提升双创能力的多维融合实践教学理念探索——以飞行器设计专业为例论文

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摘 要：按照国务院、教育部对新时代本科教育教学改革要求，将专业教育、创新创业教育有机融合，提高实践教学改革的深度和广度。研究了现有实践教学培养体系与小型无人机创新设计的内涵关系，基于飞行器设计专业实际，建立了入门级→普通布局无人机→新概念无人机的多维融合培养方案，结合多学科知识体系，建立了提高双创思维能力的多维融合教学理念，以多维实践内容和多维实践路线构建了多维融合实践教学策略。

关键词：创新创业；飞行器设计；实践教学；专业知识；无人机

本文引用格式：刘战合，周鹏，陈红海，等 . 提升双创能力的多维融合实践教学理念探索——以飞行器设计专业为例 [J]. 教育现代化 ,2021,8(36):153-157.

Exploration and Practice of Teaching Concepts of Multi-dimensional Integration for Improvement Ability of Innovation and Entrepreneurship——Taking Aircraft Design Major as An ExampleLIU Zhanhe1, ZHOU Peng2, CHen Honghai3, LIU Yuzhengze3(1. School of Aeronautic engineering, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou Henan; 2. School of Intelligent engineering, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou Henan; 3. Office of educational Administration, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou Henan)

Abstract: According to the requirements of the State Council and the Ministry of Education for undergraduate education and teaching reform, professional education and innovation and entrepreneurship education will be organically integrated to increase the depth and breadth of practical teaching reform. The connotation relationship between existing practical teaching training system and the innovative design of small UAVs was studied. And a multi-dimensional integrated training program of  entry- level → ordinary layout UAV → new concept UAV was established based on professional reality of aircraft design. Combining  with multiple disciplines knowledge system, the multi-dimensional integrated teaching concept was established to  improve    the thinking ability of innovative and entrepreneurship, and a multi-dimensional integrated practical teaching strategy was constructed by the multi-dimensional practice content and the multi-dimensional practice routes.

Keywords: innovative and entrepreneurship; aircraft design; practice teaching; professional knowledge; UAV(Unmanned Aerial Vehicle)

一 引言

习总书记在 2018 年全国教育大会讲话中明确指出“要在增强综合素质上下功夫，教育引导学生培养综合能力，培养创新思维”。具体实施上，教育部重点关注本科教学改革 [1-2]，并将“深化创新创业教育改革，提升学生综合素质”作为本科教学主要任务和目标之一，“推动创新创业教育与专业教育、思想政治教育紧密结合，深化创新创业课程体系、教学方法、实践训练、队伍建设等关键领域改革”，其中实践训练成为重要内容，同时创新创业教育核心也是实践能力培养。2019 年 2 月，中共中央、国务院印发了《中国教育现代化 2035》，明确提出本科教育应该“强化实践动手能力、合作能力、创新能力的培养”，再一次将创新创业、实践能力作为本科教学的核心培养内容和教育改革的重要方向。从我国本科教育现状来看，尤其对多数工科背景本科院校， 培养较强创新创业（即双创）意识和实践能力的高素质应用人才已成为本科教育的核心实现目标 [3~5]。

结合飞行器设计专业实际情况，为优化学生学习生态，提高学生主动学习意识，构建创新意识思维、科研探索精神的新氛围，形成以学生自我学习、自我探索为中心的新方式。本文以小型无人机设计制作为核心出发点，从实践过程中探索实现学生自主学习的教学方法和实施策略，研究用于实践体系的多维融合式教学方法，辅以成果导向思路，力争对其中涉及的重点知识内容（如设计理论、制作工艺、团队合作等） 分层次、分难度、分团队深度融合，并通过科技报告写作、飞行试验验证、经验总结等形式提升学生对专业知识的运用能力、凝练和思考能力，增设团队互动、趣味性教学内容，配合实际演练，进一步锻炼学生自主学习能力、创新思维能力、创业意识能力。

二 小型无人机创新设计牵引的实践教学体系内涵

实践环节课程是公共基础课、学科基础课、专业必修课、专业选修课等类型课程的综合运用，也是对以上课程的再学习和再锻炼，以夯实复合型、应用型能力的培养水平。针对新时期发展环境下传统的实践环节已不适应教学发展趋势的问题，基于飞行器设计专业就业创业需求，以小型无人机创新设计和研究为内容，通过教学团队和学生科研实践团队建设、采用“四年一贯制”思路，创新性构建面向创新创业能力培养的实践教学体系，是原有实践教学体系的再升级和再优化。

区别于基础性实践课程（如大学物理实验等）、课程设计（如飞行器总体设计课程设计等）、毕业设计（更强调学术性）等， 小型无人机创新设计实践更强调专业综合性、能力提升性、团队合作性、应用目标性，是基础科学、专业技术、新概念知识的综合运用，也是从无人机实现角度锻炼学生探索新概念、新思想、新思路的重要举措。从当前我国教育现状来看，尽管我国航空航天类高校通过不同形式对该类型实践课程进行了初步尝试，但形成小型无人机创新设计实践体系尚缺乏系统性、专业性、学术性、应用性等，并未形成完善的体系建设，有必要持续深入研究。

小型无人机创新设计实践与培养体系关系如下图 1。基础课程更加重视基础复合型理论体系的构建，以培养基础性、综合性能力的提升课程则面向就业、毕业，更加重视学生解决实际工程问题的能力，以提高就业竞争力和社会贡献力；介于以上两种课程体系，小型无人机创新设计实践要求学生根据已掌握知识，在整体教体系中实现设计、分析、制作、飞行试验等，通过团队合作掌握小型无人机设计制作流程，并力争在教师总体设计指导下为每个学生提供展示个人能力的平台，培养航空相关专业学生的基础理论分析能力、多学科复合应用能力、工程应用实践能力、新概念创新突破意识、团队合作意识， 即“三能力两意识”目标，对培养学生创新创业意识和实践能力有重要意义。 基于以上考虑，为适应新时代下国际国内航空产业发展趋势，提高学生灵活运用基础设计、制造理论的能力，以创新创业能力培养为目标，聚焦于构建飞行器设计专业实践教学体系、探索新时代实践教学方案和方法，实践教学的深入建设、教学方法的深层次探索是新形势结合时代特点、国家发展需求、教学改革的深度实践，对提高本科生飞行器设计、制造、创新创业意识等技能与专业技术的高素质复合型应用能力有重要支撑作用，也是推动和提高人才培养尤其是创新创业能力培养的重要方面 [6]。

三 面向双创能力提升的多维融合实践教学理念

（一） 小型无人机创新设计多维融合培养实施方案

结合飞行器设计专业知识特点，以小型无人设计制作为基本内容，根据不同学生专业知识储备、实践动手能力、个人特长及兴趣等特点，通过合理组织、课程推进，使学生在不同程度上掌握小型无人机设计的设计、仿真、制作、试飞等基本科研流程， 以关键设计制作流程节点为核心，建立其与飞行器设计、飞行器结构力学、空气动力学、飞行器制造、飞行器结构设计等学科知识点之间的逻辑关系和内容构架关系。考虑到学生对飞行器专业知识掌握的差异化特点，将小型无人机创新设计进行合理的三阶段推进，形成入门级（P5-A 布局无人机）→普通布局无人机→新概念无人机的多维小型无人机设计融合培养方案和模块化设计思路，如图 2。

其中入门级设计以 P5-A 布局小型无人机（航空模型）为主要对象，面向大部分不具备飞行器设计、制作经验的同学，对入门级设计，教学团队已构建以 P5-A 布局的典型小型无人机设计制作成熟流程， 结合理论课程讲解，通过小型无人机设计制作的课程实践，使学生从实践上掌握飞行器总体设计、空气动力学等分析、仿真、试验、总结的基本科研过程，并提高学生对专业知识的认识、对飞行器设计流程的深刻理解。

从普通布局无人机维度上看，对有一定飞行器设计制作参与经验的部分同学，实践过程中注重专业知识引导，由学生根据自身兴趣爱好，选择合适的气动布局、总体外形的小型无人机， 并完成总体设计、仿真分析、实践制作、试飞试验等过程，该过程无详细设计模板和成熟设计经验作为参考，仅对制作工艺流程提出基本设计要求，指导老师在设计制作过程中以辅助地位出现，重点帮助学生解决实践过程出现的重点难点问题。对新概念无人机探索设计，主要面向有创新意识、有飞行器总体设计或制作经验、有气动外形创新设计基础的部分同学，鼓励从产业发展现状、经济发展等需求出发，针对性设计新型飞行器、无人机方案，并结合气动性能、结构性能仿真、总体设计制作、飞行试验验证创新设计的正确性，提高学生对专业知识的应用能力、跨专业学习能力等。

（二） 搭建多学科知识体系，探索提高双创思维能力的多维融合教学理念

小型无人机创新设计具有综合实践特点，通过学生实际参与，提高相干基础学科、专业知识、核心知识及专业软件应用知识等的掌握和应用能力， 学科涉及面较广，具有典型的多学科特性。与小型无人机创新设计过程相关，从专业知识角度看，多学科体系横向来看包含飞行器总体设计、空气动力学、飞行器结构力学、飞行器控制理论、飞行器结构设计、航空材料等方向，纵向看包含飞行器动力工程、飞行器质量工程、飞行器制造、航空运输经济、经济学等学科，通过横向纵向多学科综合实践，培养学生复合型工程应用能力。

从教育维度上看，基于小型无人机多学科知识体系，实践教育还包含创新意识、创业策略、工程应用等“知识体系”多维融入的培养。实践教学中， 围绕学生团队设计方向，结合无人机总体方案的新颖性、空气动力学仿真分析研究方法的新途径、结构设计新方案等过程引导学生创新思维的提升，结合团队研究方向，充分考虑经济发展需求，在设计实践环节上提高作品的工程应用型，并着力锻炼学生团队意识、个人专业素养等，结合路演、项目打磨， 培养学生初步的创业策略和创业意识。融合小型无人机创新设计内容，以“互联网 +”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品大赛等为牵引，提高飞行器设计专业学生的创业意识和创新能力。

从工程应用角度出发，小型无人机创新设计实践以学生为中心，围绕学生专业知识能力、专业实践能力、创新创业意识等，由学生自发组成创新设计、设计实践团队，围绕某一特定布局小型无人机，由学生团队提出、设计、分析、制作、试飞，教师团队指导为辅，并对实践过程中存在问题、方案合理性、创新性进行综合指导。鉴于实践的多学科复杂性， 对教学方案进行重新设计，以适应实践教学体系的综合性，合理构架完善的专业知识体系，并从创新创业能力培养和提升上进行融合，形成学生为中心、教师重在指导、多学科知识体系、复合工程应用能力的相互逻辑关系，即学生、教师、知识、能力（“一心三位”）的多维融合教育模式，学生参与实践如图 3。
（三） 面向小型无人机创新设计的实践教学策略
从上分析可以看出，小型无人机工程设计可以培养学生基础分析能力、多学科复合应用能力、工程应用实践能力、新概念创新创业意识、团队合作意识即“三能力两意识”，以“科学素养”改善多维培养水平。教学实践中，以基本知识→实践提升→ 创新意识的多维实践为基本教学内容，以课堂内→ 课堂外→创新创业的多维实践为基本路线，形成多维融合实践教学策略。从教学内容上看，与前述多维度融合培养方案类似，考虑到学生能力提升，将实践内容提炼为：基本知识→实践提升→创新意识，逐级提升。

基本知识以专业知识、创新创业知识为主要内容，通过设计、分析、仿真、试验等过程， 提升学生掌握专业知识、提高项目研究分析、处理专业知识问题的实践动手能力，进一步培养学生的专业知识创新意识、考虑市场需求的创新改进意识等。从基本路线上看，围绕课堂内→课堂外→创新创业维度，拓宽学生对专业知识、专业技能的进一步思考，课堂内是指理论课程、实践课程课内知识教学过程，课堂外指利用课堂外时间开展的专业知识学习、专业项目及课题研究等，创新创业维度上， 结合现有创新创业课程体系，以小型无人机设计相关科研项目和“互联网 +”为代表的学科竞赛为载体，将专业教育、专业实践和创新创业教育有机融合， 并应用于实际教学过程。多维融合实践教学策略如下图 4 所示。

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