智能飞行器技术专业数字化教学变革路径研究

摘  要：智能飞行器技术专业是具有重要影响力的新兴专业，推动该专业的数字化教学变革是国内外航空航天技术的重要发展趋势和建成世界一流智能飞行器技术专业教学模式的现实需求。该文提出以飞行器数字样机为牵引，着眼于飞行器气动、结构、隐身、控制和智能一体化设计，探讨智能飞行器技术专业数字化教学变革的有效路径，引领智能飞行器数字化设计发展的新方向。对于探索院校智能飞行器技术专业课程体系、教学模式、评价体系，揭示空天领域高素质新型军事人才培养规律，以及提升空天领域教育教学水平等均具有重要意义。

关键词：数字化教学；智能飞行器技术专业；数字样机；教学变革；军事人才培养

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）36-0021-04

Abstract： The Intelligent Aircraft Technology major is an emerging field with significant impact. The digital transformation of teaching in this major is an important trend in aerospace technology both domestically and internationally， as well as a practical need for establishing a world-class teaching model for intelligent aircraft technology. This article proposes using digital prototypes of aircraft as a driver， focusing on integrated design of aircraft aerodynamics， structure， stealth， control， and intellect， in order to explore effective paths for the digital transformation of teaching in the Intelligent Aircraft Technology major and lead the development of digital design in intelligent aircraft. It is of great significance to explore the curriculum system， teaching models， and evaluation systems of Intelligent Aircraft Technology majors in educational institutions， reveal the laws of cultivating high-quality new military personnel in the aerospace field， and improve the level of education and teaching in the aerospace field.

Keywords： digital teaching; Intelligent Aircraft Technology; digital prototype; teaching reform; military talents education

适应飞行器智能化、信息化的时代要求，2021年教育部批准设立智能飞行器技术新本科生专业[1]。国防科技大学是国内首批设立该专业的高等院校，瞄准未来信息化战争对专业人才的迫切需求，旨在培养具有扎实的数学、力学、信息学和计算机科学等理论基础，掌握人工智能、大数据、飞行器及人机互联等前沿技术，熟悉新一代通信、芯片、微电子架构的创新复合人才，能够为制胜空天、打赢未来战争提供新兴人才力量。

智能飞行器技术专业是新设本科专业，国内目前仅北京航空航天大学和国防科技大学开设，国外传统航空航天优势院校尚未将智能飞行器技术作为独立专业开设。

北京航空航天大学智能飞行器技术专业[2]的四年学制整合航空宇航科学与技术、控制科学与工程、力学和计算机科学与技术等优势学科，培养学生全面获得智能技术、控制技术、计算机信息处理技术、人机交互技术及飞行器设计等技术的宽口径基础理论知识体系和智能飞行器工程实践能力。

西北工业大学飞行器设计与工程专业[3]依托国家级学科优势资源，融合工学、理学、系统学和管理学等多学科优势，利用学研一体化大平台资源，以科学素养和工程素质为主线，服务国家航空及国防领域高端装备研发重大需求，培养具有坚实数理基础、融通航空专业知识，具备国际化大视野的航空领域拔尖型创新领军人才。

南京航空航天大学飞行器设计与工程专业[4]主要从事新型/新概念飞行器设计、飞行器先进设计理论和技术的研究，建立覆盖四年的课外创新实践体系，注重培养学生的超越意识和科研能力。专业设有大学生飞行器创新设计开放实验，吸收学生加入科研队伍，参与科研工作，丰富学生创新活动，提升科研能力。

北京航空航天大学、西北工业大学、南京航空航天大学等高校在开设飞行器设计相关专业时，凭借深厚的研究基础，整合优势学科资源，强调创新人才培养。但在专业课程设计和实施过程中，培养重点聚焦于飞行器设计专业领域知识和技能的掌握，对军用飞行器在未来复杂战场下的应用需求有所疏漏；更多关注客机和商务飞机的设计，而少有面向未来战机的设计范例；强调飞行设计实践，但仅限于常规布局小尺寸航模的制作，而缺少针对未来战机的数字化设计、模拟驾驶与博弈对抗。

针对这样具有重要影响的新兴专业，在国防科技大学的统一安排下，针对专业的数字化、信息化、智能化特征，我们拟定了《智能飞行器技术本科人才培养方案》（2021版），该方案以开展智能飞行器数字样机设计为牵引，针对典型飞行器，融合气动、结构、控制、隐身和智能等相关系列课程，在传统课程基础上，开展以数字样机建设为牵引的智能飞行技术专业数字化教学变革路径研究，达成“厚基础、强实践、精军事、高素质”的人才培养总体目标。

任何一个工程项目往往涉及多个专业，传统的理论课程设置和实验教学环节针对某一具体的专业培养计划而定，很难在配套实验课程中开展一体化工程设计训练。在建设智能飞行器技术专业过程中，如何改变传统的课程体系以适应航空航天数字化智能化发展的需求，如何引导实践教学新模式以提高学生的专业素养，培养具备军事应用视野、前沿信息技术与交叉知识结构的高层次复合型航空航天专业人才[5]，需要认真思考和探索。

一  智能飞行器技术专业的教学现状

（一）  课程分散，缺少围绕智能飞行器的课程体系整体设计

当前国内主要航空航天院校如北京航空航天大学、南京航空航天大学、西北工业大学等，课程内容分散缺乏连贯性。围绕智能飞行器设计，涉及空气动力学、结构力学、自动控制原理、飞行动力学、飞行器总体设计、飞行器结构设计、飞行器设计工程、隐身飞行器设计、航空发动机设计、飞行器信息系统及网络技术、人工智能控制和飞行器设计实践等多学科多领域课程，每门课程关注的问题不同，针对的智能飞行器对象不同，课程之间的支撑关系不明确，学生难以形成贯穿全学科专业的体系思路。在智能飞行器的设计专业学习中，如何综合使用每门课程学到的知识和方法，仍然需要课程体系整体设计突破。

（二）  公式繁多，缺乏空天领域知识运用的直观感受

飞行器总体设计、结构设计、自动控制和人工智能等领域充斥大量计算公式，教师上课推导费时费力，学生缺少对公式背后物理机制和设计经验的直观感受，难以跟上课程节奏，更难以形成长期记忆。大量的公式推导导致学生疲于听讲，缺乏主动思考，学生容易产生烦躁和厌学情绪，极大损伤教学效果。

（三）  注重民机，缺乏军事场景中智能飞行器博弈运用需求牵引

美国空军近年来着眼大国竞争战略调整，为确保未来在高威胁、强对抗作战环境下，始终保持其空中优势作战能力，提出全新多样的空中作战概念——“穿透性制空”和“自主队友科技”等[6]，引领军用飞行器向着高速、隐身、智能和无人方向发展[7]。但当前的飞行器设计课程仍局限于民机的设计，对于先进智能隐身无人飞行器设计涉及较少，在真实战场环境下多机智能协同和敌我智能博弈对抗课程更是严重缺乏。

二  智能飞行器技术专业数字化教学变革的思考

（一）  数字化教学变革的总体目标

瞄准打赢未来战争、制胜强敌对手，秉承“厚基础、强实践、精军事、高素质”的人才培养总体方针，以数字样机为牵引，贯通融合智能飞行器设计多学科多领域课程，建设智能飞行器设计课程体系，基于数智空间开展教学模式升级，通过博弈对抗创新教学评价体系，培养空天对抗领域高科技创新人才、新域新质作战人才、联合作战指挥人才。

（二）  数字化教学变革的核心思路

1  课程体系设计

智能飞行器数字样机系统和数字化平行战场，贯穿融合理论教学与飞行器数字样机实践；在数字空间中设定应用场景，提供高保真、全方位的战场对抗环境，在飞行器数字化设计的基础上，进一步拓展智能飞行器真实战场博弈对抗应用教学。

2  教学模式升级

通过组建混合式教学团队，设计数字化课程微项目群[8-9]，创新升级教学模式。教学团队方面，除了负责理论和实验课程的专任教师以外，同时邀请作战单位、科工部门、地方高校和企业专家参与教学辅助，广泛吸收国内飞行器设计领域前沿发展动态，构建混合式教学团队。教学模式方面，依托单位数智空间建设任务，构建数字化平行战场，并建立相关课程微项目群，在数字空间中开展飞行器设计、试验与博弈，在想定场景下开展红蓝对抗演练，创新提出具有军事化、数字化、智能化特色定位的教学模式。

3  评价体系创新

结合学校办学定位和作战部队需求，在数字空间中开展博弈对抗，完善过程评估机制，建立多层次评价指标体系。①实现全过程、全方位的评价。军事博弈对抗式创新课程评价可以通过在数字空间中采集学生的学习行为、训练行为、对抗行为、成绩表现和反馈意见等数据，实现全过程、全方位的评价，为教学质量的科学化、智能化、精准化提供决策依据。②树立创新性评价技术观。新时代的高等教育评价需要从“结果性评价”向“数字化评价”和“人机协同评价”转变，数字化课程教学评价体系可以树立创新性评价技术观，适应新时代高等教育评价的需要。对创新性能力突出的学生可以优先推荐免试攻读研究生及实现硕博贯通式培养。③构建多元化、个性化的评价。数字化课程教学评价体系可以针对不同的学科领域、课程类型和学生学习特点，构建多元化、个性化的评价标准，以更好地适应不同领域和个体发展的需要。

（三）  数字化教学变革的关键举措

1  课程体系设计

在专业课程体系教育的基础上，贯穿实施课程在数字样机中的具体应用，按课程安排依次建立数字样机结构动力学模块、空气动力学模块、飞行动力学模块、自动控制模块、电磁隐身模块和任务规划模块等，将培养目标从飞行器设计的“单一学科”转变为飞行器气动、结构、隐身、控制和智能等“多学科交叉融合”，探索相关专业不同阶段的核心知识、能力、素质要求的有效衔接，逐步形成能够在数字空间中进行军事博弈对抗的智能飞行器数字样机，切实强化学员对智能飞行器进行设计和应用的能力，加深学员对各个学科在飞行器应用中的理解。如图1所示。