鄭龍席　賈勝錫　李勍　馬躍陽

摘? 要：《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》是飛行器動(dòng)力工程本科生專業(yè)必修課程。該門課程幫助學(xué)生從宏觀上認(rèn)識(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和結(jié)構(gòu)分析的基本方法，對學(xué)生專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)的建立至關(guān)重要。針對現(xiàn)有教學(xué)中存在的課程內(nèi)容繁雜、部分內(nèi)容抽象難以理解等問題，文章提出了一種“實(shí)體模型參觀+網(wǎng)絡(luò)課堂+傳統(tǒng)課堂講授+教材”的四維一體、相互滲透的教學(xué)模式，并進(jìn)行了初步探索，旨在為學(xué)生提供隨時(shí)、隨地、多種形式的學(xué)習(xí)方式，使他們更快更好地掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);結(jié)構(gòu)分析;四維一體;教學(xué)模式

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）19-0100-03

Abstract： "Aero Engine Structure Analysis" is a compulsory course for undergraduate students in aircraft power engineering. This course helps students understand the aeroengine from a macroscopic level， masters the basic principles of aeroengine structural design and the basic methods of structural analysis， and is crucial to the establishment of students' professional knowledge. Aiming at the problems of the existing course content and the difficulty in understanding some of the content， the article proposes a four-dimensional and interpenetrating teaching mode of "physical model visit + network classroom + traditional classroom teaching + teaching materials". The initial exploration aims to provide students with any form of learning at any time， anywhere， and in various forms， so that they can quickly and better master the knowledge of the structure of the aero engine.

Keywords： aero-engine; structural analysis; four-dimensional integration; teaching mode

一、背景

《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》是傳統(tǒng)航空院校飛行器動(dòng)力工程本科專業(yè)的必修課程。該課程系統(tǒng)、全面地介紹航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)，分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則、需要解決的矛盾，并結(jié)合國內(nèi)、外現(xiàn)役與在研的軍、民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)針對典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致講解。通過該門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠從宏觀上掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)這一復(fù)雜研究對象。因此，該門課程是飛行器動(dòng)力工程專業(yè)至關(guān)重要的一門專業(yè)課。

然而，在實(shí)際教學(xué)過程中，鑒于以下幾方面原因，導(dǎo)致學(xué)生不能很好地掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)知識(shí)，學(xué)習(xí)積極性不高：

1. 課程內(nèi)容繁雜。該門課程包括對壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、排氣裝置、總體結(jié)構(gòu)和附件等航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件的功用分析，以及對許多典型方案進(jìn)行分析，內(nèi)容繁多復(fù)雜，學(xué)時(shí)有限，學(xué)生不容易把握內(nèi)容整體的條理性。

2. 課程內(nèi)容抽象。該門課程涉及到的理論知識(shí)與實(shí)際脫節(jié)，學(xué)生在缺乏對航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際研發(fā)、制造、裝配和檢測過程直觀感受的情況下，很難借助教材中抽象的二維圖來理解典型結(jié)構(gòu)的具體特征，教材中個(gè)別圖像甚至不清晰。

鑒于以上原因，在現(xiàn)有教材和以課程講解為主的教學(xué)模式下，導(dǎo)致學(xué)生對個(gè)別知識(shí)點(diǎn)的掌握往往似是而非。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式逐漸向著多媒體融合方向發(fā)展[1]，航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的教學(xué)工作也在不斷進(jìn)行探索，如現(xiàn)場教學(xué)[2]、加強(qiáng)三維設(shè)計(jì)[3]、多媒體教學(xué)[4]、混合教學(xué)[5]、團(tuán)隊(duì)式教學(xué)[6]等。為了改變現(xiàn)有教學(xué)過程中存在的問題，提升該門課程的教學(xué)效果，西北工業(yè)大學(xué)“航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度”教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合國內(nèi)最新的教學(xué)改革成果與教學(xué)理念提出了“四維一體”教學(xué)模式，并進(jìn)行了初步探索，本文介紹了這種教學(xué)模式改革的理念與探索結(jié)果。

二、教學(xué)改革思路

“四維一體”教學(xué)模式的理念是最大程度利用計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)改善傳統(tǒng)教學(xué)模式，以達(dá)到豐富教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。其核心是建立該課程三維虛擬教學(xué)模型，針對學(xué)生難以理解的結(jié)構(gòu)部件，建立其三維虛擬模型，并制作教學(xué)視頻動(dòng)畫，同時(shí)將虛擬模型通過3D打印制作成實(shí)體模型。實(shí)體模型可放在專門的陳列室供學(xué)生課余參觀;教學(xué)視頻動(dòng)畫可作為素材建立網(wǎng)絡(luò)課堂;在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，所建立的虛擬模型和視頻動(dòng)畫可作為補(bǔ)充材料豐富課程教學(xué)的內(nèi)容與手段;最后是在已有教學(xué)素材的成果上更新現(xiàn)有教材，具體做法是將建立的虛擬模型加入已有教材中，更換教材中原有的二維圖/不清晰的草圖等，并借助二維碼技術(shù)將教學(xué)視頻動(dòng)畫連接到對應(yīng)的部件結(jié)構(gòu)處。如此一來，形成了“實(shí)體模型參觀+網(wǎng)絡(luò)課堂+傳統(tǒng)課堂講授+教材”四個(gè)維度的教學(xué)方式，見圖1。四種方式相互滲透，共同作用，讓學(xué)生更快更好地掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析相關(guān)知識(shí)。

三、教學(xué)改革內(nèi)容

（一）實(shí)體模型

教學(xué)團(tuán)隊(duì)前期對《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》教材中知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行匯總和分析，整理出需要借助三維虛擬模型來完善和補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)，通過三維造型軟件（Autocad以及Solidworks）繪制出部分零部件的三維結(jié)構(gòu)，最后用3D打印機(jī)將其打印成實(shí)體模型。圖2所示為3D打印機(jī)正在打印壓氣機(jī)盤模型。圖3所示為折流燃燒室的教材配圖以及對應(yīng)的三維虛擬模型和實(shí)體模型。教材配圖為手工繪制的截面圖，截取的是燃燒室中間剖面部分，且僅有上半部分。該部分知識(shí)點(diǎn)要求借助該圖講解折流燃燒室的零/部件組成、工作過程和氣流流動(dòng)過程。教師在授課時(shí)，往往需要通過很多講解才能讓學(xué)生掌握這一知識(shí)點(diǎn)。如果講解不是很細(xì)致，學(xué)生根本無法了解折流式燃燒室的具體結(jié)構(gòu)和進(jìn)氣、點(diǎn)火過程。制作了三維實(shí)體模型后，該燃燒室的結(jié)構(gòu)一目了然，教師在講解這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以同時(shí)向?qū)W生展示實(shí)體模型，也可以將實(shí)體模型放置在專門的陳列室，供學(xué)生參觀。

（二）網(wǎng)絡(luò)課堂

在建立三維虛擬模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)工作原理和工作過程，將相關(guān)結(jié)構(gòu)的零部件運(yùn)動(dòng)過程、氣流流動(dòng)過程做成動(dòng)畫，再配上相應(yīng)的解說詞，制作成教學(xué)視頻。以教學(xué)視頻為主要素材，再補(bǔ)充《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》課程相關(guān)的教學(xué)PPT、教學(xué)大綱、習(xí)題庫等資料，構(gòu)建教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，形成網(wǎng)絡(luò)課堂。網(wǎng)絡(luò)課程使學(xué)生更容易地獲取大量學(xué)習(xí)信息，配合課堂講解，可供學(xué)生課余參考，也可以自學(xué)，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果更佳。網(wǎng)絡(luò)課堂也提供了一個(gè)交流平臺(tái)，教師可以在網(wǎng)絡(luò)課堂上布置作業(yè)、進(jìn)行學(xué)習(xí)輔導(dǎo)答疑，使學(xué)生和教師充分互動(dòng)。

（三）課堂教學(xué)

原有的課程教學(xué)是教師根據(jù)課本內(nèi)容制作教學(xué)PPT，然后借助教學(xué)PPT逐一講解知識(shí)點(diǎn)。遇到理解起來比較困難的知識(shí)點(diǎn)，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式就很難進(jìn)行下去。加之該門課程知識(shí)點(diǎn)繁多，課時(shí)不斷在壓縮，有限的學(xué)時(shí)里教師講授的知識(shí)點(diǎn)越來越密集，學(xué)生一時(shí)難以接受大量知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)致對很多結(jié)構(gòu)的理解往往流于表面。改革后的課堂教學(xué)將融入大量的教學(xué)視頻，簡單的知識(shí)點(diǎn)學(xué)生看一遍視頻就可以理解，不再需要教師講解;復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)可以教師先講授，再給學(xué)生看教學(xué)視頻，加深理解。圖4所示為壓氣機(jī)鼓盤裝配過程教學(xué)視頻截圖。教師在講解的同時(shí)，可以展示實(shí)體模型。通過實(shí)體模型和三維虛擬模型的融入，使得傳統(tǒng)課堂教學(xué)內(nèi)容更加豐富，趣味性更強(qiáng)。

（四）教材

在教材方面，結(jié)合以上研究成果對舊教材進(jìn)行更新。首先用新的三維虛擬模型圖替換掉原有教材中比較抽象或者不清晰的二維圖，例如圖3（a）中折流燃燒室的剖面草圖。然后，對應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)處附上二維圖，掃描二維碼自動(dòng)連接到該結(jié)構(gòu)的教學(xué)視頻上。最后，就是要對教材結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新編排，原有的《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》教材是以橫向展開為主，缺乏能夠串聯(lián)起整個(gè)知識(shí)點(diǎn)的線索，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散。新編教材應(yīng)該以某款比較成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)為主線展開，在壓氣機(jī)、渦輪、燃燒室等關(guān)鍵部件的章節(jié)，先講授該發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，再對該發(fā)動(dòng)機(jī)未采用但同樣典型的其余結(jié)構(gòu)橫向展開。如此一來，教材更好理解，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課堂和實(shí)體模型參觀，學(xué)生完全可以自學(xué)。

四、結(jié)束語

“四維一體”教學(xué)模式改革旨在為學(xué)生提供隨時(shí)、隨地、多種形式的學(xué)習(xí)方式，使得學(xué)生可以通過課堂、教材、實(shí)體模型、網(wǎng)絡(luò)課堂開展《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》課程學(xué)習(xí)，而不是拘泥于傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)，大大擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)空間，將原本較為復(fù)雜繁多的課程知識(shí)點(diǎn)分散到平時(shí)的零散學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生更加輕松地學(xué)習(xí)，更加從容應(yīng)對考試，更快掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)。

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