前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的航空航天专业的认识主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
关键词 课程教学改革;航空航天类专业;自动控制原理
中图分类号 G642.0
文献标识码 A
文章编号 1005-4634(2012)05-0048-05
0 引言
《自动控制原理》是航空航天类本科专业一门重要的专业基础课。以笔者所在的北京理工大学为例,航空宇航科学与技术一级学科下属的飞行器设计与工程、航天运输与控制、飞行器动力工程、武器系统与发射工程、探测制导与控制技术等专业的本科生,均在大三第一学期必修《自动控制原理》经典控制理论部分,包括54个理论课时和10个实验课时,其任务是通过对自动控制理论知识的学习,培养学生对控制系统的分析设计能力、工程实践能力和创新能力。同时,《自动控制原理》还是学习测试技术、飞行器制导与控制技术、飞行器总体设计、航天器测控原理等诸多专业课程的先修课,在航空航天类专业的本科生培养计划中占据着非常重要的地位。
《自动控制原理》的授课模式一般有两种:一是将经典控制理论部分和现代控制理论部分分开讲述,先讲授经典控制后讲授现代控制,目前国内大部分高等院校均是采用的这种授课模式;二是将经典控制和现代控制融合讲授,这种授课模式有助于培养学生从系统角度、全局高度来思考问题的能力,更利于掌握控制理论的实质。由于授课模式的沿袭性及单学期课时数的限制,北京理工大学航空航天类专业的《自动控制原理》采用了前一种授课模式。授课教师采用A、B角的方式,教师队伍中有授课近20年的教师,还有刚刚博士毕业踏上工作岗位的年轻教师,更难能可贵的是,所有授课教师均有出国留学或访问的经历,兼通中西教学模式之长,融蓬勃朝气与丰富经验于一体。
本文主要是以《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》(教高[2012]4号)中“坚持内涵式发展”、“促进高校办出特色”、“创新人才培养模式”、“提升国际交流与合作水平”等内容为指导,结合北京理工大学的学校定位和办学特色,以笔者在《自动控制原理》经典控制理论部分本科教学过程中的思考和认识为基础,对北京理工大学航空航天类专业在《自动控制原理》本科教学改革中的若干有效措施进行总结和探讨。
1 授课内容及学习过程中存在的问题
1.1《自动控制原理》的授课内容
笔者主要讲授《自动控制原理》中的经典控制理论部分,授课内容分为八章,分别是:自动控制系统导论、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的时域分析、根轨迹法、频率法分析、控制系统校正、非线性系统和线性离散系统。其中,前六章和第八章是重点讲授内容,第七章是一般讲授内容。就总的讲授内容来说,有理论性强、新概念多、系统性强、与工程尤其是航空航天工程联系紧密的特点,如已列装或在研的大部分导弹飞行器,其自动驾驶仪的设计仍主要是在经典控制理论的框架下完成的。学习过程是先了解控制系统的组成尤其是强调“反馈”的概念,再根据实际的控制系统建立数学模型,然后通过时域法、根轨迹法、频率法等分析系统性能的优劣对比,最后对系统整体性能进行校正和设计,可以说,整个过程是一个完整的体系,更是一个循序渐进的过程。
1.2《自动控制原理》学习过程中的几点问题
无论哪门课程,讲授目的均是希望学习者能够掌握相关知识的基本原理、分析方法并最终做到灵活运用。考试成绩是评价学习者是否达到上述标准的一个参考,但考试成绩并不能表明一个学生是否真正达到了上述标准。为了准确评估《自动控制原理》的讲授效果,真正了解该门课程学习中可能存在的问题,不但要时刻注意本专业学生在修习过程中的反馈意见,而且要广泛调研和阅读其它学校和专业的教师在该门课程上的经验总结。在此基础上,结合笔者的亲身体验和思考,认为航空航天类专业的学生在学习《自动控制原理》过程中可能面对的主要问题包括:(1)部分学生由于数学基础不够扎实,对课程中涉及到的数学知识产生畏难情绪,进而无法很好地掌握控制系统的分析方法;(2)不能将所学的控制理论知识与自己专业的实际案例充分地联系起来,这主要是在学习过程中接触专业案例少造成的;(3)阅读英文文献的能力不足,而且这种不足突出表现在缺乏对专业词汇的正确理解上,这说明《自动控制原理》需要适度地推进双语教学改革;(4)无法将基本理论和计算机辅助设计软件MATLAB结合起来进行更有效地控制系统设计,即割裂了基本理论和计算机辅助软件相辅相成、互相印证、互相促进的关系;(5)从系统角度理解控制系统核心思想的能力不足,即无法做到融会贯通,更谈不上灵活运用,这需要授课过程中注意前后串联,帮助学生建立起系统概念。针对上述问题,结合北京理工大学办学定位和航空航天类专业《自动控制原理》的授课特色,授课教师均提出了有针对性的改革措施。多年来的教学实践证明,这些措施很好地解决了北京理工大学航空航天类专业本科生在《自动控制原理》课程中的学习问题,增强了学生对该门课程的学习兴趣和“自主学习”能力。
2 教学改革的若干举措
2.1从数学基础抓起
“工欲善其事,必先利其器。”《自动控制原理》课程涉及大量的数学知识,如拉氏变换及其逆变换、微分方程、差分方程、复变函数理论、Z变换等。毫不夸张地说,扎实的数学功底是学好该课程的基础。如果学生缺乏必要的数学知识,教师又不能适时补上这个不足的话,很容易造成学生在学习过程中的畏难情绪,不可避免地会影响教学效果。
北京理工大学授课教师的做法是在《自动控制原理》开课伊始,就给学生列出所有需要用到的基础数学知识。一方面引导学生重新复习这些已经学过的数学知识;另一方面,授课教师还会抽出专门的课时来对这些数学知识进行复习和重点讲授。为了不断加深学生对这些数学知识的理解,在用到相应的数学工具时,授课教师都会结合具体的实例进行更详细地讲述。为了尽可能减少学生在学习中的畏难情绪,北京理工大学授课教师在考试中坚持“注重概念,弱化计算”的理念,只要学生思路正确,仅仅是计算错误的情况下,尽量少扣或不扣分。
2.2双语教学,与国际接轨
开展双语教学有助于我国高等教育与国际接轨,是当前教育改革的热点和重点,同时也得到了教育部等相关部门的大力支持。在双语教学的改革中,有一点需要明确的是,专业课双语教学的目的并不是为了增加学生的词汇量,也不是为了提高学生外语的写作水平,更不是为了教学生外语语法,而是为了增强学生阅读专业外文文献的能力和对专业知识的理解能力。近年来,英语已经逐渐发展成为全世界通用的语言,最新的科研成果更主要是以英文形式发表。所以,我国高等教育中大部分的双语教学均是采用中文和英文的双语授课模式。
由于《自动控制原理》涉及到的诸多基本理论和分析方法大都是从国外引进和翻译过来的,加上国外学术界习惯用人名来命名定理的做法,给国内学生记忆和理解这些理论和方法增加了额外的困难。如用于判定线性系统稳定与否的劳斯判据就是以英国数学家Edward John Routh的名字命名的,类似这样的例子还有很多,这对于习惯望文生义的国内学生来说,想仅仅从字面意思来理解劳斯判据本身几乎是不可能的。有鉴于此,基于航空航天类专业《自动控制原理》双语教学改革的目的主要是为了增加学生对专业词汇认知这一基本的出发点,决定了航空航天类专业《自动控制原理》双语教学的授课方针应以中文为主、英语为辅。具体做法是,每当第一次出现新的名词、原理和方法时,授课教师先用中文进行详细讲解,然后告诉大家这些名词、原理和方法在英文中的表示方法和来源,并在以后遇到这些名词、原理和方法时,更多地采用英文表述。如传递函数(Transfer Function)、劳斯判据(Routh Criterion)、阶跃响应(Step Response)、脉冲响应(Impulse Response)、根轨迹(RootLocus)等,都可以采用这种处理方式。此外,还需要注意引导学生适量阅读英文参考书和专业文献,由于Katsuhiko Ogata所著《Modern Control Engineer-ing》一书在世界范围内的广泛被接受性,北京理工大学同样推荐学生将这本书作为英文参考书。
2.3融科研于教学
随着我国高等教育改革的不断实施和深入,昔日的“填鸭式”教学已逐步被更能激发学生“自主学习”能力的“启发式”、“案例式”教学所取代。在《自动控制原理》的教学中,如果只是讲授一般的数学公式和物理定理,而与实际工程割裂开来的话,很可能出现的后果就是学生学习后不知道用在什么地方,更不知道如何用,更糟糕的情况是学生在考试后就把所学的东西全忘掉了。为了避免这一状况的发生,有必要将专业案例、授课教师的科研项目融入日常的教学工作中去,让科研带动教学、教学促进科研。
如在第一章讲授自动控制系统定义和基本组成的时候,通用的教材是举一些工业上常见的例子,像室温调节系统和水位调节系统来引入自动控制的专业术语和反馈的概念。这种讲授方法是很好的,有利于学生建立对控制系统组成的直观概念,并认识到自动控制的核心思想所在。对于航空航天类专业的学生来说,在讲述通用案例的同时,还可以结合航空航天领域的应用案例,如引入图1所示的导弹攻击飞机的案例。在这个案例中,导弹根据自己探测到的目标机动特性,依据一定的制导律生成最佳攻击曲线,当弹上的测试设备探测到实际飞行路线和预定飞行路线出现偏差的时候,弹载计算机会依据一定的法则生成控制指令,气动舵机来执行这一控制指令,从而达到控制导弹回到预定飞行路线的目的。按照这一描述可以画出它的系统方块图,如图2所示,和基本的负反馈闭环控制系统(如图3所示)对应起来,预定飞行路线对应给定输入、弹载计算机对应控制器、气动舵机对应执行机构、导弹就是被控对象、实际飞行路线即是实际输出、弹载测试设备即对应测量输出的传感器。这样讲授下来,由于比较贴近专业方向,同学们就很容易理解控制系统的结构,并对输入、输出、被控对象、执行机构、控制器的作用及反馈的概念有了更为直观和深刻的认识。
在讲述控制系统稳态性能和动态性能的时候,大量引入航空航天的专业案例,尤其是一些因为控制系统设计失误或控制系统未能正常工作产生重大损失的失败案例,对引发学生的学习兴趣颇有帮助。从教学的效果看,这些案例的引入,不仅加深了学生对《自动控制原理》重要性的认识,激发了他们学习的热情,同时,还培养了他们对所学专业的兴趣。在此基础上,可以注意吸收一些对自动控制理论或应用感兴趣的学生提前进入实验室,并挑选与任课教师负责项目相关或者处于航空航天控制前沿的研究方向,如临近空间飞行器的制导与控制技术,让他们自由发挥,思考和创新,切实培养他们的动手能力。
此外,授课教师要非常注重“基于书本、超越书本”。比如香农(Shannon)采样定理认为:对于一个连续信号来说,当采样角频率是该连续信号所含最高次谐波频率两倍以上的话,即能做到一个周期内采样两次以上的话,那么经采样后所得到的脉冲序列,就包含了原连续信号的全部信息,可通过理想滤波器把原信号毫无失真地恢复出来。这一表述在数学理论上是没有任何问题的,但在实际工程项目中往往是行不通的,比如一个正弦曲线的测试,一个周期里只采样两三个点的情况下,几乎没有可能复现原信号。类似于这样的问题,授课教师需要在授课过程中向学生特别强调。
2.4计算机辅助教学
由于《自动控制原理》在授课过程中涉及到的数学公式、图形(结构图、框图、根轨迹图、伯德图等)比较多,非常不方便在课堂上进行直接板书,一旦板书不清楚会直接影响学生的学习效果。而这些公式和图形是非常适合以幻灯片(PPT)的形式来进行表述的,学生也更乐意看到这种方式。北京理工大学授课教师同样采用了以PPT为主的授课模式,配以适当的动画,给学生一个更为直观的展示。如在讲授动态性能指标的时候,延迟时间、上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等名词的定义并不是那么容易理解,但通过动画的形式就可以很清楚、明了地向同学们展示这些概念的不同,学生反映良好。再比如在讲授不同阻尼比情况下二阶系统单位阶跃响应特性的时候,只靠文字表述“随着阻尼比的增大,系统的响应越快,但超调量越大”的话,大部分学生是比较茫然的。如果换成通过PPT展示给同学们如图4所示的响应曲线时,就会一目了然,同时,还有助于同学们掌握零阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼等情况下单位阶跃响应特性的不同。
MATLAB是学习《自动控制原理》的学生必须掌握的一个计算机辅助分析工具。实际上,一个令人引以为傲的事实是,北京理工大学航空航天类专业本科生的MATLAB基础知识都是在《自动控制原理》的课堂上学到的。由于年轻学生对新鲜事物天生的好奇感,当他们看到教材上一幅幅精美的图片是通过MATLAB展示在自己面前的时候,不但会加深他们对所学知识的理解,更会激发他们学习这门课的热情。比如讲二阶欠阻尼系统阶跃响应的时候,可以首先引导学生思考一个问题:“既然阻尼比越小,系统响应越快,超调量越大,那怎么来选择合适的阻尼比呢?”然后再用教学计算机上装载的MATLAB画出图5,这是阻尼比位于[0.10.9]之间,以上升时间为横坐标、超调量为纵坐标的Pareto图,同时在图中标示阻尼比分别为0.4、0.707和0.8所对应的点。以这个直观的示意图做基础,同学们就很容易理解为什么工程上一般要求阻尼比在[0.4 0.8]范围内了,再告诉同学们阻尼比为0.707时控制系统效果最佳,他们也就明白了因果来源。如果更进一步画出阻尼比分别为0.6、0.707和0.8时候的单位阶跃响应曲线来,如图6所示,同学们就会有一个更加明确和直观的印象。此外,授课教师还可以通过课下作业的形式,引导学生利用课堂所学知识编程实现更复杂的响应曲线,使学生可以亲身感受到响应曲线随不同参数变化的规律,不但可以加深学生所学的理论知识,还有助于学生掌握辅助软件的用法。
用MATLAB辅助教学可能会带来的一个副作用就是,同学们可能觉得只要掌握MATLAB就可以了,而忽略了自动控制本身的基本原理和定性的分析方法。这是授课教师在教学过程中需要重点留意并刻意避免的问题之一,北京理工大学授课教师在每次用MATLAB辅助教学时,都会强调基本原理的重要性,同时会刻意用所学的定性分析方法来评估MATLAB结果的正确与否,并一再强调,MATLAB只是一个辅助大家进行控制系统分析的工具,不能取代大家所学的基本原理和分析方法本身,考试中也不会考这方面的内容。
2.5注重前后串联,建立系统概念
《自动控制原理》本身的讲授内容多、跨度时间长,而且学生同时还在修习其它课程,所以用在《自动控制原理》这一门课上的时间是极其有限的。而且一般教材也更倾向于将每个章节的内容独立出来,如仅仅在第二章讲述控制系统模型的建立方法,在以后的学习中就直接拿现成的传递函数来用;再如第三章讲述时域分析法之后,在后续章节的讲述中几乎不会再涉及。很可能造成的一个后果就是学习过程中常常不清楚各个知识点之间的相互联系,也无法真正的做到融会贯通,在遇到实际的工程问题时就会显得束手无策、不知如何下手。这需要授课教师帮助同学们理清线索,弄清楚各个章节之间的因果关系。
北京理工大学授课教师在每个章节开始和结束的时候都会向学生展示图7,告诉大家正在学习的内容在图中什么位置,在整个自动控制原理的框架中起到什么作用,它以哪几个章节为基础、又可以为哪几个章节提供帮助。在课程结束的时候,还会精心选取几个航空航天专业的典型案例,让同学们以小组为单位形成一个大作业,这个大作业涉及到《自动控制原理》所讲授的全部核心内容,从系统建模到系统性能分析,并发挥他们自己的独立思维进行系统的二次设计,从学生的反响及实际的教学效果看,这种做法十分可取。
关键词: 高校学生 专业化志愿服务 “艺心艺意”义教班
高校学生志愿服务是青年志愿服务中以青年大学生为主体开展的一种比较特殊和占据主要地位的形式[1]。专业化服务是指具有某项专业知识技能或获得专业资格的人士提供的服务,如翻译、支教、法律援助等。将志愿服务与个人的成才和价值实现相结合,为他人和社会作贡献的同时,志愿者本身也能得到专业技能方面的提高,为现时的职业发展或将来的毕业就业提供帮助,最终达到双赢、共赢的局面[2]。张科、彭巧胤在《高校青年志愿服务专业化研究》一文中指出:“专业化是高校志愿服务不竭的动力。”对此,我深感认同。随着志愿服务在我国的不断深化和发展,对于专业化志愿服务的呼声日趋高涨,高校学生将成为开展专业化志愿服务的有效主体,而专业化是高校志愿服务发展的必然趋势,南京航空航天大学“艺心艺意”义教班志愿服务项目的运行,充分地证实了这一点。
南京航空航天大学“艺心艺意”义教班,全称为南京航空航天大学艺术学院“艺心艺意”义务教学班,2008年,在学院党委的积极倡导下和学院团委的指导下成立。南京航空航天大学是一所理工科为主流学科的学校,充分发挥艺术类专业特色优势,为繁荣校园文化作出贡献,是成立义教班的初衷。义教班倡导艺术学院学生利用专业所学投身志愿服务,在学校内开展艺术类课程的义务教学活动,为非艺术专业学生提供学习艺术的机会,满足普通学生学习艺术的需求,为普及艺术做出努力;同时,参与志愿服务的同学在实践中加强艺术教学能力,以教促学,锻炼自身的专业素养。义教班的志愿者由艺术院音乐、美术等多个专业学生组成,义教班于2008年4月开办以来,先后在校园中开设了五期课程班,参与教学的同学达到500余人次,参与学习的同学达到2500余人次。随着义教班工作的日趋成熟,志愿者们把他们的视角投向了校园之外。2011年暑假,志愿者们牵手苏北留守儿童,为那里的孩子送去了艺术的普及教育。2012年4月,志愿者们与南京赛虹桥街道安德门社区服务中心合作,建立了志愿服务基地,为居住在附近的农民工子女提供长期的艺术类教学服务。关爱农民工子女,为更多的贫困儿童送去义务的艺术教育,是义教班未来几年的重点拓展方向。立足校园,辐射社会,“艺心艺意”义教班志愿服务项目正在被赋予更多的意义。
一、从“艺心艺意”义教班看高校大学生开展专业化志愿服务的有利因素。
1.高校有较为系统的学科专业背景
以“艺心艺意”义教班为例,它所依托的南京航空航天大学艺术学院拥有音乐表演(歌舞方向)、舞台美术设计、环境设计、新闻传播四个本科生专业,美术学、音乐学、设计艺术学、戏剧戏曲学、广播电视艺术学五个研究生专业方向。艺术学院的同学专业特点突出,在进校前,他们经过严格的选拔考核,有较好的艺术功底;进校后,他们又接受了全面系统的专业培训,学院良好的学习资源和师资力量,为开展义务的艺术类教学志愿服务奠定了专业基础。推而广之,大多数高校具有开展专业化志愿服务的良好学科背景,大学生志愿者凭借自身专业优势,依托所在高校专业背景开展的志愿服务,具有不可复制性和不可替代性。
2.高校有较为完善的志愿者组织机构
高校大学生志愿服务的组织者主要是院校各级团委和公益性社团,团组织是目前大学参与志愿服务活动的组织依托。“艺心艺意”义教班也是依托于南京航空航天大学艺术学院青年志愿者协会得以建立的,协会在院党委的领导下和院团委的指导下开展工作,协会组织机构健全,包括理事会,下设秘书部、组织部、宣传部、活动部、财务部、外联部六大部门。协会每年完成招新与换届,固定的成员约有30名,他们负责艺教班的招生、管理和运作。共青团组织是大学生志愿服务的有效支撑者,能够给志愿者们及时的反馈和评价,确保志愿服务开展的长效性。
3.高校有较为成熟的志愿者人力资源
高校的志愿者多为青年学生,他们整体素质较高,且高校一直加强青年的思想道德教育,引导青年学生成人成才,他们对志愿服务的响应度高。另外,青年学生的可塑性强,有利于在接受专业学习的基础上针对志愿服务项目进行适应性培训,并且高校大学生时间较为灵活,闲暇较多,志愿服务活动的时间主要集中在节假日和寒暑假。南京航空航天大学艺术学院的同学几乎都有参加“艺心艺意”义教班教学的经历,他们中的很多人还多次参加了义务教学,每年招进的新生都会成为义教班的新鲜血液和力量。大量的整体素质高、可塑性强、时间自由度较高的志愿者,为开展专业化的志愿服务提供了有力的人力支持。
二、从“艺心艺意”义教班看高校学生实现专业化志愿服务的有效途径。
“艺心艺意”义教班志愿服务团队,多次获得校级表彰,“艺心艺意”牵手苏北留守儿童的志愿服活动被中国日报网、中国社区在线等多家媒体报道,产生了较为广泛的影响,并且达到了实效。义教班的做法值得借鉴,归纳起来有如下几点。
1.相对系统的体制保障
除了前面提及的义教班的组织体系健全之外,义教班还有较为完整、规范的教学体制。义教班从最初的声乐班、舞蹈班、钢琴班、素描班和书画班5门基础课程开始,后来逐渐增加了吉他班、色彩班、手绘班、摄影班、摄像班和剪辑班等共十余门课程,每门课程都明确了详细的教学大纲和教学计划,教学大纲和计划由专业老师指导撰写;专业成绩突出的研究生或本科生担任课程主任,把握教学质量,督促教学进度;学院青协成立的课程督导小组经常检查课堂,保证课堂秩序,发现问题,及时应对。另外,义教班还有一套较为详细的管理体制,从招生到教学到汇报展演,再到表彰颁奖,都有周密的工作进度和计划。可见,在组织、教学和管理上,义教班有较为系统的体制保障。
2.及时全面的评价机制
每期“艺心艺意”义教班课程结束后,将会根据各班的专业特色,举行隆重的成果汇报演出和展览,对学习和教学突出的同学,颁发优秀学员奖和优秀教员奖。学院青协给每一位志愿者制作志愿服务记录卡,记载志愿服务的时间和取得的奖项,记录卡作为学生推优入党和评优评奖的参照之一。在志愿者毕业时,给予志愿服务的证明书。及时、全面的肯定与激励,激发了志愿者们的热情,使得志愿服务的长效性得以加强。
3.双方共赢的价值取向
“助人自助”是志愿服务的精髓,“奉献、友爱、互助、进步”是志愿服务的原则,但由于长期以来高校过分强调其在思想政治教育中的地位和作用,加上受行政化管理模式干预过多的影响,往往突出志愿者“无私奉献”的一面,而将志愿服务等同于“无偿服务”和“付出不求回报”等崇高道德实践行为,因而忽略了学生主体成人成才的需要[3]。艺教班的志愿者们在义务教学中以教促学,一方面增长了自己的专业水准,丰富了自己的教学经验,提升了自身的专业实践能力,另一方面也提升了自己的语言表达能力和与人交往的能力,同时,他们收获到“赠人玫瑰、手有余香”的满足感和成就感,在精神层面有所收获。受到帮助的人则无偿地接受了艺术教育,增加了自身的艺术素养。义教班,在服务他人的同时,也成就了志愿者。
综上所述,从“艺心艺意”义教班的运行中,我们认识到,相对系统的体系保障、及时全面的评价机制和双方共赢的价值取向是高校大学生实现专业化志愿服务的有效途径,当然,有效的途径还有很多,期待大家共同探索。
三、从“艺心艺意”义教班看高校学生发展专业化志愿服务的主要瓶颈。
1.资金场地的短缺与志愿服务发展不能同步
高校志愿者组织对大学生志愿者活动经费的筹措,普遍比较重视行政性划拨,主要体现为共青团工作经费,很少通过社会来募集资金[4]。这就导致了大学生志愿者活动经费的严重缺乏。义教班的运作,主要依靠共青团工作经费,除了资金上的来源较为紧张,因为艺术类教学对场地要求的特殊性(如声乐教学需要钢琴,舞蹈教学需要镜子、把杆等专业设施),在向外拓展志愿服务活动的时候,场地的选择也受收到局限。为了解决困境,艺术学院青年志愿者协会的外联部主要负责与企业或其他单位的沟通,争取获得资金支持,虽然略有收获,但就目前的情况看,并不乐观,一些小企业并不愿意长期赞助,而对于大型企业,活动本身又缺乏影响力。另外,对于场地的解决,主要是选择有适合场地的其他单位进行合作,如社区、农民工子弟学校等,一般都愿意提供有力的支持。
2.志愿服务能力与志愿服务需求不能匹配
志愿服务能力与需求的不匹配表现在两个方面,一方面是高水平专业志愿服务者的缺乏。在义教班的志愿服务的过程中,我们发现,越来越多的同学有比较好的艺术专业的功底,就需要更高水平的志愿者加入到教学队伍中来。但是,志愿者中,比较多的往往是志愿热情高,但专业水平较低的低年级同学,这就形成了志愿服务需求与志愿服务的能力不能匹配的情况。这种情况在家电维修、法律咨询、医疗服务等其他专业的志愿服务中更为常见。另一方面,志愿者数量相对较少,服务需求却较为庞大,也形成了志愿服务需求与志愿服务的能力不能匹配的情况。这就需要我们不断地拓展志愿者数量,加强志愿者的培训力度。在义教班中,上一期优秀的学员,可以申请成为下一期的教员,并可以参加义教班的校外志愿服务项目,另外,志愿者们联系了江苏省南京市的其他艺术类高校,形成志愿者联盟,可以应对志愿者数量的不足。
虽然“艺心艺意”义教班在上述两点问题上都做出了努力,但仍然缺乏长效和根本性的解决方案,我国的高校学生专业化志愿服务仍处于探索阶段,需要社会的认同,法律、法规的保护,公民们的自觉支持和参与。
参考文献:
[1]许人冰.高校大学生志愿服务体系存在的问题及其优化[J].北京青年政治学院学报,2011,1:3-10.
[2]赵芳芳.打造我校青年志愿服务专业化发展之路[J].出国与就业,2010,6:55-56.
关键词 飞行器制造工程 实践教学体系
中图分类号:G424 文献标识码:A
Study on Improving Practice Teaching System of Aircraft
Manufacturing Engineering Professional
XU Yan, CHEN Wenliang
(School of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of
Aeronautics and Astronautics, Nanjing, Jiangsu 210016)
Abstract The practice of scientific research is not only an important part of the university research system, is also an important part of the university teaching system, analysis of the contents of the aircraft manufacturing engineering professional practice of teaching composition of the system, as well as their practical teaching, combined with the current aviation manufacturing enterprisesthe production of the actual situation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, to further improve the points of the aircraft manufacturing engineering practice teaching, and put forward some suggestions on the arrangements between the various contents of the practical teaching.
Key words aircraft manufacturing engineering; practice teaching system
0 引言
南京航空航天大学飞行器制造工程专业是国家重点学科,也是 江苏省重中之重学科,每年都为国家航空航天企业和科研院所输送大量专业人才,目前该专业具有良好的科研环境和实践教学条件,在专业课程的理论教学过程中适当引入实践教学,不但能取得更好的教学效果,还能增强学生对专业的兴趣,使得学生对当今最新的航空制造领域工程实践有一定了解。本文通过分析南航飞行器制造工程专业现有的实践教学条件,提出几点有助于完善目前实践教学体系的初步构想,并从实践教学环节之间的联系,提出实践教学计划安排的几点建议。
1 飞行器制造专业目前实践教学的基本状况
南航飞行器制造专业本科学生主要需要学习飞机装配和飞机钣金工艺的相关的专业课程,在教学实践环节,目前本专业学生毕业前需要学习的课程有:《CAD/CAM综合实验》、《钣金模具综合实验》、《冲压工艺课程设计》、《下厂实习》、《现代飞机装配技术课程设计》。另外,有一些实践内容主要是专业课教师在课堂教学中穿行的介绍和讲解,这些讲解往往是教师根据自身对专业的理解结合自己的研究方向给学生进行讲解的,随机性比较强,不同教师的讲解内容不一定相同,甚至每位老师不同学年的内容也有变化。
从实践教学环境目前的课程设置上,《CAD/CAM综合实验》主要是通过CAD、CAM软件的使用,让学生初步了解目前航空制造领域常用的CAD、CAM软件的基本情况;《钣金模具综合实验》是通过学生的实际钣金零件加工,对冲压设备、模具结构、钣金的基本工艺进行感性认识;《冲压工艺课程设计》是具体到通过工程设计训练,让学生了解模具设计的一般过程,是《冲压工艺学课程》的辅助部分;《现代飞机装配技术课程设计》是通过虚拟装配和具体实例展示等手段,让学生了解从零件、组件、段件、部件、总装的飞机装配一般过程;《下厂实习》是飞行器制造专业学生到飞机主机生产企业进行参观和学习的实践环节,通过具体的飞机生产科研环境的参观、企业技术人员的专题讲座、现场设备、工艺、生产环节的介绍、学生自己和企业人员的交流等等,让学生全面了解飞机生产科研的全过程。以上的实践教学内容基本覆盖了装配和钣金两种主要的传统飞机制造工艺,但是,随着飞机研制中新工艺的不断采用,我们的课堂和实践教学内容与飞机制造企业目前的实际生产状况有些脱节,由于教材通常有一定的滞后性,因此,我们需要在实践教学环节中让学生比较全面和细致地了解我国飞机制造的实际情况,一般性了解世界上先进的飞机制造工艺的情况。
2 飞行器制造专业实践教学完善探讨
飞行器制造专业在教学环节的专业课程主要包括两类:一是零件加工类,二是零件装配类。因此为了辅(下转第215页)(上接第206页)助学生理解课堂教学的内容,可以从这两方面进行教学实践环节的建设。
(1)从飞机制造中零件加工的角度构建实践教学体系,具体可从钣金零件制造、复合材料零件制造及其工艺装备三方面完善教学实践环节。
①钣金零件制造。在现有的《钣金模具综合实验》实践教学环节中补充最新的钣金工艺方法,包括:液压成形工艺、热成形工艺、超塑成形工艺、喷丸成形工艺,经过近年来的专业建设,实验室已经自主研制了热成形、超塑成形设备、喷丸成形设备、液压成形试验装置,开设这些工艺课程实践教学的硬件条件已经具备,只要进行适当的课程设计和编写相应的实验指导教材。
②复合材料零件制造。复合材料在飞机上的应用已经十分广泛,目前在有关复合材料零件制造上的教学实践急需构建,但是复合材料工艺对设备和环境的要求较高,在学校进行建设比较困难,可以利用《下厂实习》的环节,在主机厂的复合材料加工车间进行现场讲解,只要在《下厂实习》的指导书中编入相应的复合材料工艺相关内容也可以取得很好效果。
③工艺装备。生产零件需要各种工艺装备,如模具、夹具、专用量具、样板等等,这些工艺装备的概念、功用、使用方法及其设计与制造如果不结合生产实际进行讲解,学生不容易全面了解,因此,在实践教学方面结合具体工艺中使用的工艺装备进行讲解,则事半功倍。
(2)从飞机制造中零部件装配的角度构建实践教学体系,可围绕数字化装配教学实践平台的建设来完善飞机装配环节的实践教学,平台主要包括以下具体的教学实践环节的建设。
①柔性制孔和自动钻铆仿真实验课程建设。通过已经初步建设完成的自动化制孔实验装置,结合横向科研项目“自动钻铆编程技术开发”取得的成果,以实物结合仿真软件的方式,建设相关实践教学环节的条件已经具备,只要加以整合和适当设计即可形成相应的实验课程。
②飞机装配实验室的建设。通过南航前期与中国商用飞机公司合作取得的科研成果,分析和整理出适合进行实践教学的内容,从飞机大部件对接的角度展示飞机大部件装配的一般过程和常用方法。
③数字化装配的实践教学课程建设。以南航自主研发的AD系列轻型飞机为目标对象,由于该飞机零件数目较少,比较适合作为数字化装配教学实践的对象,可较快的建立基础平台,容易实现整机的数字化与及虚拟装配,也容易用PDM进行管理,对硬件要求低,因此特别适合教学和实验。
④装配工装设计实践教学课程建设。选取典型部件,完成数字化协调体系下装配工装(包括部装和部件对接工装)设计实践教学素材和实验大纲编制。以典型的部件装配型架的为实验对象,根据其数据模型设计型架骨架、定位件和压紧件,完成零件三维建模和虚拟装配。课程建设需编写课程设计大纲并构建相应的实验环境。
3 总结
从以上两方面构建教学实践体系,在专业课程课堂教学过程中合理安排,不仅可以促进学生对课堂教学内容的理解,提高学生的学习兴趣,还能使学生比较完整的理解飞机制造全过程,在教学实践环节中适当结合本专业有关飞机制造领域的近期科研实践进行讲座,学生还会对飞机研制过程的国内外实际情况更加了解,使得南航培养的飞行器制造专业学生在行业内就业时更加适应航空制造企业的需求。
参考文献
[1] 王珉,郝小忠,陈文亮.飞行器制造工程专业教学和实验体系研究与实践.实验技术与管理,2009.26(10):129-132.
关键词 专业定位 课程体系 人才培养 职业能力
新加坡南洋理工学院是一所世界公认的、一流的职业技术综合性学院。新加坡经发局领导下的跨国合作技术培训中心、跨国合作科技学院及跨国科技伙伴,在1992年经过整合成立了南洋理工学院。这种特有的历史背景影响并造就了这所学校,使其在办学策略和人才培养方面具有鲜明的特色。下面以电子、通讯和计算机专业为例,分析其课程体系的特点以及给我们的启示。电子、通讯和计算机专业的定位
该专业定位于日新月异的电子技术领域宽泛的职业。学生在校期间学习工业上所需关键技术的重要知识和技能,有机会学到航空航天电子、嵌入式系统、IC设计、无线宽带、HDTV技术、纳米技术、生物医学和生命科学等重要技术。学校提供机会进行技能训练,包括产品创造、系统集成和创造性思维、组织管理能力以及外语表达能力等训练。
毕业生通过系统学习和训练,提高了自身的素质,能胜任如航空航天、电子、国防、远程信息服务和媒体等工业部门技术人员、工程师、管理者的工作。这个专业也获得了一些国内外高等学府的承认。这些国内外大学还提供机会,吸收这些毕业生进入本学校,并使其以最短的时间获得学士、硕士甚至博士学位。
宽而厚的基础,体现了“高起点”打造人才
从电子、通讯和计算机专业课程体系的设置来看,明显注重夯实基础。第一、二学年的基础课涵盖了工程数学及电子、通讯和计算机领域的基础课。这些课程是相对固定的经典模块,包括强电和弱电、模电和数电、数据与网络、基本的工具(工程制图、电子绘图、电子设计自动化、编程技术)以及若干课程项目。这些基础课的学习为学生在电子、通讯和计算机领域的发展打下了坚实的基础(参见右表)。
第一学年的课程及学时安排,共15门必修课,累计840个学时,其中有两门课为人文素质教育课程:交流技巧(45学时)、创造与创新(30学时)。此外,要从外语、商业和科技创业中选修两门课。第二学年课程分布及学时安排与第一学年大体相近。
多专业方向,体现了“用未来的科技培养今天的人才”
专业在第三年分为多个方向,这些方向是根据相应专业领域的发展来决定的,有些方向甚至是高精尖端的科学技术。学生通过两年的基础学习和训练,可以结合学习成绩并根据自己的兴趣和发展方向,选择相应的专业方向进行学习。在电子、通讯和计算机专业中,具有航空航天电子、无线通讯、嵌入式系统设计、远程信息服务、晶片制造技术、自动化设计等六个专业方向。这些专业方向是该领域的先进技术及其应用。各专业方向的行业背景、服务面向各有侧重,具体如下:
航空航天电子服务面向大气中心、MRO、设计、制造和飞行服务;无线通讯针对产品设计员、生产和测试员等岗位;嵌入式系统设计面向手机、便携式播放机、医疗设备以及自动化系统,由于对嵌入式系统持续增长的应用创造了对软件和硬件专家的大量需求,因此主要岗位是智能产品和系统的研究开发;远程信息服务专业的岗位是远程教育、航天、安全、保健、智能传输系统、精密制造自动化、安防、决策与供应链管理及许多其他方面;晶片制造技术为从事晶片制造部门的职业做准备,包括半导体晶片制造、集成电路及分离电子元件;自动化设计专业培养有关自动化系统、机器和设备的电子和计算机技术人员,覆盖了机器人、智能控制、计算机成像和视频自动化的关键技术。
特色课程设置,一切为了学生的成长和发展
除了体现时展和前沿技术的专业课程,南洋理工学院还设置了一些有特色的课程,重在培养学生的社会能力。
交流技巧:主要针对学生在学术上和社会上所必需的口头表达技巧和写作技巧,帮助学生建立正面的自我意识和专业形象,掌握沟通策略以及做决策和解决问题的能力,培养学生的冲突管理和协商技巧。
创造与创新:帮学生建立对创造和创新的理解,培养学生的创造性和创新性思考的能力。把思想融入商业理念中,以示范意义突出的创新实例去激励学生进行创造性思维,从而具备商业性创新及科技创业的意识。
团队协作及沟通技巧:帮助学生理解并获得在工作中所需的沟通技巧。学生得到相应的求职技巧,包括撰写简历、求职信和面试技巧等;培养学生的商业写作技巧,包括会议记录、备忘录和商业洽谈预约。学生将获得对不同组织、合作文化、商业聚会等的认识,从而更容易融入未来的工作环境中。
科技创业项目:这个项目以团队的形式,给学生提供在技术和商业领域应用所需的知识和技能,以及实现创新的机会。重点在于产品原型开发、创新思想的评测、方法和方案、技术评估和商业计划书。
企业实习:构成课程实践的一个整体,通过与企业接触,在真实的工作环境中使学生获得实际的工作感受。培养学生积极的工作态度、团队协作及沟通技巧。
全日制项目:使学生把课堂上学到的知识和技能应用到实践中,形成真实的创新性方案。定制特别的项目,既符合工业需求,又适合学生实践。学生被组织成项目组,当他们面临一系列的目标时要发挥团队精神。在项目开发的资深员工的组织和领导下,学生要一起工作。除了获得项目开发的途径、硬件和软件的技巧,还给学生树立终身学习的理念,为承受足够的工作压力做准备。
南洋理工学院课程设置的启示
市场导向的专业定位是课程体系设置的前提。职业技术学院人才培养的定位要依据国家的发展,又要高于经济发展的现状,因为人才的培养需要一个过程,既要动态地适应社会经济的发展,又要适度引领社会经济的发展。这就要合理地设置专业、动态地调整或新增专业。社会需要什么科技、未来需要什么科技,就设置什么专业。
基础理论以“够用为度”。南洋理工学院的课程体系设置体现了最大限度地挖掘学生的潜能,使学生既能个性化发展和又能可持续发展。对一个专业领域的全面了解是必需的,专业基础的理论和技能是进一步学习的基点,最大限度地加强专业基础课的学习,建立牢固的基础是专业人才提升自我、与时俱进的必要条件。从一定程度上讲,基础的厚度和广度决定着未来的高度。
关键词:审计学;独立学院;教学模式
作者简介:曹艳秋(1984-),女,蒙古族,内蒙古赤峰人,南京航空航天大学金城学院,讲师;王海荣(1983-),女,江苏南京人,南京航空航天大学金城学院,讲师。(江苏 南京 211156)
基金项目:本文系2011年南京航空航天大学金城学院教改项目“《审计学》教学模式改革研究”(课题号:2011-Y-05)的研究成果。
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)07-0149-02
“审计学”是独立学院会计学专业的专业必修课,该课程的理论性和实践性较强,是一门难教和难学的课程。然而,目前很多高校采用的教学方法依然是以教师讲授为主的传统教学方法,这种教学方法不利于发挥学生在学习过程中的主观能动性,更不能培养学生独立分析问题和解决问题的能力,导致很多学生毕业后在工作岗位中遇到实际的问题无法解决。本文结合独立学院对审计学的教学现状进行了总结和归纳,提出了审计学在独立学院教学过程中存在的一系列问题,并有针对性地提出了改进措施。
一、“审计学”教学效果调查表分析
为调查南京航空航天大学金城学院(以下简称“我院”)学生对审计学教学效果的反馈意见,本课题组精心设计问卷对我校176名学生进行审计学教学效果调查,发放调查表176份,回收160份,回收率约为91%(见图1)。在160份回收的调查表中,认为需要进行审计学教学效果改进的为152份,达到95%(见图2),由此认为审计学教学效果的改进具有深厚的基础支持。综合学生的意见,他们普遍认为理论教学相对抽象,无法灵活掌握并运用审计学知识,与审计实务实践脱离,不能与社会需求接轨,且考核方式比较单一,主要由期末考试决定,不能综合考量其学习情况,希望能在理论学习的基础上增加实训实践教学环节,实现理论学习和实务学习相结合,为其日后就业打下基础。
二、独立学院“审计学”教学过程中存在的主要问题
1.课程设置不合理
(1)课程设置只有理论教学无实践教学。“审计学”是一门理论性、实践性和综合性都很强的课程,理论课后需要有后续的实践课程,这样不但可以激发学生的学习兴趣而且可以使所学的理论得到巩固和练习。而我院只有“审计学”的理论课没有后续的实践,这种纯理论课不但枯燥而且无法引起学生的兴趣,没有后续的实践课也无法使学生的应用能力得到提高。
(2)审计学知识体系不够完善。完整的审计学知识体系不仅要包含注册会计师审计,对国家审计和政府审计以及内部审计都要详细介绍,对审计学研究和实践的新领域也要有所涉及。而我院“审计学”课程的学习主要是站在企业的角度,是以注册会计师审计为核心,而对国家审计和内部审计只是简单的做了一下介绍,对审计研究和实践的新领域更是涉及甚少。
(3)审计学缺乏道德法规课。审计学的职业道德在审计过程中起着举足轻重的作用,审计职业道德的缺失,很可能导致审计人员在经济利益和职业道德发生冲突时,顶不住压力,经不住诱惑,为客户出具虚假的审计报告,损害审计的公正性从而给社会造成一定的危害。
2.教学方法存在弊端
(1)案例教学法在教学过程中应用不理想。首先,从课程设置上来讲,由于我院“审计学”课程只有56课时,课时相对较短,因此理论课程结束后没有足够的时间来分析和讲解案例,导致案例教学的效果不佳。其次,从教师方面来讲,由于任课教师多数是青年教师,缺乏在事务所的审计工作经验,所以在收集案例时只能从网上或其他参考书籍上摘抄一些案例,而这些案例多数缺乏时效性和综合性,无法满足审计学教学目标的要求。再次,从学生方面来看,一方面由于课程开设时间过晚,学生在学审计时会计学的专业知识早已遗忘,而审计学与会计学的知识体系关联性比较强,所以学生普遍觉得审计学难学,从而对审计学失去了学习的兴趣;另一方面是因为学生没有实际的工作经验,对实际的审计工作没有感性认识,而审计学的案例一般来说都比较长,对学生来说比较难懂,因此在教师给出案例时,很多学生根本无法理出案例的头绪,更失去了参与分析讨论的兴趣。
(2)教学手段运用不充分。目前我院的多媒体教学设施已具备,审计学的上课地点都是在多媒体教室。但是教师对现有的多媒体的运用并不充分,很多教师在教学过程中仅仅利用了多媒体的制作文字幻灯片功能,没有充分挖掘多媒体在教学中的功用。甚至有些老师在上课的过程中过于依赖多媒体,阻碍了跟学生的沟通和交流。这在一定程度上不但影响了教学的效果和质量,而且与我院的人才培养目标相差甚远。当然,审计学这种实践性比较强的课仅在多媒体教室上课是不够的,还需要开发更先进的教学手段。
3.课程考核方式单一
目前我院审计学课程采用的还是传统的考核方法,以期末考试的方式来检测学生的学习水平。这样的考核方式必然导致学生在学习的过程中为了考试、为了学分而学,这种学习动机严重阻碍了审计学教学目标的实现,也违背了独立学院的人才培养目标。
三、提高独立学院审计学教学效果的有效途径分析
1.课程设置改革
课程设置需改变单一设置“审计学”课程的模式,可把审计学课程的学习分为几个阶段,首先进行审计学理论的学习,在理论课里要注意审计学知识体系的完善,把国家审计和内部审计的内容也要包含在内,另外要强调审计职业道德在审计中的重要作用。其次开设“审计学案例”课程,让学生亲自参与到案例的讨论和分析中,目的是提高学生分析问题和解决问题的能力。最后可以引进审计学教学软件,开设“审计模拟实训”课程,将第一个阶段理论学习和实践紧密的结合起来,让学生在审计实务的模拟环境下,锻炼审计实务操作的能力。
2.教学方法的改革
(1)学校方面。首先要保证课时充足,审计学的内容相对较多,仅仅开设56课时会导致很多内容只能一带而过。其次,要给教师提供实践的机会。要想教好“审计学”这门实践性比较强的课程,教师必须要有审计的实践经验,否则对于审计学的一些难点无法理解透彻,也就无法给学生讲清楚。学院可以和一些会计师事务所或大型企业固定的校企合作关系,暑期可以安排教师到企业去参加实践活动,这样既能提高教师的动手能力,提高审计学的教学效果,又能加强学院“双师型”教师队伍的建设。
(2)教师方面。首先教师要建立审计学专业案例库。教师在实践的过程中要有意识地搜集案例,或者学院可以跟企业合作,委托企业来搜集审计学的整套案例。建立了案例库后教师在上课的过程中要根据授课内容,分类选择案例,加强案例教学的针对性。其次,任课教师在制作课件时尽量把审计学抽象的理论直观化和形象化,把审计学案例真实反映给学生,使用多种教学手段,提高学生学习的积极性和能动性。再次,任课教师要积极拓展自己的审计理论知识,积极参加社会实践,主动提高自己的实践教学能力,以便收集真实、经典、适用的审计学教学案例,这样在教学中才能把案例教学法运用得游刃有余。
3.改变考核方式
为调动学生学习的积极性,“审计学”在期末考核的时候可以改变平时成绩和期末卷面成绩的比重,加大平时课堂表现的成绩比重,尤其增加案例教学环节的课堂讨论成绩的比重,主要目的在于通过案例的讨论分析提高学生的动手能力以及分析问题和解决问题的能力。
四、结论
本文结合独立学院的审计学教学现状总结和归纳了审计学教学过程中存在的问题,并有针对性地提出了相关的改进措施,以提高独立学院审计学的教学效果。但是由于审计学学科本身的特殊性,导致审计学教学改革是一项任重而道远的工作,这需要学院、教师、学生等多方面的共同努力,只有这样才能改善独立学院审计学的教学效果,提高独立学院审计学的教学质量。
参考文献:
[1]谢筠.新审计准则背景下审计教学改革探讨[J].商业会计,
2012,(2).
[2]刘翠,张喜丽.民办本科院校审计学教学改革探析[J].科教导刊,2011,(4).
[3]吕春峰.新审计教学提高学生素质[J].财会月刊,2007,(1).
关键词:机械;制造装备;制造能力;制造技术;人才培养
中图分类号:F407文献标识码: A
引言:
制造业作为国民经济的支柱产业,它一方面生产物质财富,创新知识,另一方面为国民经济各部门的发展提供先进的技术与装备。我国制造业目前仍处于中低端水平,与欧美等发达国家有较大差距,同时面临着西方国家在先进制造技术及制造装备上的封锁。改善提升制造业是“十二五”规划重要目标,提高制造能力将为我国经济发展做出重要贡献。认识机械工程与制造业间的关系,了解机械技术在制造业中的应用,有利于更加准确地把握并调整机械工程的研究方向,使其更好地促进我国制造能力的提升。
工具是社会化生产的重要生产资料,机械制造业之所以重要,是因为其为制造的各行各业提供了生产基础,因而机械制造业的发展,尤其是制造装备性能的提高将会大大促进制造能力的改善。
目前我国比较先进的一些生产设备,车间生产链等都从国外引进,涉及高端机床还要受到使用限制,高精端制造领域的发展受装备性能影响而很难超越发达国家,而低端制造业处于产业链的低端,生产效率不高,产品附加值低,受发达国家剥削严重。而作为制造基础的机械制造业还存在着很多的技术难题有待解决,创新突破还需要进一步努力。作为机械设计制造专业的学生,结合相关专业知识,本人认为可以从以下几个方面加以努力。
一、研发高端机械制造装备
我国在工业机械领域的发展起步晚于西方发达国家,材料工艺以及制造技术方面仍对机械的发展有较大限制,经过几代人的不懈努力,差距正在不断缩小,但是在高端机械制造装备研发领域相对而言仍然落后很大,并且受到种种不公正限制。从历史上的考克斯报告,以及2008年美国对华中数控实行制裁可以看出西方国家对于我国在高端数控机床发展的限制,同时也反映出高端制造装备的发展对一个国家有着至关重要的作用。因而,国家的16个重大专项中也明确提出了发展高档数控机床的目标。
就数控机床方面,目前国内几大机床生产厂家,如沈阳机床,大连机床,华中数控,广州数控等,在中低档机床领域已经做得十分出色,产品远销国外,并占据了很大的国际市场份额。在高档机床方面,主要的还是由西门子,法拉克等企业垄断。目前主要的差距在于企业技术自主创新能力不够,国产数控的产业化消费不高,高端研发人才的欠缺。面对欧美的垄断封锁,国家一方面要加大扶持力度,同时企业和高校间做好协作,提高自主创新能力和研发水平,如此才能摆脱依赖引进后再吸收的困境,从而突破国外的封锁。
此外,我国在工业机器人领域发展也还十分不够,国内生产工业机器人的厂商也基本是难敌国际对手,大规模地引进工业机器人不仅增大了企业的生产成本,更会降低其国际竞争力,受制于人。研发出先进的工业机器人将对我国制造业做出很大的贡献,一方面可以提高企业生产效率,另一方面可以提升加工工艺水平,改善产品质量。所以加大对工业机器人的研发也十分必要。
唯有在制造装备上有了突破,提高了产品的精度与性能,我们在国防科技,航空航天等高端领域与欧美的差距才能不断缩小,同时也将加快我国制造行业的自强之路,使中国制造效率更高,质量更硬,性能更高。
二、提升基础工艺,提高先进制造技术的应用能力
我国的制造工艺可以说发展较早,从古代开始就一直处于先进水品,但是工业革命之后,西方开始大步赶超,在现代工业化的大环境下,我国目前的制造工艺的水品与西方发达国家仍有加大的差距。我国“十二五”规划纲要中也明确提出提升基础工艺的要求。就机械制造领域而言,基础工艺是机械构件生产加工的基础,有了优良的加工工艺,才能生产出合格的产品,满足使用要求。
目前我国制造业仍存在着能源资源消耗大、污染排放严重、自主创新能力薄弱等亟待解决的问题。这一方面与我国处于产业链底端有关,另一方面与制造工艺水平的落后更是分不开。提升基础制造工艺水平的任务十分紧迫,因为这事关资源的充分利用,环境的保护,以及生产效率的提高。
现代机械制造已经不是传统意义上的机械制造。即所谓的机械加工,它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。制造技术已经不只是一些经验的积累,而是一个从产品设计――进入市场――返回产品设计的大系统。因而,改善我国的制造业结构,引进推广先进制造技术,将会大大提高我国的制造水品,改变目前的低端制造现状。
现代制造技术是工业化与信息化融合的多领域综合,具有集成性、动态性、数字化、可持续的特点。现在制造业发展的要求就是不仅仅要做到效率高,成本低,还要精益化,柔性制造,环境友好型。所以,淘汰一些高污染,高能耗的生产企业,推广先进制造技术的应用,并努力降低其应用成本应该成为今后国家制造行业发展的方向。
三、加快精密测量领域研究,制定行业标准
目前,我国在精密精微领域研究有较大的进步,在技术上与欧美国家的差距不断减小,但是在制造行业的应用还有待与改善,同时机械行业的测量标准基本是由西方发达国家制定,这严重遏制了中国制造业的成长壮大,使得国内企业在这方面经常因为标准变化而在竞争中受较大损失。可见,加快精密测量领域的研究,制定行业标准对于我国制造业走向国际,走向自强有着十分重要的作用。
另一方面,现代制造业开始想两个极端方向发展,一是航空航天宇宙方向,二是纳米技术等微观领域,两者密不可分,互相影响。微观领域的研究对于一个国家的医疗,生物,材料,航空航天等方面都有着重要影响。对机械行业,零件表面的形貌均要通过精密测量来实现,要保证加工的精度,就需要有高端的测量方法与测量仪器。随着精密领域的研究,精密难题的解决,对于目前我国蓬勃发展的航天航空事业将会起巨大的推动作用。
因而,要建设制造强国,不仅仅要发展大型设备,还要加大对微观领域的研究,并使其服务于各行各业。
四、加快高校机械制造人才培养,提升综合素质
目前,我国高等教育在很多方面都有着优于国外一些发达国家的地方,如硬件设备等,但是却很难培养出高端人才,正如钱学森忧心“为什么我们的学校总是培养不出优秀人才”。我想这一方面与当今社会浮躁的大环境有关,另一方面也与教育体制中存在的缺陷分不开。而先进我国制造业,尤其是机械制造业,正是缺少技术水平高,研发能力强的专业人才。所以,高等教育任重而道远。
就机械制造设计及其自动化专业而言,一方面学校教学中存在一些问题,如安排课时过多而专业知识却讲得浮浅,多而不精,大而不全;专业学习引导较少,学生缺乏方向感;实验内容趋于形式化,“打酱油”一词成为很多同学做实验的形容词等等。而学生则表现出对专业的迷茫,对课堂的厌倦,导致动手能力不强,基础知识不扎实等问题。
面对专业技能强的人才的欠缺问题,高等教育可以更多的做好将学生专业就业方面指导与专业学习相结合,根据学生和社会需求,为学生的发展提供良好的提升自我的平台,摒弃一些浮于表面的东西,把学生专业技能与设计能力及综合素养放到核心位置。
没有杰出的人才,就难有技术的突破创新,就难有中国制造业的发展壮大,就难有自主水平的提高和综合国力的提升。所以,作为学生,踏实求知,认真学好专业课时根本;作为学校,改革教学体制,培养专业人才是核心。
结束语
总之,随着我国综合国力的提升,走向制造强国是必然的选择,面对一个复杂的国际环境,改善我国制造业结构,提高制造能力也是当前必须要做的改革。机械制造作为制造业的基础行业,有很多需要突破的地方,机械专业高端人才也还十分欠缺,因而振兴机械制造,需要我们新一代年轻人的继续努力,建设制造强国,需要我们脚踏实地,迎难而上,打好制造业的基础,突破各种技术难关。
参考文献:
[1].朱从容. 机械工程概论. 北京:中国电力出版社,2009.2
[2].王爱玲. 现代数控机床. 北京:国防工业出版社,2009.3
具体地说,我校“大学物理”课程由必修和选修两块教学内容组成,在教学实践中实现整体优化.由于课时所限,“工科物理”必须在保证基本要求的前提下,精简学时,为后续选修课程腾出教学时间.我们利用多媒体教学手段提高课堂效率,课时由128学时调整为112学时.必修课后,同学根据专业需要和自身兴趣,必须任选至少一门后续选修课程,同时计入公选课学分.多年来,经过凝练内容,总结经验,渐进实施,已经形成大学物理Ⅰ(必修课)+X(选修课)课程方案.首先,注重主干课程“工科物理”的建设.1996年起,以“教学内容现代化”和“教学手段改革”为核心,围绕教材、资源、方法、效果等要素,博采众长,持续发展.我们整体优化教学内容,出版了适应教改要求的“十一五”国家级规划教材《工科物理教程》;倡导多媒体综合教学手段,1998年率先完成的大学物理电子教案在国内有一定的示范影响;加强辅助学习条件建设,组织编写了《大学物理综合练习》等资料,建设了内容丰富的网络学习平台.总之,对“工科物理”成熟的课程模式,我们博采众家之所长,以资源建设为先导,教学内容和手段现代化为核心,深化课程内涵建设,成果丰富,分别于2004年和2000年获江苏省高等教育教学成果一、二等奖.其次,2005年以来,以素质教育和创新能力培养为中心,进一步强化系列课程建设,融合创新,力创自我之特色.新的课程体系教学内容包含现代物理知识、科学艺术交融、高新技术应用、创新实验探究等.教学手段广泛采用多媒体技术,所有课程都开发了多媒体电子教案,建立了网络学习平台,教学资源丰富.同时,针对不同课程的教学内容,探索以研究型教学为核心的多样化教学方法.目前,“物理与艺术”已成为国家精品课程,并于2012年分别被遴选为国家精品视频公开课和国家精品资源共享课;“工科物理”和“近代物理与高新技术”已建设成省级精品课程.系列课程建设成果于2011年获江苏省高等教育教学成果特等奖;2014年获国家级教学成果一等奖.
2文理交融培养素质
科学教育与人文教育相互融合有利于高素质的人才培养,物理教学在这方面有独特的优势,并发挥着重要作用.新的课程体系建设体现了文理交融、科艺相济的先进教育理念.首先,从2005年开始,经过深入的调研和大量的素材积累,我们在全国率先开设了“物理与艺术”选修课,教学内容主要是以艺术家和物理学家相互平行的视角,阐述人们对宇宙图像的建立过程和理解;对物质运动的基本形式的认识;分析比较他们在创新意识和思维方法上的共同点,以达到对学生进行科学与人文素质培养和提高创新思维能力之目的.经过近10年的教学实践,已经构成完整的课程教学体系,主要包括:自然哲学到物理学与绘画的开端;乔托的“透视”与伽利略的“参照系”;牛顿与达•芬奇;现代科学革命与现代美术革命;光与色彩的意义;空间的意义与立体主义画派;时间的意义与未来主义和超现实主义画派;量子风云与抽象主义艺术;宇宙与人文;对称与不对称;混沌和分形与抽象表现主义画派;东方的艺术之道与西方的科学之道等.简而言之,我们追寻着物理和艺术的发展历史,探讨它们之间的相互联系,教学的重点就在于揭示它们发展的每一次重大革命中的创新点.“物理与艺术”课程建设是一个符合现代教育理念,具有重要创新思想,在国内率先完成,并取得优秀教学实践效果和师生广泛赞誉的教学成果.由李政道先生亲题书名,杨叔子院士作序的“十一五”国家级规划教材《物理与艺术》(附课件光盘)出版后,在物理教育界产生重要影响,2012年被评为国家级精品教材.其次,开设的“文化物理”面向全校各专业学生(包括文科类),文理兼济,特色鲜明.课程采取“案例”式教学,追寻物理学历史发展脉络,通过分析物理学重大发现的社会背景和深刻影响,凝练出科学文化与人文文化相融合的教学内容,培养学生对自然世界(宇宙)的情感、科学研究的态度、创新性的思维方式和崇尚人文科学精神的价值取向.国家级“十二五”规划教材《文化物理》特色鲜明,全书不依靠数学公式,而是以科学意义的图片代替方程,科学内涵的图景理解概念.用简洁的语言和发人深省的科学故事,在科学文化的视野下,鼓励学生欣赏物理学和体味蕴涵其中的深刻思想.
3联系前沿激发创新
为了适应科技发展,培养创新精神,进行工科物理教学内容现代化改革成为共识.自2000年起,我们以现代教育思想为指导,以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技术中的应用为主线,针对不同专业学生,开设了“近代物理与高新技术”课程.在面向航空主机类专业的“近代物理与高新技术Ⅰ”课程的教学中,我们将激光武器、红外探测与隐身、巨磁阻材料、清洁能源等方面的发展和成果介绍给学生,并且注意本校学生的专业方向特点.教学中结合航空航天方面的高新技术发展的事例,引起了同学们的极大兴趣,如高能激光、激光制导、激光推进,飞机和火箭等飞行器的红外辐射特征及其隐身技术等,使课程既具有强烈的时代气息,又具有航空航天特色.在面向电子信息技术类“近代物理与高新技术Ⅱ”课程教学中,我们注意加强半导体物理与微电子技术的教学,并将最新的微电子制备技术和测试分析技术介绍给学生.
在开展课程教学过程中,根据教学对象为大二、大三学生的特点,我们认真分析研究了他们已接受的数学、物理等方面课程学习的情况,精心编写出版了《近代物理与高新技术》教材.全书从学生的实际出发,实施因材施教,注意不过多地涉及高深理论和技术细节,不强调理论的系统性和完备性,力求采用普通物理学的教学方法(即所谓的“普物化”)完成近代物理的教学.在内容处理上,适当铺垫一些理论过程,既有一定的深入又不至于太难,又要浅出又不流于肤浅,使课程教学的深度、广度、进度适合学生的知识水平和接受能力,使学生初步了解近代物理学和高新技术中的基本概念和方法、近代物理对高新技术的作用、当代高新技术的发展等,培养学生的科学素质和创新能力,为学生适应科学技术飞速发展打下基础.在课程现代化建设中,我们认识到近代物理实验可以培养学生运用近代物理的基本原理、基本方法的能力,初步掌握近代物理和高新技术中的一些基本实验方法和技术手段.因此,我校利用“211工程”项目建设了近代物理实验室,面向工科专业的学生开设了“拓展性近代物理实验”课程.在原子核物理、原子物理、低温物理、磁共振技术、微波技术、谱线分析、相对论、光信息处理、光纤通信等方面建立起基本的实验手段,为适应培养新世纪高科技人才的要求提供了基本的实验平台.我们积极探索研究型实验教学新模式.在形式上,不是要求学生简单地重复或验证实验现象,而是组织若干个围绕某一专题的物理实验,比如,“STM实验与纳米技术”“狭义相对论和核物理技术”“光学信息处理技术”等8个专题性实验,要求学生课前查找资料,自学专题实验涉及的知识内容,然后自己动手,观察和验证现象,以科研训练方式完成实验,最终形成论文式的实验报告.课程教学对培养学生的科学素质,形成现代自然观和提高创新能力有显著的作用.我们以“特色化、精品化、现代化”的设计思想建设了一个“物理演示与探究实验室”,并开设“物理演示与探究”选修课程.
一方面,购置各类原理性演示实验,以配合大学物理课堂教学;更为重要的是,我们贯彻科研与教学相互融合的先进理念,把本校若干项重要的科研成果中的物理原理提炼出来,在相关专家指导下,设计开发物理与科研相互结合的演示仪器,并通过申请校内“大学生科研训练计划”资助,鼓励有兴趣的学生参与完成.这一过程性、研究型教育的设计思想和实践,不仅激发学生学习物理的兴趣,而且使他们体会到物理知识对他们今后专业发展的重要性.目前,整个实验室建设和特色演示实验仪器的研制已经形成一个由学生参与,不断发展、不断积累和不断完善的学习过程.近代物理实验和演示实验向所有选课学生开放.近几年来,学生参与研制的实验作品60余台,26次获国家或省级创新竞赛奖.其中,“大场景360°环视动态显示系统”“数字水墙”分别荣获十二届和十一届“挑战杯”竞赛一等奖;“旋转磁场演示仪”获全国高校物理演示教学仪器奖;还有20余项成果在江苏省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛中获奖.
4实践应用影响广泛
教学内容的拓展和课程模式的变革是我们课程改革的核心内容.首先对选修课的设置和教学内容,根据教学实践不断调整、完善,最终形成目前成熟的课程群.其次我们综合运用课堂教学、探究实验、网络平台、开放课题等不同教学媒介,形成开放的、动态的、个性化的学习过程.针对不同课程特点,实现了由单一的物理知识学习模式向多元化、混合型学习模式的转变(见图2).特别强调指出,我们的传统“工科物理”主干课程,和后续系列课程不是割裂的,而是相互促进,协同发展.后续系列课程的建设成果不断融入到工科物理的教学中,反哺工科物理的教学改革,使得整个大学物理教学充满活力.这种由单一的物理知识教育向提高素质、培混合型课程群养创新能力转变的教学体系,激发了学生的学习积极性,不少同学选修2门以上的课程.
关键词:嵌入式系统;课群建设;教学改革;教学方法
中图分类号:G642 文献标识码:B
1前言
嵌入式是近几年发展最为迅速的IT领域之一,人才市场的需求量极大,因此,包括北京大学、北京航空航天大学、同济大学、浙江大学等著名大学在内的全国很多高校及高职院所都纷纷开设了嵌入式系统专业。如何提高教学质量,培养专业人才,是摆在专业建设负责人和任课教师面前的重要课题。要解决好这个问题,必须首先认清嵌入式系统的特点,以及目前存在的问题,通过分析成功的经验做法,在结合自身特点及现实情况的基础上制定一套适合自己的教学体系。
2专业特点
(1) 专业涉及面太广、综合性太强。嵌入式系统是一门“软硬兼施”、涉及多门专业基础类课程内容并具有较强应用针对性的课程,不仅要求学习者具有较好的计算机软、硬件基础知识,还要求其具有其他门类专业的常规知识(如通信,自动控制,传感器技术等),被业界认为是一科入门门槛较高的学科。
(2) 在此之前,学生在算法设计、应用层编程上接触较多,而嵌入式系统需要大量的理解底层硬件和外设的工作原理,以及内核和驱动的工作原理,涉及到复杂的C语言和操作系统的概念,学生一下子无法接受,甚至产生畏难情绪。
(3) 嵌入式系统往往与应用相关,处理器、操作系统等种类繁多,熟悉这些内容,仅仅靠课内有限的学时是远远不够的,这无疑要求学生们拿出大量的课外时间加以自学,这对他们的自学能力提出了很高的要求,而自学能力的培养普遍没有得到足够的重视或训练。
3存在的问题
(1) 随着高校的扩招,包括重点大学在内的生源质量普遍下降。很多学生只愿学马上能用、容易上手的知识,这种现象在除重点大学之外的其他高校普遍存在。学生的学习兴趣和积极性亟待提高,没有这一点作为基础,任何教学改革都是无源之水,天方夜谭。
(2) 由于涉及的知识面广,综合性强,这就对任课教师提出了更高的要求。一般的教师很难做到软、硬件都精通,很多老师都是在接受短期培训之后就给学生授课的,对相关基础缺乏全面足够的了解,实践经验有限。因此,目前学生实践活动普遍停留在应用程序开发的阶段上,底层内核移植、驱动程序的开发相对较少。
(3) 现有的嵌入式实验教学平台所配的实验,几乎都配备了详细的实验指导书,虽然老师们准备实验讲义的工作量减轻了,但学生们按照实验指导书的步骤一步一步按部就班地重复实验内容,不仅无创新可言,实验本身的效果也大打折扣。
(4) 有限的课内学时,无法满足实践教学,尤其是综合性、设计性实践的需要。由于管理体制的原因,很多院校的实验室并未完全开放,教师指导学生课外实践的积极性没有完全调动起来,课内安排的实验更多的是为了配合课内理论教学的内容,一个实验一个模块,缺乏系统性,学生无法建立完整的系统概念。
4成功的做法
纵观国内高校的成功做法,有以下几点值得借鉴。
(1) 普遍采取基于项目(Project-Organized)的学习方法,基于问题(Problem-Based)的教学方法。由此产生的实践教学目标明确,效率高。纵观实践教学成功的例子,普遍都是“Learning by Doing”,而不是“Doing by Learning”。
(2) 重视与博创、周立功、Altera、Xilinx、Microsoft、Intel、ARM等知名企业的合作,以获得最直接的技术支持。既能弥补课程资源的不足,也能有效地培养师资队伍。
(3) 重视和参加各种嵌入式大赛。很多学校,如北京工业大学,同济大学,北京航空航天大学,电子科技大学在全球性的嵌入式大赛中都取得了骄人的成绩,学生们在大赛中得到了极大的锤炼,这些经验和积累也充实到教学改革中。在历届的“博创杯”全国嵌入式大赛中,哈尔滨工程大学多次获得特等奖,足以看出该校已经形成了良好的竞赛氛围,也积累了丰富的大赛经验和技术成果,并非一蹴而就。
5思考
看到一些理工科重点大学的成功做法,我们切记一定不能完全照搬,必须充分认识本校的特点,认真思考并选择属于自己的道路。
5.1教师队伍建设
嵌入式是最近几年才逐渐发展起来的新专业,教师的教学经验普遍不足,教师队伍建设十分关键。建议形成以专业负责人为核心,全员参与的教学队伍。由于实践辅导的强度非常大,一名教师往往也无法解决实践过程中,尤其是创新实践过程中涉及的所有内容,因此我们要探索一门课以一位老师为主导、由多位老师讲授或辅导的模式。协同指导,既能减轻教师的负担,又能提高辅导的效果。所有教师都要苦练内功,丰富自己的理论水平和实践经验,并真正投入到实践辅导的队伍中。周立功曾说,与他合作的研究生导师必须亲自参与到科研项目中,不能只是指导。
5.2管理体制改革
很多嵌入式大赛取得优异成绩的高校,都得益于三个方面,一是学生积极参与,二是教师主动投入,三是领导足够重视。竞赛的主体是学生,由于竞赛是自愿性质的,面对每年各种各样的嵌入式大赛,很多高校根本就没有学生报名。原因是多方面的,除学生的个人基础外,笔者认为在于引导不够、宣传不够、激励不够。北京交通大学的做法是如果要申请保送研究生,必须有这方面的竞赛经历甚至获奖。另外,很多高校考核教师主要看科研,指导学生实践活动要占用大量的时间,投入与回报不成正比,很多教师不愿投入精力,而仅靠个别教师指导是无法形成合力的。北京工业大学在这方面做得很好,不仅有八人的教师梯队,大部分教师都直接参与指导并有着丰富的实践经验,学校也十分重视,投入专款建竞赛训练基地。
5.3教学与科研结合,形成自己的特色
实践证明,没有科研的教学是没有深度的。加州大学伯克利分校规定,课程教学必须与教师的研究领域紧密相关,他们追求深度甚于广度。国内在嵌入式领域的著名高校,都十分重视与知名企业的合作,如同济大学与微软在移动方面合作,浙江大学与Intel在多核方面合作,都形成了自己的特色。嵌入式系统与特定行业应用密不可分,泛泛的教学无法激发学生的兴趣。
5.4课群建设,课程整合
我们发现,导致学生失去兴趣的另外一个原因是课程太多,压力太大。如我院近几年相继开设了嵌入式系统基础、嵌入式汇编语言、嵌入式操作系统、嵌入式软件设计、嵌入式软件测试、课程设计等课程,要通过考试,学生们必须完成相应任课教师布置的大量作业,学生们普遍感觉很累。如果通过一个大的Project,将嵌入式汇编、软件设计、软件测试等课程内容有机的整合起来,让学生得到系统级训练,作为内容的提升,可以让学生在嵌入式软件的优化、功耗的降低、可靠性设计等方面作些研究和实验,甚至可以延续为毕业设计题目。因此,必须以专业为基础,进行课群建设。
5.5教学方式改革
嵌入式系统实践性很强,且有一定难度。建议采取自顶向下(寻根究底)的教学模式,这也符合认识事物的规律。建议学生们最好有一点单片机的基础,初期用现成的学习板,尽量简单,后期可尝试自己设计,从硬件到软件完全自己做。不仅要进行软件的设计,而且还要进行硬件电路的设计和制作,以及软硬件系统的联合调试,使学生建立相关课程之间知识的有机联系。让学生熟悉需求分析、方案设计、原理图和PCB绘制、元器件采购、电路的焊接和调试、嵌入式软件开发等各个环节,使他们的工程实践能力得到真正提高。值得注意的是,项目必须尽可能接近真实世界,因为真实的项目有很多约束,而这正是嵌入式系统的特点。考虑到学生的基础参差不齐,必须分层次要求和考核。针对实验教材过于详细的问题,建议任课教师对实验重新进行逐一设计,制造一些问题,尽管工作量很大,但确实十分必要。要发挥教师指导、教练的作用,强调学生自学能力的培养和提高。教学中要讲思路、思维方式和方法,具体知识让学生自学,并记录遇到的问题,长时间无法解决和典型、普遍性的问题再在课堂上统一讲授。建立资源库,尤其是师生互动的教学资源,建立答疑库,逐渐积累丰富。好的作品建立音视频录像永久保存。这样第二年的项目可在此基础上再有所发挥。
5.6教材建设
每个学校都有自己的侧重点,基础也不一样,建议自编讲义,结合教学大纲更多地融于自己的研究内容,在讲授的过程中思路也会更加清晰,从而可以在教学中传授更多的经验而非简单的知识,条件成熟时还可以公开出版,很多高校都有类似的做法。
6结束语
任何一个专业从新生走向成熟都需要经过几年甚至更长时间的探索与磨合。在建设的过程中,必须针对学校的特点、生源的质量制定符合自己的培养计划,根据教学反馈,实事求是,不断调整。教与学都必须苦练内功,不断积累,切忌急功近利,肤浅浮躁,只有这样,教学质量才能实质性的提高。
参考文献:
[1] 柳翔. 嵌入式软件工程人才培养的探索与实践[J]. 计算机教育,2005(5):53-55.
[2] 牛建伟,张炯. 北京航空航天大学嵌入式系统课程建设[J]. 计算机教育,2008(7):64-65.
[3] 韩德强,孙燕英. 北京工业大学“嵌入式系统”精品课程建设[J]. 计算机教育,2006(8):12-14.
[4] ALBERTO L. SANGIOVANNI-VINCENTELLI, ALESSANDRO PINTO . An Overview of Embedded System Design Education at Berkeley[J]. ACM Transactions on Embedded Computing Systems, 2005,4(3):472C499.
但是,在北京航空航天大学(北航)里,“蜜蜂”二字还有另外一层更为深刻的含义,她,是一个超轻型飞行器家族的名字。20世纪70年代末,那时的北京航空航天大学还叫北京航空学院,“蜜蜂”飞机的设计师胡继忠教授也刚40出头。没有经费,需求方只能解决材料和发动机,所谓的设计室就是他的宿舍,工作台也就是一平方米左右的绘图板,制造厂就是北航五系的车间,不过几个加工人员都是爱帮忙的热心肠。在这种艰苦条件下,胡教授他们硬是把“蜜蜂”家族的第一代产品——“蜜蜂”-1超轻型伞翼飞机造了出来。从那时起到现在,30多年过去了,“蜜蜂”家族已经涵盖了超轻型飞机、飞艇、共轴有人/无人驾驶直升机等一系列飞行器。一只“蜜蜂”,变成了一窝“蜜蜂”。
今年6月底,北航在河北省秦皇岛举办了国内首次较大规模的大学生飞行教学与飞行体验活动。我作为幸运者之一参加并亲身体验了飞行。这次活动的直接组织者是北航的轻型飞机设计研究室,掌门人就是胡继忠教授,这支在国内通航领域设计研发团队颇有名气。参与者主要是该校航空学院的本科生与研究生。学弟学妹们报名极其踊跃,最终有十几名同学通关,由航空俱乐部的专业飞行教员带飞。带我们飞的飞机,就是小“蜜蜂”。
长期以来,国内各大航空专业院校比较重视理论教学,实践课程不多。除了飞行员专业以外,很多同门兄弟姐妹真正能摸一摸操纵杆的机会并不多,更不用说亲身参加飞行教学或飞行体验了。自然,大家对飞行器与飞行的认识也仅仅停留在书本上那些理论知识、数据公式。而在通用航空发达的欧美,不仅航空专业的大学生,很多青少年都有驾机飞行的经历。与此呼应,国外很多航空企业的设计人员本身就有飞行经历,很多人不仅有驾照,甚至是行家老手。这种经历反映到他们的设计工作中,不断地促使他们找到新的灵感,优秀的设计层出不穷。但是就我们国内而言,体验过飞行的飞行器设计师有多少?其中真正能驾驶的又有多少?我们很多人是在工作后才亲身接触到实际的飞行,这无疑是一种遗憾。
亲身体验飞行,无疑对普及航空知识、培养人才具有很大的推动意义。
闲言少叙,现在机会来了。那还不赶紧试试!
“蜜蜂”家族
“蜜蜂”家族中,同名系列超轻型飞机人丁颇为兴旺。小“蜜蜂”因其驾驶容易、成本较低、维护方便,在国内农林业、旅游观光、影视拍摄、地理研究等领域得到广泛应用。看似结构简单的“蜜蜂”飞机,低空低速特性非常优异,完全胜任这些飞行任务。“蜜蜂”飞机看似简易,却经过严谨的风洞试验和强度校核,因此国内很多航空爱好者设计制造私人飞机时,也以“蜜蜂”飞机的数据作为重要参考。至今,“蜜蜂”超轻型飞机已经十分成熟。其中典型型号如纵列双座的“蜜蜂”-3A双翼机和“蜜蜂”-3C,纵列三座的“蜜蜂”-4以及全封闭座舱、全金属结构的“蜜蜂”-11,后三者还经过适航审定具有中国民航局颁布的型号合格证,其安全性接受了多年的飞行检验,是最为热销的型号。不过针对这次比较特殊的飞行教学与体验活动,组织者还是在机型选择上进行了慎重考虑,最终选择“蜜蜂”-4作为教练机,同时还为所有参与飞行的同学们购买了人身意外保险,可谓是精心筹备。
说起“蜜蜂”-4,先得说说“蜜蜂”-3。因为“蜜蜂”-4是从“蜜蜂”-3家族中的“蜜蜂”-3C的基础上改进的。
胡继忠教授在研发“蜜蜂”-1后,当年引起了农林地矿部门关注。1982年,胡教授主持研发团队研制了“蜜蜂”-2飞机。“蜜蜂”-2是一款上单翼单座轻型飞机。与“蜜蜂”-1的伞翼不同,“蜜蜂”-2机翼是个长方形,翼肋是铝管,发动机装在座舱后面。“蜜蜂”-2一面世,胡教授和他的团队就意识到还应该研制一款载重量更大,更有实用价值的双座轻型飞机。这就是后来“蜜蜂”-3家族的缘起。
最终“蜜蜂”-3以双翼的面目展现在世人面前,主翼用张线支撑,下翼和主翼之间是连杆。座舱是半封闭的,前后串列双座。飞机试飞成功之后,曾部署于南京附近的溧水县机场,专职杀灭肆虐一时的松毛虫,大获成功。当时那可是80年代末,“蜜蜂”-3一口气就卖出了50架,其中还有出口到国外的,这是了不起的成就。因此,借助用户的反馈信息,研发团队推出了三种“蜜蜂”-3的改型。
“蜜蜂”-3A,把“蜜蜂”-3的主翼张线改成了连杆,为了进一步减小阻力,在下翼上加装了翼梢的小翼。
“蜜蜂”-3B,在“蜜蜂”-3A基础上增大了主翼和下翼的展弦比。
“蜜蜂”-3C则彻底改头换面。研制人员经过风洞试验,把“蜜蜂”-3/A/B的双翼改成了单翼,机翼张线全部换成连杆,机翼由单面蒙布改为双面蒙布,因此大幅度减小了飞行阻力,这就成为“蜜蜂”-3C,当年一款性能非常优良的超轻型双座国产飞机。1989年9月,中国飞行员黄树年、黄康保、刘玮、赵群力、黄杰、李晓阳,以及总机械师王荣春用3架“蜜蜂”-3C从乌鲁木齐起飞,经过16个机场或野外起降点,用13个飞行日,历时25天,在9月28日到达哈尔滨。“蜜蜂”-3C行程万里,横贯中国北部,是那年媒体热炒的新闻。
“蜜蜂”初体验
“蜜蜂”-4的血缘实际直接来自大名鼎鼎的“蜜蜂”-3C。简单地说,“蜜蜂”-4和“蜜蜂”-3C相比,结构相似,但载重量更大,能坐3个人。“蜜蜂”-4发动机马力更强。最早“蜜蜂”-4装一台最大功率62马力的Rotax-582发动机,而我们在秦皇岛体验飞行的“蜜蜂”-4已经采用了功率更为充沛的Rotax-912发动机,最大功率上升到80马力,匹配地面桨距可调的三叶螺旋桨。“蜜蜂”-4飞机装备了前后两套机械联动的操纵杆、油门杆和脚蹬,前座配备了全套常用飞行仪表和发动机仪表,后座也配有关键的飞行仪表。机翼为铝合金管架结构,蒙皮为柔性蒙布,可自适应地改变翼剖面形状以应对气流分离,因此失速特性很好。座舱为半开敞式,利于维护和地面教学活动的开展,三人乘坐时起飞重量可达到420千克。此次飞行教学活动中只搭载教员与学员一共两人,因此飞机的实际翼载荷显著降低,而推重比获得大幅度提升。这对改善起飞爬升与低速滑翔性能都是极其有利的,也有充足的剩余功率应对学员粗猛操纵导致的大幅度机动和较为极端的飞行姿态。
这次体验活动,没有人给我们制定过于脱离实际的目标。一口吃不成胖子,组织飞行体验,目的并非希望所有同学短时间内能熟练驾驶飞机,而是引导大家熟悉飞行,培养对飞行的感情。感情有了,胆子大了,也能喊出“一只小蜜蜂啊……”。有了这种精神,当然对专业学习有好处!
我们体验的飞行科目比较简单,即绕机场的五边起落航线飞行。巡航与转弯过程中,教员根据自己的判断施加或大或小的杆力和脚蹬力,来纠正同学们的动作,或改变操纵权。而危险程度较高的起降过程则主要由教员自己独立完成。尽管此次活动时间有限,但天气状况良好,活动效率很高:几乎每个同学都安全顺利完成了接近20个起落的飞行,每个起落历时约4分钟。尤其一些有航模操纵经验和玩过飞行模拟游戏的同学,更容易掌握驾驶飞机的要领。
我有幸观摩了这次活动,并以学员的身份升空体验了飞行,这里谈谈自己的体会。由于我喜欢玩航模,操纵航模还算比较熟练。平时我也玩过伊尔-2等模拟飞行或空战游戏,因此初次驾驶“蜜蜂”飞机,在经过短时间的适应后就基本能够完成转弯、爬升、下降等简单飞行动作。由于功率充沛,“蜜蜂”-4飞机经过约50米的地面加速滑行,就可以抬前轮,然后迅速离地并快速爬升。巡航中的“蜜蜂”-4飞机基本保持在约75千米/小时的空速,飞行高度约150米,视野非常开阔。
“蜜蜂”-4飞机的稳定性很好,操纵起来也很听话。由于操纵系统存在难以避免的小量间隙和变形,以及舵面气动响应的滞后,我驾驶“蜜蜂”-4时有轻微的迟钝感。“蜜蜂”-4飞机的骨架结构采用的是航空硬铝和结构钢,并采用了相应的热处理工艺,机翼尾翼刚性较好,因此升降舵、方向舵、副翼的操纵效率都很高;其中升降舵和方向舵的面积较大,都采用了突角补偿和地面可调的配平调整片。因此我感觉杆力很柔和,甚至可松杆飞行。在油门不变,倾斜坡度不太小的姿态下,我仅仅使用副翼和升降舵,就能够完成近似的定高转弯,而搭配方向舵时更利于消除侧滑,实现柔和的协调转弯。
此次飞行教学与体验活动的场地选取渤海之滨的秦皇岛市南戴河区的一个小型通航机场,时间正值秦皇岛最佳旅游季节,风和日丽,能见度良好。“蜜蜂”飞机的半开敞式座舱除了为同学们的地面模拟操纵练习提供了教学方便,还使得大家在驾机学习的同时一睹渤海之滨的美丽风光,体会海风从耳边呼啸而过的感觉!
有些同学甚至是平生第一次坐飞机,坐的居然是“蜜蜂”,而且亲自尝试操纵飞机,因此显得尤其兴奋。那海风,把飞行带来的紧张一扫而空,爽呆了。
整个飞行教学体验活动历时一周,同学们相继接受了飞行理论教学、地面操纵练习与飞行训练等内容,甚至有些同学在专业老师和机械师的指导下乐此不疲地参与了飞机的地面维护工作。喜欢机械,是很多同学,特别是男生的天性。没准未来的某个大设计师就隐藏在我们中间!
同学们普遍认为,体验飞行效果远比枯燥的课堂讲授要好,对飞机空气动力学、结构设计等方面的认识更加直接也更加深刻。“蜜蜂”超轻型飞机“麻雀虽小五脏俱全”,是一个非常有意思的范本。飞机在安装、调试与维护中体现出航空领域特有的严谨细致,也给在场的同学们以深刻的感悟。所有空地勤人员认真负责的工作态度对大家的积极影响也远比书本上看到的简单说教要明显。整个活动最大的意义在于强烈的提升了同学们对飞机与飞行的兴趣,激发了投身航空事业的热情。这种精神上的收获是尤其难得的。