本科生也可以造火箭？在許多人眼里，這簡直就是天方夜譚。北京航空航天大學宇航學院的師生們卻 “偏向虎山行”，從2005 年開始的 “造火箭”項目，讓學生得到全方位的真實訓練。我國第一枚完全由大學本科生設計研制的探空火箭“北航一號”2006 年11 月1 日在酒泉衛(wèi)星中心發(fā)射成功；2008 年12 月5 日，在大西北的戈壁深處，承載著北航人又一個雄偉夢想的探空火箭“北航二號”如神箭一般沖向云霄，我國首次將以固液混合火箭發(fā)動機為動力的探空火箭成功進行發(fā)射和回收。這些 “壯舉”都是北航宇航學院的學生完成的，而且大部分是本科學生。
近年來，由北航本科學生研制的 “共軸反槳直升機”、 “機器魚”、 “自穩(wěn)定飛行平臺”、“ GPS導航巡線無人機”、 “蠕動式管道機器人”、“基于傾轉變動力系統(tǒng)的可自由起降驗證機”等項目，有的可以挑戰(zhàn)國際最尖端技術，有的成為國家 “863”重點項目，有的已經(jīng)轉化成軍用民用產(chǎn)品。是什么觸發(fā)了學生們的奇思妙想、鼓勵了學生們的創(chuàng)新實踐？
【“造火箭”激發(fā)求知欲】『經(jīng)典案例』 “剛聽到這個消息的時候， 我有些不相信自己的耳朵，這么大一個項目我們 本科生可以完成嗎？轉念一想，學了3 年多，有 機會把理論付諸實踐，真正當一次航天人，必須 一搏！” “北航一號”項目成員張莘艾說。
幾年下來，在 “北航一號”、 “北航二號” 等項目的帶領下，一批批專業(yè)基礎扎實、創(chuàng)新能 力強，同時具有綜合實踐能力和團結協(xié)作精神的 優(yōu)秀學生脫穎而出，成為我國航天事業(yè)的新興力 量。
用宇航學院常務副院長蔡國飆的話說： “航 天是涉及多個學科門類的綜合性、集成性很強的 科學技術，理論與實踐結合非常密切，我們希望 通過這種實際項目來全方位培養(yǎng)學生?！?br> 火箭被稱為最精密最復雜的飛行器。設計制 造絕不是一件容易的事。一枚最簡單的火箭，也 要由分離回收系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、點火控制系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、箭外測試系統(tǒng)和地面發(fā)射系統(tǒng)6 個部分構成，系統(tǒng)和系統(tǒng)之間又有著千絲萬縷的 聯(lián)系。
“剛聽到這個消息的時候，我有些不相信自 己的耳朵，這么大一個項目我們本科生可以完成 嗎？轉念一想，學了3 年多，有機會把理論付諸 實踐，真正當一次航天人，必須一搏！” “北航 一號”項目成員張莘艾說。
成員們通過學習專業(yè)課程、去圖書館查閱各 種資料，完成設計方案，進行成千上萬次實驗， 一次次失敗、一次次論證、一次次再實驗，大家 都全身心投入，非要把難題攻下來。 “各專業(yè)同 學必須充分溝通和交流，還要與工廠和研究所的 老師討論可行性，并反復修改，否則整個設計將 可能無法進行下去。做項目對同學的專業(yè)綜合知 識與能力提出了很高的要求。” “北航一號”項 目的負責人朱浩同學告訴記者。
“造火箭”項目為基礎課、專業(yè)課授課提供 了很好的借鑒，有力地促進了教學改革，涉及的 3 個專業(yè)方向都配有指導教師，這些教師把項目 中的實際問題帶到課堂，為學生補充專業(yè)基礎知 識、研討新方法。宇航學院副院長張玉珠說： “這是一種有示范性的科研活動，對學校的各個 學科、專業(yè)都有借鑒性和引導性，怎么在課堂上 融入實際的工程知識，真正地把理論與實踐結合 起來，是值得花心思的?！?br> 做科研還讓學生們體會到了把課堂知識升華 為創(chuàng)新的快樂。 “ Good idea （好創(chuàng)意）有時候是 ‘逼’出來的，” “北航一號”參與學生王光遠笑 著說， “在最后發(fā)射前的十幾個小時，發(fā)射中心 為了安全起見，提出了彈道計算的所有墜落物必 須位于發(fā)射點以西3 公里，否則不予發(fā)射。我們 馬上重新設計方案，經(jīng)過一個晚上的緊張計算， 找到了一種利用計算數(shù)據(jù)與幾何繪圖相結合的設 計方法，終于完成可行的發(fā)射方案，最終3 發(fā)火 箭順利升空并準確落地。”
“北航二號”固液混合火箭發(fā)動機探空火箭 的動力系統(tǒng)設計，在全世界都是一個沒有被完全 突破的技術難點，通過不斷的試驗與驗證，學生 們總結出固液探空火箭的輸送系統(tǒng)在技術上的兩 個創(chuàng)新點：一是采用擠壓式輸送系統(tǒng)卻沒有使用 增壓氣瓶，在貯箱壓力下降的情況下卻保持了流 量的穩(wěn)定。這個技術的關鍵在于設計了流量調(diào)節(jié) 閥，它使輸送系統(tǒng)結構簡單卻保證了流量的穩(wěn)定 性，進而保證了發(fā)動機工作的穩(wěn)定性。另一個是 點火藥以硼硝酸鉀取代了黑火藥，在保證點火能 量的同時減少氣體產(chǎn)生量，從而降低點火壓力， 改進了點火藥盒的結構，保證點火器工作的穩(wěn)定 性和結構的完整性。目前輸送系統(tǒng)相關技術已經(jīng) 申請了3 個專利。
【兩輪實踐鑄就真本領】『經(jīng)典案例』 梁建宏老師所在的機器人研 究所，每年都會吸納一批本科生，他們大多數(shù)是 慕名到這里尋求技術指導。在濃厚的創(chuàng)新氛圍 里，產(chǎn)生了多項優(yōu)秀作品，其中 “機械蝠鲼”成 為 “863”重點項目。
北航的本科學生能完成如此復雜的科研項目 并不偶然。朱浩談起自己的感受時說： “學校的 專業(yè)教育是很完善的，包括從專業(yè)知識的學習到 實驗、實踐和實習，團隊成員都參加過科技競賽 和科技活動，因此，我們有扎實的基礎知識，還 有很強的動手能力。”
“我們的學生全部要經(jīng)過兩輪的實踐，這是 北航區(qū)別其他學校的地方?！北焙礁毙ｉL鄭志明 表示， “第一輪是課程的實踐，如通過基礎物理 實驗、電工電子實驗等，讓學生具備基本的動手 能力和認知過程。第二輪實踐安排在二年級下學 期到四年級期間，學生不是進入教學實驗室而是 進入科研實驗室?！?br> 的確，在北航，挑戰(zhàn)杯、馮如杯、大學生科 研訓練計劃、綜合創(chuàng)新實驗……眾多科研創(chuàng)新活 動已經(jīng)成為學生們學習生活中不可或缺的一部 分。這個體系的基本特點是 “量大、面廣、質(zhì)量 高”。大多數(shù)學生都能通過自主創(chuàng)新活動或結合 教師的科研項目，參與到不同類型、多學科交叉 融合的創(chuàng)新實踐活動中去。
北航于1991 年開始以 “馮如”命名的學生 學術科技競賽已經(jīng)舉辦了19 屆，據(jù)統(tǒng)計，歷年 來參賽總人數(shù)達到23445 人，總項目數(shù)7661 項， 成為學生參與最廣、參與積極性最高的一項品牌 活動，更成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、開展創(chuàng)新型研究 的一個堅實平臺。 “很多學生從大一起就開始參 加 ‘馮如杯’，組建科研團隊，確定指導老師，這些 學生自然而然就走進了科研實驗室，在老師和師 兄的指導下，參與一系列的實踐活動，寫出論文， 做出成品。”第六屆挑戰(zhàn)杯一等獎作品“機器魚”的 發(fā)明者、現(xiàn)在已經(jīng)是北航機械學院教師的梁建宏 博士說，“北航學生骨子里有一種 ‘馮如情結’，很 多學生會參加兩三屆，科技創(chuàng)新已經(jīng)成為他們生 活的一部分。”
梁建宏所在的機器人研究所，每年都會吸納 一批本科學生，他們大多數(shù)是因為制作“馮如杯” 項目慕名到這里尋求技術指導的。研究所構筑了 包括博導、博士、碩士、做畢業(yè)設計的學生、低年級 本科生在內(nèi)的“大團隊”，鼓勵本科生進行科學研 究和創(chuàng)造發(fā)明，大家一起設計、制作、實驗、改裝， 營造了濃厚的創(chuàng)新氛圍。在這里，產(chǎn)生了 “機器 魚”、“機器蛇”、“球形機器人”、“機械蝠鲼”等多項 獲得“馮如杯”一等獎的優(yōu)秀作品，其中，“機械蝠 鲼”最后還成為“863”的一項重點項目。
為了進一步給學生提供科研訓練的機會，使 學生盡早進入專業(yè)科研領域，接觸和了解學科的 前沿，2005 年北航又開始實施大學生科研訓練計 劃（簡稱 SRTP），鄭志明介紹說：“我們用這個計劃 整合全校90% 的學生，讓學生盡早地、積極地進入 實驗室。在許多學院，學生從二年級實習開始，提 前進入實驗室參加教師的科研活動，到三、四年級 時，已經(jīng)具備了一定的專業(yè)知識和動手能力，為后 面的畢業(yè)設計甚至研究生學習打下初步從事科研 工作的基礎，在強化基礎的同時，加強了實驗動手 能力。這些學生在畢業(yè)設計中往往可以真正做一 些科研性質(zhì)的工作，提高了畢業(yè)設計的質(zhì)量，也形 成了初步的創(chuàng)新能力?！睅啄陙?， SRTP 計劃已經(jīng)資 助858 項本科生科研項目，參與學生2765 人，資 助金額達到250 萬元?！氨焙揭惶枴?、“北航二號”就 是該計劃重點支持的項目。
北航還有很多小有名氣的科技創(chuàng)新協(xié)會，如 航模隊、小飛機協(xié)會、制造技術協(xié)會、電子協(xié)會等， 成為學生科研實踐的“第二課堂”。許多學生一入 校就在這些社團中跟隨高年級本科生參與科技創(chuàng) 新活動。
以航空科學與工程學院本科生為主體的北航 航模隊，連續(xù)3 年榮獲全國航空模型錦標賽小組 和團體冠軍，并創(chuàng)造全國紀錄。在航模隊里，產(chǎn)生 了以第五屆中國青少年科技創(chuàng)新獎、第十屆“挑戰(zhàn) 杯”一等獎獲得者王耀坤為代表的多位 “創(chuàng)新明 星”。王耀坤說：“我大一就參加了航模隊，一邊認 真學習學院的航模課程，一邊跟著師兄們學習航 模制作，還在小飛機協(xié)會做骨干，在小飛機創(chuàng)新實 踐基地跟專業(yè)的指導教師實戰(zhàn)演習，經(jīng)過幾年在 全國各項比賽中的摸爬滾打，練就了扎實的基本 功和技能?！?br> 【匯聚優(yōu)質(zhì)資源強化教學】『經(jīng)典案例』 多數(shù)科研實驗室參與了本科 教學環(huán)節(jié)。數(shù)學學院學生裴森大二就進入實驗 室，在研讀動力系統(tǒng)領域的經(jīng)典著作時，發(fā)現(xiàn)一 篇著名的博士論文有核心錯誤，他成功改正了錯 誤，并將研究范圍推廣，得到普適性結論。
“要建設創(chuàng)新型強國，人才是關鍵，最根本 的在于本科生培養(yǎng)”，這個觀念在北航教師心中 已經(jīng)扎下了根。近年來，北航把為國家培養(yǎng) “具 有領軍和領導潛質(zhì)人才”作為人才培養(yǎng)目標，制 定了 “強化基礎、突出實踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng) 新”的本科生培養(yǎng)方針，構建核心課程、實驗與 實踐教學、科研實踐訓練等 “三大體系”，創(chuàng)新 了高等工程學院和中法工程師學院等高素質(zhì)人才 選拔和培養(yǎng)模式，整合學校各方面優(yōu)勢資源匯聚 成本科人才培養(yǎng)的整體優(yōu)勢。
為了強化核心基礎教育，北航構建了校級、 校院共建和院級三級核心課程體系。在需要強化 數(shù)理基礎的院系，以工科 《數(shù)學分析》取代了以 往的工科高等數(shù)學教材，以理科 《基礎物理學》 代替了以往的工科大學物理教材，帶動了全校數(shù) 學、物理教學整體水平的提高和學生數(shù)理水平的 整體改觀。2009 年，北航學生參加學科競賽 4000 余人次，省部級以上獲獎489 項，獲獎人數(shù) 占一個年級學生總數(shù)的17% 。
學校充分發(fā)揮研究型大學的優(yōu)勢，依托學科 雄厚的師資力量、先進的各類實驗條件和持續(xù)不 斷的科研成果，實現(xiàn)了科研與教學的有機融合， 多數(shù)科研實驗室參與了本科人才培養(yǎng)的教學環(huán) 節(jié)。北航計算機學院的國家重點實驗室等4 個科 研實驗室，3 年共接納623 人的畢業(yè)設計、467 人的實習和100 余人的課外科研活動。數(shù)學學院 學生裴森大二就進入鄭志明教授的實驗室，在研 讀動力系統(tǒng)領域的經(jīng)典著作時，發(fā)現(xiàn)一篇著名的 博士論文有核心錯誤。在老師的指導和鼓勵下， 他申請承擔國家級大學生科研訓練項目 “一般單 參數(shù)映射族具有正李雅普諾夫指數(shù)的拓撲條件”， 成功改正了文章中的錯誤，并將研究范圍推廣， 得到普適性結論。隨后，他在核心期刊上發(fā)表論 文， “一類一維混沌映射的拓撲條件”項目獲得 了第十一屆 “挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品 競賽一等獎。裴森回憶當初還是激動不已： “以 科學的態(tài)度思考問題，不畏懼挑戰(zhàn)權威，這是我 在鄭老師的課題組里學到的最珍貴的知識?！?br> 北航鼓勵教師將自己的科研成果引入課堂， 使學生了解專業(yè)前沿的最新發(fā)展。北航民航數(shù)據(jù) 通信及新航行系統(tǒng)實驗室近年取得包括國家技術 發(fā)明一等獎、科技進步一等獎在內(nèi)的多項科研成 果。他們以此為主線，編撰修訂了 《現(xiàn)代空中交 通管理》教材，揭示了現(xiàn)代空中交通管理變革的 核心內(nèi)容，被評為北京市和前國防科工委的精品 教材，同時還以申請的十余項發(fā)明專利為基礎， 開設了7 組實驗課程，很好地實現(xiàn)了理論和實踐 的良性互動，讓學生受到全國獨一無二的訓練， 深受學生歡迎。
學校還積極推進航空航天類的學院與主要飛 機設計單位合作，讓一部分學生可以到這些單位 進行畢業(yè)設計。畢業(yè)設計課題與單位的飛機設計 型號任務密切相關，可以使學生將理論知識和工 程實際相結合。通過這一模式，學生還能提前熟 悉未來工作環(huán)境和工作方法，縮短上崗培訓時 間。航空科學與工程學院學生苗紅科在第一飛機 設計院進行畢業(yè)設計，其論文 《某機雙腹結構強 度計算》得到了很高的評價，獲北航優(yōu)秀畢業(yè)設 計論文獎，他進入工作崗位后立即開始獨立承擔 型號任務。
在北航學習是幸福的。課堂上，可以學習豐 富的基礎知識，了解尖端的科研成果，實驗室 里，可以參與圍繞國家戰(zhàn)略需求的實戰(zhàn)項目，校 園里，還有眾多興趣協(xié)會和豐富的科技創(chuàng)新活 動。在國家致力建設創(chuàng)新型強國的今天，北航本 科生教學和科研 “并行工程”是一種有益的探 索，值得關注。
（原載于2010 年2 月4 日 《中國教育報》）
