姜曉蓮,蔡忠春,董彥斌
(空軍航空大學,吉林長春130022)
航空發(fā)動機構(gòu)造,是航空工程技術(shù)應用型人才應具備的基本知識,是飛行器動力工程專業(yè)必修的專業(yè)課。實踐性是本課程最顯著的特點。本課程研究的是實際發(fā)動機的結(jié)構(gòu),教材上幾乎沒有數(shù)學公式,全部是文字敘述和圖表,從表面上看,內(nèi)容簡單、易懂,理論性不強。但實際的航空發(fā)動機結(jié)構(gòu),是一個容納多學科的、相互滲透的、具體的統(tǒng)一體,一個發(fā)動機具體結(jié)構(gòu)的誕生是多學科綜合的結(jié)果。
即使一個簡單的葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計,都涉及到工程熱力學、葉片機原理、氣體動力學、傳熱學、彈性力學、疲勞與斷裂力學、有限元分析方法、機械振動理論、材料學以及加工工藝等等。因此要學員自己分析,則往往無從下手,特別是碰到實際的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計更是束手無策。為培養(yǎng)學員綜合分析問題的能力,為后續(xù)維護課的學習及今后改裝其他機種打下堅實的基礎(chǔ),為了提高教學效率、獲得滿意的教學效果,在教學中采取了以下教學方法:
采用實物教學法,就是將抽象理論教學變?yōu)榭吹靡?、摸得著的簡單的實物教學。在航空發(fā)動機構(gòu)造專業(yè)課的教學過程中,實物教學法是一種高效、快捷、直觀的教學法??梢允箤W員從感性認識入手,逐步提高學員的理性認識,從而使學員盡快掌握教學內(nèi)容,樹立自信,培養(yǎng)興趣。
比如在進行發(fā)動機的附件五、八級放氣活門結(jié)構(gòu)和工作原理的教學時,采用邊演示邊講解的方法。對照結(jié)構(gòu)圖一邊分解一邊講解,使學員通過實物直接感悟,仔細體味,加深了印象。
這時,教員可以因勢利導地歸納出“放氣活門在起動時,在彈簧力的作用下是打開的,當轉(zhuǎn)速達到關(guān)閉轉(zhuǎn)速時,在十級壓縮氣體的作用下關(guān)閉”這一知識重點,獲得很好的教學效果,并為今后更好地理解高壓燃油泵控制五、八級放氣活門的打開和關(guān)閉打下良好基礎(chǔ)。
另一方面,學員也可以進行現(xiàn)場操作,親自動手,通過看一看、摸一摸、擰一擰、轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),反復實踐,加深了學習的刺激程度,便于強化學生的記憶力,加深對所學知識的理解和記憶。
討論式教學法,是在教員指導下,由全班或小組成員圍繞某一中心問題發(fā)表自己的看法,從而進行相互學習的一種方法。高等學校以培養(yǎng)高層次應用型人才為目標,不僅要求學員掌握專業(yè)理論知識,更要著眼于認識問題和解決問題能力的養(yǎng)成。在高等學校的專業(yè)課教學中,由于學員已經(jīng)具備了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識、一定的理解能力和獨立思考能力,采用討論式教學的方法,具有相應的前提條件,并能夠取得較好的效果。
比如課堂教學主要講授結(jié)構(gòu)的理論與方法,重點闡述結(jié)構(gòu)的普遍性、規(guī)律性,對具體的結(jié)構(gòu)只能作宏觀的介紹,對于一些“不起眼”的結(jié)構(gòu),如壓氣機轉(zhuǎn)子上小孔位置與分布、燃燒室冷卻孔的大小與位置等等,一般不做細致的闡述。然而這些細致的結(jié)構(gòu),卻往往是發(fā)動機正常工作所必需的。首先讓學生仔細觀察,然后針對這些微小的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出問題,并開展討論,或者作為課后的作業(yè)題,從而讓學生知道發(fā)動機結(jié)構(gòu)的設(shè)計,應一絲不茍,以培養(yǎng)學生結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮問題周到、細致的能力。
在教學過程中,學員是具有很強潛在能動性的主體。要想充分調(diào)動起學員的學習積極性和能動性,關(guān)鍵在于教員采取的授課方法是否得當。
當今的學員喜好計算機,而且有較多的計算機方面的知識,習慣于“模塊”這個概念。因而在講授這門課的時候,應充分滿足學員的心理,采用模塊式教學方法,定將事半功倍。
所謂模塊式的教學方法,就是將教學內(nèi)容分成幾個獨立的模塊進行講授。首先,利用各個模塊的相關(guān)性,找到相互間的控制關(guān)系;然后,通過對各個模塊的具體研究,分析出它們各自的工作原理;最后,再利用各模塊之間的相關(guān)性,將它們串聯(lián)在一起,形成整個系統(tǒng)的工作原理,讓學員學到系統(tǒng)的知識,而不是支離破碎的。
發(fā)動機構(gòu)造課中,有一部分特殊的內(nèi)容是其中的控制系統(tǒng),在以往發(fā)動機構(gòu)造課的學習中,學員反映最難掌握的就是控制系統(tǒng)部分,而外場工作中需要調(diào)整的“點”,又大多數(shù)出自于控制系統(tǒng)部分,所以控制系統(tǒng)本身,就是發(fā)動機構(gòu)造課學習的重點。
重點加難點,決定了學員對控制系統(tǒng)部分內(nèi)容掌握的好壞,直接影響著構(gòu)造課教學的成敗。運用模塊式教學法,講授發(fā)動機構(gòu)造中的控制系統(tǒng)時,重點強調(diào)的是突出工作原理,以原理帶動構(gòu)造的學習。在研究各個模塊具體工作原理時,必然要涉及到構(gòu)造方面的內(nèi)容,因為結(jié)構(gòu)上的設(shè)計都是為最終實現(xiàn)控制目的服務(wù)的,原理掌握好了,構(gòu)造也就清楚了。例如“螺旋槳與調(diào)速器系統(tǒng)”一章,講授過程如下:
第一步——對整個系統(tǒng)進行初步研究,分析出它是一個典型的閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),通過對螺旋槳和調(diào)速器的研究,找到它們相互間的控制關(guān)系,畫出系統(tǒng)的控制模塊圖,如圖1所示。
圖1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)模塊圖
第二步——分析各組成部分的具體工作原理,畫出控制模塊圖(圖2)。
圖2 各組成部分的控制模塊圖
第三步——將各組成部分的相關(guān)模塊圖,嵌入到總系統(tǒng)的模塊圖中(圖3),于是得到整個系統(tǒng)的工作原理。
圖3 總系統(tǒng)的模塊圖
每一個控制系統(tǒng)學習完畢,烙在學員頭腦中的是相關(guān)模塊的控制圖,他們在回想這些模塊圖中的各模塊的功用、工作原理時,很自然就會聯(lián)想起它們的構(gòu)造,這樣就抓住掌握知識的要點。
由于課程的“實踐性”特點,從表面上看很直觀、易于理解,理論性不強,教材上的敘述大多都能看懂。航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化,零部件繁多。一臺實際的發(fā)動機結(jié)構(gòu)如何設(shè)計、應該由哪些零件組成、各零件之間的聯(lián)系如何等等,這些問題學員往往感到難以掌握。
面對實際的航空發(fā)動機結(jié)構(gòu),讓他們自己去進行結(jié)構(gòu)分析也無從下手,這樣采用啟發(fā)式教學,培養(yǎng)學生結(jié)構(gòu)分析能力和結(jié)構(gòu)構(gòu)思能力顯得非常重要。
比如:滑油系統(tǒng)的組成這一部分,教材與參考書上,均直接給出系統(tǒng)圖,然后介紹各部分的作用,如果按照此編排,學員往往陷入死記硬背的地步,不能靈活地分析。
針對這一情況,講解時讓學員自己參與系統(tǒng)“設(shè)計”。即針對發(fā)動機工作特點,首先讓學員分析如果滑油系統(tǒng)僅僅由黑板上畫出的現(xiàn)有零件組成(第一步只給出發(fā)動機軸承和進油泵兩個零件),其工作時會產(chǎn)生什么問題,然后讓學員自己思考,應該加上什么零件。這樣一步一步,最終得出組成一個完整的滑油系統(tǒng)所必需的基本部件。實際也就完成了一個系統(tǒng)的原始方案設(shè)計。學員通過自己“設(shè)計”,有了深的體會,然后再去看書,會發(fā)現(xiàn)所有發(fā)動機的滑油系統(tǒng)的組成均類似。
此外,由于航空發(fā)動機構(gòu)造課程的特殊性,課程的教材和參考書很少,且教材均編于上世紀80年代末期,所涉及的結(jié)構(gòu)基本上是上世紀80年代之前的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),當然其基本原理仍然適用,結(jié)構(gòu)形式與當前的絕大多數(shù)發(fā)動機類似。
但是在上世紀90年代以后,世界上先進的航空發(fā)動機廣泛采用金屬復合材料、單晶葉片、粉末高溫合金等先進材料,以及焊接整體轉(zhuǎn)子等先進工藝,其結(jié)構(gòu)形式與以前的大不一樣,而我國也在這些方面積極開展預研工作,因此在講課中適當補充這些內(nèi)容,以便學員參加工作后能夠較迅速地投入這些方面的研究工作。
總之,教學實踐活動蘊藏著豐富的內(nèi)涵,只有不斷地探索才能有所收獲;優(yōu)良的教學效果是教學工作所追求的目標,改進教學方法則是永遠的課題。
在發(fā)動機構(gòu)造專業(yè)課教學中,始終貫徹培養(yǎng)學生綜合分析問題能力的宗旨,采用適應課程特點的教學方法,可以集思廣益,相互啟發(fā),加深理解,提高認識,激發(fā)學習熱情,從而極大地提高課堂教學效果。
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