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空间信息技术教育培训服务

1. 概述

       中国航天事业历经半个多世纪的发展,建立了完整的研究、设计、生产和实验体系,载人航天、探月工程、北斗导航等空间重大科技工程取得突破性进展,空间技术整体水平大幅提升。遥感卫星方面,近几年已发射了多颗米级的民用高分辨率对地观测卫星,这些卫星将为防灾减灾、环境保护、气候变化等领域提供很好的空间数据和信息服务保障。中国国家航天局对中国对地观测卫星采取了开放的数据政策,中国愿意与世界各国共享航天发展成果,近年来积极利用空间信息技术开展防灾减灾国际合作,帮助他国利用空间信息技术提高灾害管理能力。

       根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和教育部《留学中国计划》要求,要进一步扩大外国留学生规模、优化来华留学人员结构,到2020年来华留学生人数要达到50万,其中学位生人数达到15万,使我国成为亚洲最大的留学目的地国家。来华留学生从中国毕业后回到所在国工作,已经并正在成为与我国开展对外合作交流中的一支重要力量。“留学中国”已成为我国国家战略的重要组成部分。来华留学生培养是彰显我国高等教育水平和实力的重要标志,我国来华留学事业在近年来取得了快速发展,但在规模和培养能力上均存在较大不足,工科领域尤显突出,能用于留学生的工程实践设施不能满足要求。

       “一带一路”构想着眼于和平发展、合作共赢的理念,体现了中国对和平发展的追求,是我国扩大和深化对外开放,构建开放发展新格局,践行合作共赢理念的大战略。“一带一路”空间信息走廊建设与应用工程是在“互联网+空间信息”思维下,以实现空间信息综合集成应用服务为目的,为国家各部门、地区实施“一带一路”战略进行服务的综合性工程。该工程以建设卫星通信、导航、遥感和天基设施为主体,以实现地面网络的互联互通为重点,支持“一带一路”沿线国家和地区环境减灾、资源能源开发、地面基础设施建设以及应急安全等重点领域的空间信息综合应用。

       空间信息技术教育培训平台是“一带一路”空间信息走廊建设和应用工程中培训交流合作平台中的重要组成部分,旨在以“一带一路”空间信息走廊和应用工程建设为契机,面向空间通信、空间遥感信息共享、空间信息服务等领域,在充分整合利用我国已有国际化空间信息技术教育培训资源基础上,通过多种有效教育培训模式为“一带一路”沿线国家培养本地化空间信息技术领域人才,以促进空间信息走廊建设和应用工程的顺利落地,提高中国航天技术的国际化水平。

       通过建立长期稳定运行的人员交流、教育培训、项目合作和知识创新的协同工作机制,面向“一带一路”沿线国家从事有关空间信息技术工作的政府官员、工程技术人员、经理人员等,开展多层次空间信息应用技术和服务的合作、交流和培训,可以促进“一带一路”各沿线国家相关机构和人员对我国空间信息应用技术和服务的了解,全面推广我国空间信息技术和服务在“一带一路”沿线国家的使用,推动我国航空航天相关产业的进一步国际化。同时,达到汇聚一大批“一带一路”沿线国家“知华、友华、亲华”的本土人才的目的。

       该平台建设依托位于北京航空航天大学的联合国附属空间科学与技术教育亚太区域中心(中国)进行,充分利用北京航空航天大学在空间信息技术教育方面的全方位教育培训优势和区域中心的国际化教育培训资源,提供高水平多层次的空间信息技术教育与培训,并集成上海航天技术研究院在航天器研究方面的优势,建设空间信息技术教育实践示范基地,弥补当前空间信息技术教育培训方面存在的理论与工程相对隔离的不足。

2. 需求分析

       空间信息技术产业属于高新科学技术,是21世纪的热门产业,各国都在大力发展空间科技产业,发展空间科技产业离不开一大批高素质的空间科技人才,因此培养一支适应空间科技产业发展需要的专门人才队伍是当前乃至未来空间科技产业发展的重中之重。“一带一路”战略涉及的国家众多、地域广阔、自然环境复杂、国家发展水平差异大,沿线广大发展中国家,工业基础普遍较差,空间基础设施薄弱,信息化建设相对落后,迫切需要先进航天国家的技术支持与服务。依托北京航空航天大学成立的亚太空间合作组织教育培训中国中心和联合国附属空间科学与技术教育亚太区域中心(中国)在实施空间信息技术教育交流及培训过程中发现,虽然亚太区域各国家都希望通过空间技术及其应用来促进本国社会经济的发展及为人民服务,但是各国在政治、经济、科技、基础教育和高等教育等发展的不均衡和巨大差异,是中国在实施有关空间技术教育及科技合作时不容忽视的且必须正视的问题之一。

       国与国之间的差距可以通过教育来弥补,通过空间信息技术教育培训平台建设,可从人才角度服务于“一带一路”沿线国家区域的空间信息走廊建设。为此,需要尽快了解当前各国空间科技人才队伍的状况,在此基础上,加强对相关国家空间机构管理人员、研发部门的技术专家、应用部门的专业人员的教育与培训,一方面有利于突出中国在空间科学技术上的优势地位,为中国的空间技术产业赢得国际声誉,同时可以利用这个机会介绍中国的产品和技术,为出口打下基础。因为学员大多数是各国空间技术产业的专业技术人员,他们是最好的广告宣传人员。然后再进一步利用这个关系扩大合作范围,与他们所在国家的国际教育中心、空间科学技术研究所和生产机构等建立和扩大合作关系,以扩大中国空间技术产业的国际市场份额。

       在平台建设以及培训模式和专业设置上要充分整合利用我国现有空间信息技术教育培训资源和条件,充分利用互联网技术,考虑目标学员的知识基础和学习需求,突出中国在空间科学技术上的优势。从培养环节看,目前北航提供的线下空间技术应用教育培训模式已经比较成熟,仅需要建设可以提供更大规模培训的软硬件环境;线上教育培训方面,目前刚刚起步,需要尽快建设;在实践示范方面尚无固定的基地,需加强建设。

3. 国内外发展现状与趋势

3.1. 国外发展现状和趋势

       1987年成立的国际空间大学总部位于法国斯特拉斯堡市,是一所创新的、全球性的、跨学科的、国家间和文化间的空间科学教育机构,致力于为所有学科的专业人员进行有关空间领域的教育培训,扩大知识范围,传播航天知识和观念,为全球社会服务,在14个国家拥有25个关系单位,与NASA、ESA、JAXA等航天机构有着良好的合作关系。这些关系单位是分散在世界各地的大学、研究机构或教育机构以及机构集团,与国际空间大学中央校园共同构成一个多学科的国际网络,为教研和推广服务的合作努力提供巨大的平台。国家空间大学每年都会举办大量的教学活动,包括空间研究硕士班项目、夏季班课程、职业发展课程、论坛活动和专题研究等,吸引来自全世界的航天学者参加。国际空间大学开设周期为1年的硕士生班项目,分为硕士工程班(MSS)和硕士管理班(MSM),采用教学和实践相结合的授课方法。授课老师多来自在NASA、ESA、俄罗斯航天局等具有丰富工程经验的教授学者以及其他大学的访问学者。课程设置共包括航天基础科目学习、航天中级科目学习、航天专业科目学习、团队毕设、个人毕设和实习六个模块组成。

       另外,一直以来,联合国对空间教育工作都非常重视。从1968年到1971年,联合国积极倡导“和平利用外太空,造福人类”。并在1971年在会议成果中启动空间技术应用项目。为推动该项目,联合国于1995年在印度成立了第一个联合国附属空间科学与技术教育区域中心。至今,联合国已在全球5个区域设立该类中心,通过教育培训用以推动空间技术的和平利用。

       在线教育平台方面,目前国际上应用比较好的有 IBM Lotus 公司开发的 Learning Space—IBM,能够在单一平台上提供自学、非同步协作学习和“虚拟教室”同步交互学习所有3 种在线学习模式的分布式教学平台;规模最大的是 BlackBoard 公司开发的 Course Info,已占据全球 50%以上的份额;另外还有加拿大 Simort Fraser大学开发的 Virtual-U; MadDuck 学习技术公司开发的 Web Course in a Box 以及 Asymmet rix 公司研制的支持网络培训和虚拟学习环境的集成软件 ToolBook 等。这些产品都是从支持多媒体开发或网站建设等方面发展起来的, 经过多年的积累, 成长为综合的网络教学支撑平台。伴随着大数据时代的来临,一种新兴的注重教学互动的开放式教育资源——大规模开放网络课程(简称MOOC,幕课)开始兴起,并出现了以美国三大在线课程提供商Coursera、Udacity和edX为代表的大规模开放网络课程学习平台,成为2012年教育领域的标志性事件。国际上慕课的发展和推广已经有了专门化、市场化、公司化的“产学研”合作运营模式。共享资源课程达到1026门,学生学习数已经突破1200万人次。

3.2. 国内发展现状和存在差距

       我国在空间信息技术教育方面,已经形成了完善的不同层次的教育培训体系,在国际空间技术教育方面,北京航空航天大学于2004年成立了北航国际空间教育中心,并于2006年经教育部学位办批准,自主设立了空间技术应用留学研究生项目;2010年建立了遥感卫星数据地面接收站、遥感与地理信息系统综合实验室以及远程教育系统,专门用于空间技术应用国际教育和培训;2014年初亚太空间合作组织教育培训中国中心挂牌,2014年11月联合国附属空间科学与技术教育亚太区域中心(中国)成立。联合国附属空间科学与技术教育亚太区域中心(中国)是航天界的区域教育平台,依托的北京航空航天大学在各专业方向上与国内的大学、研究机构、企业建立了紧密的合作关系,在师资选聘、学员论文指导、专业参观、专业实习、学员招生等方面积累了较为丰富的资源,为空间信息技术教育提供了丰富的教学及实践资源。中心现建有遥感卫星数据地面接收站、遥感与地理信息系统综合实验室、北斗卫星导航系统应用演示厅、微小卫星实验室,以及远程教育和视频会议室等空间技术应用专用实验室,并与10多家企业建立了校外工程实践基地。已培养来自近90个国家的留学生超过700人、空间技术应用短期培训近1000人。

       网络化教育培训平台方面,我国研发远程教学平台的时间相对于国外较晚,1998年由教育部在《面向21世纪教育振兴行动计划》中提出,要实施“现代远程教育工程”,形成开放式教育网络,构建终身学习体系。1999年3月,网络高等教育试点正式启动,清华大学、北京邮电大学、浙江大学和湖南大学4所高校参加了首批试点。 目前,现代远程教育已经广泛地深入到全国各行各业、农村、基层、边远地区和少数民族地区,推动了高等教育的大众化和信息化,成为发展我国多样化、终身化、网络化和开放式继续教育的重要形式。2012年后随着MOOC的兴起,我国一些高校纷纷加入了大规模开放网络课程浪潮中,2013年5月,清华大学和北京大学正式加入美国在线教育平台edX,同年7月,复旦大学和上海交通大学签约Coursera。2014年,以北京航空航天大学计算机学院为主体的开发团队基于OpenEdX 平台开发了北航学堂,目前已提供十余门在线课程资源。从网络教育发展情况看,我国在以下几方面需要加强: 第一,有关远程教育政策、法规的制定和资金投入方面,需要得到国家的重视,政府的推动;第二,课程设置的灵活性和相应质量保证体系方面需要更加规范严格;第三,学习资源的数字化、标准化需要加强,学习资源的更新、交易、共享及知识产权方面需要保护等。

4. 建设目标

(一)近期建设目标

       对“一带一路”沿线重点国家(地区)的空间技术应用现状和人才需求调研清楚,形成系列调研报告,据此制定有针对性的教育培训方案和培训模式;

对联合国附属空间科技教育亚太区域中心(中国)的软硬件培训设施进行拓展建设;

依托联合国附属空间科技教育亚太区域中心(中国)建成网络空间信息技术教育培训平台;

推进空间信息技术教育实践示范基地(上海)的建设;

各方向至少进行5门专业核心课的MOOC课堂建设;

(二)中期目标

进一步完善空间技术教育培训教学体系,完成中心的软硬件条件建设,全面实现所有方向的专业课程网上教学建设。

完成满足空间信息技术教育实践示范基地的建设,通过建立国内航天新入职大学生到示范基地学习培训的运行机制进行试运行。

(三)远期目标

可以完全支撑“一带一路”空间信息走廊建设和应用工程所需的本地化人才教育培训工作。

可以满足各层次的空间技术教育培训需求,建成世界著名的一流空间技术教育培训中心。

5. 技术可行性分析

       在国际空间合作和技术培训与教育方面,目前国内代表性的国际组织有2008年成立的亚太空间合作组织(APSCO)、2012年成立的联合国灾害管理和应急天基信息平台(UN-SPIDER)北京办公室,以及2014年11月17日在中国北京航空航天大学正式成立的联合国附属空间科学与技术教育区域中心(中国)(RCSSTEAP(China))。

       联合国附属空间科学与技术教育区域中心(中国)是航天界的区域教育平台,依托的北京航空航天大学作为国内第一所航空航天大学,自2000年开始,就在国家航天局支持下开展国际空间教育,在各专业方向上与国内的大学、研究机构、企业建立了紧密的合作关系,在师资选聘、学员论文指导、专业参观、专业实习、学员招生等方面积累了较为丰富的资源,为空间信息技术教育提供了丰富的教学及实践资源。中心现建有遥感卫星数据地面接收站、遥感与地理信息系统综合实验室、北斗卫星导航系统应用演示厅、微小卫星实验室,以及远程教育和视频会议室等空间技术应用专用实验室,并与10多家企业建立了校外工程实践基地。已培养来自近90个国家的留学生超过700人、空间技术应用短期培训近1000人。

       目前北航已为中心提供了专用的教学和办公场地及相应的设施,可用于日常的教育教学活动和中心运营。同时,中心可以共享北航的教学、实验、图书馆及后勤等设施。中心学员可在北航留学生公寓住宿,中心在编教师、职员等由北航按学校在职人员待遇提供其住宿条件,短期聘任专家可在北航校园及周边宾馆住宿。作为中心的合作伙伴,中国科学院遥感与数字地球研究所、中国科学院空间科学与应用研究中心、中国空间法学会,可以向中心提供部分的教学设备和实验设施。另外,中国空军技术研究院、中国卫星通信集团公司、中国资源卫星应用中心等单位也向中心提供了部分教学培训设施。

       从培养环节看,目前中心提供的线下教育培训已经比较成熟,仅需要增建可以提供更大规模人员教育培训的条件。依托本项目,需要进一步发展线上空间信息技术教育培训条件建设。

 

 

   

图RCSSTEAP内现有的部分教育培训基础设施

       根据北航学科特点,开展航空航天技术相关领域教学,现已培养来自近90个国家的留学生超过700人、空间技术应用短期培训近1000人。2004年12月,获得中国教育部批准,引入联合国空间科技教育区域中心的培养模式设置了“空间技术应用”硕士研究生专业,学生经过9个月课程学习并结合自己本国实践进行论文设计与研究,在导师的指导下进行论文工作,毕业后授予北航学位。该空间技术应用项目从全球范围选聘师资,现已招收14个国家120多名学生。

       经过20多年探索和实践,在国际教育方面,北航形成了被实践证明行之有效的一整套做法,即依托优势工程学科,引入国际接轨的培养机制,依据中国研究生培养要求,面向不同组织需求灵活定制培养;形成“公共基础+专业基础+学科领域”全英文模块化课程体系;立足北航、整合国内外资源建设师资队伍;构建产学研结合的实践基地;推进理论与实践并重的论文研究;强化全过程质量保障,构建信息化管理服务系统。

       联合国附属空间科学与技术亚太区域中心(中国)作为全航天界的区域教育平台,在空间信息技术教育培训的各个环节已经形成了成熟可操作的规范化方案,经扩大条件建设后,可以直接服务于“一带一路”空间信息走廊建设和应用工程中的人才教育培训需求,在技术操作上可行。

       在空间信息技术教育实践示范基地建设方面,承担单位509所已成功研制14种卫星型号,共发射了36颗卫星,掌握了卫星科研生产中关键技术9项(大中型遥感卫星总体技术、卫星有效载荷分系统技术、太阳阵结构与展开机构技术、热控系统技术、卫星测控分系统技术、卫星地面综合测试技术、卫星总体仿真试验技术、微纳卫星总体技术),同时拥有电磁兼容试验技术、可靠性试验技术、真空热试验技术、空间环境模拟试验技术、环境试验技术等28项主体技术。

       通过前期调研,NASA、ESA早已建立了类似的教育实践培训平台,作为我国多型号研制并举的传统卫星总体设计单位、我国气象卫星的摇篮,509所完全有这个技术实力建立空间信息技术教育实践示范基地。

6. 单位基本情况

6.1. 分工与协作

       空间信息技术教育培训平台建设由北京航空航天大学牵头,联合上海卫星工程研究所(简称509所),依托现有的联合国附属空间科学与技术教育亚太区域中心(中国)进行建设,其中上海卫星工程研究所负责空间信息技术教育实践示范基地(上海)的建设。

6.2. 各单位基本情况及优势

       北京航空航天大学(简称北航)成立于1952年,是新中国第一所航空航天高等学府,现隶属于工业和信息化部。学校分为学院路校区和沙河校区,占地3000亩,总建筑面积150余万平方米。自建校以来,北航一直是国家重点建设的高校,是全国第一批16所重点高校之一,也是80年代恢复学位制度后全国第一批设立研究生院的22所高校之一,首批进入“211工程”,2001年进入“985工程”,2013年入选首批“2011计划”国家协同创新中心。现有27个学院,涵盖工、理、管、文、法、经、哲、教育、医和艺术10个学科门类。有8个一级学科国家重点学科(并列全国高校第7名),28个二级学科国家重点学科,9个北京市重点学科,28个国防特色重点学科,排名全国前十名的学科共13个。有59个本科专业,21个博士学位授权一级学科点,38个硕士学位授权一级学科点,17个博士后科研流动站。在职教职工3779人,其中专任教师2164人,教授、副教授1694人,专任教师中具有博士学位比例为79.3%。凝聚了以20位两院院士,20位中组部“千人计划”入选者,23位“973”计划首席科学家,46位“长江学者奖励计划”教授,35位“国家杰出青年科学基金”获得者,3位国家级教学名师等为代表的高层次人才。现有全日制在校生27811人,其中本科生14428人,硕士研究生8700人,博士研究生4015人,在校攻读学位的外国留学生668人。学校面向国际,开放交融。通过实施“国际品牌计划”,构建北航国际交流合作网络和平台,形成全方位、多层次、宽领域对外开放格局,有力提升了学校的国际影响力和竞争力。先后与国外近200所著名高等院校、一流研究机构和知名跨国公司建立了长期稳定的合作关系,创设了“中德软件联合研究所”、“中英空间科学与技术联合实验室”、“中法材料联合实验室”和“法国研究中心”等一批高端国际合作平台。加入了国际宇航联合会、“中欧精英大学联盟”、“中国西班牙大学联盟”、“中俄工科大学联盟”等国际联盟和学术组织。

       依托北京航空航天大学成立的亚太空间合作组织教育培训中国中心和联合国附属空间科学与技术教育亚太区域中心(中国)开展相关的空间技术教育培训,其工作目标是致力于提升空间科学技术在亚太区域的教育水平,增进区域内各国在空间科学技术方面的知识和认知,提升各国在空间科学技术领域的能力和水平,促进各国的社会和经济发展,扩大区域间国际合作。目前,已在遥感与地理信息系统、卫星通信、卫星导航、基础空间科学与技术(微小卫星)等方向招收空间技术应用留学研究生7届10个班,在空间技术减灾应用技能培训方面,提供了系统的教育培训体系,在系统化空间信息理论方法培训基础上,注重实践环节,有效培养了学生利用空间信息技术分析处理问题的应用能力,在空间技术应用方面人才培养方面具备了较为完善的工作机制和条件。2015年4月20-29日,中心以“卫星导航技术及应用”为主题开办了国际航天及卫星应用(IASA)培训班,学员近50人,来自15个国家;2015年9月,中心将举办第一届空间法方向的短训班,以及与联合国灾害管理与应急反应天基信息平台(UN-SPIDER)北京办公室和亚太空间合作组织(APSCO)联合举办第五届国际地震灾害预测与损失评估领域的对地观测技术短训班,在服务于亚太地区成员国在空间技术应用人才需要的同时,还将大大提高其应用空间信息技术进行区域防灾减灾的技术水平。

       上海卫星工程研究所(简称509所)是中国航天科技集团公司第八研究院下属事业单位,地处上海市闵行区,所区占地面积为196416平方米,建筑面积为60997平方米。该所现设有科研部门14个,管理部门8个,从业人员809人,其中博士112名、硕士480名;卫星产品累计荣获国家科学技术进步等各类奖项共计230余项,其中国家奖11项,国防类奖31项,部委奖5项,地方奖62项;自2003年以来,累计申请专利230多件,专利申请年增长率20%,授权专利40多件,专利授权年增长率100%;2009年至今,制定2项国家标准、3项国军标、1项航天行业标准、40项八院标准。该所科研成果已广泛应用于航天产品和高科技领域中,是上海市最早被授予的高新技术企业之一。

       作为多型号研制并举的传统卫星总体设计单位,509所主要从事卫星体系研究、系统分析、总体设计工作,目前主要承担卫星的总体设计、系统仿真及模拟试验、综合测试以及部分分系统的研制。

       作为我国气象卫星的摇篮,509所承担了我国所有气象卫星的研制任务,创立了“风云”卫星品牌,同时也是对地遥感、空间监测、深空探测系列卫星的主要研制基地。