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《關于加快建設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、翻轉課堂,構建線上線下相結合的教學模式。為適應高水平本科教育的新要求,不同高校分別圍繞著公共基礎課[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”是西安航空學院飛行器設計與工程本科專業(yè)開設的專業(yè)課程,屬于專業(yè)必修課,共32學時。結合飛行器設計與工程專業(yè)“高素質工程技術人才”的培養(yǎng)定位,設定的專業(yè)必修課“航空發(fā)動機基礎”的教學目標由知識目標、能力目標和素質目標三部分組成,如圖1所示。課程教學團隊結合飛行器設計與工程專業(yè)畢業(yè)生主要從事飛行器總體設計、氣動分析、結構設計、強度分析與試驗技術等工作的高素質應用型工程技術人才的培養(yǎng)定位[6-7],針對“航空發(fā)動機基礎”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”課程在教學實踐過程中,主要面臨以下三個問題:

(1)課程內容與飛行器設計與工程專業(yè)契合度不夠,不利于知識目標達成。“航空發(fā)動機基礎”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計方法等內容講解,而飛行器設計與工程專業(yè)更關注發(fā)動機的性能和應用。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計與功能專業(yè)的契合度不夠,這一方面可導致在無前導課程的情況下,學生難以聽懂課程內容;另一方面可導致授課內容與飛行器設計的關系不夠密切,學生無法充分獲取所需知識內容,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”課程內容,理論教學必須和實踐、實驗教學結合。本課程需要開設的實驗主要包括航空發(fā)動機結構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)知識與應用未充分融合,學生解決飛行器設計實際問題能力不足?！昂娇瞻l(fā)動機基礎”課程的核心內容是發(fā)動機的原理、構造和性能,沒能與飛行器設計與工程專業(yè)中需要應用發(fā)動機知識的內容充分結合,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)和構造參數(shù)影響的理解和應用能力不足,在飛機設計中缺乏飛發(fā)一體化設計等融合思維和應用能力。

2 課程改革創(chuàng)新方法與途徑

根據(jù)“航空發(fā)動機基礎”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向的理實虛一體化教學模式,如圖2所示。

圖2 以成果為導向的“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,解決課程內容重構難題。該教學模式打破過去以飛行器動力工程專業(yè)教師為主導的思維定式,改由飛行器設計與工程專業(yè)教師主導,團隊教師由飛行器設計與工程、飛行器動力工程和實驗中心老師共同組成,“三師”共建課程。

課程內容的重構由飛行器設計專業(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)劃課程內容,實驗中心教師設計符合教學目標的實驗內容,在此基礎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論性知識的講解,弱化對前導知識的需求,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,重構課程內容

(2)全方位完善教學資源,構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中心的軟硬件設施的同時,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備和實驗室建設,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。

結合虛擬仿真實驗和實裝實驗,構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”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“教學過程任務化、學生學習自主化、評價主體多元化”。

線下線上結合是全面提升教學效果的有效手段[10]?！昂娇瞻l(fā)動機基礎”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的反饋意見,不斷完善教學過程和內容。

(3)完善課程融合訓練內容,提升飛發(fā)知識一體化應用能力。根據(jù)飛行器設計與工程專業(yè)課程需求,在各知識單元結束的單元測試中增加與飛行性能計算相關的融合性練習。設置飛發(fā)匹配和飛發(fā)一體化設計研討題目,使學生從飛行器設計框架中跳出來,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)調設計問題,培養(yǎng)學生飛發(fā)融合一體化思維能力。在教學過程中,針對一些內容有組織地安排學生分組討論,討論結束后每組選派代表進行匯報,以翻轉課堂的形式激發(fā)學生的學習興趣和積極性。

結合中國國際飛行器設計挑戰(zhàn)賽、無人飛行器云端設計大賽等賽事題目,以及教師科研項目中涉及飛機與發(fā)動機的內容,組織學生從賽題和科研項目出發(fā),應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)新成果與應用效果

“航空發(fā)動機基礎”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”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,學生的知識應用能力也明顯提升,飛行器設計與工程專業(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,20多人次發(fā)表專業(yè)學術論文。學生在參加首屆全國大學生航空發(fā)動機概念構想比賽、“銀鷹杯”全國無人飛行器云端設計大賽、國際無人飛行器創(chuàng)新大獎賽等需要應用航空發(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,學生設計的“三文魚”無人機獲全國無人飛行器云端設計大賽一等獎。

圖4 學生參加學科競賽和獲獎人數(shù)

經(jīng)過不斷建設,“航空發(fā)動機基礎”課程相關實驗和實踐條件進一步優(yōu)化和完善?！按蠛辣葴u扇發(fā)動機結構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)動機原理與構造》教材被列入“十四五應用型本科規(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,“飛行器設計教學團隊”獲批校級“優(yōu)秀教學團隊”。

4 結語

對西安航空學院飛行器設計與工程專業(yè)重要的專業(yè)課“航空發(fā)動機基礎”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容匹配度不夠、教學資源建設不足、課程知識與實際應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,構建理實虛一體化教學模式、完善課程融合訓練內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成果。在后續(xù)的課程建設中還需繼續(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,努力將該課程打造成應用型人才培養(yǎng)的精品課程。