航宇学科青年教师科研与教学融合发展的探索

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  [摘 要] 以高校航空宇航科学与技术学科青年教师教学和科研问题为分析对象,通过总结学科专业理论性强、知识点分散和教材体系差的特点,分析青年教师专业教学和科研之间的矛盾,结合个人教学经验,从教学模式转变和教师科研学术发展角度出发,探索专业教学与科研学术相互促进与协调发展问题,提出了科研和专业教学的融合式发展模式,分析了该模式对学生学习和教师科研的促进作用,为航空宇航科学与技术专业青年教师教学和科研的协调发展提供参考。
  [关键词] 航空宇航;青年教师;科研引导;专业教学;融合式发展
  [作者简介] 王金金(1989—),男,福建长汀人,航空宇航科学与技术专业博士,火箭军工程大学导弹工程学院讲师,主要从事航空宇航学科专业理论及教学研究;田 干(1982—),男,安徽安庆人,航空宇航科学与技术专业博士,火箭军工程大学导弹工程学院副教授(通信作者),主要从事航空宇航学科专业理论及教学研究。
  [中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324(2021)40-0010-04    [收稿日期] 2021-05-10
   一、引言
   航空宇航科学与技术是20世纪初期和中期先后创建并迅速发展融合的学科,该学科以物理、数学及现代先进科学技术为基础,融合推进理论与工程、飞行器设计、制造工程、制导控制等专业为主干高度综合交叉的学科体系。近年来,我国从探月取壤到天问奔火的自主突破,离不开我國航空宇航学科的快速发展。但是,航空宇航科学与技术是一门深度交叉高度融合的学科,既需要坚实深厚的物理数学基础理论,又融合创新设计、精确制造、精密加工等工科技术,这给高校航空宇航科学与技术专业课程教学带来了诸多困难。
   目前,高校航空宇航学科青年教师大部分为刚从学校毕业的研究生,在科研上已有一定积累,进入高校后开始从事教学工作。教学是一个全新的领域,青年教师还处于起步阶段,且航空宇航科学与技术学科有专业性强、理论性强等特点,给青年教师教学带来了极大挑战。因此,青年教师必需迅速将科研学术能力与教学相结合,实现两者的相互促进与融合,进而成为一个合格的青年教师。笔者就个人在科研学术和专业教学融合式发展模式上的探索与实践进行总结,分析了本学科青年教师的教学问题,探索了科研与教学工作的融合式发展模式。
   二、航空宇航科学与技术专业青年教师的教学困境
   (一)专业知识理论性强,学与教难度大
   当前,高校航空宇航科学与技术所辖专业方向包括飞行器总体设计、飞行器结构设计、飞行器力学和控制等,基础理论涉及“矩阵论”“数值分析”“数学规划”“数理统计”等数学基础,专业基础课包括“高等空气动力学”“飞行动力学”“结构动力学”等专业理论,因此,该学科是一门多学科相互融合的综合学科。
   多学科融合一方面极大地激发了学科活力,促进了学科的发展;另一方面也为青年教师带来了极大的挑战。主要体现在两方面:一是基础课程各学科之间关联性较大、理论性强、知识点多,一门课程涉及多门课程的内容,极大地挑战了青年教师的知识储备;二是专业基础课程繁多、对基础理论依赖性大,往往一门课程融合了多门学科的基础知识,且必须建立在前期理论基础扎实的基础上才能融会贯通,导致学生压力大,接受起来生疏枯燥,最终学习效果并不理想。
   (二)专业教材继承性强,学习挑战明显
   航空宇航科学与技术专业教材内对应的知识点综合性强,专业教材对基础知识依赖性较大,但是在教材的编写过程中,限于篇幅,无法将其他基础理论二次深入推导分析,一般直接将其他理论拿来引述应用,简化了分析过程,导致内容偏抽象化和理论化,增加了学生的学习难度。
   另外,航空宇航专业课程又具有很强的试验性,专业教材中的部分理论采用经验化公式进行处理,理论计算和经验公式相互综合,内部知识点相对分散,数量较多,且进行了大量简化。这些因素促使学生在内容理解和记忆上较为吃力,导致重点和难点把握不清,无法形成一个完整系统的学科知识体系,导致学生学习难度较大。
   (三)教学投入时效性慢,教研矛盾突出
   目前,高校教师承担教学和科研两大任务,且高校的职称晋升与科研直接挂钩,导致大部分青年教师较为重视科研,并为之投入了大量的时间和精力。而教学又是一个全新的领域,青年教师还处于起步阶段,教学内容和技巧均需进一步学习,接受起来肯定没有科研得心应手,也没有科研来的见效快,导致大部分青年教师更倾向将精力花费在科研上,在教学上投入的精力相对有限。
   另外,个人的学术研究一般集中在学科的某个点上,具有很强的创新性和前沿性,而教学则建立在相对成熟的理论和对象上,更加注重知识的系统性和完整性,一旦忽视了科研与专业的结合和拓展,则容易导致教学与科研脱节。
   实际上,科研和教学之间是相互影响、相互促进的关系,任何一方的缺失或偏颇均会对学生学业和教师自身发展带来不利影响。当前,统筹科研和教学,从教学中提炼科研,并让科研反哺教学,实现“两条腿走路”是航空宇航学科青年教师发展和进步的重要方向[1]。
   教育部在很早以前便意识到这个问题,早在2005年1月,就印发了《教育部关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》的文件,文件特别提出在教学方面要积极推动研究性教学,通过研究式教学引导学生思考,提高当前大学生的自主创新能力[2]。2018年6月21日,教育部部长陈宝生在新时代全国高等学校本科教育工作会议上的讲话中指出,教育要坚持“以本为本”,推进“四个回归”,其理论内涵就是要求高校教育注重本科教育,高校工作者要“回归常识、回归本分、回归初心、回归梦想”[3],近年来,教育部文件还注重强调积极推进研讨式教学[4]、案例式教学[5]、线上线下相结合等教学方法和合作式学习方式。那么作为航空航天领域青年教师,如何通过科研引导专业课研究性教学模式转变和发展呢?    三、科研工作与教学工作的融合式发展
   科学研究的意义在于发现和创造,因此,科研工作必须与学科前沿发展紧密相连。当前大部分高校青年教师刚刚研究生毕业,已经初步具备学术研究的基本科研思维,这为科研推动教学提供了可能。但是,在教学过程中,青年教师也存在“没得讲,不敢讲”的通病。笔者发现如果以科研为依托,牵引教学,一方面可以激发学生的学习兴趣,另一方面可通过教学反哺科研,实现教学与科研的融合式发展,现就个人经验认识谈几点体会。
   (一)提高学生学习主动性,激发学习兴趣
   在专业课教学过程中,课堂教学内容仍然要以专业教材为基础,但在课堂教学设计上可以融入一个与航空宇航科学与技术相关的综合性题目。在该综合性项目的驱动下,一方面,青年教师更容易将个人科研学术思路应用到教学上,更能驾驭课堂,完成知识的传授;另一方面,以实际问题为牵引,改变了传统教学中面对数学公式和假想案例的枯燥乏味,能迅速集中学生的注意力,激发学生的兴趣。在此基础上,学生为了解决问题,必须由点破面,由浅入深,钻研课本,达到启发学生思考、激发学习的主动性和积极性的目的。在课堂之外,学生有了学习目标就有了驱动力,在教师的引导下,主动查阅相关文献,调研相关技术,实现课堂之外的知识积累。
   这种方法能有效改变传统“以教师为中心”教学模型,将所学内容与本学科专业知识紧密联系在一起,极大地激发学生的学习兴趣,提高学生学习的积极性和主动性,实现了“以学生为中心”的教学创新转变[6]。
   这个过程的关键环节是前期研讨题目的确定,研讨题目必须与本学科知识深入融合,紧贴学科前沿知识,具有较强的拓展性和探索性。在该研讨题目的引导下,将抽象的内容实体化,学生提前有一个应用或者研究对象,学生的学习目标更加明确。如笔者在教学过程中,以飞行器高速飞行过程中的端头热防护问题为题,安排学生进行研讨前准备,学生首先必须分析飞行器高速飞行过程中空气摩擦加热产生的机理,在该问题的引导下,查阅大量的文献,了解飞行器端头结构、飞行环境、激波特征及耐高温材料等基础知识。而要想解决这些问题,就必须主动去学习“飞行器设计”和“空气动力学”相关知识。在整个探索过程中,学习目的非常明确,知识的接受程度大大增加,学习效果非常好,有效地拓宽了学生视野,激发了他们的求知欲,并且能使学生了解到这些前沿科研领域的背后,更多的是书本知识点的延展,实现了书本理论与科研实际的结合。
   (二)统筹学科知识,提高思维创新
   长期以来,国内高校均采用传统的“以教师为中心”的方法开展教学,即以“教师讲、学生听”的灌输方式,教师的知识传授方式直接关系到学生的学习效果。在整个学习过程中,学生处于被动学习状态。将科研思维融入教学中,设立创新项目,教学的过程中以学生为主体,通过教师引导,让学生围绕课题进行学习,进而摒弃死记硬背且紧盯课本、只盯课本的模式,转换到活学活用学习方式。在这个过程中,学生逐渐改变传统的被动学习模式,变得善于思考、敢于质疑,形成不断尝试探索、解决问题的思维习惯,从而培养学生科研思维能力和动手能力。
   另外,在航空宇航科学与技术专业基础教学过程中融入对应科研内容,让学生在课堂学习中,能结合教师提出的科研问题,有目的性地完成部分调研和考察[7]。而一个科研项目的解决更多地需要依靠丰富的知识群落和科研的工作思路,学生必须掌握正确的文献查阅和阅读方法,学会从不同专业教师、网络资源、书本和相关文献中获取有用的知识点,不断翻阅基础课程相关内容,并将这些知识点串联起来,统筹知识点,组成新的知识网络,而所有的知识点最终又重新回归到专业课程中,实现了知识的学、用和统筹的闭合,激发学生科研创新思维,实现学习与科研的初步融合。
   例如,教材中涉及的液体火箭发动机焊接问题,正是由于在科研中焊接技术、焊接材料和裂纹检测问题上的不断拓展,才有了今天高精钎焊技术、超声无损检测等新技术的突破,并成就航空航天领域高风林等大国工匠。学生从现实问题出发,一方面,深刻认识液体火箭发动机工作过程中燃气环境特征,了解发动机工作过程,剖析喷管组成,掌握材料燃烧化学反应,领会材料疲劳损伤机理,研究材料传热传质过程等相关知识,统筹液体航天专业相关知识点,并培养发现问题、分析问题和解决问题的能力,掌握正确的科研方法;另一方面,通过实际案例教学,将相关领域的发展历程和前人探索过程加入研究过程中,有效激发了学生投身航天事业的热情,达到课程思政的目的[8]。
   (三)启发科研灵感,实现学术拓展
   青年教师在教学中融入前沿的航空航天科研内容,也是对自身的一种挑战和促进。为了设计出学科性强且具有拓展性和延伸性的课题,教师必须立足本学科基础专业知识,并不断了解前沿领域相关知识和最新发展动态,与时俱进,拓宽视野。在此基础上,通过归纳总结才能设计一个与所教内容相适应,且难度适中的综合性题目。在这个命题过程,教师需熟悉教材,并从宏观层面把握专业课程内容,梳理总结所授相应课程知识体系,拓宽并完善自身知识储备。整个过程就是教师自我学习、自我提高的过程,加深了对相关知识点的理解,慢慢积累教师个人的“一桶水”,最终实现能授之于学生“一杯水”的目的。
   另一方面,在备课准备阶段,无论是个人科研成果的梳理回顾,还是他人学术成果的借鉴学习,本质上是一个再学习、再总结的过程,这个过程是对个人研究目的、研究思路等學术问题的再总结、再归纳和再审视,是实现自我学术能力升华的过程,更是从自身专业角度提炼新的研究问题和研究方向的过程,有利于个人科研与教学的发展,进而实现科研和教学两条腿走路的目的[9]。
   除此之外,在课堂上,通过与学生交流讨论,一方面,可以帮助教师以更适合学生的角度讲解前沿话题,改进自己的教学方法;另一方面,可以集思广益,从学生的问题入手,提炼出新的知识闪光点,进而激发教师的灵感火花,诞生出新的科研方向,推动个人的进步和发展。    四、結语
   综上所述,笔者作为航空宇航领域青年教师,总结了当前航空航天领域专业知识点分散、理论性强等特点,分析了当前专业体系教材抽象且系统性差的问题,阐述了青年教师在科研发展和教学之间存在的主要矛盾。在此基础上,结合自身经历,提出了以科学研究为驱动,紧密联系前沿科研和科技发展,改变传统“以教师为中心”的教学方法,并就个人如何将科研思维和方法融入教学实践当中,实现启发学生思考、激发学生学习兴趣、调动学习的主动性和积极性目的,改变学生思维方式,统筹学科知识,培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,有效提高学生的创新意识和学术思维,改变航空航天专业知识离散繁杂的问题,形成科学的知识体系展开讨论。同时,结合青年教师个人发展问题,阐述了教学如何反哺科研,并从教学中凝练学术问题,开拓科研方向,实现科研与教学的有机统一,达到科研引导与专业教学融合式发展的目的。
  参考文献
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  [2]教育部关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见[EB/OL].(2005-01-07)[2021-04-29].http://www.moe.gov.cn/jyb_sjzl/moe_364/moe_1588/moe_1615/tnull_25595.html.
  [3]教育部:坚持以本为本 推进四个回归 加快建设高水平本科教育[EB/OL].(2018-06-21)[2021-04-29].http://education.news.cn/2018-06/21/c_129898414.htm.
  [4]刘旖.研讨式教学模式在大学数学课程中的实践路径研究[J].科教导刊(上旬刊),2020(34):119-120.
  [5]郭艳华,董月成,牛京喆,等.材料科学基础课程中案例式教学的探索与应用[J].教育教学论坛,2020(51):310-312.
  [6]朱宁宁,陈海燕,唐建新,等.构建多维教学平台下“以学生为中心”的线上教学研究[J].高教学刊,2021(9):141-144.
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  [9]杨聪,孙宾宾.高职院校科研成果向教学资源转化的模式与实践[J].现代职业教育,2018(9):14-15.
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  Key words: aerospace; young teacher; scientific research guidance; professional teaching; integrated development
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