【校级一流本科立项课程】“火星星表探测系统控制技术探究”课程——坐地行万里,扪手探星辰

点击数:    |    加入时间:2022-05-16

课程简介

“火星星表探测系统控制技术探究”是面向新时代自动化专业高质量人才培养目标,以我国当前航空航天领域前瞻性的火星探测任务为背景的虚拟仿真实验。本项目来源于国家自然科学基金和某型月球车工程项目的科研成果,依托国家级虚拟仿真实验教学中心资源,采用虚拟现实、人机交互、信息处理等技术,构建了“虚拟实体协同、课内课外联动”的闭环教学方法及学习行为和实验效果的综合评价机制。支撑《自动控制原理》等课程的实验教学。

依托网络化的实验教学管理系统,虚拟仿真实验过程采用网络化、信息化、智能化的教学管理,即利用网络技术监控从实验预习、仿真实验、实验分析、实验结果、实验报告等环节,对实验教学质量做出定性和定量相结合的评价。

图1.实验管理系统界面


图2.实验教学管理系统结构

本系统已在国家虚拟仿真实验教学课程共享平台——ilab空间上线,目前线上实验人数达到8800余人。

图3.ilab空间仿真实验界面

图4.实验界面

教学团队简介

团队由5名一线教师组成,其中教授1人,副教授3人,讲师1人。团队负责人富立教授,工学博士、博士生导师,国家级机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心副主任。主持教育部产学合作协同育人项目、教育部自动化教指委教改项目、一流虚拟仿真课程建设项目、创新创业课程建设项目等10余项教改项目,出版课程教材2部。主持国家自然科学基金等科研项目20余项;累计发表各类学术论文80余篇;荣获国防科技进步二等奖、产学研创新成果奖等8项奖励。

团队成员先后获得包括省部级教学成果奖在内的40余项教学奖励,主持教育部产学合作协同育人项目6项,其他教改项目20余项,发表教学研究论文50余篇。

图5.教学团队

课程特色描述及经验总结

实验教学特色:

(1)构建能力达成导向的虚拟仿真实验,实现能力培养与价值塑造融合

针对自动化专业课程实验教学需求和学生知识结构,设计以能力达成为导向的教学体系,通过虚拟仿真实验教学,培养创新实践能力、培养科学探索精神、厚植空天报国情怀,实现了知识传授、能力培养、价值塑造的紧密融合。

(2)提出任务驱动的实验教学方法,实现创新实践能力岛链式贯通培养

探索基于工程任务驱动的“虚拟实体协同、课内课外联动”的实验教学方法,实现以学生为中心的综合素质培养。打破传统实验内容的“孤岛”模式,引导学生拓展和融合多门课程知识,实现创新实践能力的“岛链式”贯通培养。

图6.实验教学方法

(3)提升解决未知工程问题的元能力,构建实验教学质量综合评价机制

借助虚拟仿真平台复现了火星星表探测真实环境的核心内容并开展多维度控制系统实验,提升学生“面向未知领域解决未知工程问题”的元能力。构建了包含6项传统能力和3项现代能力的实验教学质量评价指标体系,利用网络技术跟踪和监测学生的学习状态和实验行为,采用主分量分析为主的统计分析方法和基于神经网络的智能分析方法处理多源数据,实现定性与定量相结合的实验教学质量评价。

课程思政

传统实验教学模式偏重实践能力培养,而导致能力培养与价值塑造脱节。本项目立足于国际航天领域的热点研究方向,展现了我国在火星探测领域的最新成就,融入了教学团队取得的科研成果,是具有鲜明航天特色的综合性实验平台。学生既可以完成火星探测控制系统设计,获得非常直观的运行结果,又可以探索未知环境下的探测系统控制问题,有利于培养科学探索精神、厚植空天报国情怀,实现能力培养和价值塑造的融合。

通过查阅文献了解我国在航空航天领域的卓越成就,激发爱国热情,增强民族自豪感。了解目前世界上开展类似研究国家的经济、政治等情况,分析我国能够展开此项研究的原因,增强制度自信、文化自信。同时通过技术分析明确火星探测项目中的关键技术问题和难点,了解自己的技术短板,正视差距与不足,砥砺空天报国情怀,激发使命与担当,完善青年学生自我价值的塑造。

编辑:贾爱平


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