基于STK的案例式教学法实践

【摘 要】案例教学是在授课过程中通过设计具有一定工程应用背景的某种简化形式的个案（或称为模拟课题），让学生以研究小组形式开展自主攻关，从而达到培养高年级本科学生主动探索、学以致用、学术交流、撰写论文等综合科研素质的目的。本文对基于STK的案例教学在军事测绘专业和联合作战指挥专业的相关课程实习和毕业设计等环节的实践进行了总结。

【关键词】素质教育 案例 STK 案例教学

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）24-0081-02

随着素质教育在人才培养模式改革中日益重要的地位，专业课的案例教学已成为适应时代对国际化教学的一种趋势。其通过设置一系列难度适中、相对完整的小课题，充分挖掘学生的主观能动性，变被动吸收为自主求索的学习模式。

美国Analytical Graphics公司的STK（Satellite Tool Kit）卫星工具包软件，在国内外很多研究和工程领域诸如航天、航空、航海、遥感、导航和地理信息系统等方面得到了广泛的应用。大学的相关专业课程均可以通过申请免费的STK学生版将其引进到教学和实习环节中。

近年来，教研室在专业基础课天体力学基础、毕业设计和科技竞赛等教学环节中开展了形式多样的、基于STK的案例教学活动。现做一粗浅探讨，以期抛砖引玉，推动我校各学科案例式教学法的推广工作。

一 案例教学实践活动

1.选编天体力学基础STK实习手册

在授课前，教学组已经在相关课程和班次中引进了STK软件，主要是利用其强大的可视化功能帮助学生理解时间和空间的转换、不同参考系下的轨道运动形式等，并且积累了一定的教学素材。因此，借助教改研究项目的支持，在参考国外优秀教学用书的基础上，针对课程的教学大纲，为每章的教学重点精选了典型案例，编集成教学实习手册。该手册极大地方便了教与学的两个环节。

2.授课中施行STK案例式教学法

在授课进程表中，预留了三次案例课堂教学。天体力学基础的授课内容涵盖了二体问题、双（三）二体问题、受摄二体问题和限制性三体问题等由浅入深、由简至繁的动力学理论，而其应用则涉及航天领域的方方面面，我们选择了学生们比较感兴趣的与我国空间发展相关的几个方向进行案例设计，由学生组织案例小组并自主开发是案例教学实施，从组长选举、组员分工、问题讨论、公式编程、结果成图、演示制作、项目汇报、现场答疑、案例报告撰写等都做了编排。由于和传统授课方式相比，这种案例学习十分新颖，一来就调动了大家的好奇心和新鲜感，加之有小组间的竞技，每位组员在完成份内任务的同时，对其他组员的问题也表现得跃跃欲试。这次案例教学共进行了三次，每次三～四个小组，每组一个案例。要求每组在按时完成本案例的同时，对其他小组的案例也要讨论和质疑。事实证明，这期间除了正规的自习课外，还占用了不少的课余时间，但是同学们并未产生抱怨情绪，反而将兴趣转移到专业学习上来。

3.在导航专业毕业设计中引进嫦娥探月、火星萤火等任务的案例选题

针对目前我国深空探测的两大任务，以月球探测和火星探测为目标设计了嫦娥一号和萤火一号飞行轨道的STK实现，加强学生对轨道改变的理解，切身感受节能和省时的矛盾。此外，对目前国内外掀起的平动点轨道任务也设计了相关案例，引导学生接触精彩的三体问题周期轨道。在案例设计过程中结合以下几点：一是注重知识点的连贯性，兼顾学习过的专业基础课，如椭球大地测量学和球面天文学的部分相关内容，让学生悟出学习过的基础知识的用途；二是尽量涉及其他相关专业课，如卫星轨道理论和大地重力学，让学生发现和体会学科间的内在联系；三是围绕同一个问题设计不同力学模型下的结果进行比较与分析，让学生理解工程应用中不同条件下力学模型的取舍对计算量和精度的影响特点等。

4.在联合作战指挥专业的毕业设计中基于STK进行三维作战演示的案例选题

STK软件目前已经发展到对地面及其空中海上的三维作战平台的模拟。因此针对联合作战指挥专业学生，设计了导弹攻防仿真等若干模拟现代立体战争的案例。虽然是首次尝试，但是获得了学生的认可，学生普通反映很有收获和成就感。

5.参加全国深空轨道设计竞赛

案例教学既是对学生实施素质教育，同时又是检验素质教育成果的有效手段。据调查，在国外大学本科高年级的教育培养方案中，通过设计教学案例和模拟课题来培养学生的综合科研素质和基本技能的教学理念和做法已十分普及，尤为瞩目的则是通过举办各种形式的科技竞赛。

近年来，国内也正开展类似的竞赛。第二届（2010年）全国深空轨道设计竞赛由中国力学学会、中国科学院光电研究院空间工程部、西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室共同组办。首届（2009年）全国深空轨道设计竞赛由中国力学学会、清华大学航天航空学院发起并组办。

今年竞赛的主题是深空多任务探测器飞行轨道设计。题目的应用背景为小天体和火星探测，深空探测器通过飞越和最终撞击小天体的方式实施探测，同时兼顾携带一个火星着陆器。

教学组将其作为一个检验案例教学成果的绝佳机会，在为天体测量和天体力学专业一年级硕士研究生讲授天体力学课程的过程中，参加并顺利完成了竞赛题目，提交结果现已通过主办方检查，成为合格的参赛作品。

二 存在的问题与困难

在案例教学实践中，主要有两个方面困扰着案例教学的展开。

1.课程设置局限

开展案例教学，小班授课是前提。当下，研究生的专业课程基本上可以采用案例教学，但是对于本科层次，无法回避大班授课师生比例悬殊、案例小组人数受限的客观现实。

2.案例教材局限

案例重在培养和训练学生分析和解决问题的思维模式，因此案例贵精而不在多。目前的条件下，案例教学自身的局限还很突出。选编或改编适合学科教学大纲及授课学时的案例教材，受到师资水平和从事科研经历等各种因素的影响，进行教材开发尚有一定难度。

三 结束语

本案例教学活动将优秀的商用软件STK引进到军事测绘专业和联合作战指挥专业的相关课程实习、毕业设计和科技竞赛中，积极探索和开展了案例式教学实践，取得了较为丰硕的成果，将有助于推进我校复合型人才的培养工作。

参考文献

[1]李同明.关于当代大学的办学理念[J].教育发展研究，2004

[2]杨颖、王琦.STK在计算机仿真中的应用[M].北京：国防工业出版社，2005