黨的二十大精神指引航空航天類教學的實踐探索

宋樹豐 劉鋒 胡寧

摘? 要：新工科建設是應對新一輪科技革命和產業變革、推動我國新經濟發展、布局未來戰略競爭、加快我國高等教育改革創新而提出的我國工程教育改革方向。黨的二十大精神對航空航天類教學提出了新要求，在總結分析航空航天工程材料課程教學的現狀與問題的基礎上，通過知識模塊化、實踐項目化的教學內容改革，以學生為中心、強化能力培養的教學方法改革，探索“四位一體”的航空航天工程材料教學實踐，努力培養德才兼備的航空航天工程高層次人才。

關鍵詞：新工科;四位一體;航空航天;教學內容;教學方法

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）S2-0027-04

Abstract： The construction of Emerging Engineering Education（3E） is the direction of China's engineering education reform that answers the new round of scientific and technological revolution and industrial reform， promotes new economy development， plans future strategic competition， and accelerates our higher education reform and innovation. To respond the spirit of the 20th National Congress of the CPC， the undergraduate teaching of aerospace specialties faces new challenge， this paper analyzes the current situation and problems of aerospace engineering material courses， and proposes four integrated teaching content and methodology reforms for the aerospace engineering material courses， viz.modularization of knowledge， projectization of practical experiments， student centering， and reinforcement of ability training， cultivating high-level talents in aerospace engineering with both moral integrity and talent.

Keywords： emerging engineering education; four integrated reforms; aerospace engineering; teaching content; teaching methodology

經過改革開放40年來的不懈拼搏，我國建成了全球規模最大的工程教育體系。面對世界經濟的快速發展，工程科技的不斷進步，為推動工程教育改革創新，2017年，“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”[1-3]，構成了新工科建設的“三部曲”，奏響了人才培養主旋律，開拓了工程教育改革新路徑，啟動新工科建設，加快培養新興領域工程技術人才，主動布局未來戰略必爭之地，提升國家硬實力和國際競爭力，新工科建設具有深遠的戰略意義[4]。黨的二十大報告指出：“深入實施人才強國戰略。培養造就大批德才兼備的高素質人才，是國家和民族長遠發展大計?！薄秾O子·謀攻篇》曰：“知己知彼，百戰不殆;不知彼而知己，一勝一負;不知彼，不知己，每戰必殆?！弊鳛橐幻咝＝處?，踐行新工科戰略，深入學習貫徹黨的二十大精神，努力為國家培養卓越人才，需要做到知己知彼，“彼”即新工科的理念內涵，“己”即教師的教育教學實踐。

一? 新工科理念的內涵

新工科理念的內涵可以從以下方面來理解[5-6]。

（一）? 理念新：面向未來、謀劃未來、引領未來、收獲未來

理念是實踐的先導，新工科建設更強調主動迎接新一輪科技革命與產業變革。習近平總書記2021年5月28日在中國科學院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會和中國科協第十次全國代表大會上指出，“當前，新一輪科技革命和產業變革突飛猛進，科學研究范式正在發生深刻變革，學科交叉融合不斷發展，科學技術和經濟社會發展加速滲透融合”。新工科建設要求主動迎接新一輪科技革命與產業變革，創新進取，推動高等教育改革，在未來戰略必爭之地儲備人才，搶占制高點。

（二）? 要求新：探索創新型、綜合化、全周期、開放式的人才培養理念

新工科人才的特征在于：掌握基礎理論與專業知識、強大的自學與實踐能力、創造創新與批評的品質、合作精神、家國情懷等。周遠清[7]曾對人才培養模式的含義作出論述，人才培養模式本質上是人才的培養目標和培養規格以及實現這些培養目標的方法或手段。具體的人才培養目標和規格已經難以適應新工科人才的特征，必須探索創新型、綜合化、全周期、開放式的人才培養新理念。

（三）? 質量理念新：以學生為中心、以結果為導向、持續質量改進

堅持以學生為中心，要從傳統的“教什么、怎么教、教得怎么樣”轉變到“學什么、怎么學、學得怎么樣”，強調學生的主體地位，培養學生全面發展，實現從以“教”為中心向以“學”為中心的轉變，使教育教學改革成果惠及全體學生。堅持以結果為導向，強調教育質量，根據“產出”倒推和設計教學內容和教學方法。堅持持續質量改進，建立“政策響應-發現問題-改進”的持續質量改進循環機制。

二? 航空航天工程材料課程教學的現狀與問題

工程材料是高等院校機類專業的一門專業必修基礎課，涉及機械、能源動力、材料等專業領域，也可作為高等職業技術院校、高等?？圃盒Ｏ嚓P專業教材和有關工程技術人員參考知識[8]。航空航天工程材料是在工程材料的基礎上開展起來的航空航天學院的一門專業基礎課。隨著新工科建設的推進，結合教學實踐，航空航天工程材料存在的問題日益凸顯，概括起來就是：固守經典，缺乏改革。

（一）? 課程體系經典傳統

課程內容主要包括材料的成分、結構、組織、性能及其影響因素等基本理論，以及金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、碳材料等常用工程材料及應用。涉及純金屬的結晶、二元合金相結構及合金、碳鋼和鑄鐵、金屬熱處理與表面處理、金屬材料的力學性能及塑性變形、有色金屬及合金等金屬材料基礎知識，以及特種陶瓷工藝學、結構陶瓷、功能陶瓷、陶瓷基復合材料等陶瓷材料基礎知識，又涵蓋工程塑料、合成纖維及應用、特種合成橡膠等高分子材料基礎知識，以及碳材料簡介、碳纖維、碳/碳復合材料、新型納米碳材料等新型碳材料基礎知識。教學內容廣，知識點多[9]。課程體系沿用了清華大學出版社出版的朱張校、姚可夫主編的《工程材料（第5版）》（2011年），該教材是在鄭明新教授主編的《工程材料（第1版）》（1983年）基礎上完善起來的。課程體系經典而傳統，工程材料，特別是航空航天領域工程材料的發展變化和新工科的需求變化在教材中難以體現。

（二）? 培養模式經典傳統

航空航天工程材料作為一門技術基礎課，除了理論知識廣，與工程亦結合緊密，這是其自身的特色所在，因此，該門課程除了32學時的理論教學，還包括一周的綜合實踐教學。實踐教學中往往強調與理論教學的相呼應，但卻忽視了讓全體學生利用這一寶貴的綜合實踐周“有效”接觸科技前沿中的工程材料的教育;實踐教學評價單一，往往是以學生完成一份實驗報告而結束，學生云里霧里，只知其一不知其二，難以契合全產業鏈所需求的從研發、設計、生產、銷售到管理、服務的多元化人才結構[10];教學方式通常為“滿堂灌”，忽視學生的主體地位。

（三）? 缺乏改革理性和勇氣

《工程材料（第5版）》作為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材、國家級精品課程教材、北京高等教育教學成果二等獎、清華大學優秀教材特等獎，我們習慣了將“經典”拿來用，面對教學過程中出現的問題，缺乏了改革和創新的理性和勇氣。新工科建設如火如荼，時不我待，迫切需要探索航空航天工程材料課程體系的重構和教學內容、教學方法的改革，踐行新工科理念。

三? 航空航天工程材料教學內容改革

航空航天工程材料課程教學以黨的二十大精神為指引，需要根據科技進展、航空航天專業特色和社會發展的要求，不斷優化教學內容，逐步實現教學內容的現代化。經典的工程材料教學內容范圍廣、知識點多，在學生學時有限的前提下，如何設計“加減法”，改革教學內容，提升航空航天工程材料與航空航天類專業的關聯度，凸顯航空航天工程材料的前沿性，尤為重要。

在教學實踐中，如圖1所示，可以從以下兩方面進行思考。

（一）? 知識模塊化

教師不再固守工程材料知識結構的連續性不放，通過調整知識結構，增刪教學內容，適應航空航天類新工科專業的培養目標，形成以學生為中心、以結果為導向的教育模式。將航空航天工程材料課程設置為“經典模塊”“空天模塊”“前沿模塊”?！敖浀淠K”涉及工程材料的成分、結構、組織、性能及其影響因素等基本理論和基本規律的經典知識?！翱仗炷K”涉及金屬材料、陶瓷材料、高分子材料以及復合材料等主要工程材料在航空航天領域的研究和應用?！扒把啬K”涉及金屬材料、陶瓷材料、高分子材料等主要工程材料的代表性前沿科技和進展。

例如，在“純金屬的結晶”章節中，純金屬容易形成樹枝狀晶體，其原因在于：晶核長大過程中有潛熱放出，晶體尖角處散熱速度快，成為伸入液體中的晶枝;同時，尖角處缺陷多，從液體中轉移過來的原子容易在這些地方固定，有利于晶體的長大而獲得樹枝晶。這是在“經典模塊”中講授的知識點。結合筆者的科研背景，電化學電池儲能技術在航空航天、電動汽車等新興領域有著重要的應用，經過30來年的發展，傳統鋰離子電池已經達到其技術極限，難以滿足新興領域的快速發展，新材料、新技術的研究轟轟烈烈;金屬鋰，一種純金屬作為鋰電池負極材料，由于超高的比容量，被寄予厚望，金屬枝晶的問題是其面臨的最關鍵的問題之一，得到了學術界和產業界的普遍關注[11]?？蓪⒔饘黉嚨闹栴}引入到“前沿模塊”中，使學生了解金屬鋰的應用背景、枝晶的產生機制、抑制策略和機制等前沿科學研究進展。

例如，在“金屬材料及其合金”這一章中，涉及純金屬的結晶、二元合金相結構及合金、碳鋼和鑄鐵、金屬熱處理與表面處理、金屬材料的力學性能及塑性變形、有色金屬及合金6節內容，教學內容幾乎都是黑色金屬，有色金屬的教學內容非常薄弱，黑色金屬在工程實際中發揮著重要作用，但在航空航天領域中，鋁合金、鎂合金、鈦合金等有色金屬由于其自身性質和性能，發揮著至關重要的作用[12]，結合航空航天專業特色，在金屬材料這一章中，除了在“經典模塊”中講授黑色金屬等經典知識，更應增加空天模塊，講授航空航天中的有色金屬材料及其應用。與黑色金屬的知識結構不同，有色金屬的知識更為發散，研究進展也更為迅速。針對有色金屬材料這些獨特的特點，課程可以設置成有色金屬與航空航天的開放課程，將學生分成若干小組，將有色金屬按照材料體系分成若干類，每小組選擇一類材料，課下進行材料調研、文獻檢索、制作PPT，課上進行報告，其他小組則進行提問與評分，以此作為平時成績之一。這種開放課的教學方式，可以大大促進學生的學習積極性，加強學生對有色金屬的認識，特別是對有色金屬在航空航天領域的最新研究進展加深了解，增強學生對本專業的熱愛。

在航空航天工程材料教學實踐中，既包含經典理論知識，又包含能夠反映學生所讀航空航天類專業實際問題的案例，又包含典型工程材料的前沿研究，實現教學內容與工科專業學習、科學研究相融相通，使學生切實感受到所學專業的魅力、所學知識的益處、知識交叉的樂趣，從而達到習近平總書記提出的建設具有突出技術創新能力、善于解決復雜工程問題的工程師隊伍的要求。

（二）? 實踐項目化

以結果為導向，設計綜合實踐教學內容，圍繞著航空航天領域和科技前沿，設置實踐主題，按照“項目”管理的方式，指導學生調研學術文獻，弄清楚所選綜合實踐的研究意義、研究背景、研究目標、研究內容、研究方案和預期結果等，在完成實踐報告的基礎上，并作“實踐項目”結題匯報，從而達到培養全產業鏈所需的多元化人才要求。

四? 航空航天工程材料教學方法改革

除了課程教學內容的變革，還需要教學方法變革，如圖1所示。

（一）? 角色轉換，以學生為中心

唐代韓愈說：“師者，所以傳道受業解惑也”。什么是好老師？習近平總書記認為，好老師沒有統一的模式，可以各有千秋、各顯身手，但有一些共同的、必不可少的特質。他在不同場合勉勵教師，甘當“鋪路石”，做學生的“引路人”，要做“四有”好老師，要做“大先生”?；ヂ摼W時代，使學生集中注意力聽講，提起興趣學習，越來越奢侈。教師需要從傳統的知識灌輸者轉變成導師，引導學生主動學習，培養學生的終身學習能力。從傳統的灌輸課堂向對話課堂轉變。

例如，將學生分割成若干學習小組，在課堂教學過程中，教師進行設問，學習小組不同成員進行解答，直到這一問題被這一小組解答完畢。通過短視頻等導入教學情境，激發學生好奇心，提高學生學習興趣。設置“開放研討”環節，以問題為導向，讓學習小組調研匯報金屬材料、陶瓷材料、高分子材料等工程材料在航空航天工程領域中的研究和應用，報告內容需要涉及課程講解的至少2個知識點，結束后，其他小組提問，并打分，作為平時成績之一。通過這種“開放研討”的模式，學生深刻感受到所學理論知識在航空航天工程領域中的實際應用，提高學生的學習主動性，通過文獻調研、PPT制作、PPT匯報、設問及回答等環節鍛煉了學生的學習能力、邏輯思維能力、應用能力、協作能力，提升教學質量。

（二）? 強化能力培養，加強創新實踐，深化本研融合

創新能力是對未來卓越工程人才的重要要求，不僅要教授學生理論知識，更應強化學生創新能力。在教學實踐中，通過“前沿模塊”提升學生對前沿科技的興趣，激發學生的創新研究興趣，利用重慶大學大學生科研訓練計劃和交叉創新創業平臺，鼓勵學生參與，使本科生從切身的科研實踐中體驗到科技前沿，懂得科學研究既“尖端”又“近人”，培養學生的創新潛力。通過研究生協助指導本科生科研，深化本研融合，協同發展。

五? 教學效果

通過上述“四位一體”的教學內容和教學方法的探索，航空航天工程材料課程教學得到了顯著提升，圖2是2022年重慶大學航空航天學院工程力學專業學生航空航天工程材料課程的期末綜合成績。綜合成績由70%的考試成績、30%的平時成績構成，由結果可知，90分以上的同學占比27.5%，80～90分的同學占比62.9%，沒有同學的綜合成績低于70分，說明了通過該教學實踐，極大促進了學生的學習積極性。另外，值得一提的是，在該課程教學過程以及教學結束后，班級有9名同學申請作者為指導教師，獲批了2個重慶大學第十四屆大學生科研訓練計劃（SRTP）項目、1個市級大學生創新創業訓練計劃項目，并于2023年順利通過結題驗收。

六? 結束語

中國已成為全球最大經濟體，面對新一輪科技革命與產業變革，迫切需要加快德才兼備的高層次人才培養，高等教育創新改革恰逢其會。面向未來、探索未來、塑造未來，新工科建設方興未艾，高等教育教學改革不可能一揮而就，但是，在黨的二十大精神指引下，一線教師同心協力，通過不斷的研究-探索-實踐-改進，新工科建設將有力促進我國高等教育創新變革。

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基金項目：重慶大學教學改革研究項目“國家一流本科專業建設背景下教育教學改革的探索與實踐——《航空航天工程材料》課程科教融合的研究”（2021Y54）;重慶大學研究生教育教學改革研究項目“基于‘科教融合+預演畢業雙驅動的德才兼備的航空航天高層次人才培養模式探索”（cquyjg22309）

第一作者簡介：宋樹豐（1982-），男，漢族，吉林長春人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為航空航天新能源。