航空宇航类课程思政实践——以“小卫星系统设计”课程为例

陈雪芹，叶 东，刘 明

（哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001）

2020 年6 月7 日，习近平总书记致信祝贺哈尔滨工业大学建校100 周年。为全面学习贯彻落实总书记贺信精神，哈尔滨工业大学组建贺信精神宣讲团，开展了200 余场宣讲。学校党委坚持把习近平总书记贺信精神贯穿学校党代会、教代会、学代会筹备召开和“十四五”规划制定全过程，并全面推进人才培养、队伍建设、科学研究、内部治理等重点领域改革，结合哈尔滨工业大学的百年发展史推动党史学习教育走深走实，推动学校新百年各项事业高质量开局。

习近平总书记在北京大学师生座谈会上指出，人才培养一定是育人和育才相统一的过程，而育人是本。人无德不立，育人的根本在于立德。建设政治素质过硬、业务能力精湛、育人水平高超的高素质教师队伍是大学建设的基础性工作[1]。

作为航空宇航科学与技术学科的教师，我们需要体会并向学生传达新时代的航天精神，新时代的“八百壮士”精神、马祖光精神、习主席贺信精神等，并在专业课的讲解过程中自然融入。根据国务院办公厅《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》和教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》，坚持以立德树人为根本，以“三全育人”为目标，完善推进课程思政建设，用实际行动践行习近平总书记贺信精神。通过学习优秀通识课课程思政范例，逐步将思政元素融入航空宇航类课程思政建设。通识课课程思政范例例如哈尔滨工业大学何蕊老师讲授的土木工程制图[2]，课程以突出培育知行合一、精益求精的“工匠精神”为主线，将社会主义核心价值观贯穿于整个教学实践中，在每个教学章节自然融合红色基因、思政元素等，该课程深受学生喜爱。

一、课程目标的思政融合

（一）教学目标

本课程将系统地学习当前国际航天高校普遍流行的立方体卫星设计与研制涉及的各个方面，借助紫丁香学生创新工场开展课程实践[3]，让学生了解与掌握微纳卫星的研制过程，锻炼其独立解决专业问题的能力和团队协作的能力，培养高水平的航天专业相关人才。

本课程采用课程讲授和课程实践两种授课形式，面向航空宇航、力学、控制、通信、机电、微电子、热能等诸多航天相关专业的学生开放，通过多学科学生之间的交流学习，也实现了跨学科复合型人才培养模式的探索。课程的开设目标是让学生学习卫星的系统研制过程，锻炼学生独立解决专业问题的能力，培养学生在专业团队中的协作能力。

教学目标：学习了解立方体卫星的专业知识，并能够利用专业知识解决立方体卫星设计中的问题；学习立方体卫星的设计方法，在实践中培养工程应用能力；在实践过程中培养团队协作能力和沟通能力。

（二）思政建设目标

教书育人包含两个方面，教书，即完成教学环节实现知识传授；育人，即在教学过程中有机地融入思政元素，使课堂变为立德树人的主阵地，将知识传授与价值引领有机结合，实现全程育人，全方位育人。

本课程的课程思政目标：使学生养成敢于突破创新，勇于奉献自身的新时代航天精神，以身作则，用严谨实干的工作作风引导学生厚植爱国主义情怀，牢固树立为实现中华民族伟大复兴“中国梦，航天梦”而努力奋斗的终身理想，成长为敢于创新乐于奉献的新时代航天领军人才的后备力量。

（三）思政教学实施

结合教学目标和课程思政目标，具体的思政教学实施方案是从教学目标、教学内容、教学方法等多维度深入探讨课程思政的改革策略。结合航天专业特色和人才培养要求，紧跟当前航天科技发展技术水平，梳理课程脉络，深入发掘思政元素，探索思政元素与知识点有机结合的方式，完成教学过程的调整及修订。在教学过程中秉承教学目标、课程思政目标双驱动，显隐结合的教学方式，努力将知识传授、能力培养和价值引领同频共振，形成合力，真正做到在“教书”的同时彰显“育人”功能[2]。

课程思政教学实施的关键是收集整理思政元素，并在讲授过程中有效融入。作为一门系统的航空宇航类专业课，本课程可以结合航天精神，采用大量案例教学的方式，在授课过程中不断摸索，将课程思政与教学内容自然融合，以润物细无声的方式达到最佳教学效果。在师生互动和生生互动环节，主动引领学生在家国情怀、理想信念，专业素养等方向深入思考，结合自身学习过程和已开展的课程设计或者正在开展的课题项目等内容，寻求解决问题的方法，追求更高水准的答案。

二、教学设计中的思政元素设计

采用课程讲授和课程实践两种授课形式。课程的讲授环节集中讲解微纳卫星系统在研发过程中涉及的分系统专业知识，包括小卫星发展现状、卫星总体设计、卫星电源系统设计、卫星综合电子系统设计、卫星姿态轨道控制系统设计、卫星结构与热控系统设计方法等。课程的实践环节，根据学生的兴趣和专业规划分组。各小组分别对紫丁香系列卫星对应分系统的正样备份产品进行测试与分析，形成对应的实践报告，并最终实现与在轨紫丁香卫星的实时通信。

（一）课程讲授环节

1.微纳卫星总体设计技术：结合时政要闻，例如面对美日方面罔顾事实，捏造渲染所谓中国“太空威胁”论[4]；结合星链卫星这类数量极其庞大机动能力强的特点，以及星链卫星两次接近我国空间站的事实[5]，引导学生正确看待当前国际太空局势，树立航天人的新时代历史使命感和责任感，热爱祖国，志存高远。

2.微纳卫星姿轨控设计技术：分析星链系列卫星对空间站的两次近距离观察中的相关技术，以及我国空间站采取两次紧急避碰措施的姿轨控技术细节，提升学生对我国航天科技的自信心，建立航天自豪感和民族自豪感。

3.卫星电源系统设计技术：电源系统的设计包含电池片、蓄电池和电源控制三部分。在对这三部分的设计内容讲解时，可以分别结合我国在相关技术领域的发展，引导学生树立对我国工业技术的自信心。例如，太阳电池片从十几年前的大量依赖国际进口，到进口、国产齐头并进，再到如今大量民营产品的广泛应用。

（二）课程实践环节

1.实践小组划分。按照卫星的不同分系统划分，由学生自主选择对应的分系统作为实践学习内容，形成不同分系统学习小组开展课程实践。学生在自主选择学习小组时，往往容易集中到热门的分系统，例如姿轨控分系统、综合电子分系统、测控数传分系统等就业范围较广的行业相关的分系统，而相对冷门的分系统，例如结构分系统、电源分系统等就业范围相对较窄的行业相关分系统则无人问津。

此时，可以通过引入习近平总书记在中国科学院第19 次院士大会上提出的：“要瞄准世界科技前沿，抓住大趋势，下好‘先手棋’，打好基础、储备长远，甘于坐冷板凳，勇于做栽树人、挖井人，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破，夯实世界科技强国建设的根基。”同时，结合学生选择的课题研究方向，引导学生在学习和科研中，不要一门心思追求热点，急于得到研究成果，应以兴趣为指引，敢坐冷板凳，深入挖掘热点背后的科学问题，避免急功近利。只有踏踏实实，静心科研，才能取得更多更大的引领性原创科研成果，才能夯实我国开展世界科技强国建设的根基。

2.实践环节项目的设定。根据不同分系统的特点，为每一个分系统小组设计一个实践项目。例如：测控数传分系统小组的实践项目为：与紫丁香在轨卫星实现实时通信。通过与哈尔滨工业大学学生自主研制的在轨卫星的零距离接触，让学生对真实存在的卫星产生敬畏之心，引导培养学生的航天情怀。

电源分系统小组的实践项目：通过光照试验测试太阳电池片的电压电流；测试计算紫丁香卫星电源分系统正样备份产品的电源控制与分配电路的供电效率。在本项目讲解环节，播放哈尔滨工业大学研制的多颗卫星的太阳电池阵在不同研制阶段的光照试验和帆板展开试验视频，以及我国空间站上新型柔性太阳电池阵的特点，激发学生对航天器研制的兴趣。

三、教学内容的改革策略

我国首颗完全由在校学生自主设计、研制与管控的微纳卫星是“紫丁香2 号卫星”。本课程是在该卫星的设计之初，为了培养各专业的学生参与到卫星系统研制中，针对相关专业的本科生设置的专业选修课，并在研究生课程体系中也开设了专业难度较高的课程。随着哈尔滨工业大学紫丁香学生团队的壮大，以及学校对紫丁香创新工场的大力支持[6]，本课程的设置已经逐渐从为紫丁香系列卫星研制输送人才的具体目标，向为我国航天事业输送高端领军人才的目标转变。

本课程的教学内容按照卫星研制的分系统设置和关键技术设计。课程开设之初，对于卫星研制的技术还停留在理论和试验阶段，缺乏型号研制基础，讲授环节以理论讲解为主，数学/数字仿真实例讲解为辅。经过10 余年微纳卫星型号研制经验积累，目前讲授内容转变为型号设计为主，理论讲解为辅。如图1 所示，过去讲到电源控制器设计时，我们会给出相应的关键电路原理图和设计图并进行讲解，而现在则可以结合实物中对应的电路与原理图结合讲解。

图1 课程讲授环节的教学内容改革

从如何设计到如何实现的转变，可以让学生看到更尖端的技术细节，并适当引入课程思政要素，可以激发学生的专业学习积极性，以及从事航天事业的热情。

课程设置初期，课程实践环节的内容为熟悉相关专业设备，了解利用专业设备进行卫星研制的方法，并利用专业知识，按综合电子、电源系统、结构与热控、姿轨控、测控通信以及载荷应用等分系统分组情况，根据总体方案规定的各个分系统的主要任务，分组开展各自计算与设计等工作，最后进行系统集成。此时的实践内容与卫星型号研制还无法建立直接联系，学生的实践难度大。

目前，课程实践环节的内容改革体现在，将课程实践内容从设计实践转变为型号实践。同样按照不同的分系统分组，将紫丁香系列卫星的正样备份产品发放到每一位学生手中，分组开展单机或部件级测试与数据分析，从实践入手，将实践与理论相结合，可以更直接更便捷地学习不同的卫星分系统设计。最后，通过与紫丁香在轨卫星的实时通信，了解星地信道的建立。通过内容改革，使得学生从专业技术上能够学到更多内容，与型号卫星的零距离接触，也打开了学生的专业视野。

图2 用于课程实践环节的紫丁香型号卫星的部分正样备份产品

紫丁香卫星研制期间，本课程的选修生多为对紫丁香卫星研制有极大兴趣，或者已经参与到卫星研制过程中的学生。教师通过讲授和实践两种课程形式，为学生独立参与卫星研制提供技术支持。2015 年，紫丁香2 号卫星发射。2017 年，紫丁香1 号卫星发射。此后，通过本课程的学习，吸引了多名在读本科生与研究生参与到了哈尔滨工业大学“珠海一号”02、03 组共10 颗商业卫星的研制中，传承了航天情怀，引导了学生敢做新时代的航天梦，为航天院所输送了大量高水平专业人才。

此外，在教学内容中还增加了课堂互动、讲练结合等模式，也大幅提高了学生的上课积极性。

四、考核方式

采用多环节累加式考核方式，在传授专业技术知识的同时实现正能量的价值引领，力争做到知识传授与价值引导的有机统一，激发学生的航天梦想，为中华民族伟大复兴贡献力量。

1.在课堂互动过程中，通过学校统一组织的课程教学中学生评教反馈，根据学生感兴趣的技术方向，针对不同学生设计不同的作业内容，分析思政教育对学生的价值引领作用，并根据评价反馈和课堂反应及时调整教学方案。

2.在实践环节形成报告。报告内容从课程设置之初的设计与仿真报告，转变为现在采用的实践与测试报告，对学生的动手能力提出了更高的要求。学生需要在报告中明确相应分系统的研制目的、设计依据、关键技术指标提炼以及初步方案设计，对照紫丁香正样备份件的实物，找到设计环节与实物的明确对应设计内容，并据此开展测试，得到测试数据并进行分析。报告涵盖内容较多，因此以小组为单位提交一份报告。考核报告的成绩时，主要考核报告的完整度，设计思路是否清晰，数据是否真实等。

五、教学反思

航空航天类学科是我国传统的工程学科，是教育部公布的首批“新工科”研究与实践项目的学科之一[7]。通过学科建设的逐步改革创新，专业选修课程已经逐步从概论型课程向融入多学科特色的个性化课程转变。然而，通过对比通识课程中的思政教育，可以发现专业课程还有很多环节可以细化，特别是航空宇航类学科专业，毕业生大多是我国未来航空航天技术高端人才，如果能从专业选修课程的课程设计上融入更多的思政元素，例如中国空间站技术、载人航天技术、在轨服务技术、深空探测技术等，想必能对学生在职业选择和价值导向方面起到很好的引导作用，为我国航空航天事业输送更多更专的领军人才。