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| 編輯推薦： |
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本书是作者凭借近30年飞行力学相关课题研究经验，对飞行力学课程进行改革的产物，引导学生实现在研究中学习、在学习中研究。特别适用于教师组织实施基于团队的研究型课程教学
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| 內容簡介： |
本书以项目为载体介绍了通过数值仿真实验研究飞行力学相关问题的方法，内容涉及：铅垂面内的无控弹道计算和无控弹道散布研究；铅垂面内弹道设计与成形控制；六自由度无控弹道解算及散布分析；攻角、侧滑角、速度倾斜角导数的计算；垂直发射导弹方案弹道仿真；英美坐标体系下六自由度无控弹道建模与解算；追踪法、平行接近法、比例导引法和三点法导引弹道；导弹纵向动态特性分析；面对称飞行器侧向动态特性分析；质心移动对飞行器飞行稳定性和操纵性的影响；补偿导弹阻尼不足的方法；图像导引头建模与仿真；轴对称导弹倾斜运动的自动稳定；导弹目标攻防对抗建模与仿真；具有终端角约束的滑模导引律；多导弹协同作战鲁棒制导律等。
为了方便读者研习或组织教学，本书对涉及的每一个项目，给出了预期学习成果、实验背景、实验基础、前序实验、相关知识和理论基础、必要的基础数据、具体实验项目内容和结果分析要点，并提供了进一步思考和探索的方向。
本书可以作为高等学校航空航天类专业核心课程飞行力学的配套教材使用，特别适用于教师组织实施基于团队的研究型课程教学，也可供对此感兴趣的读者自主研习。
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| 關於作者： |
林海，男，北京理工大学宇航学院飞行器工程系教授。主要研究领域：飞行力学、飞行器设计与仿真、
图像制导系统技术。
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| 目錄：
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第1章 铅垂面内的无控弹道计算
1.1 预期学习成果
1.2 实验背景
1.3 实验基础
1.3.1 前序实验
1.3.2 相关知识与理论基础
1.3.3 基础数据
1.4 实验项目内容
1.5 实验结果分析
1.6 探索与思考
第2章 铅垂面内的无控弹道散布研究
2.1 预期学习成果
2.2 实验背景
2.3 实验基础
2.3.1 前序实验
2.3.2 相关知识与理论基础
2.3.3 基础数据
2.4 实验项目内容
2.5 实验结果分析
2.6 探索与思考
第3章 铅垂面内弹道设计与成形控制
3.1 预期学习成果
3.2 实验背景
3.3 实验基础
3.3.1 前序实验
3.3.2 相关知识与理论基础
3.3.3 基础数据
3.4 实验项目内容
3.5 实验结果分析
3.6 探索与思考
第4章 六自由度无控弹道解算及散布分析
4.1 预期学习成果
4.2 实验背景
4.3 实验基础
4.3.1 前序实验
4.3.2 相关知识与理论基础
4.3.3 基础数据
4.4 实验项目内容
4.5 实验结果分析
4.6 探索与思考
第5章 攻角、侧滑角、速度倾斜角导数的计算
5.1 预期学习成果
5.2 实验背景
5.3 实验基础
5.3.1 前序实验
5.3.2 相关知识与理论基础
5.3.3 基础数据
5.4 实验项目内容
5.5 实验结果分析
5.6 探索与思考
第6章 垂直发射导弹方案弹道仿真
6.1 预期学习成果
6.2 实验背景
6.3 实验基础
6.3.1 前序实验
6.3.2 相关知识与理论基础
6.3.3 基础数据
6.4 实验项目内容
6.5 实验结果分析
6.5.1 俯仰角、弹道倾角和攻角的变化规律
6.5.2 导弹飞行弹道的分析
6.5.3 四元数与欧拉角的对应关系
6.6 探索与思考
第7章 英美坐标体系下六自由度无控弹道建模与解算
7.1 预期学习成果
7.2 实验背景
7.3 实验基础
7.3.1 前序实验
7.3.2 相关知识与理论基础
7.3.3 基础数据
7.4 实验项目内容
7.5 实验结果分析
7.5.1 导弹的飞行状态对比
7.5.2 模型切换时导弹飞行状态对比
7.6 探索与思考
第8章 追踪法导引弹道
8.1 预期学习成果
8.2 实验背景
8.3 实验基础
8.3.1 前序实验
8.3.2 相关知识与理论基础
8.4 实验项目内容
8.5 实验结果分析
8.6 探索与思考
第9章 平行接近法导引弹道
9.1 预期学习成果
9.2 实验背景
9.3 实验基础
9.3.1 前序实验
9.3.2 相关知识与理论基础
9.4 实验项目内容
9.5 实验结果分析
9.6 探索与思考
第1章 比例导引律导引弹道
1.1 预期学习成果
1.2 实验背景
1.3 实验基础
1.3.1 前序实验
1.3.2 相关知识与理论基础
1.4 实验项目内容
1.5 实验结果分析
1.6 探索与思考
第11章 三点法导引弹道
11.1 预期学习成果
11.2 实验背景
11.3 实验基础
11.3.1 前序实验
11.3.2 相关知识与理论基础
11.3.3 基础数据
11.4 实验项目内容
11.5 实验结果分析
11.6 探索与思考
第12章 导弹纵向动态特性分析
12.1 预期学习成果
12.2 实验背景
12.3 实验基础
12.3.1 前序实验
12.3.2 相关知识与理论基础
12.3.3 基础数据
12.4 实验项目内容
12.5 实验结果分析
12.5.1 动力系数
12.5.2 特征方程根
12.5.3 短周期扰动运动特征方程根
12.5.4 导弹纵向传递函数及关键参数
12.5.5 动力系数a24的影响
12.5.6 舵面阶跃偏转时各偏量的过渡过程求解及分析
12.6 探索与思考
第13章 面对称型飞行器侧向动态特性分析
13.1 预期学习成果
13.2 实验背景
13.3 实验基础
13.3.1 前序实验
13.3.2 相关知识与理论基础
13.3.3 基础数据
13.4 实验项目内容
13.5 实验结果分析
13.5.1 扰动运动
13.5.2 侧向传递函数
13.5.3 自由扰动运动的变化趋势
13.5.4 偏量变化
13.5.5 利用侧向稳定边界图分析侧向运动
13.6 探索与思考
第14章 质心移动对飞行器飞行稳定性和操纵性的影响
14.1 预期学习成果
14.2 实验背景
14.3 实验基础
14.3.1 前序实验
14.3.2 相关知识与理论基础
14.3.3 基础数据
14.4 实验项目内容
14.5 实验结果分析
14.5.1 与质心移动有关系的动力系数
14.5.2 质心移动对导弹传递系数KM和导弹时间常数TM等参数的影响
14.5.3 初始扰动
14.5.4 对阶跃输入z=2的响应
14.6 探索与思考
第15章 补偿导弹阻尼不足的方法
15.1 预期学习成果
15.2 实验背景
15.3 实验基础
15.3.1 前序实验
15.3.2 相关知识与理论基础
15.3.3 基础数据
15.4 实验项目内容
15.5 实验结果分析
15.6 探索与思考
第16章 图像导引头建模与仿真
16.1 预期学习成果
16.2 实验背景
16.3 实验基础
16.3.1 前序实验
16.3.2 相关知识与理论基础
16.3.3 基础数据
16.4 实验项目内容
16.5 实验结果分析
16.6 探索与思考
第17章 轴对称导弹倾斜运动的自动稳定
17.1 预期学习成果
17.2 实验背景
17.3 实验基础
17.3.1 前序实验
17.3.2 相关知识与理论基础
17.3.3 基础数据
17.4 实验项目内容
17.5 实验结果分析
17.6 探索与思考
第18章 导弹目标攻防对抗建模与仿真
18.1 预期学习成果
18.2 实验背景
18.3 实验基础
18.3.1 前序实验
18.3.2 相关知识与理论基础
18.3.3 基础数据
18.4 实验项目内容
18.5 实验结果分析
18.5.1 控制系统
18.5.2 导弹攻击直线运动坦克的搜索情况及攻击情况分析
18.5.3 导弹攻击机动直升机的搜索情况及攻击情况分析
18.6 探索与思考
第19章 一种具有终端角约束的滑模导引律
19.1 预期学习成果
19.2 实验背景
19.3 实验基础
19.3.1 前序实验
19.3.2 相关知识与理论基础
19.3.3 基础数据
19.4 实验项目内容
19.5 实验结果分析
19.6 探索与思考
第20章 多导弹协同作战鲁棒制导律
20.1 预期学习成果
20.2 实验背景
20.3 实验基础
20.3.1 前序实验
20.3.2 相关知识与理论基础
20.3.3 基础数据
20.4 实验项目内容
20.5 实验结果分析
20.6 探索与思考
附录1 无控导弹弹道计算相关数据
附录2 基于四元数的坐标系变换
参考文献
第1章 铅垂面内的无控弹道计算
1.1 预期学习成果
1.2 实验背景
1.3 实验基础
1.3.1 前序实验
1.3.2 相关知识与理论基础
1.3.3 基础数据
1.4 实验项目内容
1.5 实验结果分析
1.6 探索与思考
第2章 铅垂面内的无控弹道散布研究
2.1 预期学习成果
2.2 实验背景
2.3 实验基础
2.3.1 前序实验
2.3.2 相关知识与理论基础
2.3.3 基础数据
2.4 实验项目内容
2.5 实验结果分析
2.6 探索与思考
第3章 铅垂面内弹道设计与成形控制
3.1 预期学习成果
3.2 实验背景
3.3 实验基础
3.3.1 前序实验
3.3.2 相关知识与理论基础
3.3.3 基础数据
3.4 实验项目内容
3.5 实验结果分析
3.6 探索与思考
第4章 六自由度无控弹道解算及散布分析
4.1 预期学习成果
4.2 实验背景
4.3 实验基础
4.3.1 前序实验
4.3.2 相关知识与理论基础
4.3.3 基础数据
4.4 实验项目内容
4.5 实验结果分析
4.6 探索与思考
第5章 攻角、侧滑角、速度倾斜角导数的计算
5.1 预期学习成果
5.2 实验背景
5.3 实验基础
5.3.1 前序实验
5.3.2 相关知识与理论基础
5.3.3 基础数据
5.4 实验项目内容
5.5 实验结果分析
5.6 探索与思考
第6章 垂直发射导弹方案弹道仿真
6.1 预期学习成果
6.2 实验背景
6.3 实验基础
6.3.1 前序实验
6.3.2 相关知识与理论基础
6.3.3 基础数据
6.4 实验项目内容
6.5 实验结果分析
6.5.1 俯仰角、弹道倾角和攻角的变化规律
6.5.2 导弹飞行弹道的分析
6.5.3 四元数与欧拉角的对应关系
6.6 探索与思考
第7章 英美坐标体系下六自由度无控弹道建模与解算
7.1 预期学习成果
7.2 实验背景
7.3 实验基础
7.3.1 前序实验
7.3.2 相关知识与理论基础
7.3.3 基础数据
7.4 实验项目内容
7.5 实验结果分析
7.5.1 导弹的飞行状态对比
7.5.2 模型切换时导弹飞行状态对比
7.6 探索与思考
第8章 追踪法导引弹道
8.1 预期学习成果
8.2 实验背景
8.3 实验基础
8.3.1 前序实验
8.3.2 相关知识与理论基础
8.4 实验项目内容
8.5 实验结果分析
8.6 探索与思考
第9章 平行接近法导引弹道
9.1 预期学习成果
9.2 实验背景
9.3 实验基础
9.3.1 前序实验
9.3.2 相关知识与理论基础
9.4 实验项目内容
9.5 实验结果分析
9.6 探索与思考
第1章 比例导引律导引弹道
1.1 预期学习成果
1.2 实验背景
1.3 实验基础
1.3.1 前序实验
1.3.2 相关知识与理论基础
1.4 实验项目内容
1.5 实验结果分析
1.6 探索与思考
第11章 三点法导引弹道
11.1 预期学习成果
11.2 实验背景
11.3 实验基础
11.3.1 前序实验
11.3.2 相关知识与理论基础
11.3.3 基础数据
11.4 实验项目内容
11.5 实验结果分析
11.6 探索与思考
第12章 导弹纵向动态特性分析
12.1 预期学习成果
12.2 实验背景
12.3 实验基础
12.3.1 前序实验
12.3.2 相关知识与理论基础
12.3.3 基础数据
12.4 实验项目内容
12.5 实验结果分析
12.5.1 动力系数
12.5.2 特征方程根
12.5.3 短周期扰动运动特征方程根
12.5.4 导弹纵向传递函数及关键参数
12.5.5 动力系数a24的影响
12.5.6 舵面阶跃偏转时各偏量的过渡过程求解及分析
12.6 探索与思考
第13章 面对称型飞行器侧向动态特性分析
13.1 预期学习成果
13.2 实验背景
13.3 实验基础
13.3.1 前序实验
13.3.2 相关知识与理论基础
13.3.3 基础数据
13.4 实验项目内容
13.5 实验结果分析
13.5.1 扰动运动
13.5.2 侧向传递函数
13.5.3 自由扰动运动的变化趋势
13.5.4 偏量变化
13.5.5 利用侧向稳定边界图分析侧向运动
13.6 探索与思考
第14章 质心移动对飞行器飞行稳定性和操纵性的影响
14.1 预期学习成果
14.2 实验背景
14.3 实验基础
14.3.1 前序实验
14.3.2 相关知识与理论基础
14.3.3 基础数据
14.4 实验项目内容
14.5 实验结果分析
14.5.1 与质心移动有关系的动力系数
14.5.2 质心移动对导弹传递系数KM和导弹时间常数TM等参数的影响
14.5.3 初始扰动
14.5.4 对阶跃输入z=2的响应
14.6 探索与思考
第15章 补偿导弹阻尼不足的方法
15.1 预期学习成果
15.2 实验背景
15.3 实验基础
15.3.1 前序实验
15.3.2 相关知识与理论基础
15.3.3 基础数据
15.4 实验项目内容
15.5 实验结果分析
15.6 探索与思考
第16章 图像导引头建模与仿真
16.1 预期学习成果
16.2 实验背景
16.3 实验基础
16.3.1 前序实验
16.3.2 相关知识与理论基础
16.3.3 基础数据
16.4 实验项目内容
16.5 实验结果分析
16.6 探索与思考
第17章 轴对称导弹倾斜运动的自动稳定
17.1 预期学习成果
17.2 实验背景
17.3 实验基础
17.3.1 前序实验
17.3.2 相关知识与理论基础
17.3.3 基础数据
17.4 实验项目内容
17.5 实验结果分析
17.6 探索与思考
第18章 导弹目标攻防对抗建模与仿真
18.1 预期学习成果
18.2 实验背景
18.3 实验基础
18.3.1 前序实验
18.3.2 相关知识与理论基础
18.3.3 基础数据
18.4 实验项目内容
18.5 实验结果分析
18.5.1 控制系统
18.5.2 导弹攻击直线运动坦克的搜索情况及攻击情况分析
18.5.3 导弹攻击机动直升机的搜索情况及攻击情况分析
18.6 探索与思考
第19章 一种具有终端角约束的滑模导引律
19.1 预期学习成果
19.2 实验背景
19.3 实验基础
19.3.1 前序实验
19.3.2 相关知识与理论基础
19.3.3 基础数据
19.4 实验项目内容
19.5 实验结果分析
19.6 探索与思考
第20章 多导弹协同作战鲁棒制导律
20.1 预期学习成果
20.2 实验背景
20.3 实验基础
20.3.1 前序实验
20.3.2 相关知识与理论基础
20.3.3 基础数据
20.4 实验项目内容
20.5 实验结果分析
20.6 探索与思考
附录1 无控导弹弹道计算相关数据
附录2 基于四元数的坐标系变换
参考文献
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飞行力学是研究飞行器运动规律的一门学科，是研究和设计飞行器的理论基础。因此，飞行力学是飞行器设计与工程专业的必修课，也是一门非常重要的专业基础课。该课程集中运用了飞行器概论、自动控制原理、空气动力学、工程力学等航空航天类课程和其他先修课程知识，信息量大，涉及面广，公式多而复杂。其主要包括三个部分：（1）飞行器系统数学建模与仿真；（2）飞行弹道与导引规律；（3）飞行器动态特性研究。
飞行力学课程的教学目标分为三个层次：1掌握飞行力学的基本原理、概念和方法；2应用飞行力学基本原理、概念和方法解决飞行力学问题的必要技能；3应用相关知识、原理和方法进行飞行器系统分析与设计的能力。
目前，大多数学校的飞行力学课程都基本使用大致固定的教材，围绕上述三部分内容，采用讲授为主，结合1~2个实验，再加上少量习题训练这种比较传统的模式。在这种模式中，课程内容和教学过程以知识传授为主，实验的综合性、设计性不够，特别是学生针对特定的飞行力学问题自主设计实验进行研究的训练更加不够，因此很难达到第（2）层次教学目标，更不用说第（3）层次了。
至于对学习效果的考核评价，一般都采用平时成绩 期末考试的办法。但所谓的平时成绩，通常是以作业甚至考勤来评判，最多加上一两次实验报告；而所谓的期末考试，仍然离不开传统的试卷模式。以至于平时所考流于形式，期末所考限于传统。用这种考核评价模式对教学目标是否达成进行检验，通常也只能停留在第（1）个层次。这样一来，即使是对基本原理、概念和方法的掌握，也容易仅仅停留于表面。多年的教学实践已经证明，学生一旦通过考试，那些突击学到的知识很快就被忘得干干净净。
因此，有必要对飞行力学课程的教学内容、教学模式和考核评价方法进行改革，使学生通过在研究中学习、在学习中研究的教学过程，获得更有实际意义的预期学习成果。
我从事飞行力学相关课题研究将近30年，主讲飞行力学相关课程也有20多年。从2000年起，结合科研成果，我在近代飞行力学和飞行力学设计等研究生课程中试行采用基于团队项目研究的课程教学改革，将课程内容通过一系列相关项目和案例来展开，实施教研结合的教学方式，致力将教学过程转变为在研究中学习、在学习中研究的过程。同时，我彻底改变考核评价模式，取消期末考试，根据学生在整个课程学习过程中的表现来评定其成绩学生在项目设计、问题研讨、报告答辩等过程中的表现，以及研究报告、数学模型、仿真软件等文档整理撰写质量，都是考核评价的观察点。经过十多年的课程改革实践，这种教学模式被证明是行之有效的。它取材于最新科研成果的项目和案例，以及基于团队项目研究的课程教学效果，受到了研究生及其导师的一致好评。
2012年，我开始思考这种教学模式是否可以用于和怎样用于本科层次的飞行力学课程。我将以往的本科飞行力学课程的教学经验和教训进行了总结和分析，归纳了以下三个主要问题：
（1）教学内容和教学过程按传统的教科书形式展开，教学模式过于传统，与工程实际联系不密切，不利于调动、激发学生的积极性和主动性。学生基本上只能被动地参与教学，对相关问题的思考在深度上和广度上都很不够，运用所学知识解决实际工程问题的能力训练严重不足。
（2）与课程配套的作业基本上只起到让学生复习各个分散的知识点、基本原理和概念等的作用，仅有的少量实验缺少综合性和设计性，加上考核评价体系与教学目标不匹配，难以引导学生实现在研究中学习、在学习中研究，也不利于培养学生自行设计实验来研究飞行器设计相关问题的能力。
（3）飞行器设计与工程专业的学生应着重培养分析、研究和设计复杂动力学系统的能力，但传统的课程教学内容、教学模式和考评方法容易使学生重成绩、轻过程重知识、轻能力重细节、轻系统重学习、轻研究重个体、轻团队，显然不适应飞行器设计相关
领域对人才素质和能力的要求。
为此，我开始着手对飞行力学课程进行改革，主要的变化体现在：
（1）将课程内容、教学过程项目化。针对各章内容，从最新的科研成果中组织提炼相关的项目和案例作为载体，组织开展相关内容的教学，以项目研究引导和推动学生对相关章节内容进行主动学习，变被动为主动，促进学生在联系工程实际进行深入思考的基础上，分析和解决相应问题。
（2）围绕课程内容，将习题、作业和配套实验融入项目研究。采取研究报告、软件开发、仿真实验、答辩研讨等多种形式，使学生通过亲自参与综合性、设计性强的项目研究，实现在研究中学习、在学习中研究，培养学生从系统的观点去分析和研究问题的习惯。
（3）实施基于团队项目的教学内容、教学过程、教学模式和考评方法的改革。学生按四人一组组成固定团队，以轮值的方式在项目组中担任不同的角色，完成不同的研究任务。学生的学习和研究以及教师对学生的考核评价贯穿每个项目和整个课程，确保学生的综合素质和能力得以提高。
（4）飞行力学的很多问题，最好是通过理论和实验相结合的方法进行研究。但是，涉及导弹与目标相对运动有关的实体飞行试验和实验，不大可能经济而方便地在学校开展。因此，在组织教学项目和案例时，有关的实验全部都是在计算机上进行的数值仿真实验。这样做的好处还在于，课程的有关资源可以不受限制地向感兴趣的学习者开放，不必虑及他们因缺少实体飞行试验和实验条件而无法学习。
本书收录了我自2013年第一次试行这样的课程改革以来，逐渐累积的一些深浅程度不同的教学项目。每一章以一个项目引出若干问题，引导学生在完成项目和拓展研究的过程中深入理解飞行力学的基本原理、概念和方法。第1~5章、第8~14章由我编写，其他章节由王晓芳编写。这些项目覆盖了本科飞行力学课程的大部分内容，涉及：弹道建模、设计、解算与成形控制；导引弹道的运动学分析与制导律设计；飞行器的稳定性和操纵性分析；图像导引头建模与仿真；导弹目标攻防对抗建模与仿真；等等。部分项目也适用于一年级研究生，供他们进行初级的项目研究训练。
作为本科层次的飞行力学课程的配套教材，本书特别适用于教师开展基于团队项目的研究型教学。我比较推荐的办法是：将学生按每四人一组分为若干课题组，采用成员固定和组长轮值制，以课题组为单位进行分析研究。以48学时为例，每6个学时完成一个项目，共8个案例。在这8个案例的研究过程中，课题组每个成员至少担任2次课题组长。6个学时分为3次课，具体安排为：在第一次课，介绍背景情况和相关知识，每三人一组研讨解决方案；在第二次课，组内深入研讨，教师答疑并根据答疑情况补充讲授相关知识；在第三次课，由课题组长在全班进行报告，组织研讨交流，教师进行点评和总结。通过以不同角色（课题组长、成员、答辩者、评审者等）亲自参与项目分析、设计和评价，学生在掌握飞行力学基本原理、概念、方法的基础上，发现、分析、沟通、表达、批判、协作和领导等多种能力都能得到较好的锻炼。
对学生学习成果的考核评价，宜采用研究过程与研究结果相结合、学生自评和教师评价相结合、个人贡献与团队成绩相结合的模式，使考核评价贯穿每个项目的全过程和课程教学的全过程，而不是在课程结束时通过一张试卷来进行考评。
OBE（Outcome Based Education）是世界一流大学普遍利用的教育模式，它在提高教育质量和课程评价方面的有效性已被许多世界一流大学经过长期实践而证明。同时，它也被华盛顿协议全面接受，并将其作为成员国和地区之间进行实质等效互认的重要基础。按照OBE的理念和华盛顿协议下的国际实质等效认证要求，教与学双方在一开始就必须非常清楚地了解课程的ILOS（Intended
Learning Outcomes，即预期学习成果），以便在教学的设计、实施、考评和改进四个方面都能根据学生的需求和ILOS 的达成来进行。
为便于教师更好地利用本书来组织符合OBE理念的教学，本书在每一个项目的一开始就给出了若干可能的ILOS。但这并不意味着通过这一项目的研习，就一定能达成这些ILOS。比较客观的看法是，这些项目应该对这些ILOS的达成有所帮助而已。作为飞行力学课程的配套教材，还需要教师的精心组织并与学生一起投入大量的精力进行研习，学生才有可能在教师的帮助下，借助其中的项目达成课程的ILOS。
根据6年来的教学实践经验，如果使用5~6个左右项目为载体，基本可以承载一般飞行力学课程（48学时）所包含的内容。学生按四人一组以团队形式完成研习，师生双方的工作量大约都是传统对应课程的4~5倍，甚至更多。但从教学实效看，学生对相关内容理解的深度以及各项ILOS的达成方面，与传统课程教学相比，确有大幅提高。
如果爱好者进行自主研习，亦可在完成项目研习之后，对ILOS的达成情况进行自我评价。
在本书的完成过程中，张艺伟、柴劲、贺敏、胡邦亚、李东旭、杜宗霖、肖念远等研究生做了大量的文字校正和修订工作，在此表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，欢迎读者批评指正。
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