■本报记者 唐景莉 通讯员 邓怡
本科生也可以造火箭？在许多人眼里，这简直就是天方夜谭。北京航空航天大学宇航学院的师生们却“偏向虎山行”，从2005年开始的“造火箭”项目，让学生得到全方位的真实训练。我国第一枚完全由大学本科生设计研制的探空火箭“北航一号”2006年11月1日在酒泉卫星中心发射成功；2008年12月5日，在大西北的戈壁深处，承载着北航人又一个雄伟梦想的探空火箭“北航二号”如神箭一般冲向云霄，我国首次将以固液混合火箭发动机为动力的探空火箭成功进行发射和回收。这些“壮举”都是北航宇航学院的学生完成的，而且大部分是本科学生。
近年来，由北航本科学生研制的“共轴反桨直升机”、“机器鱼”、“自稳定飞行平台”、“GPS导航巡线无人机”、“蠕动式管道机器人”、“基于倾转变动力系统的可自由起降验证机”等项目，有的可以挑战国际最尖端技术，有的成为国家“863”重点项目，有的已经转化成军用民用产品。是什么触发了学生们的奇思妙想、鼓励了学生们的创新实践？
“造火箭”激发求知欲
经典案例 “刚听到这个消息的时候，我有些不相信自己的耳朵，这么大一个项目我们本科生可以完成吗？转念一想，学了3年多，有机会把理论付诸实践，真正当一次航天人，必须一搏！”“北航一号”项目成员张莘艾说。
几年下来，在“北航一号”、“北航二号”等项目的带领下，一批批专业基础扎实、创新能力强，同时具有综合实践能力和团结协作精神的优秀学生脱颖而出，成为我国航天事业的新兴力量。
用宇航学院常务副院长蔡国飙的话说：“航天是涉及多个学科门类的综合性、集成性很强的科学技术，理论与实践结合非常密切，我们希望通过这种实际项目来全方位培养学生。”
火箭被称为最精密最复杂的飞行器。设计制造绝不是一件容易的事。一枚最简单的火箭，也要由分离回收系统、动力系统、点火控制系统、数据采集系统、箭外测试系统和地面发射系统6个部分构成，系统和系统之间又有着千丝万缕的联系。
“刚听到这个消息的时候，我有些不相信自己的耳朵，这么大一个项目我们本科生可以完成吗？转念一想，学了3年多，有机会把理论付诸实践，真正当一次航天人，必须一搏！”“北航一号”项目成员张莘艾说。
成员们通过学习专业课程、去图书馆查阅各种资料，完成设计方案，进行成千上万次实验，一次次失败、一次次论证、一次次再实验，大家都全身心投入，非要把难题攻下来。“各专业同学必须充分沟通和交流，还要与工厂和研究所的老师讨论可行性，并反复修改，否则整个设计将可能无法进行下去。做项目对同学的专业综合知识与能力提出了很高的要求。”“北航一号”项目的负责人朱浩同学告诉记者。
“造火箭”项目为基础课、专业课授课提供了很好的借鉴，有力地促进了教学改革，涉及的3个专业方向都配有指导教师，这些教师把项目中的实际问题带到课堂，为学生补充专业基础知识、研讨新方法。宇航学院副院长张玉珠说：“这是一种有示范性的科研活动，对学校的各个学科、专业都有借鉴性和引导性，怎么在课堂上融入实际的工程知识，真正地把理论与实践结合起来，是值得花心思的。”
做科研还让学生们体会到了把课堂知识升华为创新的快乐。“Good idea（好创意）有时候是‘逼’出来的，” “北航一号”参与学生王光远笑着说，“在最后发射前的十几个小时，发射中心为了安全起见，提出了弹道计算的所有坠落物必须位于发射点以西3公里，否则不予发射。我们马上重新设计方案，经过一个晚上的紧张计算，找到了一种利用计算数据与几何绘图相结合的设计方法，终于完成可行的发射方案，最终3发火箭顺利升空并准确落地。”
“北航二号”固液混合火箭发动机探空火箭的动力系统设计，在全世界都是一个没有被完全突破的技术难点，通过不断的试验与验证，学生们总结出固液探空火箭的输送系统在技术上的两个创新点：一是采用挤压式输送系统却没有使用增压气瓶，在贮箱压力下降的情况下却保持了流量的稳定。这个技术的关键在于设计了流量调节阀，它使输送系统结构简单却保证了流量的稳定性，进而保证了发动机工作的稳定性。另一个是点火药以硼硝酸钾取代了黑火药，在保证点火能量的同时减少气体产生量，从而降低点火压力，改进了点火药盒的结构，保证点火器工作的稳定性和结构的完整性。目前输送系统相关技术已经申请了3个专利。
两轮实践铸就真本领
经典案例 梁建宏老师所在的机器人研究所，每年都会吸纳一批本科生，他们大多数是慕名到这里寻求技术指导。在浓厚的创新氛围里，产生了多项优秀作品，其中“机械蝠鲼”成为“863”重点项目。
北航的本科学生能完成如此复杂的科研项目并不偶然。朱浩谈起自己的感受时说：“学校的专业教育是很完善的，包括从专业知识的学习到实验、实践和实习，团队成员都参加过科技竞赛和科技活动，因此，我们有扎实的基础知识，还有很强的动手能力。”
“我们的学生全部要经过两轮的实践，这是北航区别其他学校的地方。”北航副校长郑志明表示，“第一轮是课程的实践，如通过基础物理实验、电工电子实验等，让学生具备基本的动手能力和认知过程。第二轮实践安排在二年级下学期到四年级期间，学生不是进入教学实验室而是进入科研实验室。”
的确，在北航，挑战杯、冯如杯、大学生科研训练计划、综合创新实验……众多科研创新活动已经成为学生们学习生活中不可或缺的一部分。这个体系的基本特点是“量大、面广、质量高”。大多数学生都能通过自主创新活动或结合教师的科研项目，参与到不同类型、多学科交叉融合的创新实践活动中去。
北航于1991年开始以“冯如”命名的学生学术科技竞赛已经举办了19届，据统计，历年来参赛总人数达到23445人，总项目数7661项，成为学生参与最广、参与积极性最高的一项品牌活动，更成为培养创新型人才、开展创新型研究的一个坚实平台。“很多学生从大一起就开始参加‘冯如杯’，组建科研团队，确定指导老师，这些学生自然而然就走进了科研实验室，在老师和师兄的指导下，参与一系列的实践活动，写出论文，做出成品。”第六届挑战杯一等奖作品“机器鱼”的发明者、现在已经是北航机械学院教师的梁建宏博士说，“北航学生骨子里有一种‘冯如情结’，很多学生会参加两三届，科技创新已经成为他们生活的一部分。”
梁建宏所在的机器人研究所，每年都会吸纳一批本科学生，他们大多数是因为制作“冯如杯”项目慕名到这里寻求技术指导的。研究所构筑了包括博导、博士、硕士、做毕业设计的学生、低年级本科生在内的“大团队”，鼓励本科生进行科学研究和创造发明，大家一起设计、制作、实验、改装，营造了浓厚的创新氛围。在这里，产生了“机器鱼”、“机器蛇”、“球形机器人”、“机械蝠鲼”等多项获得“冯如杯”一等奖的优秀作品，其中，“机械蝠鲼”最后还成为“863”的一项重点项目。
为了进一步给学生提供科研训练的机会，使学生尽早进入专业科研领域，接触和了解学科的前沿，2005年北航又开始实施大学生科研训练计划（简称SRTP），郑志明介绍说：“我们用这个计划整合全校90%的学生，让学生尽早地、积极地进入实验室。在许多学院，学生从二年级实习开始，提前进入实验室参加教师的科研活动，到三、四年级时，已经具备了一定的专业知识和动手能力，为后面的毕业设计甚至研究生学习打下初步从事科研工作的基础，在强化基础的同时，加强了实验动手能力。这些学生在毕业设计中往往可以真正做一些科研性质的工作，提高了毕业设计的质量，也形成了初步的创新能力。”几年来，SRTP计划已经资助858项本科生科研项目，参与学生2765人，资助金额达到250万元。“北航一号”、“北航二号”就是该计划重点支持的项目。
北航还有很多小有名气的科技创新协会，如航模队、小飞机协会、制造技术协会、电子协会等，成为学生科研实践的“第二课堂”。许多学生一入校就在这些社团中跟随高年级本科生参与科技创新活动。
以航空科学与工程学院本科生为主体的北航航模队，连续3年荣获全国航空模型锦标赛小组和团体冠军，并创造全国纪录。在航模队里，产生了以第五届中国青少年科技创新奖、第十届“挑战杯”一等奖获得者王耀坤为代表的多位“创新明星”。王耀坤说：“我大一就参加了航模队，一边认真学习学院的航模课程，一边跟着师兄们学习航模制作，还在小飞机协会做骨干，在小飞机创新实践基地跟专业的指导教师实战演习，经过几年在全国各项比赛中的摸爬滚打，练就了扎实的基本功和技能。”
汇聚优质资源强化教学
经典案例 多数科研实验室参与了本科教学环节。数学学院学生裴森大二就进入实验室，在研读动力系统领域的经典著作时，发现一篇著名的博士论文有核心错误，他成功改正了错误，并将研究范围推广，得到普适性结论。
“要建设创新型强国，人才是关键，最根本的在于本科生培养”，这个观念在北航教师心中已经扎下了根。近年来，北航把为国家培养“具有领军和领导潜质人才”作为人才培养目标，制定了“强化基础、突出实践、重在素质、面向创新”的本科生培养方针，构建核心课程、实验与实践教学、科研实践训练等“三大体系”，创新了高等工程学院和中法工程师学院等高素质人才选拔和培养模式，整合学校各方面优势资源汇聚成本科人才培养的整体优势。
为了强化核心基础教育，北航构建了校级、校院共建和院级三级核心课程体系。在需要强化数理基础的院系，以工科《数学分析》取代了以往的工科高等数学教材，以理科《基础物理学》代替了以往的工科大学物理教材，带动了全校数学、物理教学整体水平的提高和学生数理水平的整体改观。2009年，北航学生参加学科竞赛4000余人次，省部级以上获奖489项，获奖人数占一个年级学生总数的17%。
学校充分发挥研究型大学的优势，依托学科雄厚的师资力量、先进的各类实验条件和持续不断的科研成果，实现了科研与教学的有机融合，多数科研实验室参与了本科人才培养的教学环节。北航计算机学院的国家重点实验室等4个科研实验室，3年共接纳623人的毕业设计、467人的实习和100余人的课外科研活动。数学学院学生裴森大二就进入郑志明教授的实验室，在研读动力系统领域的经典著作时，发现一篇著名的博士论文有核心错误。在老师的指导和鼓励下，他申请承担国家级大学生科研训练项目“一般单参数映射族具有正李雅普诺夫指数的拓扑条件”，成功改正了文章中的错误，并将研究范围推广，得到普适性结论。随后，他在核心期刊上发表论文，“一类一维混沌映射的拓扑条件”项目获得了第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。裴森回忆当初还是激动不已：“以科学的态度思考问题，不畏惧挑战权威，这是我在郑老师的课题组里学到的最珍贵的知识。”
北航鼓励教师将自己的科研成果引入课堂，使学生了解专业前沿的最新发展。北航民航数据通信及新航行系统实验室近年取得包括国家技术发明一等奖、科技进步一等奖在内的多项科研成果。他们以此为主线，编撰修订了《现代空中交通管理》教材，揭示了现代空中交通管理变革的核心内容，被评为北京市和前国防科工委的精品教材，同时还以申请的十余项发明专利为基础，开设了7组实验课程，很好地实现了理论和实践的良性互动，让学生受到全国独一无二的训练，深受学生欢迎。
学校还积极推进航空航天类的学院与主要飞机设计单位合作，让一部分学生可以到这些单位进行毕业设计。毕业设计课题与单位的飞机设计型号任务密切相关，可以使学生将理论知识和工程实际相结合。通过这一模式，学生还能提前熟悉未来工作环境和工作方法，缩短上岗培训时间。航空科学与工程学院学生苗红科在第一飞机设计院进行毕业设计，其论文《某机双腹结构强度计算》得到了很高的评价，获北航优秀毕业设计论文奖，他进入工作岗位后立即开始独立承担型号任务。
在北航学习是幸福的。课堂上，可以学习丰富的基础知识，了解尖端的科研成果，实验室里，可以参与围绕国家战略需求的实战项目，校园里，还有众多兴趣协会和丰富的科技创新活动。在国家致力建设创新型强国的今天，北航本科生教学和科研“并行工程”是一种有益的探索，值得关注。
北航能源与动力工程学院学生在老师的指导下进行涡轮发动机性能实验。邢江 摄