“制导与控制基础”空天深度融合教学改革与探索
［摘要］“制导与控制基础”是仪器科学与技术、控制科学与工程等相关专业本科生的重要课程之一。根据“双一流”课程建设目标和培养要求，针对本科生“制导与控制基础”课程，分析现状及存在问题，探索与设计以突出空天深度融合、创新教学手段、培养宽口径复合型航空航天创新人才为导向的教学内容优化、教学手段创新等方面的课程改革方案，强化基础理论内容，增加前沿技术讲授，开发教辅平台动画，全面提高本科课程教学质量和人才培养质量。
［关键词］制导与控制基础；教学改革；空天融合；宽口径复合型人才
［基金项目］2019年度北京市自然科学基金委员会“高超再入无人飞行器惯性/卫星超紧组合导航信息融合技术研究”（4204103）；2019年度中国航空科学基金委员会“航空人工智能专项——神经网络优化的GNSS/INS自适应超紧组合导航技术研究”（2019ZC051009）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）36-0047-04［收稿日期］2022-07-15
建设世界一流大学和一流学科，是中共中央、国务院做出的重大战略决策。“双一流”是中国高等教育领域继“211工程”和“985工程”之后的又一国家战略，有利于提升我国高等教育综合实力和国际竞争力，为实现“两个一百年”奋斗目标和实现中华民族伟大复兴的中国梦提供有力支柱［1］。一流的人才培养是建设世界一流大学和一流学科的重要基础和基本特征，只有培养出一流人才的高校，才能够成为世界一流大学［2］。“双一流”建设过程中，本科生课程教学是最基础、最重要的环节之一，必须放在突出位置，努力推进教育教学改革［3］。在“雙一流”建设和新工科建设的大背景下，要坚持“强化基础、突出实践、重在素质、面向创新”的本科人才培养方针，努力培养学生的核心能力，使之成为能够在相关领域从事工程设计、系统分析、信息处理、科学试验、研制开发、经济或科技管理等工作的宽口径、复合型高级工程技术人才［4］。
制导与控制技术是导弹与航天技术的核心，是导弹与航天器稳定可靠飞行、有效完成预定任务的基础。不仅如此，制导与控制技术也一直是国防基础技术的关键技术，尤其是在以精确打击武器为基础的新军事变革中，制导与控制技术的发展水平在一定程度上决定了一个国家武器装备的水平，代表了一个国家的国防实力。同时，制导与控制技术的发展需求，将有力牵引和推动电子技术、计算机技术、控制技术、材料技术等相关学科及技术的发展，并积极促进该技术在其他领域的应用。
考虑到制导与控制技术的重要性以及对探测制导与控制技术专业培养目标的支撑作用，在仪器科学与技术二级学科探测制导与控制技术的培养方案中，“制导与控制基础”课程被列为专业必修课。课程主要讲授航空航天飞行器的制导与控制基础理论和系统设计，针对卫星、导弹两类典型的航空航天飞行器，介绍其运动学与动力学特性、卫星轨道与姿态控制、导弹制导与控制等内容。通过本课程的学习，学生可以了解卫星轨道与姿态控制系统、导弹制导与控制系统的基本组成和工作原理，掌握卫星轨道与姿态控制系统、导弹制导与控制系统的工程设计方法，为从事该领域的研究和开发工作奠定坚实基础。
在教学过程中，通过卫星和导弹动力学特性的学习，可以培养学生运用理论力学对飞行器进行动力学建模与动态特性分析的能力；通过卫星轨道与姿态控制系统、导弹制导与控制系统的学习，可以培养学生运用自动控制原理对飞行器控制系统进行分析和设计的能力，解决卫星和导弹控制中的实际工程问题。
一、现状分析与存在问题
（一）课程现状
国内各高校的探测制导与控制技术专业都开设了制导与控制类课程，但研究对象比较单一，或只介绍导弹，或只介绍火箭，或只介绍卫星。目前，在国内同类专业中，没有一门课程可以兼顾航空器与航天器的制导与控制，难以实现航空航天融合的制导与控制的知识讲授，不利于培养宽口径、复合型工程技术人才和领军领导人才。
北京航空航天大学“制导与控制基础”课程教学团队自2006年起就对教学内容进行了精心研究和编排，在教学工作中认真总结、不断改进，形成了自己的特色与优势。
1.教学内容涵盖卫星与导弹两类典型航空航天飞行器。为满足专业培养目标的要求，将卫星与导弹两类典型对象纳入教学内容，并将两类对象制导与控制的教学内容有机地融合在一起，改变过去两类对象单独教学的模式。在有限的学时内，重点强调两类对象的联系与区别，培养学生解决复杂问题的能力和高阶思维。
2.教学设计突出知识系统性与挑战性。课程的教学理念是“建立系统框架、立足工程前沿、激发创新灵感”。在具体的教学组织与设计中，具有以下特色和优势：（1）强调制导与控制系统及关键技术的知识体系和框架，教学围绕典型制导与控制系统的结构展开，把零散杂乱的知识点用制导与控制系统的逻辑主线串