识,我天天在iPad的搜索栏里画出“飞机”两个字,并兴奋地阅读搜索结果。时间一长,我知道了各种飞机的厂家、型号、外观和性能,尤其爱看与发动机有关的知识。到幼儿园毕业时,还练就了一个本领,仅凭空中一闪而过的飞机尾翼和闪灯,就能说出它的型号、所属航空公司等信息。其实,我心中还有一个更大的梦想――长大后去美国通用原子能公司工作,学成后报效祖国。
爱上航空模型
小学一年级时,我常看到高年级的哥哥姐姐们在课间飞“小飞机”,既好奇又羡慕。一听说航模社团招新,我便迫不及待地跑去找负责老师,表达了自己对航空的热爱。很幸运,我成为全校唯一个才二年级就被航模社录取的学生。
2014年,我参加了西安市航模海模比赛,并获得海模直航项目个人第六。第一次在模型赛事上获奖,增强了我继续训练的信心。三年级暑假,我参加了陕西省航空学会组织的“筑梦航空”研学活动,被评为“表现突出学员”。作为优秀学员代表,我还与西工大的教授和学生一道,给全市小学生做了一次“零距离面对面航模进课堂”网络直播讲座。这次讲座让我眼界大开,越发喜爱航模。
四年级,我入选西安市铁一中航模队,正式开始专业项目训练。铁一中航模队里高手云集,教练赵永东和蔼可亲。接下来的暑假,我离开家人,与队友一起到蒲城集训,专攻双机空战和纸飞机竞速。不久,又转场到全国青少年航空航天模型锦标赛的赛场――宁夏红寺堡。
红寺堡的风特别大,一刮起来让人睁不开眼睛。在这样的环境中操纵模型飞机,绝非易事。但也只有这样,才能练就一身好本领。比赛中我奋勇争先,最终获得了双机空战项目团体第四、个人第17的成绩。其中的酸甜苦辣,都是我人生的宝贵财富。
航模经历助我夺冠
我在三年级时还加入了学校的机器人社团,并随队参加了2015年Roborave国际机器人大赛亚洲公开赛。虽然只拿到了三等奖,但我在参与过程中积累了很多经验。临别时,我告诉组委会主席Russ:“一定会再回到这个赛场!”
2017年2月,我信守诺言,重新来到Roborave赛场,并选择了最具挑战性的项目――灭火挑战赛。规则规定机器人必须在限定时间内消灭4个火源,比赛次数不限,取最好成绩的一轮。
比赛第一天上午,我没有让机器人尝试灭火作业,而是一边熟悉场地,一边观察对手机器人的灭火策略。爸爸以为我怯场,在一旁为我担心。我告诉自己:知己知彼,方可百战不殆。
到了下午,我信心满满地操纵机器人开始灭火。不料前两轮不仅没能完成灭火任务,还在退回巡线时转错了方向。我试着调整程序,把灭火时间延长了两分钟,并在退回转弯阶段加了前进延时。第三轮比赛时,机器人灭了1个火源,但没发现另外3个火源。我再次调整程序,第四轮机器人已经能灭3个火源了。而微调程序后,我的机器人终于成功灭了4个火源,拿到1 084分。此时赛场最高分是1 099分。既然灭火已经没问-题了,能够努力的方向是减少比赛时间。我果断地去掉了程序中的几个无效延时,机器人的动作顿时利索了很多,并获得了全场最高的1102分,一举夺得冠军。
[关键词] 郑州航空港经济综合试验区;智力要素;人才政策
[中图分类号] F127 [文献标识码] A 文章编号:1671-0037(2015)06-36-3
Innovative Talents Development Mechanism in Zhengzhou Airport Economic comprehensive experimental zone
Zhao Zhiquan
( School of Economics and Management, Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou Henan 450007)
Abstract:The economic comprehensive test area of Zhengzhou airport is the first national airport economic development pilot area in China .The industrial structure and its development stage directly determine the scale, structure and quality of the talent demand. The economic comprehensive test area of Zhengzhou airport is faced with the problems, including the shortage of talents, unreasonable structure of the talent, insufficient professional personnel training of local universities,the introduction policies of talent needing improvement, talent management policy needing to be optimized, etc. The large market space and talent shortage make airport talent development become the key to solve the problems. For the development and allocation of human resources, we must fully implement the government policy of Henan Provincial ,and must carry out institutional innovation.
Keywords:the economic comprehensive test area of Zhengzhou airport; intellectual factor; talent policy
2013年3月7日,国务院正式批复《郑州航空港经济综合实验区发展规划(2013-2025年)》。郑州航空港经济综合实验区成为全国首个国家级的航空港经济发展先行区。根据国务院批复,郑州航空港经济综合实验区被定位为国际航空物流中心、内陆地区对外开放重要门户、现代航空都市、中原经济区核心增长极。为落实国务院批复,河南省人民政府办公厅先后下发《关于郑州航空港经济综合实验区与省直部门建立直通车制度的实施意见》(豫政办〔2013〕92号)、《关于支持郑州航空港经济综合实验区发展的意见》(豫政办〔2013〕93号)等文件。然而,国内航空经济区普遍面临着人才供给不足的难题。发展郑州航空港经济综合实验区,应充分发挥“有形之手”(政府调控)和“无形之手”(市场调节)对智力要素的调节作用,创新人力资源开发、评价和配置机制。
1 郑州航空港经济综合试验区人才供求
1.1 影响需求的主要因素
1.1.1 产业布局对人才需求起着决定性作用
产业结构及其发展阶段直接决定着人才需求的规模、结构和质量。根据国务院《郑州航空港经济综合实验区发展规划(2013-2025年)》,郑州航空港经济综合试验区主导产业主要包括:航空物流、高端制造业、现代服务业。
1.1.2 发展阶段对人才需求产生重要影响
根据临空经济发展阶段理论[1],郑州航空港经济综合试验区处于起步阶段。该阶段,主要任务是机场规划与建设、交通规划与建设、产业规划与产业要素的初步集聚。处于起步期的航空经济区,强调航空经济行政管理人才、航空空间规划人才、产业规划人才、航空经济研究人才的获取与使用。
1.2 影响供给的主要因素
航空经济以航空价值链为依托,人才供给范围尽管拓展至全球,但首先依赖于其所在的区域。影响郑州航空港经济综合试验区人才供给的主要因素包括:区域人才供给总量、区域人才供给结构、区域人才供给政策、港区-主城区空间关系。河南省庞大的人口基数和接受高等教育人数成为郑州航空港经济综合试验区人才供给的蓄水池。
1.2.1 航空港经济综合试验区人才需求分析
根据河南省《郑州航空港经济综合实验区概念性总体规划(总体规划深度2013-2040年)》,到2020年,郑州航空港区人口规模将达到90万,2030年达到190万人,2040年达到260万人。
根据郑州航空港经济综合试验区主导产业,郑州航空港经济综合试验区的人才需求主要包括:一是航空类人才,即直接服务于航空业的人才。例如,飞机驾驶、飞机维修、航空器材制造维修、空中乘务服务、地勤服务人才;二是航空偏好型产业类人才,主要涉及包括智能手机制造、生物医药、精密机械等产业;三是航空服务业类人才,主要涉及航空专业会展、电子商务、航空金融、国际贸易等;四是航空规划与管理类人才,包括航空经济行政规划、航空经济空间规划、航空产业规划、航空经济研究、国际公司高管、高端商务人才等。五是航空类创新创业人才,即在航空航材制造、智能终端、精密机械、生物医药、信息服务等领域、供应链管理等领域的创新团队和领军人物。
1.2.2 郑州航空港经济综合试验区人才供给分析
郑州航空港经济综合试验区人才供给主要依赖于河南省和郑州市,其供给渠道主要包括:一是企业面向全国招工。目前,郑州航空港经济综合试验区已经开建航空物流、电子商务、会展商贸、精密仪器、智能终端、生物医药等8大产业园。入园企业面向全国招工、面向全球选才。二是本土高校培养。郑州大学、河南大学、郑州航空管理学院、中原工学院等高校都开设航空类相关专业。三是政府招聘。
2 郑州航空港经济综合试验区面临的人才难题
2.1 人才供给矛盾突出
国内航空经济区伴随着航空运输业和政府管制政策放松快速发。然而,国内航空人才数量、质量与结构却远不能满足需求。据预测,未来五至十年,中国通用航空人才需求将达百万[2]。郑州航空港经济综合试验区将面对其他航空经济区的直接竞争。
2.2 人才结构不合理
河南省富足的人口资源为郑州航空港经济综合试验区发展提供了劳动力保障。然而,郑州发展航空经济的人才结构并不合理,主要表现为:“一多三少”。这里的“一多”是指普通劳动力多;这里的“三少”是指航空类专业人才少、高水平领军人才和创新创业团队少、高技能劳动力少。
2.3 本土高校专业人才培养能力不足
国内知名的航空航天类高校主要分布于京津经济区域和东部沿海。省内专业类高校主要包括郑州航空工业管理学院、安阳航空运动学校。与国内知名高校相比,办学层次低,学科专业少,国家级重点学科缺乏,整体办学水平较低,无法满足航空航天专业人才需求。
2.4 人才引进政策有待改善
郑州空港区有关部门已经草拟出台系列等人才工作指导性文件,但航空港区在人才引进政策仍存在体系不健全、政策吸引力不强等方面问题仍比较突出,在人才竞争中并不具有显著优势。
2.5 人才管理政策有待优化
郑州航空港经济综合试验区在地理空间上包括:郑州航空港区、综合保税区和周边产业园,规划范围涉及中牟、新郑、尉氏3县(市)部分区域。郑州航空港区管理委员会为河南省人民政府的派出机构,委托郑州市管理,规格正厅级,但其具体人事管理业务有赖其与郑州市区、中牟、新郑、尉氏相关机构的对接与合作。由于前者与后者存在工作距离,时间节拍不一致,影响了各项政策的执行效率和执行效果。
3 完善郑州航空港经济综合试验区人才支撑政策建议
巨大的市场空间和人才缺口使航空人才开发成为解决问题的关键,开发配置航空人力资源开发,必须充分发挥“有形之手”和“无形之手”的作用。一方面,落实河南省人民政府《关于郑州航空港经济综合实验区与省直部门建立直通车制度的实施意见》《关于支持郑州航空港经济综合实验区发展的意见》等文件,另一方面,必须进行体制机制创新。
3.1 依托高等院校加快培养航空运输专业人才
3.1.1 在郑州航空港经济综合试验区开办航空类大学
郑州航空经济区所在地政府因应主动规划,整合国内外优质教学资源,在本区域内独立或联合创办航空类本科高等院校,培养发展航空经济所急需的工程师、研发、运营、项目管理等高端专业人才或独立创办航空类高职高专院校,培养机场管理、飞机销售、空乘服务、航空培训、航空俱乐部、地面维修等实用性技术人才。
3.1.2 引导省内高校围绕航空偏好型产业进行专业调整
河南省教育厅应围绕郑州航空港经济综合试验区主导产业,借助国家本科院校转型政策契机,促使省内高校调整学科专业结构。一是支持省内重点高校,依托航空产业重大科研项目和重大建设项目,培养航空产业科技创新领军人才、创新创业人才和创新团队;二是支持本地高校开展航空航天类培训项目,成立航空经济研究中心,培养航空经济党政管理干部或航空经济研究人员;三是支持本地高等院校围绕航空偏好型产业,调整学科专业,强化应用型职业型教育,培训直接服务于航空产业技能型实用型人才;四是鼓励省内高校通过在职MBA、继续教育、网络教育、项目培训等措施,为港区企业培养管理人才和其他专业技术人才。
3.1.3 加强与国内航空院校合作
郑州航空港经济综合试验区应主动出击,与北京航空航天大学、中国民航大学、南京航空航天大学等国内知名航空院校建立定期交流机制,宣传推介郑州港区,鼓励各航空院校与港区企业联合申报博士后科研工作站、创新团队,鼓励各航空院校在郑州港区设立实验室和工程中心、鼓励各航空院校为郑州企业实行订单制人才培养、构建产学研联盟。
3.2 创新航空人力资源配置机制
航空人力资源配置机制应尊重供求、价格、竞争机制。这要求政府承认航空人力资源稀缺的现实,尊重航空人力资源的异质性和独特性,完善人才市场服务体系,破除人力资源流动的体制,改革人才评价机制,支持航空类知识、技术、管理、技能等生产要素参与分配,吸引各种智力要素向港区内流动[3]。
3.2.1 提高郑州港区高层次人才承载力
郑州港区应加快基础设施、教育医疗服务配套建设,加快总部基地、研发中心建设,争取欧美国家在郑州港区开设领事馆,鼓励外籍人才及其随迁外籍配偶和未满18周岁未婚子女申请在豫定居,满足高端人士,特别是外向型管理人才、总部基地人才、外贸商务人才的对高品质生活和便利工作条件的诉求。
3.2.2 完善航空类及相关专业人才服务体系
根据需求,在郑州航空港经济综合试验区内设立专业类人才交流中心、专业技能培训机构、岗位技能鉴定机构。鼓励猎头公司、咨询公司、会计师事务所、律师事务所、资产评估机构等市场中介机构入驻港区,为人才引进搭建桥梁,为入驻人才创新创业活动提供专业化、市场化服务。
3.2.3 推出部分中高层管理岗位,施以特殊政策
面向社会公开招聘国内优秀人才、海外留学人才、外国高级人才,扩大公务员选拔任用的视野。针对不同层次、不同类型、不同需求程度的人才制定不同引进政策。例如,借鉴河南省组织部、各地方组织部的做法,公开选拔教授级专家,赋予其副厅级待遇;公开选拔优秀博士(后),赋予其副处级待遇;公开选拔优秀硕士,赋予其副科级待遇。
3.2.4 超常规引进领军人才和创新创业团队
根据港区发展需要,超常规引进行业(专业)领军人才和创新创业团队。例如,对于世界著名跨国公司、金融机构、国际组织担任高级职务的管理精英,可以比照省属国企高管赋予其政治待遇或经济待遇;对于国际知名学者,参照“中原学者”或省特聘教授赋予其经济待遇,甚至更高。对于港区创新创业团队,实施普惠性政策,优先立项建设省级研发中心,优先支持其申报科技创新项目、各类人才项目,以财政补贴方式鼓励其知识产权申报及其产业化。
3.3 完善人才管理政策
郑州航空港经济综合试验区人才政策的落地实施依赖于其与郑州市区、中牟、新郑、尉氏相关机构的合作与对接,为实现区域公平,提高工作效能,建议在社会保障、子女教育、医疗卫生服务、户籍办理、住房保障等具体民生问题上,港区务工人员执行郑州市区政策。
参考文献:
[1] 白杨敏,曹允春,王婷.我国临空经济产业结构调整模式研究[J].学术交流,2013(11).
目前,“新地平线”号探测器已经完成了近距离飞掠冥王星的任务,正向着成为第五个离开太阳系的人造航天器的漫长旅程前行。同时它还载着许多有趣的人工制品:1枚佛罗里达州纪念币,1面美国国旗,还有1930年发现冥王星的克莱德・汤博的1盎司骨灰。然而,有一样东西“新地平线”号并没有携带,那就是人类给外星人的信息。乔恩・隆伯格认为这是一大遗憾。作为“一个地球”(OEM)项目的总监,他希望能够做些改变。
太空艺术家乔恩・隆伯格是卡尔・萨根的合作者,他们已合作25年。他是负责“深层时间信息”项目的为数不多的世界级专家之一,这一项目旨在探索遥远时空以外的文明。1977年,作为设计总监,隆伯格和萨根一起设计了“旅行者”号携带的金唱片。这是一张记录影像、图片、自然声音和人类演讲的唱片,是对人类生活和地球肖像的生动描述。金唱片也成为科学浪漫本质的标志和一项罕见的人类事业,时刻提醒我们在浩瀚的宇宙里人类是多么渺小,与此同时,也证明了人类无尽的想象力。所以,2006年“新地平线”号没有携带此类信息就发射升空的时候,隆伯格感到特别惊讶和失望。他说:“我期待他们能够更新金唱片里面的资料,但他们甚至没有放置任何信息。”
隆伯格发起了OEM项目,旨在创造“发往星际的人类自画像”,即“金唱片2”号,编写数字化信息上传至“新地平线”号。
OEM项目要做的并不是简单的复制。当初,一个小团队创造了“旅行者”号的金唱片,用隆伯格的话说就是,对整个星球来说“有几分放肆”。OEM项目则是众包,只要连接网络,任何人都可以上传照片或者对他人提交的作品进行投票。
OEM项目还将成立一个咨询委员会,通过选择类别指导进程,包括动植物和人类生活,并对存在的问题提交解决方案,确保提交的内容真实反映地球上生命的多样性。
在“金唱片2”号中,政治和仇恨的消息将被过滤掉,但是负面消息不会被过滤。金唱片曾被批评为“一个有缺陷的阳光形象”。“金唱片是经过消毒的,”隆伯格说,“展现的是地球上的美好生活。”相比之下,咨询委员会近乎一致地同意,在“金唱片2”号中允许上传有关疾病、战争、饥饿和死亡的图像,认为金唱片排除负面消息是不诚实的。
然后是技术上的差异。金唱片是“旅行者”号携带的人工制品。OEM项目是一个软件,由“新地平线”号发出的无线电信号,只是茫茫电脑数据中的一小部分。金唱片不需要高科技来解释隆伯格小时候用铅笔顶着密纹唱片转着玩耍、用别针勾画音槽逗趣的记忆场景,然而电脑则需要专业的知识和设备。(当隆伯格提出OEM 项目的时候,“新地平线”号已经执行了7年的任务。)
上传这样一个密集的信息包给飞掠冥王星的太空探测器,需要花费几个月时间,甚至数年。“新地平线”号获得的冥王星的数据和图像,传回地球就需要26个月。
不过,“新地平线”号的主要研究人员艾伦・斯特恩说,OEM项目在技术上看来是可行的,并为其提供了支持。隆伯格和他的顾问团队,包括科学家、工程师和天文艺术家,超过1万人联名签署了一份申请,向美国航空航天局请求上传星际信息。美国航空航天局同意了该申请,但拒绝供资金支持。于是,OEM项目在Fiat Physica平台上进行了众筹。
Fiat Physica是一个为科学相关活动筹集资金的新型平台,OEM项目在该平台上计划筹集50万美元的初始资金,用来建立提交信息的网站和开发不同于jpeg解压压缩文件的方式。
隆伯格希望美国航空航天局能够促进OEM项目的实施。太空旅行就像奥运会一样,能够激励各种文化精神;提醒人们在同一个地球上,有着共同的命运。说到飞掠冥王星,隆伯格说道:“在过去的几个月里有什么事情让你觉得很美好? 就像是看到运动员按照完美的日程训练,人们正在尽全力完成一项非常困难的事业。” 乔恩・隆伯格与“旅行者”号携带的金唱片 “新地平线”号携带的佛罗里达纪念币 “新地平线”号携带的克莱德・汤博的1 盎司骨灰
延伸阅读
冥王星拥有多少卫星?
到目前为止,已发现了五颗冥王星的卫星,但有人认为可能还有更多。随着“新地平线”号逐渐靠近并最终飞掠,它也许可以分辨出其他较小的卫星。
冥王星表面上有什么?
科学家对冥王星的表面知道得不多,认为它可能由岩石和冰组成,但究竟是什么仍是个谜。冥王星的表面有对比鲜明的明亮和深色区域,形成这些地貌的原因也让人非常感兴趣。
冥王星从何而来?
冥王星很特殊。太阳系中其他的行星都大致位于一个平面内,而冥王星的椭圆轨道却和该平面之间存在一个夹角。冥王星的轨道是如何形成的?它是不是来自更为遥远的地方?这些可能是连“新地平线”号也未必能回答的问题。
冥王星看上去是什么样的?
令人惊讶的是,对太阳系中如此之大的冥王星,我们所知很少,甚至连它看上去到底是什么样子也不清楚。迄今最好的猜测是,它看上去就像海王星的卫星海卫一。不过,“新地平线”号拍摄的图像可能彻底改变这一点。
关键词:编译技术;编译原理;课程定位;课程内容组织
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
“编译原理/技术”是计算机专业的一门经典课程。由于该课程包含了词法分析、语法分析方法中与形式语言及自动机相关的让人颇感晦涩的原理,以及在代码生成和代码优化部分与计算机系统结构有关的庞杂繁琐的实现技术,让许多非计算机相关专业的学生望而却步,几乎成为计算机专业“科班出身”的一种标志。与此同时,难教难学也是这门课的一个特点。如何让那些看似晦涩的原理和庞杂的实现技术对学生来说更容易理解和掌握呢?笔者认为,教学内容的组织和课程安排模式是非常重要的因素。同样的知识点,因不同的组织方式而变得逻辑性更强,更容易理解和掌握。本文结合北京航空航天大学编译课程的建设,探讨以编译过程为主导带动课程知识点的课程组织模式。
2课程定位
编译课程在不同学校教学计划中的教学定位可能不同。北京航空航天大学(简称北航)是一所具有航空航天特色和工程技术优势的多科性、开放式、研究型大学。北航计算机学院将编译课程设置为一门核心专业必修课,并命名为“编译技术”(而非“编译原理”),意在秉承工程院校强调工程技术的特点,强调编译系统的构造及其相关技术。本课程安排在大三上学期,先修课要求:一门高级程序设计语言、“数据结构和算法”以及“计算机原理和汇编语言”等课程。同时本课程安排在“操作系统”之前,是学生接触到的第一个讲述完整的软件系统的课程。本课程理论和实践并重,要求学生掌握编译的基本理论、常用的编译技术,了解编译过程及编译系统的构造(结构和机理);能运用所学技术解决实际问题,能独立编写一个小型编译系统。
曾经一度,有人认为学生毕业后很少做编译器了,因此不必再开设编译课了。Alfred V. Aho在其著名的《编译原理》(龙书)中提到:编译器设计的原理和技术还可以用于编译器设计之外的众多领域,这些原理和技术通常会在一个计算机科学家的职业生涯中多次被用到。因此,编译课程在本科教学体系中应该承载超越“编译系统构造”的使命。笔者认为,“编译技术”课程作为一个载体,在培养学生专业素质方面起到了非常重要的作用,主要体现在:(1)让学生理解高级程序设计语言的工作原理和相关概念;(2)通过编译程序的构造和相关算法,让学生掌握软件领域重要的程序(模型)等价转换技术、程序(模型)优化技术;(3)通过编译系统的介绍,让学生了解软件系统的概念和软件系统设计的方法;(4)通过学习词法分析程序、语法分析程序的自动生成技术,让学生对程序的自动生成技术有所了解。
基于这样的理解,北航编译课程的培养定位为:基础和前沿相结合、理论和实践相结合。要求学生既要掌握编译的经典基础理论和算法,对编译系统有完整的理解,又要求学生具备简单编译系统的构造能力。
同时通过“编译课程设计”实践课程,让学生:(1)掌握编译程序构造的主要技术和算法,理解编译过程;(2)体验一个比较完整的软件系统的设计、开发、测试过程,建立系统设计观念;(3)结合软件工程课程,完成规范化文档;(4)在本科培养体系中,进一步提高数据结构的综合应用能力和程序设计能力。
3课程的组织
基于以上的定位,笔者认为“编译技术”课程的组织应强调过程完整性、系统性和实践性。
(1) 过程完整性:编译过程是一个翻译的过程,编译技术的实质是介绍程序/模型从一种语言表达形式到另一种语言表达形式的等价转化方法,所以在课程内容的安排中应该保证编译过程的完整性,至少是一个完整的翻译过程。
(2) 系统性:编译器是一个完整的软件系统,也是学生接触到的第一个系统(之前学生接触到的主要是针对语言、数据结构和算法的程序设计练习)。应该让学生理解一个完整的系统是如何构成的,各部分应如何组织和协调。
(3) 实践性:理论应该和实践相结合,无论是研究性大学、非研究性大学,都应该注重实践和学生动手能力的培养,尤其是对计算机专业的学生,实际动手能力关乎谋生大计,更不能小视。北航计算机学院为了突出实践环节的重要性,将实践环节部分设置为一门课程,单独计算学分。我校该课程的组织如下:
(1) 教学内容组织(理论课部分)
编译课程中晦涩的原理和庞杂的算法总有些让人望而生畏,它们都是必需的吗?它们之间是什么关系?学生理解吗?教师清楚吗?因此,让复杂的内容简化,让课程更简单易懂,成为本课程改革的一个重要指导思想。在十多年的教学过程中,笔者发现编译过程是一根主线,所有的知识点都是为其服务的,为此提出了以编译过程带动课程知识点的课程组织方式。
通常,编译过程可划分为5个基本阶段:词法分析、语法分析、语义分析及生成中间代码、代码优化、生成目标程序,如图1所示。经过词法分析、语法分析、语义分析及代码生成这3个阶段,就能完成将程序从一种形式转化为另一种形式,这就体现了一个完整的翻译过程。因此,最基本的要求是保证这3个阶段的内容完整。
要保证这3个阶段的内容完整,并不意味着要介绍这3个阶段的所有内容。其实,仅仅完成一个翻译过程所涉及的内容并不多、也不难。词法分析部分只需要让学生理解词法分析的功能,能基于状态图(状态图以一种直观的形式描述单词符号的拼写规则)构造出相应的词法分析程序。而在语法分析部分,可以只介绍最简单的且便于手工编程实现的递归子程序法。在确定了每种语法成分后,结合该语法成分的语义,可以及时完成语言的翻译,这就是语法制导翻译方法。每种语法成分加上其语义的属性,便构成了属性翻译文法。按照语法制导翻译方法,对各种语法成分进行语义分析并生成另一种形式的代码,这就完成了程序从一种语言形式到另一种语言形式的翻译过程。这个过程主要涉及到词法分析、语法分析和语法制导翻译技术、语义分析和代码生成、源程序的中间形式等内容。当然,作为基础,学生应该首先了解文法和语言的概念和表示等基础知识,如图1中A框所示。
要真正实现上述语言的编译过程,还需要了解符号表管理技术、错误处理技术,考虑到程序运行时需要解决的问题,还需要了解运行时的存储组织及管理方式。这部分内容构成了基本翻译过程之上第二个层次的知识点,如图1中B框所示。
要生成高质量的目标代码,还应该了解代码优化和目标代码生成有关的技术和方法。这可归于第三个层次,如图1中C框所示。
学生掌握了上述知识点,便为实现一个带有代码生成和优化的编译器打下了基础,可以不用了解在教学过程中被认为难讲难学的词法分析和语法分析的其他理论部分。这些让人觉得晦涩的部分,究竟有什么作用呢?它们与编译过程的前述知识点有什么关系呢?经过多年的教学,笔者发现,学生觉得这部分知识难学,并不是真正学不懂,他们更多的是不理解为什么要学,不能很好地建立这之间的逻辑关系。首先,我们来看看占据词法分析2/3的内容,是介绍词法分析器的自动生成技术,而自动机理论是其自动生成的理论基础。再看看语法分析部分,是学生认为最难学的部分,往往也是各个学校考查学生的重点内容。可是,大部分学生并不完全明白为什么要学习这些内容,没有认识到(或者教师没有讲解)每种方法的局限性,没有理解各种方法从简到难,同时其处理语言的范围也从小到大(见图2),没有理解这里还有相当的篇幅在介绍语法分析器的自动生成技术。正是由于介绍了语法分析器的自动生成技术,导致这部分内容涉及了相当多的理论原理和算法。对此,笔者建议不同学校可以根据教学要求适当选择这部分内容开展教学(见图1(C))。
上述知识点的组织方式可以用图1来表示。围绕编译过程,将编译技术的知识点分为三个层次,黄色A框表示实现一个语言翻译过程所需的最基本的知识点,建议各个学校都讲。进一步如果需要翻译生成的程序能在虚拟机上运行,翻译过程能够进行简单的语义检查和错误处理,还需要增加符号表管理、错误处理和运行时存储组织管理等方面的知识,这些内容不属于编译过程的某个具体阶段,如绿色B框所示。其他有关词法分析和语法分析自动生成的原理、代码优化和代码生成的知识点,可以作为第三个层次的内容,如紫色C框所示。不同的高校可以根据培养定位选择相应内容讲授。重要的是,所有内容应该围绕一个完整的编译过程,至少是一个完整的翻译过程来进行,而不应该仅限于词法分析和语法分析方法的介绍。
(2) 实践环节要求
笔者认为,在“编译技术”的实践环节,应让学生自己动手实现一个完整的编译程序,从源代码翻译为目标代码,并且要让目标代码能够运行(至少能运行在虚拟机上)。这样不仅让学生体会完整的编译过程,同时也让学生实现一个完整的编译系统。为此,北航计算机学院的“编译技术”实践环节设计了三个层次的题目,分别对应了不同的难度和分数,力求让不同程度的学生都实现一个完整的编译器,各难度的题目要求如表1所示。
从表1中可以看出,难度等级低的题目在文法要求上不高,与教材[3]中的PL/0文法类似,学生只要读懂了教材中经典的示例编译器,就应该能够实现。由于有示例编译器为参考,降低了难度,但同时也为考查学生是否独立完成增加了难度。为此,笔者设计了一套质量管理体系,从题目设置、题目分配和考核方案等方面综合考虑,加强过程管理,保证作业质量。比如,每个难度的文法都有若干个,每个文法定义的语言在形式上都有差别,学生必须按照自己所获得的文法编写编译器,才能通过测试程序的测试;借助于教学平台,每个难度的若干个文法随机分配给学生等,参见精品课程网站。
4总结
为了让“编译技术”课的内容更好地被学生掌握,为了更好地实现编译课程的教学使命,本文提出了以编译过程为主导带动课程知识点的课程组织模式,从另一个角度理清了那些看似晦涩的理论部分和编译过程的关系,而以编译过程为主导划分的三个层次知识点,也有利于各种不同定位的高校安排教学内容。笔者认为,无论哪类学校,只要是工科院校,都应该强调实践,都应该保证编译过程的完整性,让学生用最简单的方式至少完成一个完整的翻译过程。在此基础上,根据各个学校的定位适当增加词法分析和语法分析的自动生成技术,以及编译优化技术。
笔者在教学实践中发现,学生在自己编程实现了一个小型编译程序之后,通常会感慨理论课上觉得已经学会的东西,在实践之后才发现真正理解和掌握了。北航计算机学院的“编译技术”实践部分,由于有寄存器分配、生成汇编码等要求,需要学生运用C语言、数据结构、计算机原理和汇编等知识,被学生誉为“综合性的大作业”。尽管难度大,但是学生觉得收获颇丰,这正是笔者不断思考、尝试新的教学方法的无穷动力。
参考文献:
[1]Alfred V. Aho, Monica S. Lam,Ravi Sethi,et al. 编译原理[M]. 赵建华,郑滔,戴新宇,译. 北京:机械工业出版社,2009.
[2]Andrew W. Appel, Maia Ginsburg. Modern Compiler Implementation in C[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1998.