赵 悦，周乃新，刘健行

（哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001）

一、引言

科技发展急需人才，人才培养取决于教育。当前，随着我国社会改革的不断深化，社会思潮多样并存，各种思想交相融合，多元文化冲突更加频繁。而学生正处于知识体系、思维方式和价值观念的形成时期，极易受到各种现象、观点、言论的影响。极端个人主义、拜金主义、享乐主义等不良思潮给学生带来了消极影响，导致部分学生理想信念迷失、道德行为欠缺[1]。如何培养富有社会责任感的创新人才，是近年来高等教育特别关注和不断探讨的课题。

专业课程教学融入思政元素，正是解决上述问题的一种尝试，也是加强和改进学生素质教育的一种探索[2]。这种方式符合高等教育与时俱进的发展需要，不仅能够克服人才培养中的种种弊端，也极大地推动了高等教育的改革和创新，具有十分重要的意义[3]。然而，课程思政在我国高校实施的时间并不长，还有待进一步健全和完善，尚需在理论上深入研究，在实践中总结经验。文章结合“导航原理”实验教学的特点，将课程思政融入实验教学中，探索与实践该种教学方式对当代学生素质教育的提升效果。

二、“导航原理”实验教学特点

“导航原理”作为高等工科院校控制科学与工程学科或航空宇航科学与技术学科的一门专业课程，是学习后续专业课程，如“飞行器控制与制导”“航天器控制”“无人机控制”“最优导航与滤波”等的基础。“导航原理”实验教学不仅要帮助学生建立起惯性空间的概念，使学生加深对惯性器件结构特点、工作原理和基本特性的了解，实现对理论知识的验证，更重要的是通过实验使学生领悟惯性导航原理的应用规律，提高学生的动手能力、工程实践能力、设计能力和创新能力。

惯性导航系统是导弹和火箭的“眼睛”和“大脑”，提高惯性导航系统的精度是精确打击的关键。惯性导航器件和系统的设计与制造需要精益求精的工匠精神和创新精神。“导航原理”实验教学以培育学生科研实践能力和创新精神为目标，融合了国家战略、人才培养内涵式建设、学生个性化发展等多方面的内容[4]，具有深厚的课程思政资源和基础。

三、“导航原理”实验教学课程思政设计

结合航天学院专业特色和人才培养要求，“导航原理”实验教学课程思政设计需要遵循的总体原则是既要考虑思政价值观的正确引导，又要提升学生的专业素质，实现知识传授、能力培养与价值引领“三位一体”[5-6]。

（一）思政元素的挖掘与凝练

由于“导航原理”课程本身就具有鲜明的航天特色与国防背景，因此，在该课程的实验教学过程中，教师应深入挖掘与凝练思政元素，充分展示课程思政的教学魅力。伟大的航天事业是孕育航天精神的肥沃“土壤”，北斗卫星导航系统的发展是弘扬航天精神的生动实践。教师可通过该系统背后的科研工作者的事迹挖掘“导航原理”实验教学蕴含的思政元素和思政资源。比如，陆元九院士作为世界上第一位惯性导航博士，克服重重阻力，终于在1956 年回到祖国，成为我国惯性技术的奠基人。在“转子陀螺仪基本特性验证实验”教学中，教师可讲述陆元九院士等榜样人物的先进事迹，引导学生树立远大理想，深怀爱国之心、砥砺报国之志，成为热爱祖国、信念坚定、德才兼备、具有社会责任感和国际视野的时代新人。

（二）思政元素与专业知识的融合

在“导航原理”实验教学过程中，教师应从学生的角度出发，挖掘专业知识和思政元素的融合点，将爱国主义精神融入课程教学，让学生真正体会到这门课程的价值。教师可将学生关心的与专业相关的时事政治问题作为切入点，使之成为专业教学和思想政治教育结合的聚焦之点[5]。比如，我国为突破GPS（全球定位系统）的使用限制，自主研发了北斗卫星导航系统，从第一代到第三代逐步建成、完善，这其中饱含了科研攻坚的辛苦和突破技术壁垒的不易。在实验教学过程中，教师可从北斗卫星导航技术联系到哈尔滨工业大学培养的孙家栋、宋健、刘竹生、胡世祥、栾恩杰、刘永坦等一大批航天英才，让学生体会到国家航天建设中展现的“哈工大力量”，感受到时代的脉搏和国家的需求，进而将个人发展同国家和民族的前途命运紧密联系在一起[7]，明晰人生目标，激发科技报国、军工报国的家国情怀和使命担当。

（三）相互包容的教学内容完善

在实验教学过程中，“导航原理”课程授课教师秉承“课程承载思政”和“思政寓于课程”的理念，进一步完善教学内容。教师根据课程特点和育人目标，深入梳理课程教学内容，合理嵌入思政元素，突出专业课程的价值取向，充分体现课程特色，形成特色鲜明、优势突出的教学内容体系。同时，充分发挥课堂教学的主渠道作用，保证教师与学生在认知领域有足够的交集，做到铺垫充分、衔接自然，以润物无声的形式将正确的价值观传递给学生，使课堂教学过程成为学生学习专业知识、培养科研能力和创新能力、涵养品行的过程[8]。

（四）精彩教案展示

文章以台海局势为例进行阐述。以美国为首的西方政客窜访台湾，美军“里根”号航母（USS Ronald Reagan）战斗群逼近台湾海峡。这意味着美国企图破坏我国台湾海峡地区的和平稳定。鉴于意识形态上的差异，大国之间的对抗将长期存在，这决定了惯性导航仍是国之重器中的关键技术。基于此，教师设计了捷联惯导虚拟仿真实验。它是一套捷联惯导系统航姿解算仿真程序及飞行器三维运动的演示程序，并配有用户交互界面。该实验以拦截入侵飞行器任务为背景，假想一枚超声速飞行器从北太平洋某岛屿起飞，经库页岛和日本海，朝我国内蒙古方向飞去，被我方预警卫星探测到，经过轨道分析对其入侵意图做出研判后下达命令，从山海关地区发射一枚导弹对其拦截，并将其摧毁。该实验针对影响拦截弹上捷联惯导系统导航精度的4 个因素而设计了4 个环节。学生通过用户交互界面对姿态解算算法和策略进行选择，对入侵目标的飞行和拦截弹的拦截过程进行三维可视化虚拟仿真，求解出拦截弹和入侵目标的三维飞行轨迹及拦截弹在整个飞行过程中任意时刻的姿态、速度、位置、弹目距离、视线角及最终的脱靶量等信息。通过对比和分析各种姿态解算算法的仿真结果，对所选的算法做出恰当的评价，探索、优化捷联惯导系统姿态解算算法的配置策略，使拦截弹捷联惯导系统达到最佳性能，减小脱靶量，保证拦截任务成功。该实验采用“虚实结合”的实践教学手段，连续展示探测到入侵目标、入侵目标运动估计、目标意图识别、拦截弹起飞、拦截弹自主导航、导航姿态解算、拦截弹控制与制导等过程，将拦截弹在整个飞行过程中的轨迹和姿态信息呈现在地球的三维虚拟场景中，使学生获得身临其境的观测效果，对导弹飞行的整体情况有清晰、直观、立体的认识和把握，有效解决了实验与实际工程应用脱节的矛盾。

对大多数学生来说，该实验具有很大的挑战性。因为稍有差错，解算结果就可能与期望值相差十万八千里。但因为实验具有时事背景，并配备了三维场景下的演示和检验，有利于激发学生克服困难、迎接挑战的决心。当经过不懈努力成功地拦截了敌方导弹时，学生心中的激动将是难以形容的。上述拦截实验中的目标探测阶段，依托的是以刘永坦院士为代表的我国科学家构建的强大海防雷达预警体系。刘永坦院士是一位可亲可敬可学习的师者，是勇于担当、敢于创新、善于育人的“大先生”。他一生披荆斩棘、呕心沥血，以执着的坚守与奉献精神、宏大的视野与格局，打造国之重器，培养杰出人才。在实验教学过程中，教师可通过刘永坦院士等榜样人物的先进事迹，引导学生逐梦航天强国，立志服务国家重大工程、重大项目、重要领域。

四、“导航原理”实验教学课程思政教学方法

教师要掌握驾驭课程思政的技巧与艺术，以激活者、同行者、指导者的身份，通过课堂的引导，使学生树立爱国意识、问题意识、实践意识、阅读意识和研究意识，将思政之“盐”溶于专业教育之“汤”，以润物无声的方式潜移默化地开展思想政治教育。在实验教学过程中，教师积极探索课程思政建设的新方法、新途径，遵循思想政治工作规律、教书育人规律和学生成长规律，揣摩教学方法、讲课技巧，从教学理念、教学设计、教学组织、方法手段、教学效果、学生评价等方面进行教学总结[9]，注重问题设置和课堂互动，努力做到教好书、育好人。

（一）以目标和问题为驱动组织教学内容

导航的直接目标是确定对象当前的运动状态。为完成这一目标，有不同的解决方案，如惯性导航、卫星导航等。而每类解决方案中又有需要解决的具体问题，如“在实际应用中选取哪种导航方式比较好，是纯惯性导航、卫星导航、地磁导航、超声导航、视觉导航还是组合导航？”。其实，选用哪种导航需要视具体情况而定，根据应用的需求、环境、成本等因素做出合理的选择。比如，户外旅游，可以考虑“卫星+地磁”导航；室内，可以考虑“惯性+超声+视觉”的组合导航；对隐蔽性、自主性有苛刻要求的武器系统，采用纯惯性导航。没有最好的选择，只有根据实际情况选择最合适的导航系统。导航工程问题是如此，个人成长、国家发展也是如此。任何国家都不应照搬他国制度和政策，而要根据本国的具体国情，因地制宜，采取最适合的制度，走最适合的道路。教师通过以目标和问题为驱动的教学方式组织教学内容，促使学生带着问题、带着思考去学习，提高学生学习的主动性和积极性，同时在专业知识的讲授中有机融入“四个自信”，增强学生的政治素养。

（二）采用多媒体演示的方式增加课堂教学信息量

学生在“导航原理”课程学习中，容易迷失在复杂的数学公式中，而看不到公式蕴含的物理和工程意义。通过实验教学，教师适时地引入具体案例，使学生对导航原理有更深刻的理解，更加明确理论知识在实际场景中的应用。比如，飞行器三维坐标变换案例是在三维场景中将我国的某些飞行器，如歼-20、神舟五号、天和核心舱等呈现在地球附近的指定经度、纬度和高度位置。三维场景和飞行器模型由教师提供，坐标变换则由学生通过自行编程来实现。通过三维交互界面的操作，学生能直观地体会到坐标变换从理论计算到程序实现的过程，并检验自己的坐标变换程序是否正确。这个案例将我国国防、航天的最新成果和最基础、朴素的数学变换相结合，有利于激发学生的学习主动性，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，使学生认识到要实现强国梦，离不开脚踏实地的严谨科研作风。

（三）采用互动式教学方法

教师在课堂上保持与学生互动，可增强课程思政的吸引力，调动学生的课堂参与度；同时，鼓励学生提问，引导学生深入思考理论知识在实际问题中的实现过程。在讲述我国惯性导航技术发展时，教师从简陋的玩具陀螺延伸到超高精度的静电陀螺，使学生认识到陀螺仪的发展离不开科学探索和技术创新，更离不开精益求精的工匠精神。在可预见的一段时期内，陀螺仪精度的“王冠”非静电陀螺仪莫属，该设备是高端远程战术级惯导系统的首选。但由于其成本高昂，国外政府和企业对其研制经常产生争议和摇摆。而我国鉴于静电陀螺仪的战略意义，始终对其研发给予大力支持。通过课堂上对此案例的讨论，学生认识到我国的制度和经济实力对战略性产品的研制起到重要支撑作用。

五、结束语

“一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。”教育对一个国家的发展和一个民族综合素质的提高具有基础性、先导性、决定性的作用[10]。课程思政中的思政元素相当于道，即理想信念的坚定之道，认识自身的正确之道，认识社会、世界的科学之道。“导航原理”实验教学围绕“知识传授、能力培养、价值引领相结合”的课程目标，注重体现专业特色，突出价值引领，使学生在教学过程中潜移默化地接受思想政治教育，如同给学生一双眼睛，使其看懂中国、看懂世界，在国家的发展中找到自己的人生定位[11]。教师应加大课程思政的建设力度，探索课程思政新模式和新方法，加强实践，及时总结经验，使课程思政真正落到实处，为我国高等教育事业发展和提高人才培养质量做出贡献[12]。