《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》課程教學改革初探

寧培杰

摘 要：文章重點分析《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》的課程特點，結(jié)合學生的認知規(guī)律和課程育人目標，針對教學改革提出幾點措施。運用多種現(xiàn)代化的教學資源，力求把枯燥的傳統(tǒng)灌輸式教學模式轉(zhuǎn)變成以學生為中心的啟發(fā)式教學模式，以提升教學效果。再結(jié)合課程在航空航天領域的特殊地位，有機融入愛國、敬業(yè)等課程思政元素，全面落實課程的立德樹人目標。

關鍵詞：航空發(fā)動機 AR 教學改革 課程思政

中圖分類號：F061.3；G642.0

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2023）07-184-03

一、引言

《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》是飛行器動力工程專業(yè)的核心課程，其主要內(nèi)容是介紹發(fā)動機結(jié)構(gòu)的基本組成、工作原理、設計準則、工藝特征等。通過本門課程的學習，學生可以掌握發(fā)動機各主要部件的結(jié)構(gòu)特征和工作特性，能夠系統(tǒng)性地學習發(fā)動機各部件和子系統(tǒng)之間的協(xié)同工作原理，為進一步學習發(fā)動機原理、發(fā)動機控制等相關課程奠定良好基礎。

在傳統(tǒng)的教學模式下，教學效果欠佳，部分學生反映教學內(nèi)容枯燥、教學方式單一，學生的學習興趣不高。通過分析與總結(jié)，針對傳統(tǒng)教學模式存在的不足，筆者認為主要存在以下幾點原因：

1.課程的知識體系繁雜?！逗娇瞻l(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》具有很強的工程應用背景，是一門多學科交叉融合的課程，涉及機械設計、生產(chǎn)制造、材料力學、燃燒學、傳熱學、流體力學等學科知識。學生需要較好地掌握上述相關基礎學科的知識，才能在學習專業(yè)課程時融會貫通，這對學生的知識儲備提出了較高的要求。

2.教學方式單一。傳統(tǒng)的教學方式主要是老師教、學生學的灌輸式教育，這種教學模式側(cè)重于課堂講授，以知識解析、難點答疑、作業(yè)練習、筆試考核等方式開展。然而好的教學模式應該是以學生為中心，根據(jù)學生的知識儲備、認知特點、學習興趣定制有針對性的教學方法，以提高學生學習新知識的效率，同時要能夠培養(yǎng)學生運用專業(yè)知識解決工程問題的能力。

3.缺乏實踐經(jīng)驗。學生在日常的學習和生活中，較少有機會看到發(fā)動機零部件實物，也很難近距離接觸研發(fā)、生產(chǎn)、裝配、維護等一線工作，缺乏實踐經(jīng)驗。僅靠教材中的二維圖片，不易認知零部件的真實結(jié)構(gòu)。為了解決這些問題，亟需在教學方法上做出有針對性的創(chuàng)新。

4.教學資料陳舊。在目前使用的經(jīng)典教材中列舉的發(fā)動機款式較為陳舊（部分發(fā)動機款式早已退役多年），所介紹的部分技術如今已過時。隨著科技的發(fā)展，各種新技術不斷涌現(xiàn)。課堂的教學內(nèi)容應緊跟當前行業(yè)的發(fā)展動態(tài)，讓學生了解新技術的發(fā)展趨勢。

二、教學改革措施

針對傳統(tǒng)教學模式的不足，結(jié)合現(xiàn)代化的教學手段，對本課程的教學模式進行改革：以學生為中心，結(jié)合學生的學習特點，制定契合學情的教學方法，以提升學生自主分析專業(yè)工程問題的能力為主要教學目標。

1.拓展線上渠道。豐富的教學資源是線上教學的主要優(yōu)勢。以慕課為例，學生可以在線觀看老牌航空航天院校推出的精品課程，如：《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析與設計》《航空發(fā)動機燃燒學》《航空發(fā)動機故障診斷》等。通過學習相關的細分學科，可以豐富學生的專業(yè)知識體系，提升其專業(yè)素養(yǎng)。

除了精品課程之外，圖書、論文、新聞報道、技術論壇、影像資料等都是優(yōu)質(zhì)的學習資料。為了豐富學生的學習資源，可以通過特定的獎勵方式鼓勵學生搜集和分享各類學習資料，以此引導師生積極探索優(yōu)質(zhì)的學習資源。

2.優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的教學模式下，本課程的實踐教學以參觀發(fā)動機的靜態(tài)結(jié)構(gòu)為主，學生動手機會少，這不利于學生學習結(jié)構(gòu)設計的關鍵知識和發(fā)動機設計理念。這種實踐教學方式在培養(yǎng)學生的專業(yè)技能上收效甚微。

為了提升教學成效，應適當增加課程中實踐環(huán)節(jié)的比重。本專業(yè)目前有2臺WP-6渦噴發(fā)動機、3臺WJ-5渦槳發(fā)動機以及1臺JT-8D渦扇發(fā)動機用于實踐教學。在拆裝實訓中，要求每位學生自主完成零部件的拆卸、裝配工作，主要包含葉片、輪盤、機匣、轉(zhuǎn)子、燃燒室等。通過豐富實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，可以加深學生對專業(yè)知識的理解。例如通過拆裝燃燒室，可以了解火焰筒的結(jié)構(gòu)，學習傳焰管、點火器、旋流器、燃油噴嘴等零部件的工作原理。

3.豐富教學手段。隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術被逐漸引入航空發(fā)動機的研發(fā)工作中。通過VR、AR技術的使用，可以提升研發(fā)效率、降低研發(fā)成本。

本專業(yè)搭建了供學生實訓用的發(fā)動機AR實訓平臺，手機和電腦均可登錄。該平臺包含4個主要功能模塊：認知、原理、拆裝和考核。在“認知”模塊下，學生可以360°觀察各發(fā)動機零部件的結(jié)構(gòu)，提升了學習效率?！霸怼蹦K通過文字說明、語音解說和動畫演示，清晰展示發(fā)動機各環(huán)節(jié)的工作原理。“拆裝”模塊提供發(fā)動機主要零部件的拆裝實訓功能，學生通過拆裝練習，學習發(fā)動機主要部件之間的裝配關系，了解發(fā)動機的裝配流程。在學習上述內(nèi)容后，學生可以在“考核”模塊中答題，以檢驗自己的學習成果。

通過AR技術建立豐富的發(fā)動機模型庫，讓學生學習不同的設計理念和新技術。學生可以在手機APP上運用碎片化的時間學習，既激發(fā)了學生的學習興趣，也提高了學習效果。

除了發(fā)動機AR實訓室之外，本專業(yè)還建設了空氣動力學虛擬仿真實驗室（基于VR技術），學生可以在計算機上開展虛擬氣動實驗。實驗中空氣的流動以流線、箭頭等可視化的方式呈現(xiàn)，層流、湍流等流動狀態(tài)清晰可見，再輔以文字、動畫和語音講解，學生可近距離觀察各種各樣的空氣動力學現(xiàn)象，加深對氣體動力學的理解，從而提升教學效果。

4.改善考核方式。傳統(tǒng)的課程考核方式以考試（筆試）為主，而筆試的命題形式較為固定，考試結(jié)果主要反映學生對知識點的理解與記憶情況，分數(shù)的高低難以反映學生的專業(yè)能力水平。

為了重點考查學生的分析能力，應調(diào)整課程考核方式。在過去兩個年度的教學中，均采用答辯的方式進行考核。學生自由組隊（3人以內(nèi)），根據(jù)自己的興趣選擇一款航空發(fā)動機，針對該發(fā)動機在研發(fā)、生產(chǎn)、運營、維護、結(jié)構(gòu)特點、工作特性等方面的情況進行分析，并撰寫結(jié)課小論文。該考核方式以學生為中心，既能培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識，也能激發(fā)學生的主動性，結(jié)合所學的專業(yè)知識，講解發(fā)動機在設計和使用過程中遇到的工程問題，重點考核了他們自主分析問題的能力。這種考查方式更能體現(xiàn)學生的專業(yè)綜合能力，受到學生的普遍好評。

三、課程思政元素分析

在全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記特別強調(diào)了思想政治工作對高等教育的重要影響。大學的立身之本在于立德樹人，要幫助青年學生樹立正確的世界觀、價值觀和人生觀，培養(yǎng)“有理想、有道德、有文化、有紀律”的新時代大學生。

課程思政是教學改革的重要組成部分。航空發(fā)動機作為飛機的心臟，是航空航天事業(yè)的動力保障，是國防軍事力量的重要支撐，發(fā)動機的自主研發(fā)能力對提升國防安全意義重大。本課程具有豐富的思政元素，授課時有機融入思政教育，可以提升學生的思想道德修養(yǎng)，有助于達成立德樹人的課程育人目標。

1.以國際視野為眼。在教學過程中，通過介紹通用電氣、普惠、羅爾斯·羅伊斯等世界著名的發(fā)動機制造商，分析國際發(fā)動機市場的競爭格局，剖析現(xiàn)有格局背后的國家政治博弈，引導學生拓寬國際視野。通過美俄競爭的例子，強調(diào)國家力量在國際政治舞臺中一錘定音的作用，引導學生了解世界競爭格局，樹立大局觀，進而培養(yǎng)居安思危的意識。

2.以科學態(tài)度為心。以超音速客機為例，說明超聲速進氣道對提升發(fā)動機性能的重要作用。通過對比歐洲“協(xié)和號”和俄羅斯Tu-144超音速客機的運營情況，說明發(fā)動機性能對飛機安全、可靠、高效飛行的重要性。進而強調(diào)：實事求是、尊重科學是科研事業(yè)的基本要求；基礎扎實、工作踏實是項目安全開展的堅定基礎；科學、嚴謹?shù)难芯繎B(tài)度是科研工作順利開展的重要保障。每一個航空航天項目都是一個復雜的系統(tǒng)工程，必須考慮多方因素的相互制約，堅持精益求精、認真負責、腳踏實地、科學嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。

3.以家國情懷為骨。結(jié)合航空發(fā)動機發(fā)展史，重點介紹行業(yè)發(fā)展的重大事跡，讓學生了解航空航天事業(yè)對社會發(fā)展的重要貢獻。例如以C919為例，重點強調(diào)航空產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟、國防安全的關鍵支撐作用，提升學生對課程和專業(yè)的重視程度，增強學生的專業(yè)興趣。

在講授渦軸發(fā)動機時，以我國自主研發(fā)的高性能AES100民用渦軸發(fā)動機為例，強調(diào)關鍵技術自主可控的重要性，增強學生對專業(yè)的熱情。通過分享我國航空航天事業(yè)的重大成果，激發(fā)學生的集體榮譽感和民族自豪感，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)、愛國愛家的精神內(nèi)核。

4.以航空航天精神為魂。1968到1978年間，高歌教授在青海沙漠地區(qū)工作。他通過觀察沙丘的月牙形狀，研究沙丘保持穩(wěn)定的原理，在此基礎上發(fā)明了沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器。這款穩(wěn)定器提高了燃燒效率與火焰穩(wěn)定性，降低了流體阻力和振蕩損失，推廣使用后大幅提高了發(fā)動機的合格率，使中國在這一技術領域進入世界前列。通過了解高歌教授的先進事跡，引導學生學習他勤于探索、勇于創(chuàng)新、治學嚴謹?shù)膶氋F品質(zhì)，培養(yǎng)艱苦奮斗、敢于創(chuàng)新、鍥而不舍、勇于擔當?shù)钠床瘛?/p>

四、結(jié)語

在過去兩年的教學實踐中，教學小組不斷引入新的教學手段，通過線上渠道、AR技術、拆裝實訓等方式豐富教學方法，將專業(yè)知識以更清晰的形式呈現(xiàn)給學生，降低學習難度，提升教學效果。采用以檢驗學生能力為核心的考查方式，幫助學生培養(yǎng)工程問題分析思維。在教學過程中有機融入課程思政元素，引導學生樹立正確的人生觀和價值觀，培養(yǎng)品學兼優(yōu)的有志青年。

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（作者單位：桂林航天工業(yè)學院 廣西桂林 541004）（責編：呂尚）