基于“知识通专融合，能力进阶培养”的航空卓越工程师培养体系建设

摘  要：该文以同济大学成立“大飞机班”为契机，锚定卓越航空工程师培养，在调研国内外航空航天类本科人才培养特点的基础上，探索通专融合、进阶式学习的专业人才培养模式，构建同济大学跨专业“大飞机班”培养计划和课程体系。该文提出的跨专业通专融合、进阶学习的培养模式助力同济大学飞行器和力学两个专业获评国家一流专业，在高水平工程人才培养过程中发挥重要作用。

关键词：航空航天专业；跨专业培养；通专融合；进阶学习；课程体系

中图分类号：G642.0      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）33-0151-04

Abstract： This paper takes the establishment of Tongji University's "large aircraft class" as an opportunity to anchor the cultivation of outstanding aviation engineers. Based on the research of the characteristics of undergraduate talent cultivation in aviation and aerospace at home and abroad， it explores the professional talent cultivation model of integrating general education and Stepwise learning， and constructs Tongji University's interdisciplinary "large aircraft class" training plan and curriculum system. The interdisciplinary integration and Stepwise learning training model proposed in the paper has helped Tongji University's two majors， Aircraft and Mechanics， to be recognized as national first-class majors， playing an important role in the process of cultivating high-level engineering talents.

Keywords： Aerospace major; interdisciplinary training; integration of general and specialized fields; stepwise learning; curriculum system

21世纪初，国内一些高校开始模仿西方大学的培养模式，将通识教育与专业教育相结合，但实践中发现这种简单模仿，不仅没有解决通专对立的矛盾，还带来了一些教学上的困境[1]。党的十八大以来，高等学校人才培养模式改革受到前所未有的关注，越来越多的高等教育工作者认识到，无论是专业教育还是通识教育，都无法涵盖当代高等教育的本质特征，通识教育与专业教育只有走向结合乃至融合，才能在教育过程中形成育人合力，才能真正培养全面发展的高素质创新型人才[2]。囿于偏重专业教育的历史传统，我国大学课程体系仍存在着通专失衡、通专融合欠佳等不足，阻碍了一流本科教育和一流专业建设[3]。在这种背景下，各大高校纷纷结合自身的优势和条件提出了通专融合的人才培养模式。近年来，通专融合已经成为国际一流大学工程本科教育课程改革的重要趋势[4]。同济大学（以下简称“我校”）在调研了国内外高校航空航天类本科专业人才培养的基础上，在2018年与中国商用飞机有限责任公司下设的上海飞机设计研究院共同创办了“大飞机班”（商用大飞机校企联合人才培养创新模式实验班），旨在培养高级民用飞机工程人才，为怀有航空梦想的年轻人提供成长成才的舞台，以中国航空梦聚集天下英才，助力国家大飞机事业。同时构建校企协同联合培养的育人体系，将知识通专融合，能力进阶培养的理念贯彻于“大飞机班”的课程体系建设。

一  国内外航空航天类本科人才培养的调研

为了更好地建设专业，课题组成员从人才培养理念模式、人才培养方案、核心课程、核心教材、核心实践和人才培养特色亮点等八个维度进行资料收集，分析和研判本专业的差异、不足和优势，以及形成的原因，最后结合我校特点，提出了本专业培养方案的核心理念和建设路径。项目研究中资料的收集是最大的困难。特别是国外相关专业的资料，通常所开设课程容易找到，教材就不容易收集，而人才培养理念、人才培养模式、人才培养标准、人才培养方案、实践和人才培养特色亮点等只能通过间接方法，或者和校友的交流，以及课程的设置逻辑等方法进行推理。国内相关专业的资料也不是那么容易获得的，特别是教材很难找到。同时，部分专业自己写的人才培养理念，不一定与实际相一致，仅仅是专业建设的目标。

与以往认知一致，欧美的航空航天类本科专业人才培养，基本按照通识人才进行培养，同时更强调数理基础和工程实践，一般具有特点鲜明的两个共同点：第一，大多遵从大类培养的基本思想，通常分两到三个专业方向，专业课程设置通常包括航空航天类核心课程和专业方向课程两类。第二，与其他学科不同，欧美国家的航空航天类专业人才培养，必修课比例很高，有的会超过90%。

麻省理工学院采用著名的“核心课程”体系[5]，课程包括三方面：系外课程、系内课程和潜在课程。其中系内专业课程分了六大领域，分别为结构与材料、空气动力学、推进、控制与评价、人因决策和航空电子，前三个领域是经典的航空航天学科内容，后三个领域则属于航空航天决策、信息与控制领域的内容。每个专业领域的课程依据其内容的深浅分为三个等级。为了使通识教育与专业教育达到一个平衡，对学生选修课程做出如下规定，即在前三个领域和后三个领域中各选修一门第一级水平课程；在以上所选的两个专业领域至少选修一门第二级水平课程，以便深入了解学科知识；在未被选择的专业领域中再选一门第一级水平课程，以便拓宽专业知识。核心课程较多，除了必须满足的选修要求，其余均可自由选修，课程中作为支撑学科的理科齐全，包括数学、地理、生物、物理和化学等。因此麻省理工学院的航空航天专业口径大，且学生自由选择的范围大，并同时加以有效引导，使得学生的专业知识既有一定的宽度，又有一定的深度，至少在一个专业领域内学习两个层级的课程。

英国帝国理工学院在其工学院设置了航空系，主要负责航空航天领域的研究与人才培养，本科开展四年制的航空航天工程专业教育，实施航空航天类通识教育，除了公共基础课，航空航天类专业课程包括材料学Ⅰ、Ⅱ，空气动力学Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，结构学Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，飞行器设计，热力学与传热，飞行动力学与控制，推进与涡轮机械，控制系统，先进制造方法，设计实践和工程实践Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等核心课程，以及计算力学、湍流和湍流模型、计算流体力学、分离流和流固耦合、轻质结构、有限元、气动弹性、轨道力学和载入飞行器热力学等高阶选修课等。很显然帝国理工学院的本科阶段强调通识，强调核心课程。

国内航空航天类顶级专业，比如西北工业大学和北京航空航天大学等，其专业设计与苏联是同样的体系，目前莫斯科航空学院仍然采用这种人才培养模式，特点是专业化强，问题是专业过细，本科阶段无法窥见更宽广的发展可能。而2 000年后设立航空航天类专业的众多一流大学，则更多采用欧美的人才培养模式，例如上海交通大学的核心课程教材大量选用欧美的原版教材，比如《空气动力学》《飞行力学》《飞行器结构》《热力学》等和麻省理工学院、帝国理工学院教材基本一致。

无论是国内还是国外，航空航天专业的培养目标均醒目的标定为“工程师”，特别强调专业的工程属性和实践特质。研发和生产过程上下游工作的协同要求，更强调多学科的知识融合与工程意图的相互理解，更强调知识的应用和解决工程问题的能力。通专融合课程体系的建立，能够引导学生超越简单专业局限，在走向“精专”过程中更专注、更深入持久[6]。而工程教育回归工程[7]、课程建设强调工程[8]则是新工科建设的实质。我校“大飞机班”在调研欧美强调通识的本科人才培养模式基础上，提出了飞行器和力学跨专业并班融合交叉培养的创新模式，设计了知识通专融合、能力进阶培养的育人模式，经过多年教学实践证明这种通专融合的培养模式卓有成效。

二  跨专业培养模式设计

在高等工科院校培养学生的过程中，校企合作已成为常规教学之外的一种重要补充方式，是工科院校工程教育改革的重要战略，也是高等学校培养高素质技能型人才的重要模式，这已经成为国内高教领域的广泛共识[9]。

根据航空设计单位多年人事招聘和前三年考核的经验，当前的学生普遍存在两个大问题：第一，专业分得太细，总体-结构-工艺三者严重割裂，各领域知识不相通，特别是设计不能按照可制造性和工程化要求，极其不符合飞机多学科融合和权衡设计的要求；第二，毕业生工程建模、分析和设计的能力弱，遇到问题不知道从何入手。根据企业的用人困惑，同济大学进行了航空工程人才的培养模式探索。

（一）  培养模式建设路径

按照校企联合培养协同单位飞机总体设计、结构设计、强度分析三个最主要的飞机设计工程领域，贯彻三全育人教育理念，强化空天强国价值观为基本理念，从培养学生“通专融合、学术素养、创新思维、实践能力、全球视野和社会责任”的综合素质出发，同济大学打破了专业藩篱，面向飞行器制造工程和工程力学两个本科专业融合，设计了跨专业“大飞机班”培养模式，与上海飞机设计研究院开展校企联合高水平民用飞机设计人才。

根据培养路径，校企联合“大飞机班”的培养体系建设路径结合了学校的大类培养，按照课程群建设的方法，建设路径如图1所示。

根据三个设计领域，同济大学“大飞机班”的专业核心课程按三个课程群进行建设，其中方向一和方向二为飞行器制造工程专业，方向三为工程力学专业。大一根据学校工科专业培养的通识教育设置课程，大二根据确定的主修专业设置专业基础课，大三和大四根据选修的方向进行课程设置，大四根据专业进行课程实践的设置。

跨专业建设的目的，首先是打通了总体-结构-工艺设计的知识点，要求学生按一个课程群选修专业核心课程，但是必须有充足学分的任意选修和个性课程，主要就是另外两个课程群的课程，总体和结构设计必须深入学习制造工艺知识，选修不足基础力学的课程；反过来强度分析方向补充飞行器设计和工艺知识，培养的飞机设计师做到了总体-结构-工艺设计知识的融通。其次，在有限课时内实现了通专融合，除了上面提到了多学科融通，强调按照某一个课程群选修，并且课程群内容与专业基础课和必修课有效衔接，同时兼顾了本研一体要求，提供进阶课程的任意选修。因此同济大学“大飞机班”的培养，从建设路径上保证了跨专业的知识通专融合，符合航空卓越工程师的培养要求。

（二）  课程体系结构

根据培养模式建设思路，针对每个阶段的课程体系设置主题，选定相应的课程，课程体系结构如图2所示。

根据课程体系结构设置的课程，课程类别分别是概述类、基础理论类、专业基础类和实践类。其中概述类课程的主要目的是提高学生对通专融合培养的认知及对未来专业方向的认识；基础理论类课程的主要目的是提升学生分析问题、解决问题的能力及科学思维方法；专业基础类的课程的主要目的是在掌握专业知识的基础上，让基础理论在专业方向上得以应用，实践类课程的主要目的是将理论和实践相结合，在企业联合培养的助推下，解决企业中的实际问题。

同济大学的方案还有一个非常显著的特点，在任意选修课和个性课程的设置中，除了专门设置了几门必要的前沿和工程仿真类扩张课程，其余的任选课，即其余两个课程群的限选课程，比如某同学选修飞行器总体设计方向，在飞行器结构设计和飞行器强度分析两个方向的课程，他都可以作为任意选修课程选读，而且并不限制选哪些课。这样充分尊重学生的兴趣，在本科生导师指导下通过合理制定个性化培养方案，满足个人的学习兴趣和对未来的多元化可能。另一方面，专业课一直都有不同方向的学生一起选修，确实非常有利于学科交叉和协作意识的培养。除此之外，充分发挥了每门课的效率，多年的实践证明，每门课都有超过20人选修，避免了无序化的选课行为[10]，充分挖掘了师资，又没有更多增加教师的负担去开太多过于细的课程，教学效果非常出色。