廖英可，許本勝，王 廣

（桂林航天工業(yè)學院航空宇航學院 廣西 桂林 541004）

“航空材料概論”包含航空材料學的基礎內容，如金屬材料、復合材料、航空發(fā)動機用高低溫材料等，是航空材料學研究領域重要的基礎課程，也是材料學相關專業(yè)和航空發(fā)動機設計相關專業(yè)的必修課程，對學生后續(xù)學習專業(yè)課、掌握本領域專業(yè)知識起著非常重要的作用。通過對材料的深入研究，可以不斷提高已知型號材料的性能，也可以開發(fā)利用新型材料，顯著提升航空航天飛行器的性能和可靠性，延長設備的使用壽命，降低維護和維修成本。

習近平總書記在黨的二十大報告中對科教興國戰(zhàn)略作出全面部署，要求“堅持為黨育人、為國育才，全面提高人才培養(yǎng)質量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才”，強調“要努力構建德智體美勞全面培養(yǎng)的教育體系，形成更高水平的人才培養(yǎng)體系。要把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環(huán)節(jié)”[1]。這就意味著必須從最基層的導論課、概論課開始，由下而上，對整個學科建設體系的各個科目都進行一定程度的改進，把黨的指導思想融入授課過程的方方面面，培養(yǎng)學生的使命感和創(chuàng)新能力。一方面，需要根據(jù)人才培養(yǎng)目標和課程教學目標，有針對性地切入課程思政點，提升學生的思想道德水平、科學素養(yǎng)、文化修養(yǎng)，厚植愛國主義精神。一方面，一個知識點可以利用不同的素材和觀點，引伸出多個課程思政點，引領正確的世界觀、人生觀、價值觀，讓學生的綜合素質得到提升[2-3]。另一方面，需要與時俱進，對傳統(tǒng)的教學模式進行改進，提高課堂的趣味性和啟發(fā)性，使學生學有所得，學有所悟，學有所為。

在課程思政的融入方面，已經有許多學者進行了大量的探索和研究，在緒論章節(jié)、鈦合金章節(jié)、高溫合金章節(jié)和復合材料章節(jié)融入了思政教學設計，并提出了相應的課程思政建設原則[4-5]，成果較為豐富。因此，本文主要從課堂教學模式的角度，對“航空材料概論”課程進行教學改革研究，探索新興技術對傳統(tǒng)工科課程帶來的機遇與挑戰(zhàn)。

1 傳統(tǒng)教學模式

傳統(tǒng)的“航空材料概論”課程教學模式主要包括教師講授、學生聽課、考試評估等環(huán)節(jié)。教師在課堂上向學生傳授相關的理論知識，學生通過課前預習、課上聽講、課后復習等方式掌握這些知識。這種模式可以有效地傳授專業(yè)知識和技能，讓學生打下堅實的理論基礎，但通常缺乏啟發(fā)性，無法很好地提升學生的創(chuàng)新能力。過于單一的評估方式也無法考查學生的綜合素質和能力，學生往往會忽略中間過程的重要性，只在考前進行突擊，使得知識掌握不夠牢固。同時，隨著時代的發(fā)展，學生群體也有兩個重要的變化：

第一，智能電子設備大范圍普及帶來的外部影響?，F(xiàn)在學生基本上人人都有電腦、手機等電子設備，屬于數(shù)字原生代，輕易就能接觸到各式各樣的短視頻，五花八門的游戲，種類繁多的網絡小說等。大量這類具有趣味性以及一定成癮性的內容勢必會分散學生學習的注意力，并降低他們對枯燥的理論知識的學習積極性。

第二，時代變化給學生思想帶來的內部影響。當代的“00 后”大學生大多數(shù)來自獨生子女家庭，父母格外注重他們的教育問題，著重培養(yǎng)其獨立思考的能力。學生對教育的期望偏向于個人興趣和發(fā)展，追求個性化的學習體驗，希望成為教學活動的參與者和設計者，發(fā)揮自己的主動性和創(chuàng)造力。

因此，教學模式也應當與時俱進，跟學生有更多的互動環(huán)節(jié)，充分調動學生的積極性和創(chuàng)造性，為學生提供更加有針對性和有效的教育體驗。這不僅有助于提高他們對理論知識的理解程度，也對學生的學習思維進行了培養(yǎng)，有效地提升了人才培養(yǎng)質量。

2 教學改進

2.1 復合材料章節(jié)的教學改進

復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過一定的工藝手段進行組合而制得的一種材料。其具有單一材料所不具備的各種特性，可以廣泛應用在航空航天、汽車、建筑等領域，不僅受到科研工作者的追捧，在國家層面上也備受重視。美國、日本和歐洲的發(fā)達國家在復合材料領域具有較高的研究實力和應用水平，在設計、工藝、測試方法等方面都取得了重要的研究成果，碳纖維增強材料IM7、AS4 等已經被廣泛用于A380、B787 和汽車車身等的制造過程中。國內復合材料的研究也有近40 年的歷史，通過改進加工工藝、優(yōu)化材料配比等手段，也取得了一系列重要成果，應用范圍覆蓋了軍事用途和民事用途[6]。

復合材料種類、特性繁多，制造工藝極具特色，為了讓學生有更加深入的認知和了解，僅通過課堂講授的方式顯然是不夠的。為此，可以在日常教學中增加一道特殊的環(huán)節(jié)——“對話人工智能”。在對話人工智能的環(huán)節(jié)中，教師可以引導學生提出問題，例如關于某種復合材料的性能特點、制備方法、應用領域等方面的問題。然后，通過人工智能進行搜索，并將搜索結果呈現(xiàn)給學生。學生可以通過對搜索結果的分析和討論，進一步理解和掌握復合材料的相關知識。此外，在對話人工智能的過程中，教師還可以通過提供一些實例和案例，讓學生進行思考和解決問題。例如，可以給學生提供某個具體的復合材料實際應用案例，讓他們思考該復合材料選擇的原因、制備工藝等方面的問題。通過這樣的實例引導，學生可以將理論知識與實際問題相結合，培養(yǎng)他們的應用能力和創(chuàng)新思維。在對話過程中，教師還可以提醒學生注意人工智能搜索結果的可信度和準確性。雖然人工智能可以提供大量的信息，但并不是所有信息都是準確和可靠的。因此，學生需要具備批判性思維和判斷能力，對搜索結果進行篩選和分析。對話人工智能環(huán)節(jié)的引入，不僅可以增加學生參與課堂的積極性和主動性，還可以培養(yǎng)學生的信息檢索和處理能力。通過與人工智能的交互，學生可以更加深入地了解和掌握復合材料的知識，充分調動學生思考的積極性和主動性，使學生在這個過程中獲得課堂參與感和成就感，加深他們對知識點的認同和理解。

2.2 鋁合金章節(jié)的教學改進

鋁合金是在純鋁中添加其他合金元素，如鎂、鋅、銅、硅、鈧、鋰等來改善其性能和組織的合金材料，具有輕量化、高強度、耐腐蝕等優(yōu)點，在航空航天、汽車制造、建筑等領域具有重要的意義和廣泛的應用[7]。例如，利用鋁合金密度重較低的特點，可以降低大型設備（如飛機、汽車）的整體質量，提高燃油效率，減少碳排放，從而實現(xiàn)能源節(jié)約和環(huán)境保護的目標；利用鋁合金強度和剛性較高的特點，可以制造小型電子設備的外殼等。美國的波音公司、歐洲的空客公司等航空巨頭都在積極利用鋁合金制造更加輕量化和高強度的航空器件，國內的航空工業(yè)集團公司、中國航天科技集團公司等企業(yè)也在航空航天領域積極研發(fā)鋁合金應用技術，將其應用于飛機結構、航天器等領域。

鋁合金作為一種重要的材料，研究歷史較長、種類較多，學生對鋁合金相關知識的掌握程度一般較差。同時，受限于篇幅，課本上也無法對每個牌號的鋁合金都進行深入的介紹，只能較為籠統(tǒng)地談談它們的共性、特異點等，知識點的覆蓋不能做到十分全面。因此，可以利用人工智能搜索，通過布置分組式課外作業(yè)的形式，讓學生自由地選擇某個感興趣的鋁合金進行深入學習和展示，以激發(fā)學生的學習熱情，提升其對知識的掌握能力。人工智能可以較好地解決這一過程中，學生知識儲備不足、查閱資料能力不夠的缺點，并增加一定的趣味性，讓學生從被動接受作業(yè)，變成主動完成作業(yè)，進而提升教學效果。

2.3 鈦合金章節(jié)的教學改進

鈦合金是一種由鈦和其他金屬元素合金化而成的材料，具有優(yōu)異的比強度、比剛度、低密度、耐腐蝕性和生物相容性，除了被廣泛應用于航空航天、汽車等工業(yè)領域之外，也常被用來制作醫(yī)療器械。使用鈦合金可以降低設備的自重，實現(xiàn)結構的輕量化設計，提高載荷能力和效率，并提升設備的使用壽命。因此，鈦合金在大型航空航天產品（例如軍用飛機、衛(wèi)星等）中的用量上逐年遞增。鈦合金在F35 中的用量占飛機總重的27%，在空客A380 上的用量為10%，在國產大飛機C919 上的用量也達到了9.3%。龐大的市場和需求對鈦合金的發(fā)展起著強大的推動作用，國內外的研究機構和企業(yè)都在大力推進鈦合金材料的創(chuàng)新與應用，在合金設計、制備工藝、表面改性等方面不斷優(yōu)化，以獲得更高的力學性能、耐腐蝕性能等，滿足不同領域的需求。

相較于復合材料和鋁合金材料，鈦合金根據(jù)退火組織的不同分為三大類，研究內容更加集中，學生的接受程度也要更高。通過課前預習、課堂講授和課后復習，學生基本上可以掌握書中的相關知識，但他們的創(chuàng)新思維和邏輯思維卻不能得到很好的鍛煉。為了提升學生的學習思維和教學體驗，可以依托于人工智能搜索，給學生布置一份特殊的調研任務，即“未來的鈦合金發(fā)展調研”。人工智能因為其獨特的成長性，可以通過不同的訓練條件得到不一樣的結果。因此，每位學生都可以根據(jù)自己的想法和偏好，在人工智能的預測下獲得不同的結果，大大增加了學習過程中的趣味性，也讓學生的創(chuàng)造思維得到了發(fā)展。同時，為了使預測結果在一定的合理范圍內，還可以將訓練條件限定在已知的知識點之內，讓學生對該知識點的理解更進一步，從而提升人才培養(yǎng)質量。

2.4 航空發(fā)動機材料章節(jié)的教學改進

航空發(fā)動機材料主要包含用于燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪的高溫材料和用于進氣口、壓氣機等位置的低溫材料。作為支撐整個發(fā)動機運行和提供可靠保障的基礎，航空發(fā)動機材料在發(fā)動機的發(fā)展歷史上一直扮演著至關重要的角色，是發(fā)動機性能提升的關鍵點。航空發(fā)動機材料的研究和應用對于提高發(fā)動機的性能、延長使用壽命、降低能耗和減少污染排放具有重要意義。國外大型的研究機構和企業(yè)，例如普惠公司、通用電氣公司、羅爾斯-羅伊斯公司等，在高溫合金、陶瓷基復合材料等高溫材料的研究上成果顯著，已廣泛應用于A380、B787 max 等機型。國內的中國航發(fā)集團、北航、西工大等科研院所和高校也在航空發(fā)動機材料的研究上取得了一些成果，并加強了航空發(fā)動機材料相關的科研合作和國際交流，積極參與到國際航空發(fā)動機材料的研究和開發(fā)中。

航空發(fā)動機材料章節(jié)內容較多，知識面廣，與航空領域的關聯(lián)性很強，在航空材料概論整個的課程體系中有著重要的地位。同時，正因為其與專業(yè)性的內容牽連較多，學生的接受程度也會有所下降，需要通過一定的方式來激發(fā)他們的學習積極性。傳統(tǒng)的解決方式之一是通過課堂上播放相關的科普視頻或者紀錄片，以提高學生的興趣和關注度。這種方式的優(yōu)點是行之有效，可以讓學生對視頻里邊的相關材料有一定的了解，但對于視頻沒有提到的材料，學生往往會無意識地忽略，使得了解和掌握的知識點不夠全面。另一種比較有效的手段是布置分組式課外作業(yè)，讓學生以小組為單位對某一材料進行研究，互相協(xié)作，集思廣益，從而對該材料有深刻和全面的認識。在人工智能飛速發(fā)展的現(xiàn)代，教學方式也可以在原有的基礎上進一步改進和發(fā)展。以科普視頻為例，人工智能擁有比傳統(tǒng)搜索引擎更為強大的全網檢索功能，且通過指令還可以獲得視頻鏈接、做好相關分類。這不僅可以為教師節(jié)省大量的準備時間，還能高效率得到一系列成體系的材料科普視頻或者紀錄片。受限于課堂時間，教師可以有選擇性地在課堂上播放具有代表性的視頻，讓學生課后再對其余材料進行學習，這能夠較好地解決知識點不夠全面的問題。對于課外作業(yè)，利用人工智能可以跳出傳統(tǒng)作業(yè)的框架，讓整個過程充滿趣味性。比如可以將知識點和AI 繪畫結合起來，讓學生利用AI 構建出完全屬于自己的一幅材料肖像畫，并在此基礎上輔以課堂展示，使得這份課外作業(yè)可以調動全體同學的學習積極性，寓教于樂，融學于趣，化教于心。

2.5 其他章節(jié)的教學改進

除了前文提到的幾個重要章節(jié)，“航空材料概論”課程還會教授鋁鋰合金、超高強度鋼、航空功能材料等內容[8]。這些章節(jié)的內容量相對較少，體系較為集中，但對于整個課程而言同樣重要，也需要讓學生掌握相關的知識點。

傳統(tǒng)教學方式以課堂講授為主，由于這些章節(jié)的課時量普遍較少，學生往往會不自覺地忽視其重要性。對于教師而言，在簡短的授課過程中，也難以有效地引導學生進入學習狀態(tài)，使得學生容易出現(xiàn)知識點掌握不夠牢固的情況，造成漏記、錯記的問題。為此，可以利用人工智能強大的自動生成能力，讓學生可以對課堂內容進行編排設計、制作課件，并上臺授課。在這一過程中，學生成為章節(jié)內容的引領者，教師只需要注重查缺補漏、及時糾錯，就能讓學生對知識點有較深的體悟，同時提高他們的主動性和創(chuàng)造性。在學生參與編排設計課程內容的過程中，可以通過人工智能技術提供輔助和智能化的建議。例如，學生可以利用人工智能輔助系統(tǒng)進行知識點的整理和歸納，幫助他們更好地把握章節(jié)的重點和難點，從而能夠更有針對性地制作課件。此外，系統(tǒng)還可以根據(jù)學生的學習進度和掌握情況，提供智能化的學習建議，幫助學生更好地利用時間和資源。通過學生參與課程的編排設計和授課過程，不僅能夠強化其對知識的理解和掌握，還能夠培養(yǎng)學生的表達能力和溝通能力。學生在上臺授課時需要有條理地組織自己的思路，并以清晰、簡潔的語言將知識傳遞給其他同學。這樣的實踐過程將幫助學生提高口頭表達和演講能力，為他們未來的學術和職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎。同時，這種學生參與式的教學方法也能夠促進學生的主動學習態(tài)度的培養(yǎng)和創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展。學生作為課程的引領者，需要主動思考和研究相關知識，從而更好地組織和呈現(xiàn)課堂內容。這種自主學習的過程培養(yǎng)了學生的學習興趣和學習動力，激發(fā)了他們的創(chuàng)造性思維，使得他們能夠更好地理解、運用和拓展所學知識。

3 結語

人工智能對現(xiàn)代社會的影響是全面而深遠的，其不僅在各個行業(yè)引起了巨大的變革，也必然會對傳統(tǒng)的教學模式帶來挑戰(zhàn)和機遇。本文圍繞航空材料概論課程教學內容，討論了現(xiàn)有教學模式的不足之處，并通過在各個章節(jié)中引入人工智能進行教學改進，分析了新興技術給傳統(tǒng)工科課程教學帶來的機遇與挑戰(zhàn)，有助于提高人才培養(yǎng)水平，增強學生的專業(yè)素質，為建設社會主義教育強國提供助力。