董彥非,李 靜,軒 悅,王旭飛

(西安航空學院 飛行器學院,西安 710077)

0 引言

2018年10月,教育部發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》[1],提出要通過教學改革促進學習革命,積極推廣混合式教學、翻轉(zhuǎn)課堂,構(gòu)建線上線下相結(jié)合的教學模式。為適應(yīng)高水平本科教育的新要求,不同高校分別圍繞著公共基礎(chǔ)課[2-3]、專業(yè)課[4-5]進行教學改革的探索與實踐。

西安航空學院是一所航空特色鮮明的應(yīng)用型地方普通高校,近年來,以高水平本科教育為目標,對教學改革不斷進行探索?！昂娇瞻l(fā)動機基礎(chǔ)”是西安航空學院飛行器設(shè)計與工程本科專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程,屬于專業(yè)必修課,共32學時。結(jié)合飛行器設(shè)計與工程專業(yè)“高素質(zhì)工程技術(shù)人才”的培養(yǎng)定位,設(shè)定的專業(yè)必修課“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”的教學目標由知識目標、能力目標和素質(zhì)目標三部分組成,如圖1所示。課程教學團隊結(jié)合飛行器設(shè)計與工程專業(yè)畢業(yè)生主要從事飛行器總體設(shè)計、氣動分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度分析與試驗技術(shù)等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)定位[6-7],針對“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程進行了教學改革的實踐探索。

圖1 “航空發(fā)動機”課程教學目標

1 課程面臨的問題

“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程在教學實踐過程中,主要面臨以下三個問題:

(1)課程內(nèi)容與飛行器設(shè)計與工程專業(yè)契合度不夠,不利于知識目標達成。“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程開始制定的課程大綱是按照飛行器動力工程專業(yè)相關(guān)課程制定的,飛行器動力工程專業(yè)此類課程重在原理和設(shè)計方法等內(nèi)容講解,而飛行器設(shè)計與工程專業(yè)更關(guān)注發(fā)動機的性能和應(yīng)用。顯然,依據(jù)飛行器動力工程專業(yè)制定的教學大綱與飛行器設(shè)計與功能專業(yè)的契合度不夠,這一方面可導(dǎo)致在無前導(dǎo)課程的情況下,學生難以聽懂課程內(nèi)容;另一方面可導(dǎo)致授課內(nèi)容與飛行器設(shè)計的關(guān)系不夠密切,學生無法充分獲取所需知識內(nèi)容,教學目標難以達成。此外,在教學過程中可選教材的知識體系和難易度不易滿足應(yīng)用型本科人才學習的要求,對課程學習效果的影響比較大。

(2)教學資源建設(shè)不足,支撐教學目標手段需完善。為使學生更好掌握“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程內(nèi)容,理論教學必須和實踐、實驗教學結(jié)合。本課程需要開設(shè)的實驗主要包括航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)拆裝實驗和試車實驗。無論是活塞式航空發(fā)動機還是渦輪噴氣發(fā)動機,價格都很高,且對實驗條件要求苛刻,還會對環(huán)境造成噪聲污染和排氣污染。如何在減少對環(huán)境的污染和降低成本條件下,最大限度地保證實驗教學效果,是本課程教學過程中必須解決的問題。此外,該課程開設(shè)之初也存在信息化教學手段不完善的問題,無法充分發(fā)揮計算機、手機以及基于互聯(lián)網(wǎng)的各種學習平臺的優(yōu)勢,對教學過程的組織、管理與控制能力不足,難以達到理想的教學效果。

(3)知識與應(yīng)用未充分融合,學生解決飛行器設(shè)計實際問題能力不足?！昂娇瞻l(fā)動機基礎(chǔ)”課程的核心內(nèi)容是發(fā)動機的原理、構(gòu)造和性能,沒能與飛行器設(shè)計與工程專業(yè)中需要應(yīng)用發(fā)動機知識的內(nèi)容充分結(jié)合,學生對飛行性能的計算分析、發(fā)動機選型以及發(fā)動機工作狀態(tài)變化對飛機氣動參數(shù)和構(gòu)造參數(shù)影響的理解和應(yīng)用能力不足,在飛機設(shè)計中缺乏飛發(fā)一體化設(shè)計等融合思維和應(yīng)用能力。

2 課程改革創(chuàng)新方法與途徑

根據(jù)“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程教學目標和課程存在的問題,在OBE教學理念[8-9]指引下,制定和實施了以成果為導(dǎo)向的理實虛一體化教學模式,如圖2所示。

圖2 以成果為導(dǎo)向的“理實虛一體化”教學模式

理實虛一體化教學模式的創(chuàng)新教學方法與途徑包括以下幾個方面:

(1)三師共建,解決課程內(nèi)容重構(gòu)難題。該教學模式打破過去以飛行器動力工程專業(yè)教師為主導(dǎo)的思維定式,改由飛行器設(shè)計與工程專業(yè)教師主導(dǎo),團隊教師由飛行器設(shè)計與工程、飛行器動力工程和實驗中心老師共同組成,“三師”共建課程。

課程內(nèi)容的重構(gòu)由飛行器設(shè)計專業(yè)的教師根據(jù)學情和教學目標制定詳細的知識需求清單,飛行器動力專業(yè)教師根據(jù)清單整理規(guī)劃課程內(nèi)容,實驗中心教師設(shè)計符合教學目標的實驗內(nèi)容,在此基礎(chǔ)上共同制定課程大綱,編寫適用的教材(圖3)。所編教材注重概念和結(jié)論性知識的講解,弱化對前導(dǎo)知識的需求,可讀性強。同時,根據(jù)專業(yè)課課程思政的教學要求,在教材中融入國產(chǎn)航空發(fā)動機研制的典型案例,使學生在學習過程中深切體會到民族自豪感、工匠精神以及航空報國的使命感和責任感。

圖3 “三師”共建,重構(gòu)課程內(nèi)容

(2)全方位完善教學資源,構(gòu)建理實虛一體化教學模式。在持續(xù)完善航空工程實驗實訓(xùn)中心的軟硬件設(shè)施的同時,針對課程實裝實驗成本高、環(huán)境污染和存在安全風險的實際問題,加大虛擬仿真實驗設(shè)備和實驗室建設(shè),以降低發(fā)動機拆裝、試車等實驗的成本,減輕環(huán)境污染和降低風險。

結(jié)合虛擬仿真實驗和實裝實驗,構(gòu)建理實虛一體化教學模式,通過航空發(fā)動機實裝和虛擬仿真模型結(jié)合的教學實景,將理論教學、實驗教學、虛擬仿真教學充分融合,實現(xiàn)了“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程理實虛一體化教學,從而實現(xiàn)理論知識傳授和(虛擬)實驗實踐操作的統(tǒng)一,以及理論知識體系和(虛擬)實驗實踐技能體系的建構(gòu)和培養(yǎng),使發(fā)動機知識更利于學生理解和接受,實現(xiàn)了“教學過程任務(wù)化、學生學習自主化、評價主體多元化”。

線下線上結(jié)合是全面提升教學效果的有效手段[10]。“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程在超星“學習通”平臺上建立了全套線上課程資源,全面實施混合式教學。本課程采用“線上自學、線下授課、虛實結(jié)合”三位一體的教學方法和“全過程、多元化”教學評價方法,可以有效地幫助學生取得相應(yīng)的學習成果并對學習成果進行評價。同時,可通過多種渠道及時聽取學生、同行教師和校院兩級督導(dǎo)的反饋意見,不斷完善教學過程和內(nèi)容。

(3)完善課程融合訓(xùn)練內(nèi)容,提升飛發(fā)知識一體化應(yīng)用能力。根據(jù)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)課程需求,在各知識單元結(jié)束的單元測試中增加與飛行性能計算相關(guān)的融合性練習。設(shè)置飛發(fā)匹配和飛發(fā)一體化設(shè)計研討題目,使學生從飛行器設(shè)計框架中跳出來,從更加宏觀,更加融合的角度分析飛行器與航空發(fā)動機協(xié)調(diào)設(shè)計問題,培養(yǎng)學生飛發(fā)融合一體化思維能力。在教學過程中,針對一些內(nèi)容有組織地安排學生分組討論,討論結(jié)束后每組選派代表進行匯報,以翻轉(zhuǎn)課堂的形式激發(fā)學生的學習興趣和積極性。

結(jié)合中國國際飛行器設(shè)計挑戰(zhàn)賽、無人飛行器云端設(shè)計大賽等賽事題目,以及教師科研項目中涉及飛機與發(fā)動機的內(nèi)容,組織學生從賽題和科研項目出發(fā),應(yīng)用所學知識解決實際問題,以期達到學以致用的效果。通過所學知識的實際應(yīng)用,也培養(yǎng)了學生精益求精的工匠精神。

3 課程教學創(chuàng)新成果與應(yīng)用效果

“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程通過3年的教學改革與實踐,在全面貫徹OBE教學理念的同時,創(chuàng)建了以學生為中心的理實虛一體化教學模式,提高了學生學習積極性和學習效果,該模式考核過程更具動態(tài)特點,考核指標更加多元,根據(jù)教學效果持續(xù)改進教學方法和不斷完善教學手段,有效解決了以往課程教學中存在的問題。

通過“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程理實虛一體化教學模式的實施,效果顯著,學生綜合成績優(yōu)秀率提高了20%。同時,學生的知識應(yīng)用能力也明顯提升,飛行器設(shè)計與工程專業(yè)學生參加學科競賽人數(shù)和獲獎數(shù)量逐年上升(圖4)。截至2022年,已累計獲得省級以上獎勵50多項,32人次獲得專利授權(quán),20多人次發(fā)表專業(yè)學術(shù)論文。學生在參加首屆全國大學生航空發(fā)動機概念構(gòu)想比賽、“銀鷹杯”全國無人飛行器云端設(shè)計大賽、國際無人飛行器創(chuàng)新大獎賽等需要應(yīng)用航空發(fā)動機知識的各類學科競賽和科技競賽中,成績優(yōu)異。其中,學生設(shè)計的“三文魚”無人機獲全國無人飛行器云端設(shè)計大賽一等獎。

圖4 學生參加學科競賽和獲獎人數(shù)

經(jīng)過不斷建設(shè),“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”課程相關(guān)實驗和實踐條件進一步優(yōu)化和完善?！按蠛辣葴u扇發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析與拆卸虛擬仿真實驗”獲評為陜西省虛擬仿真實驗教學項目[11],航空工程實驗中心獲批為陜西省實驗教學師范中心。

課程教學團隊主持和參與多項省級、學會和校級高等教育研究課題,發(fā)表教學研究論文5篇,主編出版教材6部,獲得省級教學成果二等獎1項,省級優(yōu)秀教材一等獎1項,校級教學成果一等獎2項,二等獎1項?！锻ㄓ煤娇瞻l(fā)動機原理與構(gòu)造》教材被列入“十四五應(yīng)用型本科規(guī)劃教材”,并獲校級優(yōu)秀教材二等獎,得到陸軍航空兵學院、南京航空航天大學、哈爾濱華德學院等多所高等院校選用。2019年8月,“飛行器設(shè)計教學團隊”獲批校級“優(yōu)秀教學團隊”。

4 結(jié)語

對西安航空學院飛行器設(shè)計與工程專業(yè)重要的專業(yè)課“航空發(fā)動機基礎(chǔ)”進行了教學改革探索實踐。針對該課程在教學過程中存在的課程內(nèi)容匹配度不夠、教學資源建設(shè)不足、課程知識與實際應(yīng)用未充分融合等主要問題,分析其原因,據(jù)此提出了實虛一體化教學模式。通過采取三師共建、全方位完善教學資源,構(gòu)建理實虛一體化教學模式、完善課程融合訓(xùn)練內(nèi)容等一系列教學改革舉措,取得了良好的教學效果,并取得了一些教學建設(shè)成果。在后續(xù)的課程建設(shè)中還需繼續(xù)完善線上、線下的課程資源,不斷提升課程教學團隊的師資水平,夯實實踐和實驗課程基礎(chǔ),努力將該課程打造成應(yīng)用型人才培養(yǎng)的精品課程。