五、教学流程设计

教学创新在教学中的具体体现：

（一）基于人工智能的多维度多尺度教学分析方法

在考试、项目制学习和评教等传统的教学分析方法基础上，本课程采用基于人工智能的教学分析方法对课程教学实施检测，有效诊断评价师生学习状况和教学质量，这是一种精细教学评估的教学辅助方法，应用场景如图1和图2所示。

图1　基于人工智能的课堂活跃度分析场景

图2　基于人工智能的教师面部表情分析场景

基于人工智能的教学分析方法，通过面部表情识别、语音情绪分析、FaceID、声纹识别、语音转文字、关键词提取等核心技术，完成课程活跃度分析、内容分析和学生兴趣点分析等多项功能，具体功能包括：

（1）课堂活跃度分析：根据整体学生面部表情情况，分析课堂活跃度数据，给出教学推进过程中学生整体活跃度与各教学设计环节之间的关系，可用于评价、反馈教学设计的成败，如图3所示。

（2）课堂情绪分析：自动分析教师和学生面部表情和情绪，分析教师授课风格和学生学习过程中情绪变化，通过对课堂整体情绪的分析还可以了解单个学生情绪与课堂情绪的契合度。

图3　学生整体课堂活跃度与教学内容关联分析

（3）课堂内容分析：自动识别教师授课内容和学生发言内容，将内容转化为文本，并进一步利用知识图谱对文本进行深入理解，实现知识点提取和知识关联分析，为教师制定个性化学习方案提供有力参考。

（4）出勤统计：自动识别学生人脸特征，并与学生人脸库信息匹配，自动统计学生出勤情况，为学校教务人员考勤工作提供智能辅助，同时也实现学生数据在走班制教学中的关联。

通过以上基于人工智能的多维度多尺度教学分析方法，远程火箭弹道学及制导方法课程形成了教学分析与教学过程互为反馈、相互促进的良性循环，为教师、教学管理人员等进行教学决策、改善教学计划、提高教学质量、保证教学效果提供参考依据，如图4所示。

图4　教学分析与教学过程关系图

（二）“以学生为中心，成果为导向”的课程体系建设

课程体系建设包括建设依据、教学目标、教学内容、教学方法和评价分析，如图5所示。

在开展课程体系建设时，以学生预期能力获得为导向进行反向设计，即首先确定学生能力，以此为依据制定教学目标，根据教学目标中关于知识、能力和素质的要求规划合理的教学内容，开展教学设计，采用合理的教学方法完成教学内容的实施，最终通过考试、学生评教、项目学习以及先进的教学分析手段反馈评价教学目标是否达成，并通过闭环反馈迭代，改进各个教学环节，具体如图6所示。

图5　课程体系建设内涵

图6　课程建设思路

（三）“以研促教、科教融合”理念下的教学内容更新

目前，远程火箭弹道学及制导方法的教学内容主要依据国防科技大学的教材《远程火箭弹道学》，该教材主要以经典的弹道式飞行器为对象，对其主动段、自由段和再入段的受力特点、动力学方程以及弹道设计等内容进行介绍。然而，近年来出现了一系列诸如X-37B、X-51、CAV和HGB等新型飞行器，其弹道形式与制导方法均突破了原有的概念和原理，而目前的教学内容依然停留在20世纪八九十年代的水平上，无法适应新形势下教与学两个层面上的需求，亟须对教学内容进行更新。针对上述问题，立足弹道学经典内容，以X-51和HTV-2等最新的科研成果作为辅助，形成与以成果导向社会需求同步的教学内容体系，具体如图7所示。

依据以上教学内容更新原则，在第四章第三节“被动段运动分析”教学内容中加入了“美国HTV-2助推滑翔式弹道分段特点、弹道设计方法、弹道优缺点”等内容；在第六章“自由段弹道”教学内容中加入了“美国当今弹道导弹防御系统组成及特点”等内容；在第七章“再入段弹道”教学内容中加入了“DF-21反舰弹道导弹先进可控再入弹道”以及“针对HTV临近空间助推滑翔飞行器、新型弹道形式的飞行程序设计方法”等内容；在第八章“摄动制导”教学内容中加入了“迭代法、优化法求取设计变量”等内容。

图7　教学内容体系

（四）“面向知识、能力和素质全面提升”的教学方法综合应用

首先，根据各部分教学内容和学生认知特点，设计了讲授、项目制学习、讨论式和案例分析几种教学方法的应用场景，构建了教学内容与教学方法之间的映射关系，具体体现在以下几个方面：

1.项目制教学法

项目制教学法是对某个知识点学习时，首先设计出能体现该知识点所需知识和技能的项目，提出学习任务，然后通过对项目的剖析（教学与实践）达到掌握理论知识、提升能力和素质的目的，其基本应用流程如图8所示，首先将学生分为若干个项目小组，小组成员对教师下达的项目研究任务书进行分析、讨论，并制定项目设计方案；然后，各小组根据讨论得到的方案进行项目设计，完成项目研究，提交项目总结报告；最后，教师根据完成情况进行项目验收与成绩评定，讲解项目研究中关键知识点，完成总结分析。

图8　项目制教学应用流程

在第三章“主动段运动分析”教学中，应用项目制教学法，使学生掌握主动段弹道基本知识，提高解决工程问题的能力以及锻炼独立探索、严谨认真的品质。针对“主动段运动分析”教学内容的项目研究任务为：(https://www.daowen.com)

根据美国民兵3导弹总体参数，结合发射系下主动段弹道学知识，进行：

（1）弹道解算仿真（基本要求）；

（2）弹道优化，获得最大射程弹道（拔高要求）；

（3）通过弹道分析，获得民兵3威胁情况，提出防御策略（拔高要求）。

成果形式为：研究报告、仿真程序。

2.案例分析法

案例分析法是在教学过程中，教师根据教学目标的要求，引导学生结合教学内容，通过对具体案例的分析、讨论，使学生掌握相关知识的方法。该方法主要有4个关键环节：

（1）精选案例：课前精心选择与教学内容和教学目标相对应的案例。

（2）案例导入：选择合适的案例导入时机，在学生具有一定理论知识基础时引入案例。

（3）开放讨论：引导学生开放讨论，允许学生从各个侧面对案例作多元解读。

（4）总结点评：有见地地评述学生观点，引导学生发现新问题，深入分析。

在第四章“被动段运动分析”教学中，应用案例分析法，提高学生对飞行程序设计的掌握程度，吸引学生兴趣，并鼓励学生自主开展课外学习。该章中案例对象为HTV-2，如图9所示，具体分析内容为：

（1）助推滑翔弹道分段特点；

（2）助推滑翔弹道设计方法；

（3）助推滑翔弹道优点；

（4）美国HTV-2试验失败的原因。

图9　HTV-2助推滑翔飞行器

3.讨论式教学方法

讨论式教学方法是在教师的引导下，学生围绕与教学内容密切相关的内容，经小组交流、共同探讨掌握知识和技能的一种教学方法。讨论式教学方法将教师研究性讲授与学生研究性学习、课内与课外、教师指导与学生自学有机结合，激发学生主动参与教学过程，启发学生积极思考，引导学生运用所学的知识去积极探索新知识，培养学生创造性地分析问题和解决问题的能力。该方法的具体操作步骤为：

（1）指导选题：依据学生的实际情况，考虑不同层次学生的需求，根据教材和学科内容恰当地选择讨论题目。

（2）独立探索：学生带着课题去审阅文献，阅读资料，撰写讲稿，即学生个体课外的研讨。

（3）小组交流：以研讨小组为单位交流个人独立研究的心得，开展讨论，即课内交互式研讨。

（4）大班讲评：各组推出的优秀者在全班以讲课的形式汇报研究成果，师生共同听课评课，即课内集中式的研讨。

（5）总结提高：通过学生撰写评学议教文章将认识进一步深化，即全体学生研讨的升华。

在远程火箭弹道学及制导方法教学中，应用讨论式教学方法讨论的题目有3个：

（1）美国弹道导弹防御系统组成及特点（自由段，如图10所示）。