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關鍵詞：航天測控；教學改革；教學模式
作者簡介：陸必應（1976-），男，安徽舒城人，國防科學技術大學電子科學與工程學院，副教授；王建（1981-），男，湖北宜城人，國防科學技術大學電子科學與工程學院，講師。（湖南 長沙 410073）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）25-0141-02
“航天測控”是國防科學技術大學電子工程專業本科生的一門專業必修課程，同時也是通信工程和信息工程專業本科生的選修課程。課程重點講述基于無線電的航天測控系統的概念、體制、組成和工作原理，引導學生了解現代航天測控技術的發展動態和方向。[1，2]作為一門專業課，一方面要傳授學生航天測控系統的專業知識，另一方面要培養學生對復雜電子系統的分析能力并掌握設計方法，加強學生的工程素養。航天技術的發展及其在軍事和國民經濟中日益廣泛的應用，特別是我國載人航天技術的跨越式發展，激發了學生學習本課程的熱情，同時對課程的教學也提出了越來越高的要求。[3]本文先分析“航天測控”課程特點和教學中存在的問題，隨后介紹以教學內容、教學方法、教學實踐環節相配套的教學改革探索和實踐，以實現專業知識學習和工程能力培養兼顧的教學目標。
一、課程特點與教學現狀
“航天測控”課程教學具有如下特點：一是基本概念多，涉及領域廣 。包括天文學基礎、航天器軌道運行基本原理、無線電測距定位原理、高速無線數據傳輸原理等。二是基本原理復雜，涉及的理論基礎寬，包括隨機信號分析、信號與系統、雷達原理、通信原理等。三是系統復雜，安排實踐環節困難。航天測控系統是復雜的電子系統，而先修課程偏重基礎知識的學習，對電子系統的介紹偏少，學生很難通過一兩個簡單的實驗課達到理解和掌握復雜航天系統的目標。以上特點決定采用傳統的方法進行教學時，教師講授難度大，學生學習理解困難，學習效果差。
該課程教學現狀與存在的主要問題有：
1.教學內容多，課時少
本課程內容包括航天測控的基本原理、統一載波測控系統、跟蹤與數據中繼衛星系統、全球定位系統及其在航天測控中的應用四大部分，僅統一載波測控系統就包括跟蹤測軌分系統、遙測分系統、遙控分系統。上述每一門技術都具有相對的獨立性，涉及的理論、方法和系統都有其獨特的內容。國防科學技術大學（以下簡稱“我校”）電子科學與工程學院早期設有航天測控專業，上述內容安排80～120課時講授，現行的教學大綱僅安排了40課時，教學內容卻沒有減少，要完成教學任務，學生學習上存在較大困難。
2.教材相對陳舊，新技術介紹少
本課程的教材編寫于1998年，內容上繼承了航天測控專業所用內部教材的精華，重點內容為統一載波測控系統的原理、系統分析和系統設計。其優點是基本概念清楚，理論推導詳實，系統分析深入，但也存在如下幾個問題：一是內容過多，部分內容分析得過于深入，基礎稍差的學生掌握起來有困難；二是近年來航天測控技術進步迅速，不斷涌現出新概念、新方法和新技術，航天測控體制也從傳統的統一載波測控體制加速向以跟蹤與數據中繼衛星系統為代表的天基測控體制發展，而教材沒有充分反映航天測控技術的新發展。
3.教學手段單調，實踐環節不足
原先的課程教學以教師板書講授為主，配合以少量的幻燈片和課后習題作為輔助手段；學生的學習停留在閱讀教材和參考書目、做課后習題上，缺少必要的實踐環節。這種以講授為主的教學模式無法充分調動學生的學習興趣和積極性，缺少必要的實踐環節，學生對理論和技術的理解無法深化，學生的主觀能動性沒有充分發揮，分析問題、解決問題的能力和工程素養得不到提高。
二、教學改革探索與實踐
1.突出教學重點，合理選擇教學內容
綜合考慮航天測控技術的發展現狀，并結合電子工程專業本科生的預修課程以及學時數，對教學內容進行了重新安排，修訂了教材。將教學內容根據測控體制劃分為統一載波測控系統、跟蹤與數據中繼衛星系統、全球定位系統的原理及其在航天測控中的應用三個部分。對統一載波測控系統部分內容進行了三個方面的刪減：一是與先修課程內容有重復或雷同的，如跟蹤測軌技術中的角度測量技術，在先修課程“雷達原理”中已有講述，直接刪除；二是要求具備比較專業的預修知識而學生又不具備的，如遙控編碼體制，對電子工程專業的本科生來說由于不具備相應的預修課程，理解存在較大的困難，進行了刪減，并提供相關的參考書籍供有興趣的學生參考；三是難度太大的內容，如測控信道的設計，這部分內容要求學生在理解信號調制理論的基礎上，結合特定工程實際設計出最佳波形，對大部分學生來說要求過高，也進行了刪減。根據航天測控技術的發展趨勢，對跟蹤與數據中繼衛星系統的組成、工作原理以及采用的新技術等部分內容進行了擴充。調整后的教學內容，既重視基本原理的教學，也重視測控系統的分析，還涉及測控新技術的介紹。
2.采用多種模式教學方法，提高教學效率
對課程的總體教學目標和教學所包含的知識點進行了分析，并對教學方法和教學過程進行精心設計。針對不同的教學內容，采取多種形式的教學方法，包括課堂理論教學、比較教學、案例教學、討論教學等，并有機地結合起來。
基本原理如測控信號基本理論、測距原理、GPS工作原理等內容采用課堂理論教學，開發了多媒體教學課件，除傳統的公式推導和文字描述外，配以適當的圖片、動畫，直觀地說明理論分析結果，使學生對一些重要的結論留下深刻的印象，強化教學效果。
航天測控系統的教學若采用簡單的講授教學，由于學生工程實踐經驗少，往往不能深刻領會系統的內涵，抓不住重點，因此采用案例教學法與比較教學法相結合的教學方法。選擇航天測控系統中較為簡單但具有代表性的“單通道鎖相接收機”作為教學案例，先對系統作簡單介紹，使得大家對航天測控系統有一個感性認識，然后提出問題，供同學們分組分析、討論。如跟蹤測軌系統鎖相接收機與一般雷達系統接收機進行比較，通過比較啟發學生思考二者結構上的根本區別是什么，工作原理有什么不同，航天測控系統采用這種特殊類型接收機的原因是什么。通過比較學生較易理解航天測控跟蹤測軌系統與一般雷達系統的異同，達到觸類旁通的效果。通過開設討論環節，營造生動、活躍的課堂氣氛，培養學生思考問題、解決問題的能力，變被動接受為主動思考。最后以科研成果進課堂的形式對案例進行總結，同時引導學生了解航天測控系統設計基本方法。將教學團隊在航天測控接收機領域所作的科研成果——某改進型航天測控接收機實物搬進課堂，分析傳統接收機存在的缺陷，改進型接收機性能有哪些改善，從哪幾個方面著手進行改善，如何進行改進等。通過這一具體案例，充分激發了學生的積極性，對航天測控系統設計方法這一難點也有了初步的認識。
在教學手段上，除采用計算機輔助教學外，還充分利用校園網資源，開展網絡教學。編制適合網絡教學的課件，提倡學生網上提問，進行網上答疑，對課外拓展性的內容提供更多的學習資料和參考文獻。此外，利用網絡教學可部分緩解教學內容多而課時少的矛盾。
3.重視實踐環節，提高學生工程素養
“航天測控”是一門理論較深、實踐性強的課程，提高學生的工程素質也是本專業課的一個重要學習目標。航天無線電測控系統是一個復雜龐大的系統，沒有條件開展針對整個系統的實踐性教學，但在基本原理和分系統教學過程中增加了實踐性環節，如簡單的實驗設計、開放式研究性習題設計等。另外，對深空測控、小衛星測控、星座測控等測控領域的新課題、新技術、新發展，根據情況開設一兩個專題講座，使學生了解航天測控技術的最新發展，提升學生應用能力。
4.加強教學團隊建設
作為一門專業課，雖然面向的專業范圍窄，學生層次相對統一，只要一兩名老師就可完成課程的教學任務，但不能因此就忽視教學團隊的建設。作為教學活動中的關鍵要素之一和教學活動的具體實施者，教師本身的專業理論知識、實踐能力、教學能力、科研能力對課程的教學效果有決定性的影響。因此，我校建立了一個由教授、副教授、講師等不同層次教師組成的教學團隊。團隊中所有成員都從事航天測控領域的科研工作，由同時具有豐富科研經驗和教學經驗的副教授擔任主講老師，由教授開展航天測控領域新技術、新發展專題講座，其他成員的科研成果為教學案例提供支撐。同時通過“跟、幫、帶”，促進年青教師的成長，保證教學團隊教學水平的穩步提高。
三、結束語
隨著航天技術在國防、國民經濟中日益廣泛的應用，航天測控技術也獲得了快速發展和廣泛重視，對“航天測控”課程教學提出了越來越高的要求。本文對“航天測控”課程存在的問題進行了分析并提出了切實可行的改進措施，通過教學內容、教學方法、教學過程和師資隊伍建設的改革，精簡了教學內容，采用了以比較教學法和案例教學法為主導的多樣化教學方法，充分調動了學生的學習積極性和主動性，培養了學生自主學習能力、分析解決問題能力，達到了專業知識學習和專業技能培養并舉的目標。
參考文獻：
[1]周智敏，陸必應，宋千.航天無線電測控原理與系統[M].北京：電子工業出版社，2008.
關鍵詞：航天器；總體設計；教學方法
Probing into some problems on teaching of spacecraft systems engineering
Wen Xin, Xiong Wu, Wang Yazhou, Jin Zhecheng, Zhao Yang
Nanjing university of aeronautics and astronautics, Nanjing, 210016, China
Abstract: Spacecraft systems engineering is an integrated course that combines multi-disciplines and technology development. according to the characteristics of the course and the valuable teaching experiences of other universities, the paper analyzes the existing problems of the lesson on teaching contents, teaching methods, evaluation methods and bilingual teaching were proposed. Some of the reformative schemes have been put into practice and obtained good teaching results.
Key words: spacecraft; system engineering; teaching methods
1 航天器總體設計課程的內涵
航天器總體設計中的“總體設計”一詞是“中國航天之父”錢學森給出的定義，英文是“System Engineering”，所以學術界又稱“航天器總體設計”為“航天器系統工程”。
什么是“總體設計”或“系統工程”？錢學森說它是一種科學方法，美國學者說是一門科學，還有專家說它是一門特殊工程學，但大多數科學家認為是一種管理技術。
航天器總體設計課程以航天器系統為基礎，主要論述航天器系統級方面的問題，它所涉及的對象是工程大系統，所涉及的知識深度局限于設計最優大系統需要，所涉及的知識領域包含“機、光和電”等十幾個技術的交叉學科。所以，“航天器總體設計”課程是培育航天器設計領軍人才的專業課。
2 航天器總體設計課程的特征
從理論角度看，航天器總體設計屬于系統工程范疇，涉及的對象是工程大系統。從航天任務角度看，航天器總體設計是探索、開發和利用太空以及太空以外天體的綜合性工程技術，是集諸多科學領域之大成，它的發展又反過來促進各個學科領域向前發展。
航天器總體設計課程的內容包括航天任務分析、航天器環境分析、總體設計概述、總體方案設計、姿態與軌道控制系統、軌道動力學、運載器、地面測控站、通信系統、電源系統、結構與機構、電磁兼容性、地面測試和產品可靠性等。所以，不難看出，航天器總體設計課程的目標是使學生通過本課程的學習，基本了解航天器總體方案設計的方法，初步具備在任務分析基礎上構思航天器總體方案的能力，如有能力和信心去挑戰中國航天五院舉辦的“超越杯”競賽。
3 航天器總體設計課程的教材
鑒于世界上最著名的自然科學方面的教材，幾乎都是在劍橋、牛津和麻省理工學院這樣的名校誕生的，所以，我校航天器總體設計課程選用的教材是由Peter Fortescue等人編寫、WILEY出版的“Spacecraft Systems Engineering”[1]。該書從航天器系統級角度分析和論述了總體設計問題，包括航天器環境、任務分析和系統工程，以及系統設計中的核心子系統，如機構、電氣、推進、熱、控制、裝配集成和測試試驗等。
“Spacecraft Systems Engineering”最初源于歐洲Southampton大學的短期培訓講義，該講義是20世紀70年代為畢業后希望成為航天器系統設計工程師的學生而編寫。該書至今已經修訂再版4次，每次都組織近30位專家和專業教師參加修訂和編寫。第一版是在“航天器系統”講義基礎上編寫而成；第二版是在廣大讀者反饋意見基礎上，進行修改完善；第三版是在新技術發展的推動下，特別是在小衛星的“重量輕、性能好、研制周期快、造價低”的理念技術推動下，為了適應先進技術發展的需要，進行修訂；第四版是在原來基礎上，每章內容都有所刪減和增加，另外還增加了《航天器裝調、集成和試驗驗證》一章。顯而易見，在過去40年的時間里，由于作者的不斷修訂和更新，該書始終保持內容新穎和技術先進的狀態。
“Spacecraft Systems Engineering”一直是國外著名大學航天器系統工程課程的教材或主要參考書，如麻省理工學院、高等航空航天學院(法國)、和帝國理工學院(英國)等[2]。
對于我校的航天器總體設課程來說，選擇該書的理由有三點：第一，能從總體上反映課程的知識結構，包括各方面的知識點和拓展的需要；第二，有助于學生的學習，知識的來龍去脈交代清楚；第三，符合48學時的授課需要。
4 航天器總體設計課程的研討式教學
航天器總體設計課程在我國高校開設多年，隨著很多高校多媒體教學條件的完善，航天方面的紀錄片和故事片走進了課題[3]，當然也走進了航天器總體設計的教學中。實踐證明，由于航天器總體設計內容龐雜，傳統的教師講、學生聽以及看電影的灌輸式教學方法，造成學生食而不化。鑒于航天器總體設計課程的性質和特征，現采用目前國外比較流行的“研討式教學方法”與“基于問題的授課方式”相結合的方式，在教學實踐中取得較好效果。在研討式教學過程中，教師給出問題及答案，讓學生積極地尋找中間的解答過程，教師和學生共同以研究探討的形式完成課程教學任務[4]。航天器總體設計涉及的學科范圍非常廣泛，帶著問題教和學，通過互動教學環節，可以引導學生圍繞航天器設計任務進行研究型學習，如通過航天器電源結構與機構的設計學習空間環境的危害，這些問題無疑會引導學生自覺地理解和掌握系統性的知識，這不僅幫助學生“學會”了一門課程，而且還使學生掌握了“會學”的能力。
5 航天器總體設計課程的考核方式
傳統的閉卷考試能夠延續至今，有其自身優點，但針對航天器總體設計課程的特征和內容而言，完全采用這種閉卷考試方式，很難評估學生的真正水平。該課程除了應該檢查學生了解和掌握其系統級知識外，還應考查學生對總體設計水平和系統指標的把握能力，以及在多種約束條件下的優化設計綜合能力、語言表達和綜述能力。
我校在航天器總體設計課程考核方式方面，進行了改革嘗試，加大了研究型學習的評價權重。考核的總評成績滿分為100分，其中，期末試卷重點考查基本概念的理解、系統設計方法與步驟，其試卷成績占總評成績的30％；課外作業，如方案設計、大論文、小論文等，占總評成績的50％；口頭匯報中的表達能力，即方案設計的講演占總評成績的20％。這樣的考核方式不僅可以促進學生平時對課程的投入，還能提高學生在總體設計方面的綜合能力，保證了課程培養目標的實現。
6 航天器總體設計課程雙語教學
雙語教學是我國高等教育與國際接軌的必然趨勢，是培養適應21世紀社會發展高素質人才的需要。美國在航天器研究的多數領域都處于遙遙領先的地位，而我國航天器研究起步較晚，有許多地方需要向發達國家學習和借鑒。所以對航天器總體設計課程，開展雙語教學是非常必要的。
我校航天器總體設計課程的雙語教學，根據學生的實際英文水平和開展雙語教學的不同階段確定在教學中英文所占的比例，同時以此為主要依據調整學時分配。另外，為了幫助學生理解，在“Spacecraft Systems Engineering”為主要教材基礎上，再給學生推薦一本國內出版的教材，即《航天器系統工程》。該書由航天五院總師譚維熾和胡金剛主編，他們組織十幾位專家參考國外教材“Spacecraft Systems Engineering”的編寫模式，并結合中國航天器研制背景，編寫出版了本教材。這兩本書的編寫思路和技術用語基本類似，這樣學生在閱讀教材的時候不用把精力浪費在學習不同稱謂的專業詞匯上。
另外，我校航天器總體設計課程開展雙語教學的目的，不僅僅是教給學生英語或者專業知識，而是用英語去認知航天器專業領域的前沿知識和科技發展，培養學生接受最新專業知識的能力。
參考文獻
[1] Peter Fortescue,John Stark,Graham Swinerd.Spacecraft Systems Engineering 4th Edition[M].WILEY,2011.
[2] 英國帝國理工學院[EB/OL].www3.inperial ac. uk /ugprospectus.
關鍵詞： 高中物理教學 天文學 航天知識
2012年浙江高考理科綜合卷的第15題，考查學生用物理知識和天文航天知識，以及用數學知識解決物理問題的能力。同樣的，浙江2011年的第19題，2010年的第20題和2009年的第19題，考的都是這些知識和能力。其他省份和全國卷也都存在這一現象：天文和航天知識在物理高考中幾乎年年出現。這表明在新課程標準的指導下，現行的高中物理教材和考試題型都緊跟時代的發展，反映現代科技的進步。教師在課堂教學過程中，需要注意增加物理的實用性和趣味性，使學生能把枯燥的物理理論和當代高新科學技術發展聯系起來，增強學生的求知欲。特別是天文學和航天技術的發展這些內容。
一、物理學與天文知識、航天技術的關系
天文學在物理學中扮演著一個很特殊的角色。它是物理學的一個重要分支，又占據了物理學中一個相對重要的地位。它的發展是極其曲折而又激動人心的，每一次進步都帶動了整個物理學界的巨大變革。而物理學界里程碑似的成績無不有與之相關的地方，無不有其應用的地方。哥白尼的日心說帶來了天文學的一次翻天覆地的變革。之后導致了天體物理學的自誕生以來最為飛速的一次發展，其中牛頓的萬有引力的影響是極其深遠的。它給天文學家解釋許多問題提供了一個最有力的論證。
航天技術是一門高度綜合性的科學技術，是很多現代科學和技術成就的綜合集成。航天技術的設想來源于基礎物理學中的力學和熱學，而其發展主要依賴于電子技術、自動化技術、遙感技術和計算機技術等眾多先進技術的發展。而這些技術的發展都離不開物理學基礎理論的研究。如沒有電磁學的發展，人類就無法使用電能，也無法生產電子產品，其他的高新技術就更加無法實現了。
二、扎實掌握高中物理基礎知識
1.構建完整的知識脈絡。
與天文、航天聯系的物理問題主要考查了學生的力學和電磁學方面的知識。如：圓周運動，萬有引力，洛倫茲力等知識點。如2009年浙江理綜卷第19題，“關于太陽和月球對地上相同質量海水的引力”，考查的就是萬有引力定律。2010年浙江理綜卷的第20題“宇宙飛船以周期為T繞地球做圓周運動……”考查的就是圓周運動與航天知識，以及用數學解決物理問題的能力。2011年浙江理綜卷的第19題“探測X星球”，考查的也是萬有引力和圓周運動，體現了理的實用性。
通過認真理解題目信息，聯系所學物理知識，建立物理模型，就能運用所學的知識輕松解決這類問題。這需要學生全面、完整、系統地掌握相關的知識。具體有開普勒的三大行星運動定律：軌道定律、面積定律和周期定律；萬有引力定律，包括萬有引力定律的發現，定律公式，引力常量及其測定G，以及萬有引力定律在實際中的應用：計算地球質量、中心天體質量和發現未知天體。宇宙航行章節中的三個宇宙速度及人造地球衛星的運行都需要扎實地掌握。
2.補充天文知識，激發學習興趣。
有高中物理中，在介紹萬有引力定律時，為了讓學生感受萬有引力定律的巨大作用，我引用了這樣兩個事實：哈雷應用萬有引力定律預言了彗星的回歸和勒維耶根據萬有引力定律完成了對海王星位置的推算。這不僅證明了萬有引力定律的正確性，而且是物理學和天文學互動發展的有力例證。
教師還可以在課堂上及時補充一些天文常識，開闊學生的視野，提高學生的興趣，激發他們學好物理的主動性。如：中國為何遠古就有“金木水火土”五行說呢？雖不科學，但也并非完全不科學，因為太陽系中唯有“金木水火土”五大行星，是用肉眼能觀察到的，其他都要用望遠鏡才能觀測到，而我們的祖先很早就對此有了記錄，作為后輩的我們更要鞭策自己不斷努力了。
再比如金星，又名太白金星，它是天空中最亮的星星，所以一眼就能看到它。它又叫啟明星，每天天快要亮時，它出現在東方，很明亮，太陽出來后消失。它又被叫做長庚星，因為傍晚太陽落下不久，最早在西方天邊出現的星星就是它。由于它的明亮，西方人把它叫做“愛神之星”。木星，體積最大的行星，它的亮度僅次于金星，也較早呈現天空中，西方人把它命為“眾神之父”。
三、關注天文學的熱點和新發現
宇宙大爆炸理論，黑洞，中子星這些都是天文學上最熱門的研究領域，也是高考的熱點。如果學生平時對這些知識有所關注，就可以在短時間內迅速理解題意，正確解答出來。
如2009年安徽理綜卷的第16題，先給出宇宙大爆炸理論，假如真是這樣，要求學生選出標志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關系圖像。該題考查的知識點很簡單，就是對運動圖像的分析，看懂題目，準確了解題意，選擇正確的圖像并不難。
2009年江蘇高考物理第3題以“英國《新科學家》雜志評選出了2008年度世界8項科學之最”之一的“最小黑洞”為背景，緊跟國際新動向。但此題考查的仍然是萬有引力定律的應用。雖然知識點非常簡單，但是具備相關的天文知識，卻能幫助學生更快地解題。尤其是其中計算結果精確到數量級，是天文中常見的估算法的運用。
2009年四川6月的高考，引用的是當年4月底美國的天文發現：代號為2009HC82，與太陽系其他行星逆向運行的小行星。可見高考對天文上的新發現的關注程度。
四、關注我國航天事業的發展
當我國重大天文和航天事件發生時，物理高考中常常會聯系這些問題。比如2000年1月26日我國發射衛星，全國卷和天津、廣東卷都考了；又如和平號退役，神舟2號、神舟4號、嫦娥一號等重大科技事件的發生，也在當年的高考中體現出來。如2008年的廣東卷第12題的“嫦娥一號”奔月示意圖，北京卷第17題“嫦娥一號”衛星，2009年福建理綜卷的第14題的“嫦娥一號”月球探測器，2009年重慶理綜題第17題都以“嫦娥一號”為背景，考查萬有引力和圓周運動的知識點。
2010年安徽理綜卷第17題，雖然考查的知識點依舊是萬有引力定律的應用，卻是以“我國預計于2011年10月發射第一顆火星探測器‘螢火一號’”為背景，時代感很強。可以預見，火星探測器項目還會隨著今后航天技術的發展而在未來的高考題中成為被高度關注的對象。
在今年的高考中，江蘇高考物理第8題也考到了我國航天的最新發展：2011年8月，“嫦娥二號”成功進入了環繞“日地拉格朗日點”的軌道，我國成為世界上第三個造訪該點的國家。如圖所示，該拉格朗日點位于太陽和地球連線的延長線上，一飛行器處于該點，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運動，則此飛行器的（？搖？搖？搖）
（A）線速度大于地球的線速度
（B）向心加速度大于地球的向心加速度
（C）向心力僅由太陽的引力提供
（D）向心力僅由地球的引力提供
該題并不難，考查的是勻速圓周運動的知識，但了解一定的航天知識對學生題意理解和考場發揮起著很重要的作用。因此，教師應該多關注生活中發生的重大事件，特別是我國航天事業的新發展。同時也引導學生多關注這方面的知識。關注我國天文和航天技術的發展，還有助于增強學生的民族自豪感和社會責任感，同時使學生對物理學在實際科技生產中的應用有更深的認識，激發學生對物理學習的興趣，提高學生的積極性和主動性。
參考文獻：
今天我們學校組織三四年級去參觀航天展。中午吃完飯我們就盛著大巴向著科技館出發。因為中午玩累了，所以我在車上睡了一覺。“到科技館了嘍”有人喊道，果然科技館到了。科技館位于翠湖西路一號，這里的景色很迷人，湖上不時出現幾只玩耍的鴨子，偶爾一只小船劃過來，在水中央蕩起了波紋，幾只鴨子圍著小船游兩圈“嘎嘎”地叫兩聲，游走了。
進了博物館，一位叔叔給我們做解說員。他先介紹了一號到四號，又介紹了一級助推器到三級助推器，最后還介紹了各國的衛星和空間站，聽完以后我們又了解了更多的知識。我們還體驗了宇宙失重的感覺。我心想當宇航員真辛苦，穿那么重的宇航服，體重還不能超標。我們都聽完了航天知識以后，我們又到外面去參加航天知識有獎問答。回答問題了，我把手舉的高高地，可主持人就不點我。我心想：這些問題我都會，為什么不點我后來我們班的李傳良同學答對了問題獲得了一架玩具直升飛機。我們都高高興興地回學校了，到了學校李傳良玩起了他的直升飛機，很得意。
這次活動可真有意義，不僅讓我們學到了航天知識，還讓我們知道了航天器材的功能與用處。通過這次參觀，我了解了中國的航天發展又有了新的提高，并且名列世界前茅，我身為一名中國人，為此感到驕傲。
隨著我國航天事業的迅速發展，多種攜帶不同類型載荷的航天器成功在軌運行，在氣象環境監測、國土資源普查等方面發揮著重要作用。一旦航天器有效載荷出現故障，將會造成巨大損失，因此及時發現其在運行過程中出現的故障情況，是非常有必要的。
2航天器故障分類
航天器在軌工作狀態監視主要分為兩種方式：遙感數據和遙測數據。遙感數據是航天器有效載荷的工作目的，對其進行分析可以間接發現部分的載荷故障；而遙測數據則直接全面地反映了是航天器各分系統工作狀況，因此一直以來，遙測數據都是航天器工作狀態監視的一個重要輸入。從對遙測數據進行分析的角度，航天器故障可分為以下三種：單點故障、組合故障、時態故障。單點故障是指對單個遙測參數進行判斷即可確定的故障，無需其它的輔助信息；組合故障是指需要對多個有邏輯關系的遙測參數進行組合判斷才能確定的故障，這種故障比較復雜，一般需要通過領域專家會診才推出故障原因；時態故障是指對多個既有邏輯關系又有時間關系的遙測參數進行綜合判斷才能確定的故障，這類故障更為復雜，還需要結合相關遙測參數的變化情況才能推出結果。對于單點故障，由于只需要進行簡單的閾值判斷，因此傳統的遙測處理方法已經可以實現對其快速準確的報警。對于組合故障和時態故障，傳統的做法是由匯集航天器研制方各部件專家會診，通過大量的人工分析給出診斷結論。但這種做法已經無法滿足信息化的發展要求，為了解決后兩種故障診斷的效率問題，可在航天器故障診斷中引入基于知識的故障診斷方法。
3基于知識的故障診斷方法
基于知識的故障診斷方法將綜合應用了專家經驗和人工智能技術，將專家經驗抽象成診斷知識，并通過計算機程序設計實現復雜故障的自動診斷。這種診斷方法不需要復雜的模型分析，具有較高的診斷效率，因此得到了廣泛的應用。基于知識的故障診斷方法主要分為以下幾種。
3.1基于規則推理的診斷方法
基于規則推理的診斷方法，又稱產生式方法，通過歸納總結專家經驗，抽象為故障的判斷處理規則來進行故障診斷。該種方法的優點在于知識的表達很直觀，容易理解，便于解釋。能夠很方便地將領域專家的經驗轉化為知識表達，不容易在知識的翻譯過程中出錯。而且由于知識的表達比較簡單，對數據存儲空間的要求也不高，容易進行軟件系統開發。其缺點是不具備自適應能力和自學習能力，當出現庫中沒有相應規則的故障時，則會診斷錯誤或失敗，不適用于缺乏經驗知識的領域。
3.2基于故障樹的診斷方法
故障樹表現了系統內各部件的邏輯關系。一般是將系統中最不希望發生的故障作為頂事件，按照診斷系統的結構和功能關系逐層展開,直到不可分事件(底事件)為止。該種診斷方法優點是：能夠清晰地表達復雜故障問題的邏輯關系，提高診斷效率；便于對知識庫進行動態修改；診斷技術與領域無關,只要相應的故障樹給定,就可以實現診斷。缺點是診斷結果嚴重依賴故障樹信息的完全程度，不能診斷不可預知的系統故障。
3.3基于案例推理的診斷方法
基于案例的推理（CBR，Case-BasedReasoning）方法核心是通過查找案例知識庫中已有的近似案例處置經驗來獲取當前問題的解決方案。CBR診斷方法具備較強的自適應能力，并且是一種增量式方法，能夠持續地更新知識庫，具備較強的學習能力，克服了傳統診斷方法知識獲取瓶頸的問題。其缺點是知識庫過于龐大時，案例搜索速度較慢，且得到的處理方案未必最優；此外，使用該種方法的前提是已有一定的案例積累。
3.4多信息融合的故障診斷方法
多信息融合的故障診斷方法是指將通過多種方式獲取的多種狀態信息進行綜合分析應用，最終得到一個綜合診斷結論。該種診斷方法能夠有效提高故障診斷結果的可靠性、精確性，但也存在著易受人為因素影響、故障隸屬度難確定等缺點。
4有效載荷在軌故障診斷模型
對于航天器有效載荷在軌管理來說，地面需要快速、準確地掌握載荷工作狀態，需要知道故障導致的后果，避免對載荷的操作引起進一步的危害。結合人工智能和計算機技術的發展，對于有效載荷在軌故障診斷來說，應該基于故障分類區別對待：對于單點故障，采用閾值判斷即可；對于組合異常和時序異常，其判斷流程和故障樹結構有很大的相似之處，可采用基于故障樹的診斷方法，此外為避免故障樹不全無法診斷的問題，可以用案例推理方法作為補充。第一，故障樹和案例都來源于專家或者經驗知識構建的，這在客觀上符合實際情況；第二，這種模型可以給出推理過程，描述因果關系，用戶可據此了解異常程度和涉及部件。第三，這種模型可有效結合兩種故障診斷方法的優點，避免缺點，診斷速度快，診斷全面，可以滿足用戶對異常監視的實時性和準確性要求。圖1給出了一種基于故障樹和案例推理的故障診斷模型。
4.1診斷知識構建
在該種混合診斷模型中，需要用到兩種故障診斷知識：一是故障樹診斷知識；二是故障案例診斷知識，下面具體介紹兩種診斷知識的構建方法。4.1.1故障樹診斷知識的構建故障樹是表示系統故障事件與它的各個子系統或各個部件故障事件之間的邏輯結構，通過這種結構對系統故障產生原因進行逐層分析。如圖2所示的故障樹，其系統故障（頂事件）為R301，當子系統故障（中間事件）T201、T202中任一個發生時即會引起系統故障的發生，其中T201又是由部件故障（底事件）L101、L102、L103中任一個發生引起的，T202是由L104、L105中任一個發生引起的。由此可見故障樹診斷知識之間具有層次性，本文采用框架作為知識的基本表示形式，每個框架結構對應于故障樹的一個節點。框架中的各個槽分別表示激發節點的報警信息、對應的子框架號、判斷規則等。框架知識的結構如圖3所示，將圖2所示故障樹轉換為框架知識表示如圖4所示。4.1.2故障案例診斷知識的構建一般來說，案例需要包含問題和問題的解兩部分內容，不同領域的案例包含的具體內容也大不相同。對于航天器有效載荷來說，其結構組成復雜，工作過程涉及多個分系統，發生的故障也多種多樣。通過對大量發生的航天器故障事件進行分析，根據故障發生流程本文建立了如圖5所示的故障案例模型。其中產生原因表示引發該故障的根本原因；發展過程表示故障從發生到處理的過程，具體包含有故障發生時刻、故障的特征現象等；處理結果包含有故障的處理措施，以及處理是否成功等；相關影響表示此次故障對航天器此次任務及后續使用造成的影響。一個航天器載荷故障案例可以用一個四元組表示：C=<D,F,S,M>，其中D={d1,d2,......dn}用于描述故障的基本特征，包括故障編號、故障名稱、故障類型等信息；F={f1,f2,......fn}用于描述故障對應的特征現象；表示故障的診斷結果，包括解決措施、產生原因等；M表示故障造成的影響。在具體系統實現時，航天器有效載荷故障案例可用面向對象的方法表示如圖6所示：
4.2混合推理流程
根據前文分析，當地面收到航天器遙測數據時，首先使用基于故障樹的方法對載荷狀態進行診斷，如果庫中未能搜索到相應的故障樹，則采用基于案例推理的診斷方法，如果兩種方法都未能成功，則轉入人工處理。混合推理的流程如圖7所示。
5結束語
一、熱點導入，激發興趣
良好的開端是成功的一半，在教學論中，教學過程的第一步是激發學生的興趣和學生的學習動機。教師利用社會熱點問題導入新課，可以有效激發學生的學習興趣。
例如，在學習新課“食物中的營養物質”時，視頻播放2016年10月景海鵬、陳東兩名航天員在“天宮二號”實驗室內工作的錄像，讓學生思考，航天員飛向太空，在飛船中進行各種科學實驗，甚至還要出艙活動，這都需要消耗大量的腦力和體力。為了保證航天員的健康，航天員的一日三餐必須科學合理，接著提出問題，給航天員帶到太空的食物中，至少應該含有哪些成分？為什么含有這些成分呢？學生們對于航天實驗十分感興趣，甚至有些同學還是航天迷，對于這一系列的問題學生們展開了積極思考，注意力很快集中到課堂上，在強烈的求知欲下開始本課的學習。
二、穿插熱點，深化知識
在學習新知識的過程中，教師可以穿插介紹近期發生的社會熱點新問題。既使學生增長見識，拓展知識面，又深化了對新知識的理解。
例如，在“呼吸道對空氣的處理”學習中，講解呼吸道對空氣的處理能力是有一定限度的，許多老師選用“沙塵暴”的實例，讓學生說出在沙塵天氣我們應該怎樣做？在這里我將社會廣泛關注的超級霧霾版的《北京北京》視頻呈現給大家。提到“霧霾”大家都知道，但是，“霧霾”到底指什么，它有哪些危害？很多同學并不能說清楚。通過資料分析，學生拓展了知識，知道了霧霾天氣中含有大量的PM2.5顆粒。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也可稱為入肺顆粒物。可沉積于肺泡，而且粒子容易吸附一些對人類有害的重金屬和病菌，對人體造成危害。由此學生確信，即使有呼吸道的處理，人體也不能完全避免空氣中有害物質的危害，更深刻理解了呼吸道的作用。
密切聯系生活實際，讓學生切實感受到在日常生產生活中，生物知識與我們密不可分，并使學生做到學以致用，獲得成功的體驗。
三、交流熱點，合作學習
葉圣陶先生說“教者，蓋在于引導、啟發。”這就是說教師是指導者，課堂上教師可以采用“小組合作學習”的教學形式，拓展學生思維空間，提高學生自學能力。在這一過程中，教師可以安排小組共同收集與課程相關的社會熱點問題，課上討論表達交流，擴展了學生的視野，鍛煉了收集、整理資料的能力。
例如，教材中有很多關環境保護方面的內容，在“分析人類活動對生態環境的影響”一課中，我安排學生以小組為單位收集有關濫伐森林、大氣污染、水污染、捕殺野生動物等現象的原因、危害及應對措施。查找有關“霧霾”、“溫室效應”、“全球氣候大會”、“穿山甲事件”等社會熱點問題。小組合作收集整理，制成課件向全班展示。在聯系社會實際過程中，增強了團隊合作能力，提高了對環境保護的意識。
四、拓展熱點，提升情感教
張元貴 江蘇省淮陰中學校長，是一位資深教育工作者，在實際工作中身體力行，積極倡導素質教育，努力追求“讓高考成績成為深化素質教育的自然結果”。在他的領導下，淮陰中學的航空航天特色課程基地建設成績斐然，學生們真正做到了樂在其中，學在其中。
在江蘇省淮陰中學風景如畫的校園里，有一座設計獨特，建設標準相當高的航空航天科技體驗館，學生們可以在這里領略人類對飛行的遠古期盼，感悟這一夢想實現的艱辛，知曉航空航天技術的不斷演進。館內陳列的不少實物，是在中國航空史上占有重要地位的文物級展品。徜徉在這個館里，你能體味到籌劃者的良苦用心。在走進淮陰中學之前，筆者始終懷著這樣的疑問：是什么動機促使淮陰中學花費如此大的精力和費用，建設看似與學生的考試與學業并無直接關聯的航空航天特色課程基地？這樣的做法事實上又收到了怎樣的效果？等到張元貴校長坐在我的面前，一切都有了答案。
記：淮陰中學為什么會選擇航空航天作為建設特色課程基地的方向？
張：這個想法最早形成于2011年。當時江蘇省教育廳提出支持各高中學校建設具有自身特色的課程基地。我們考慮了很久，最初也曾想過其他方向，但都覺得特色不夠鮮明。經過廣泛論證，我們認為航空航天是一個值得關注的方向。原因很簡單，航空航天既凝結了人類最先進的科技成果，又有著悠久的歷史脈絡，它是人類對行夢想不斷求索的結果，也是一個國家科技實力的集中體現。除此以外，我們更看重飛行這一活動本身所凝聚的探索精神和求知信念，飛行充滿風險和變數，而人類正是通過科技的不斷進步在逐步消除其中的風險，使其成為一種服務于人類的可靠技術。淮陰中學與南京航空航天大學素來有著密切的合作關系，這也是我們建設航空航天特色課程基地的有利條件。正是出于這一想法，我們將航空航天作為特色課程基地建設方向申報了上去。
記：建設這樣的課程基地，其實在硬件和軟件上都有非常高的要求，淮陰中學選擇這樣的方向，當初是否考慮過其中的困難？
張：當然考慮過。這一點不僅我們自己早已認識到，江蘇省教育部門負責評審各校申報特色課程基地項目的專家組也有所考慮。最初我們申報時，一些專家認為，一所中學要建立這樣的課程基地，很難做到高水準，因為這要花費大量的人力物力，并且短期內很難看到建設成效。但經過我們的不懈努力，淮陰中學的航空航天特色課程基地建設很快初具規模，在2013年的成果評審中，被評為全省10個優秀課程基地之一（全省第一批共計38個課程基地），并把省課程基地建設現場會議放在我校召開。這說明，我們的方向是正確的，我們的建設方法也是正確的。在建設過程中，我們在航空航天科技館上花費了大量心血，不僅聘請了兩位專業素養很高的專職科普教師任職，還籌措了700余萬資金，用于置辦各項陳列品，在展館的設計上也獨具匠心，整個展館的參觀脈絡是從模擬的機場起飛線開始，經歷人類航空史的各個階段，最終到著陸區結束，在展館最后的外部廊道上，繪制了廣袤的星空壁畫，寓意人類的星際探索之夢永無止境。所有參觀展館的學生都表現出濃厚的興趣，他們真的樂在其中。除了這個展館，我們學校的圖書館也專門開辟了航空航天類圖書專區，學校每年撥款，有選擇地購買優秀航空航天科普圖書，當然也包括全套的《航空知識》，這些圖書豐富了學生們系統學習相關知識的資源。
記：淮陰中學建設航空航天特色課程基地的宗旨是怎樣的？
張：我們的原則是，要么不建，要么就建設成高標準的課程基地。我們當然可以降低標準，這樣省錢省力，但學生們從中獲取的東西就很有限，比如他們就沒有機會親自體驗更專業的飛行模擬器，沒有機會近距離看到這么多珍貴的航空用品乃至文物，更談不上互動式和體驗式學習。如果那樣，他們獲取知識的方式就很難與傳統的書本和網絡方式有所區別，特色課程建設就難以做到可持續發展。需要強調的是，花錢多少并不是標準高低的評判依據，你看到包括科技館在內的整個特色課程基地的建設，我們都是花了許多心思的，在策劃方案上更是反復論證，廣泛聽取專業人士和學生們的意見，再加上精心組織實施，才有今天這個局面。我們就是要讓學生看到真正的特色，體驗到別處難以獲得的感受，享受整個學習的過程。
記：學生們在特色課程基地學習航空航天科技知識，勢必要占用一定的時間和精力，如何來處理它與課業之間的關系呢？
張：這是一個非常重要的問題，我們從一開始就有所考慮。現在淮陰中學的做法是，面向全校學生開展的航空航天科普教育屬于基本層次，主要是激發學生們對航空航天的關注與熱情，普及一般的知識，占用時間不多。再往上就是航空航天社團，這個社團開展的教育更為深入和全面，但要加入社團，對基本課業成績就有個要求，課業不構成負擔的學生才可望加入社團，而且加入社團后我們要求成績要保持穩定。當然，這也不是鐵律，有些熱情特別高但成績稍差的學生，我們也會允許暫時加入，并對他們進行指導和督促，促使學生們的學習成績同步進步。結果，所有加入航空航天社團的學生，課業成績全部成上升態勢，這正是我們希望看到的。
記：現在提倡素質教育，您如何看待航空航天科普教育與素質教育的關系？
張：淮陰中學多年來積極深化素質教育，努力追求把高考成績作為素質教育的自然結果。我們得承認，現行高考選拔制度是有缺陷的，不夠科學合理，既有一考定終身的弊端，也有考核片面的局限，但改革是個長期問題，現行高考制度的存續，反而越發迫切地要求素質教育水平和質量快速跟進。有人把素質教育理解為某些技能的培養，我覺得不夠全面，我更愿意把素質教育理解為一種精神內涵的培養，這種精神包含的元素更為豐富，比如學習精神、探索精神、協作精神，以及挫折耐受力等等，這些精神才是學生成長道路上最可寶貴的財富，也是學習各種技能的內在動力。
航空航天，它從蒙昧時代純粹的飛行夢想起步，經過無數人的求索和犧牲，歷經上千年的跋涉，才有今天的面貌。它不僅是人類科技的結晶，更是探索精神和科學精神的集中體現，它完全可以讓學生們感受到無數先人和各個時期科技工作者的精神力量，這也是我們選擇航空航天作為特色課程基地方向的重要原因之一。
【關鍵詞】主干知識 難點突破 建模能力
一、萬有天引力與航天的2012年考試說明
二、高考命題特點及命題趨勢
由于現代空間技術的飛速發展，萬有引力與航天成為高考的熱點問題。我對2011年的全國20份高考試卷進行分析，發現幾乎每份試卷都考查了萬有用力與航天這個知識點，而命題形式大多為選擇題形式，以天體問題為背景命題，突出考查物理知識與實際的應用，這種現象不得不引起我們的高度重視。
預計在2012年的高考中，對萬有引力與航天仍將以聯系現代航天技術的新情景，新信息以選擇題形式出現，重點考查曲線運動與力學、能量的綜合問題。
三、我們的做法
為了讓學生在總復習中對這一知識點有明確的考點把握，在《萬有引力與航天》一輪復習中，教師應準確把握高考大綱中涵蓋的考點讓學生掌握基本概念、基本規律及其常見的應用。而在二輪復習中，首要的任務是進行整合，充分注意知識的完整性和系統性。要著重搞清楚知識間的聯系，站在整個高中物理的高度上以審視的眼光進一步認識知識，充分揭示知識間的縱橫聯系，把本章知識與力、曲線運動和能量串聯起來，使各知識點網絡化、系統化。其次要進行綜合，要精心選擇知識點密集、縱橫聯系廣的典型題例，引導學生運用聯想、類比和知識重組的方法，促使其在頭腦中將有關的知識和方法形成縱橫交叉，由點到線，由線到面，由面到體的穩定的、豐滿的知識結構，并有效地將知識轉化為分析問題和解決問題的能力。為達到二輪復習的目標，總體構想如下：
（一）抓住主干知識，把握高考脈搏
本章主干知識有萬有引力定律，天體運動和宇宙速度。在高考試題中，應用萬有引力定律解題的思路常集中于兩條：
一是天體運動的向心力來源于天體間的萬有引力： =m r
二是不考慮天體自轉時，地球對物體的萬有引力近似等于物體的重力
=Mg，從而得出GM=gr2
2012年高考大綱注重理論聯系實際，關注科學、技術和社會的聯系，注重物理知識在生產、生活等方面的應用。近幾年以天體問題為背景的試題頻頻出現，命題具有啟發性、隱蔽性等特點，學生有一種既陌生又似曾相識的感覺，學生能否準確解答關鍵在于能否排除陌生感，提取有效信息，對已知知識進行遷移。因此，教師在平時應注意收集一些科技動態資料，如我國北斗衛星、天宮一號發射等。在平時可以以這些信息為背景命題進行適當訓練，減少學生的陌生感。
（二）專題講解，突破知識難點
本章雖然考點不多，但題型多，綜合性強，如衛星的超重、失重，衛星變軌問題、雙星問題等。特別是衛星變軌問題，一直是高考的命題熱點，變軌問題的考察往往集中在加速度、速度的比較和能量的變化這些點上。此類問題考察知識點多，要結合牛頓運動定律和能量守恒進行分析，在復習中可結合近幾年高考試題，以專題形式講解，幫助學生加強對知識難點的理解。
1.衛星變軌問題
變軌問題的考查方式往往集中在速度和加速度的比較。
【例】（2010江蘇高考6）2009 年5月，航天飛機在完成對哈勃空間望遠鏡的維修任務后，在A點從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點，如圖所示，關于航天飛機的運動，下列說法中正確的有（ ）
A.在軌道Ⅱ上經過A的速度小于經過B的速度
B.在軌道Ⅱ上經過A的動能小于在軌道Ⅰ上經過A的動能
C.在軌道Ⅱ上運動的周期小于在軌道Ⅰ上運動的周期
D.在軌道Ⅱ上經過A的加速度小于 在軌道Ⅰ上經過A的加速度
分析：從低軌道到高軌道加速（離心運動），從高軌道到低軌道減速（向心運動）。加速度關系：由
=Ma可知，加速度由衛星到地心的距離決定，應選ABC。
2.雙星問題
雙星有不同質量的兩顆星構成，兩顆星在相互之間的萬有引力作用下繞兩者連線上某一點做勻速圓周運動。此類問題要注意兩點：一是兩球心的距離與軌道半徑不同；二是兩星的T、ω相等。教師還可把該類問題擴展為三星問題、多星問題。
【例】（2010全國卷25）如右圖，質量分別為m和M的兩個星球A和B在引力作用下都繞O點做勻速周運動，星球A和B兩者中心之間距離為L。已知A、B的中心和O三點始終共線，A和B分別在O的兩側。引力常數為G。
（1）求兩星球做圓周運動的周期。
（2）在地月系統中，若忽略其它星球的影響，可以將月球和地球看成上述星球A和B，月球繞其軌道中心運行為的周期記為T1。但在近似處理問題時，常常認為月球是繞地心做圓周運動的，這樣算得的運行周期T2。已知地球和月球的質量分別為5.98×1024kg和7.35×1022kg。求T2與T1兩者平方之比。（結果保留3位小數）
分析：解決雙星問題的關鍵是要了解雙星的特點，兩顆星的T、ω相等，萬有引力、向心力公式中的L、R具體指的是什么及 =m r的正確應用。
3.天體運動參數問題
行星圍繞恒星運動和衛星圍繞行星運動問題，僅僅是中心天體不同，但分析方法相同。利用
，可知天體運動參數取決于軌道半徑r。r越大，T、v、ω、a越小。
【例】（2011廣東高考20）已知地球質量為M，半徑為R，自轉周期為T，地球同步衛星質量為m，引力常量為G。有關同步衛星，下列表述正確的是
A.衛星距離地面的高度為
B.衛星運行時受到的向心力大小為
C.衛星的運行速度小于第一宇宙速度
D.衛星運行的向心加速度小于地球表面的重力加速度
第一宇宙速度是最大運行速度，C正確；地球表面的重力加速度為最大運行加速度，D正確；由
可知，AB錯誤，選擇CD。
三、培養學生建模及模型遷移能力
我們知道，在物理學中不同的物理模型都對應著不同的物理規律．為了研究問題方便，我們在研究物理問題時一般都要先確定物理情景，然后將各種各樣的研究對象根據它的特點，轉化為合適的物理模型，最后選擇相應的物理規律來研究。因此，正確建立物理模型，并能在實際問題中把模型進行遷移是解決問題的關鍵。在《萬有引力》的復習中應使學生建立“地球-物體”和“地球-衛星”這兩個模型。教師在培養學生學會建立模型的同時，更要讓學生能正確掌握實際問題和模型間的轉換。
【例】（2011福建高考13）“嫦娥二號”是我國月球探測第二期工程的先導星。若測得“嫦娥二號”在月球（可視為密度均勻的球體）表面附近圓形軌道運行的周期T，已知引力常數G，半徑為R的球體體積公式
，則可估算月球的（ ）
A.密度 B.質量
C.半徑 D.自轉周期
分析：把“嫦娥二號”轉化‘為地球-衛星’模型中的近地衛星。利用萬用引力提供向心力求解。
， ， ，應選擇A選項，月球半徑R作為未知條件BCD不能確定。
四、精選習題、評練結合
精選題，主要體現在所選習題要具有新穎性、梯度性、適度性、針對性和創新性。在二輪的復習中，可謂是試題滿天飛，教師更要找好找準習題。首先對手中的資料要仔細的分析，在此基礎上針對性的選取一些好題，采用拼盤的方式組織起來讓學生練。其次評講要細，即重思路、善引導、做示范、細糾正，每次在評講時，必須先對各題的得分情況進行具體的分析與總結，然后才能做到有的放矢。最后要重視個別的指導，對問題較大或問題比較明顯的單獨進行點評。
五、回歸課本，抓住細節
在高考復習過程中，有些學生忽略了課本，一頭鉆進題海中，以為多做題就可以提高成績，舍本逐末效果并不理想。要知道課本是知識之源，在復習別要注意課本的重要性。教師應引導學生熟讀、精讀課本，看懂、看透，絕不留任何死角。讓學生通過“行星的運動”、“太陽與行星的引力”體會大自然的奧秘，注重科學的發展過程，從而建立科學的價值觀；通過“科學足跡”領略科學家不屈不饒的科學精神和一絲不茍的科學態度；通過“夢想成真”使學生產生強烈的民族自豪感；通過“STS”打開科普視窗，增進科學技術和社會的聯系，促進三維課程目標的實現。同時更需要注意的是課后的閱讀材料，因為大多的信息題有很多時候是從這里取材的。
【例】（2011安徽卷22）（1）開普勒行星運動第三定律指出：行星繞太陽運動的橢圓軌道的半長軸a的三次方與它的公轉周期T的二次方成正比，即 ，k是一個對所有行星都相同的常量。將行星繞太陽的運動按圓周運動處理，請你推導出太陽系中該常量k的表達式。已知引力常量為G，太陽的質量為M太。
（2）開普勒定律不僅適用于太陽系，它對一切具有中心天體的引力系統（如地月系統）都成立。經測定月地距離為3.84×108m，月球繞地球運動的周期為2.36×106s，試計算地球的質M地。（G=6.67×10-11Nm2/kg2，結果保留一位有效數字）
熟悉課本的同學很容易發現第（1）題來源于課本第一節，由
=m r很容易得到 。第（2）小題來源于第四節，天體質量的計算，只要把太陽換成地球即可：
關鍵詞：建構主義;基于問題的學習;航天工程教育;小衛星
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）42-0140-04
自改革開放到21世紀初期，中國的發展世界矚目，我們不論在政治、經濟、文化等方面都取得了長足的進步，中國已成為名副其實的世界大國，取得這樣的成就，在很大程度上依賴于我國推行的科教興國戰略所造就的龐大的優秀人才隊伍。然而，不容忽視的現實是，目前我國培養的工程師隊伍雖然已經超出美國的10倍，但是工程師的整體知識水平、設計能力，尤其是優秀工程師的總體質量與美國、德國和日本等發達國家甚至一些發展中國家都有很大的差距[1]，具體表現在工程教育方面就是教學內容與產業需求相脫節，工程實踐經歷缺乏，工程師培養體系不夠健全等。導致這些問題的深層次原因主要在于我國的工程教育依然停留在科學范式而不是工程范式，工程教育過分強調了工程科學，而忽視了諸如設計等實踐能力培養的環節[1-2]。工程教育不同于自然科學教育，它是一種以技術科學為主要學科基礎，以培養工程技術人才為主要目標的專門教育[3]。即工程教育的目的就是培養工程師，這一理念在包括像MIT這樣的世界一流大學早已達成共識，MIT的畢業生，無論學士、碩士或博士，到公司就職就是擔任工程技術人員。通過工程教育提高工程師教育的水平，完成這一目標有兩點很重要：教育的方式和教育的工具。PBL是一種應用廣泛學科教學方法，它不僅僅使學生獲取知識，并且要求他們學會運用知識。讓學生能夠將新的信息與學過的知識結合起來明白他們應該如何應用掌握知識。在建立學習的框架時，應當特別注意學生已有的知識基礎并且激活這些知識。加快新信息的處理和幫助學生建立有意義的聯系是教育和學習的基本要求。PBL促進學生主動參與和學習。學習變成一個發現的過程――討論問題、研究背景、分析解決方法、設計方案、得出最終結果。這種主動學習方法不僅對于學生來說更加有趣，也使學生們對資料有了更深的了解。近年來，我國教育界的學者和奮戰在一線的教育工作者們以這種理論為基礎，針對我國教育教學的實際情況，進行了一系列基于PBL理論的教育教學改革理論研究和實踐，取得了一定的效果。近年來，“小衛星”已經成為航天發展的熱點話題，而將小衛星作為航天工程教育的平臺，也越來越成為一種趨勢。以小衛星作為載體開展航天工程教育的優勢在于：（1）成本低，多數大學里的實驗室都可以開展這類項目;（2）開發周期短（一年到兩年），學生可以在畢業前看到項目成果;（3）體積小，重量輕，使制造和測試可以在比較狹小的大學實驗室內進行;（4）復雜度適中的衛星系統，使學生在參與整個衛星系統工程實施的過程中，能夠獲得一些具體的系統或子系統經驗。作為教育工具，小衛星的重要意義在于：可由學生自主設計、制造甚至發射升空，即使不能發射，也應在與實際發射相似的環境中進行測試。這一點非常重要，因為這樣學生可以得到真實情況的反饋，雖然有時實驗會失敗，但失敗也都是下一次實驗成功的基石。“設計-制造-測試-總結-再設計”這樣的系統循環設計模式，可以很容易地在機器人或計算機這類領域實施，但空間系統發展所需的巨大成本和少有的發射機會讓我們不得不停止發展空間教育中的這類循環模式。而小衛星計劃可以提供一個工具以實現該模式。
一、基于問題的學習
基于問題的學習是一種以學生為中心的主動型教學模式和課程體系設置方法，其最初是由加拿大的麥克馬斯特大學（McMaster University）醫學院于20世紀60年代在醫學課程教改中逐步形成并提煉出來的。在PBL中，教師根據課程要求和學生的知識基礎預先定義一個不完整的或劣構的問題，然后讓學生進行研究，理論聯系實際，運用已掌握的知識和技能提出解決問題的可行方案，讓學生親身參與問題求解的每一個步驟和知識構建的過程，從而將其先前獲得的知識和經驗很好地整合起來，使已有知識結構得到完善的同時達到對新知識的理解與掌。
1.目標和基于問題的學習法的特點。基于問題的學習方法的主要目標不僅僅是讓學生獲得知識，并且要運用知識。PBL重視模型和問題的解決。它試圖模擬現實生活中的工程研究和開發過程。Barrows這樣描述PBL的主要特點：（1）學習是以學生為中心的，即學生選擇怎樣去學習和他們想要學習的內容。（2）學習在小團體中展開并且提倡協作學習。（3）老師是促進者、引導者或教練。（4）問題形成組織重點并刺激學習。（5）問題是拓展真正的問題解決能力的工具。（6）新的信息是通過自學獲得的。
2.PBL工程教育案例――麻省理工學院航空航天工程系。幾年前，在麻省理工學院的航空航天系成立了一個由教師和科研人員組成的新戰略計劃小組，專門負責課程改革。為了強調教育以學生為中心，討論小組花費了一定的時間和精力通過對項目和學習成果進行驗收，設計了新的教學方法，建造與之配套的實驗室。盡管基于問題的學習是關鍵，但它不是課程組織的原則。新的航空航天工程課程以現實生活中產品完整的生命周期工程為背景，即構思、設計、實施和執行（CDIO），結合設計建造經驗，貫穿于整個項目中。接下來就是從簡單的項目到高度復雜的系統設計建立過程，以及從中取得的經驗教訓。第一年，在《航空航天設計導論》課上，學生們設計、構思并且試飛的由無線電控制浮空飛行器（LTA）。第二年，在《聯立工程學》課上，學生們設計、搭建并且試飛了無線電控制的電推力飛行器。在一些比較深入的課程例如《空氣動力學》課上，從工廠或者政府以往項目中提出航空工業中很常見一個實際的問題，像是以洛克希德?馬丁戰術飛機系統為模板提供項目設計方案。高級課程完全利用基于問題的學習方法，如：《實驗項目實驗室空間系統工程》、《CDIO高等課程》。在這些PBL體驗中，學生發現自己感興趣的問題，通過做實驗找到解決方法，并用多學科方法設計出復雜系統。麻省理工學院航空航天系“復雜系統學習實驗室”的主任提出了一個對于基于問題的學習方法的分類框架（見表1）。它將問題分為四個等級，給出了解決基礎科學及先進工程課題的系統方法。
一級：問題集。問題集是指在大多數工程課程中發現的傳統問題。它們往往具有一定的結構與較成熟的解決方案（至少問題的設計者知道）。所有學生解決同樣的問題，有時獨自解決，有時以小組形式解決。問題需要在相對較短的時間內解決。二級：小型實驗。小型實驗是指在結構化問題下的實驗課。例如測量或觀察某種工程現象或數據。這些問題在一或兩個學期內解決，可以“重復地進行”，也就是說，每個學生團隊解決與其他團隊同樣的問題。在麻省理工學院有許多例子，如《聯立工程學》課上的桁架實驗室，《空氣動力學》課上對在風洞中的流速計的校準，《航空航天設計導論》課上對空氣動力減速器的各種測試。三級：大型實驗。比起前幾個階段，這個階段的問題需要更長的時間去解決，可能會耗費幾周或整個學期。到了這個階段問題明顯復雜了很多，需要更多的規劃和教員支持。在麻省理工學院有許多如是例子：《實驗項目實驗室》課上的風洞試驗、飛行器模型項目，《空氣動力學》課上的機械項目，《航空航天教育導論》課上的輕于空氣的飛艇，《聯立工程學》課上的電動飛行器設計等。四級：頂級CDIO實驗。這個階段在系統中整合了核心工程的頂級實驗。麻省理工學院的航空航天工程項目用構思-設計-實施-操作（CDIO）的方法來設法更接近于實際工程。在頂級實驗中，工程的四個階段都將涉及。頂級實驗室的項目均為研究的重點，需要更多的資金，工程的復雜度和依賴經驗的程度也很高。例如麻省理工學院的自主衛星光學陣列項目和磁控編隊飛行器。四級的項目需要學生、老師和研究員花費三個學期去完成。可以看出三級和四級問題的解決過程是由學生主導的、不受約束的、復雜的、多方面的且具有很高的主動性過程，符合之前所說的PBL標準。然而一級和二級中的項目體驗過程更結構化，在這個過程中學生體驗到關于問題構想的有用指導，使用工具進行研究發現。基于問題的學習方法和設計-制造經驗貫穿了整個麻省理工學院航空航天工程系的本科生階段。使用四個等級的框架來層次化PBL體驗過程確保了從高度結構化問題到無約束和復雜問題情況的合理推廣。
3.基于問題的學習方法的評估。基于問題的學習方法的評估是多模式和長期性的。這些方法包括實驗室期刊、技術簡報、設計審查、技術報告、團隊協作評估、設計作品、互評和自評。教師的角色主要是顧問和指導員，以及在學習過程中為學生提供大量反饋信息。在《航空航天設計導論》課上，學生們設計、制造并試飛由無線電控制的浮空飛行器，設計審查作品和最后的評估工作都是由飛行器競賽的方式進行。在《綜合工程》課的飛行器設計項目中，二年級學生分析在問題集中與氣動性能、穩定性和推進裝置有關的問題，并動手組裝和試飛無線電控制的電推力飛行器。與第一年的課程相似，評估手段包括問題集、設計審查以及最后的一場比賽。
除了評估認知能力的培養效果，情感變化也要被評估。評估學生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰性問題中的意愿和控制問題解決進展的感覺也很重要。這些情感變化可以通過觀察、訪談、作品、期刊和其他形式的自評進行評估。
二、小衛星平臺與基于PBL的航天工程教育創新結合途徑
在全球化大背景下，除去意識形態的差別，世界人才的標準正趨于統一。根據著名的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，即：構想-設計-實現-運作）工程教育模型，工程教育包括以下幾大培養目標：掌握深厚的基礎知識和應用技術;善于構思、設計、實現和運作新產品或系統的能力;承擔和實施復雜系統工程的能力;適應現代團隊協作開發模式及其開發環境。這些目標是直接參照工業界的需求而制定的，它實際上定義了現代工程技術人員的素質構成。
1.小衛星作為航天工程教育的意義。小衛星為空間發展提供了的一條新途徑，這是與以往基于傳統空間開發模式的“政府導向的大型項目”完全不同的。此外，NASA已經開展了很多項目為大學提供發射機會，讓他們逐漸學會如何開發、運營衛星。超小型衛星計劃是其中一個著名的案例，選定十所大學并給予他們項目資金，最終的成品將搭載航天飛機發射上天。憑借多年的項目經驗，一些大學已經能夠制造衛星，甚至出售衛星給其他大學或國家。小衛星為大型衛星上已經實現的一些任務提供了一條新的實現途徑。一定數目的小衛星協作是一個非常重要的概念，通常被稱為“星座”或“編隊飛行”。這種多衛星體系的優點是容錯量大、重構能力強、系統的可擴展性好。
2.基于小衛星平臺的航天工程教育項目。小衛星的操作訓練為大學生的太空教育提供了一個特別的機會，讓他們能夠體驗從任務創建、衛星設計、制造、測試、發射、運行，直到結果的分析的整個太空項目周期。同時他們還能從這些項目中學到項目管理和團隊協作等重要技能。小衛星項目不僅對教育有益，而且有望成為太空技術發展與商業運營中的一名新成員。（1）日本衛星設計大賽。上世紀90年代初期，日本的大學小衛星研究項目遠遠落后于美國和歐洲各國。然而，在意識到了小衛星在教育和技術發展上的重要性后，日本國內開始大力推動高校小衛星設計-制造計劃。第一個里程碑是“衛星設計大賽”。1992年三個學術社團共同成立了大賽組委會，他們分別是JSME、JSASS與IEICE。經過一年時間的準備，于1993年舉辦了第一屆比賽。這項比賽的目的是為更多的大學生提供參與太空項目的機會，同時鼓勵一流大學開始進行實體衛星的制造項目。評審項目分成兩大類，創意類評審該項目的創意與想法，設計類評審衛星設計的可實現性。提交的項目首先會進行初步的評審，合格的項目才能入圍最終的決賽。屆時，將進行衛星模型的展示和評審。優秀的作品將獲得“設計獎”、“創意獎”以及三大學術社團頒發的獎項。大賽每年都會收到20到30個創意獨特的項目。（2）大學空間系統研討會（USSS）以及CanSat項目。USSS始于1998年，每年11月由JUSTSAP小衛星工作組在夏威夷舉辦。研討會的形式十分獨特，出席會議的日本和美國的大學首先提出自己衛星項目的構想，以及各大學自身的科研實力，然后將具有相同興趣、能力或科研實力的大學進行組隊。各組展開討論，在一天半的研討會后，各組需要向其他組展示他們的項目設計書。這些項目要在USSS結束后的一年內實施，他們的成果將在下一年的USSS上展示。其中最成功的項目就是CanSat（罐裝衛星）項目了。CanSat項目是1998年由特維格教授提出的。在最初的計劃中，每所大學都要制造一個350mL飲料罐大小的微型衛星，衛星將被發射到軌道上，在下一年的USSS上進行控制操作。（3）立方體衛星。立方體衛星項目由特維格教授在1999年的USSS大會上提出。立方體衛星為重1kg，長寬高均為10cm的微型衛星。每所大學制作的立方體衛星都被放在一個名為“P-POD”的盒形載體內，它由俄羅斯的“第聶伯”火箭裝載發射升空。為了減少立方體衛星和P-POD之間的機械和電氣接口，P-POD釋放機制設置得非常簡單：當P-POD的門打開，里面的立方體衛星就被P-POD末端的彈簧彈出。東京大學和東京工業大學已經開始了立方體衛星項目，并大致完成了設計和EM級別的模型制造。這些大學的學生已經在立方體衛星項目中獲得了微型衛星開發的基本專業知識。但他們現在需要面臨新的挑戰：如何使用現成的廉價的部件設計可靠的空間系統，如何進行空間環境試驗（如真空熱或輻射試驗）并獲得試驗結果，以及如何處理更大的風險，更多的人力資源、時間和成本。目前計劃于2002年底發射第一個立方體衛星。（4）歐洲大學生月球軌道航天器。歐洲大學生月球軌道航天器ESMO是歐空局教育衛星計劃的第四項任務，它是基于“歐洲大學生太空探索與技術倡議”計劃中的“SSETI-Express”衛星。ESMO項目是為了吸引和培養下一代的月球與其他行星的工程師和科學家。航天器有效載荷包括：船載液壓雙組元推進系統，用船從地球同步軌道通過“日地系統中的拉格朗日點L1”轉移到繞月運行軌道的過程，歷時3個月;表面光學成像的窄角相機和一個用于測繪全球引力場的子衛星，將在歷時超過6個月的時間里執行測量任務;可供選擇的載荷還包括一個生物實驗和一個微波輻射計。ESMO項目是未來歐洲的科學和勘探計劃的一個強大的動手教育和公共宣傳工具。它是一個面向大學生的項目，訓練和培養了下一代的月球任務的工程師和科學家。
三、建立基于PBL的航天工程教育實驗平臺和培養范式
我國在“十二五”規劃中提出了“創新驅動，實施科教興國戰略和人才強國戰略”，要“圍繞提高科技創新能力、建設創新型國家，以高層次創新型科技人才為重點，造就一批世界水平的科學家、科技領軍人才、工程師和高水平創新團隊。實施PBL教學是一項系統工程，由于受國情、傳統教育教學模式和人才培養機制的約束，在中國工科大學中實施PBL教學存在問題案例少、實施成本高、評價方式單一和師生角色僵化等問題，因此，需要根據我國工程教育的現狀和國情對PBL教學進行本地化處理，不能生搬硬套，具體來講有以下幾個方面需要注意。
1.樹立以學生為中心的教學理念。樹立以學生為中心的教學理念是實施PBL教學的前提條件，PBL強調以學生為中心，作為PBL教學的實施者，教師必須要深刻認識到這一點。
2.根據具體航天任務設計問題。豐富的問題案例是PBL教學成功的關鍵。每門專業課的設置都是基于學生已具備一定的先修課程基礎為前提，但個體的差異不容忽視，教師或教師團隊在進行某課程PBL問題設計的時候要充分了解學生的知識基礎，結合具體的實施條件進行問題案例的設計。為了保持熱情，學生們可以一種競賽的形式開始項目，學生們互相分享自己的認識，用自己的雙手選擇出最吸引人并且最有意義的項目。
3.提高衛星實驗平臺的開放性與多樣性。除了教育實踐空間項目對航空航天教育帶來的價值之外，學生建造空間項目長期承諾創新型大學的任務是可直接有利于空間行業本身。目前，各大學中設立的大學或研究生開放實驗室及其配套的開放創新基金都是一些很好的嘗試，取得了很好的效果，但其范圍需要擴大，讓大學生能夠進入一些比較前沿的和良好國際合作背景的研究型實驗室，使其很早就能受到良好的學術熏陶，以促進其產生向更高層次發展的內部動機和欲望。
4.加強學習能力的培養。發展學生的學習能力，使其成為高效、獨立的終生學習者是PBL的重要目標之一。通過參加PBL學習，讓學生明白學習不完全是個人的事情，在PBL小組中每個學生都擔當一定的角色，并承擔相應的責任，在小組討論中無私貢獻自己的學習成果，并吸取其他成員的學習成果，達到共同進步。
5.建立合理多樣化的評估體系。在實施PBL的過程中，可以采用學生自我評價、同學互評及教師評價相結合的辦法，注重學生的過程表現，而不是結果。創新人才的多樣性和創新思維的多樣性決定了我們不能用一刀切的方法來評價學生，而是要采取靈活多樣的評估體系，建立激發創新的長效機制。除了評估認知能力的發展和成就，情感變化也要被評估。評估學生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰性問題中的意愿和控制問題解決進展的感覺也很重要。
四、結論
PBL植根于建構主義理論之上，強調發現和知識意義的構建，是一種先進的培育創新精神和激發創新思維活動的教學/學習方式。PBL強調以學生為中心，問題、教師和團隊學習是PBL教學法實施的三大關鍵要素。本文在總結PBL理論的基礎上，在此基礎上根據我國航天工程教育的現狀，從國外幾個航空航天教育典型案例吸取經驗，討論了以小衛星作為航天工程教育工具的重要性;其次，敘述了它作為太空技術發展新成員的重要性。探討了基于PBL理論的航天工程教育在學生群體中推行的途徑，期望能促進教育工作者對有關問題的思考。
由學生運作衛星項目極具挑戰性，但這會給參與項目的學生和院校帶來巨大回報。這些項目提供大學生關于設計、分析、測試、制造和操作空間系統方面的實踐經歷。有證據表明，參與空間飛行器設計項目的學生，能力得到顯著提高。統計證據也顯示如果相當數量的大學參與空間飛行器設計活動，進入空間領域工作的學生數量會顯著增長。
參考文獻：
[1]余曉，孔寒冰.能力導向的工程實踐模式比較與評價[J].高等工程教育研究，2011，（3）：28-34.
