航空发动机运用与维修课程建设与教学研究.pdf

2023年第18期总第594期No.18,2023Sum No.594Journal of Science and Education民航和通航是构建现代综合交通运输体系的重要组成部分，对经济社会发展具有战略性、基础性和先导性作用。“十四五”民用航空发展规划 指出，力争在重点领域、关键环节取得突破，促进民航高质量发展，充分发挥民航对构建新发展格局的重要作用1。可见，高质量发展已经成为民航发展进入新阶段的时代主题。民航和通航的高质量发展离不开高质量的飞行与机务人才，因此对相关领域人才的培养也提出了更高要求。航空发动机是飞机的心脏，是“现代工业皇冠上的明珠”，作为技术难度大、结构复杂的航空产品，也是我国高新技术领域的短板之一。航空发动机运用与维修专业知识是该领域人才必须掌握的核心知识。国内外航空院校均设置了航空发动机类的核心课程2。针对传统教学体系中“航空发动机原理”“航空发动机构造”等课程进行的改革和探索也在不断推进。为了培养发动机设计人才，南京航空航天大学能源与动力学院一直在不断优化“航空发动机结构分析与设计”课程，以加深学生对航空发动机总体结构设计关键知识点的掌握和理解，并提升学生对先进航空发动机设计理念的认识3。中国民航大学在已有两门课程的基础上，即“航空发动机制造工艺学”和“航空发动机维修技术”，通过革新教学理念和模式，将理论与仿真相结合，将虚拟与现实相融合，建设了全新的“航空发动机制造与维修”课程，具有显著的民航特色4。航空发动机课程内涵丰富，各院校及专业根据自身培养人才的定位制定课程目标，教学内容的侧重也各有特色；航空发动机课程还存在内容繁杂抽象的特点，在已有的相关课程建设中，非常重视数航空发动机运用与维修课程建设与教学研究方光武1 贾 旭1 于国强2 张 盛2（1.南京航空航天大学通用航空与飞行学院 江苏 溧阳 213300；2.南京航空航天大学能源与动力学院 江苏 南京 210016）摘要：高质量发展已经成为民航发展进入新阶段的时代主题，民航通航领域对高质量飞行与机务人才的培养提出了更高的要求。其中，航空发动机运用与维修专业知识是该领域人才必须掌握的核心知识。为此，基于移动互联网和虚拟仿真等新技术，针对航空发动机运用与维修领域新要求，更新了课程内容，革新了教学模式，以完善相关知识体系。该文着重探讨了航空发动机运用与维修课程的内涵，提出了对应的课程目标，设计了课程内容，并探究了相关新技术在课程教学模式改革中的应用，为课程的高质量建设打下基础。关键词：航空发动机运用与维修；运营维护；移动互联网；虚拟仿真；课程建设中图分类号：G642.0 文献标识码：A DOI：10.16871/ki.kjwh.2023.18.029基金项目：2022年南京航空航天大学通用航空与飞行学院教育教学改革与建设项目“航空发动机运用与维修类课程建设”（项目编号：2022JX20KC02）。作者简介：方光武（1989），男，博士，讲师，研究方向为航空发动机结构安全性分析；贾旭（1989），男，博士，讲师，研究方向为航空发动机结构安全性分析；于国强（1990），男，博士，副研究员，研究方向为航空发动机结构强度；张盛（1990），男，博士，副研究员，研究方向为航空发动机结构强度。123教改教法字化教学方法等新技术的应用，特别是针对课堂教学模式进行了深刻的改革，致力于学生创新意识和实践能力的培养。1 课程内涵及目标南京航空航天大学通用航空与飞行学院目前设有飞行技术与民航机务工程两个本科专业，旨在培养航空器运用及维修相关技术人员。对于上述专业，学习和掌握航空发动机相关知识都是十分必要的，现行培养方案中均设置了航空发动机类理论及实践课程。然而，航空发动机技术水平高、研制难度大、系统维护复杂，相关课程知识体系庞杂，涉及固体力学、流体力学、燃烧与传热学、控制科学和材料与制造科学等多个学科知识，教学难度大6。目前，相关课程体系主要关注发动机结构形式和工作原理，目的是促进学生理解航空发动机总体结构、提升发动机创新设计能力。国内外现有精品课程均以培养航空发动机研制及制造人才为目标，与发动机运维人才培养目标存在一定偏差。因此，结合飞行技术和民航机务工程专业特点，基于“航空动力装置”“航空发动机”等课程，针对航空发动机运用与维修技术发展需求，建设一门核心课程，重点介绍航空发动机运用、性能特点及运维技术，并将基于信息化技术的多元化教学方法融入课程教学过程，开发适合混合式教学理念的数字化课程资源。该课程建成后可作为飞行技术及民航机务工程专业的核心课程，建设的课程资源可为相关课程的创新教学实践提供支撑。进一步明确课程目标，提高学生的工程实践及创新能力，提升学生对航空发动机运用和维修的相关适航标准以及技术发展趋势的理解水平，包括航空发动机典型零件的制造工艺与材料特性、主要部件的装配序列和工艺、零部件特性与典型故障特征、整机运行状态及维修特性、CAD/CAM及先进维修工艺等知识。上述目标与民航发动机运维人才需求目标一致，可为培养高质量飞行及机务人才提供支撑，助力民航通航事业高质量发展。现有的教学资源主要针对航空发动机设计研发相关专业，重点关注航空发动机的原理与构造，航空发动机运维相关资源建设较少。另外，飞行实训及通用航空领域广泛应用的活塞式航空发动机相关教学资源更为匮乏。因此，课程建设要突破的重点为：面向飞行及机务人才培养需求，开发适配移动端的航空发动机（包括活塞式和涡轮式）运维案例等信息化教学资源。基于信息化资源，进行发动机及其子系统工作原理和典型故障的仿真演示，通过混合式教学模式改革创制基于虚拟模型的发动机排故实训模块，实现发动机运维能力素质的培养。图1 课程建设重点为信息化资源建设2 教学内容设计对于飞行技术和民航机务工程专业本科生，航空发动机类课程是必修的主干课程。航空发动机相关知识也是从事相关行业必不可少的。课程要求学生具备航空发动机基本结构的宏观认知能力，了解发动机的基本性能特点，掌握发动机的主要维修技术，为从事发动机运用及维修工作打下基础。但是，由于课程内容繁杂抽象，对实践条件要求高，学生在实际教学过程中难以精准地掌握航空发动机结构知识，学习积极性不高。针对上述问题，基于飞行技术及民航机务工程专业培养目标，优化现有航空发动机类课程体系及教学安排，并借助迅速发展的信息化技术，开发适合移动端沉浸式体验的数字化教学资源，充分激发学生的兴趣，调动学生的积极性，全面提升教学效果。因此，课程建设的重点是面向飞行及机务人才培养需求，开发适配移动端、可交互体验的航空发动机运用与维修案例等信息化教学资源。航空发动机运维工程有多学科的交叉性、高新技术的综合性，以及系统性、法规性、国际性、持续性等技术特点。航空发动机运维工作是保障飞机安全性、提高运营经济性、使航空器研发形成国际124教改教法市场竞争力的一个必争的技术高地，对航空发动机设计、制造、维修、运行等航空产业链的上下游环节发展，具有重要的带动作用。但是，现有航空发动机课程教学中，对于运维相关知识的介绍较少，教学资源建设不足，与发动机运维人才培养目标存在一定的偏差。航空发动机课程内涵丰富，各院校及专业根据自身培养人才的定位制定课程目标，教学内容的侧重也各有特色。航空发动机课程还存在内容繁杂抽象的特点，相关课程建设中都把信息化教学资源和混合式教学方法作为重点，将最新的技术和理念运用到教学过程中，不断更新教学资源，积极革新教学模式，以实现创新意识培养和实践能力提升。随着国产大飞机的投入运营，对于航空发动机运维领域高素质人才提出了更高的要求，在航空发动机课程建设过程中应重点关注运维能力的培养。从教学内容设计的角度，应建设“理论与工程”融合的知识框架，引进先进的理论教学理念，建设与其相适应的教学资源，涵盖活塞式和涡轮式航空发动机运用与维修知识体系，重点关注学生对各类航空发动机结构特点的认知，对先进航空发动机性能特点的掌握，以及对最新维修工程理念与技术手段的理解。如图2所示，在理论基础方面，围绕航空发动机工作原理与基本构造，分别建设发动机主要部件工作、发动机工作过程、发动机性能及特点、附件系统及工作原理等知识模块，通过模块化理论教学，夯实学生对航空发动机原理与构造的理论基础。在此基础上引入工程实践案例，包括发动机状态监控、发动机主要部件拆装、发动机典型故障分析、排故训练等案例分析和实操训练环节，通过虚实结合的仿真实践，全面提升学生对航空发动机运用及维修的专业技能。3 教学模式改革新的技术革命正在孕育，各种新技术迅速发展，众多互联网平台和工具带来了信息传播方式的巨大变革。高等教育肩负着新技术引领和传播的使命，教学模式也经历着不断变革。总体来看，去“中心化”的传播结构已经成为教育模式的发展趋势。新技术为知识和文化的传播开创了前所未有的阶段，利用数字化资源进行教学是大势所趋。因此，教师在进行课程建设的同时，要积极探索新的教学模式，有效地利用好移动互联网资源，充分发挥其快速、即时、可视化、易分享等优势，改变教学思维模式，体现沉浸式学习思想，可实现信息化校园，达到学习效率的最大化。3.1 探索“线上与线下”互补的多元化教学方法践行先进的教学理念，才能更好地提升航空发动机运用与维修课程教学效果。在教学实施过程中，将虚拟仿真实践项目资源、“理论与工程”融合知识框架与现有的课堂讲授、MOOC等线上线下教学手段的深度融合方法。通过推动线上线下混合式教学模式的持续改革，全面提升教学效果，支撑相关专业学生航空发动机运用水平与维修工程能力的培养。航空发动机运用与维修课程对实践能力要求较高，在传统实践教学中要使用较多的发动机实物及相关工具。同时，民航事业快速发展，各类新型航空器和发动机不断推陈出新，各类教材和实践教具的更新稍显滞后，且耗费大量人力物力。因此，伴随着移动互联网的快速兴起，全新的“线图2 航空发动机运用与维修知识框架125上+线下”教学资源与模式，对于学习的深度和广度均有很大的拓展，非常有助于学生专业素养的提升。例如，可以将最新的航空发动机维修手册和航空发动机厂商编写的培训资料作为线上课程资源，通过信息化手段处理，借助各种智能应用软件，将传统的图文信息转换成适配移动平台传播的新型媒体资源，让学生随时随地获得沉浸式的学习体验，提升学习的效果。3.2 建设“虚拟与真实”结合的信息化教学资源通过引入虚拟仿真技术，可以突破现有发动机实物教具难以展示其内部结构、动态工作原理的局限，还可以克服航空发动机故障检测与维修实验耗费大、危险性高的难题。最终，建设“虚拟与真实”结合的航空发动机运用与维修课程信息化教学资源。例如，通过增强现实技术与3D打印部件相结合，可将发动机典型部件的维修过程及发动机主要零部件之间的拆装关系进行虚拟仿真，学生在实验室开展实践环节时可获得如同真实场景一样的体验，能帮助学生更全面深入地掌握航空发动机航线维护和车间修理的相关知识。4 结语建设航空发动机运用与维护类课程，发展“理论与工程”融合的知识框架，在课堂教学中有限的专业基础知识之外，引入丰富的工程装配维护案例，加深学生对理论知识的理解，提升学生解决复杂工程问题的能力。通过教学模式改革，探索“线上与线下”互补的多元化教学方法，建设“虚拟与真实”结合的信息化教学资源，可突破传统课堂教学的时空局限，提升教学的灵活性和互动性，利用线上资源和虚拟仿真技术进一步丰富教学资源，促进学生对专业理论和工程知识的吸收，满足对航空发动机运用与维修教学资源的需求。移动互联网和虚拟现实等技术在课程中的应用是当前我国教育教学改革的重点方向，综合运用相关技术，能够很好地提高课程的教学质量，提升学生学习的积极性，不断优化教学方式，使课堂氛围更加和谐生动。参考文献1 彭冉冉.中国民航的“六新”目标:“十四五”民用航空发展规划 发布J.大飞机,2022(1):50-53.2 鲁峰.“航空发动机控制原理”课程混合式教学方法研究J.工业和信息化教育,2021(6):39-43.3 周标,徐颖,孙志刚,等.“航空发动机结构分析与设计”特色专业课程的实践教学改革与探索J.工业和信息化教育,2021(6):24-29.4 但敏,郭庆,丁坤英,等.“航空发动机制造与维修”课程改革探索J.新课程研究,2021(5):22-23.5 徐颖,周标,张天宏,等.“新工科”背景下“航空发动机拆装”课程改革探索J.工业和信息化教育,2021(6):30-33,38.6 杨坤,王伟.航空发动机适航验证技术课程建设研究J.高教学刊,2021,7(17):59-62.Curriculum Construction and Teaching Research of Aero-engine Application and MaintenanceFANG Guangwu,JIA Xu,YU Guoqiang,ZHANG ShengAbstract:High-quality development has become the theme of the times when the development of civil aviation has entered a new stage.The field of civil aviation and general aviation has put forward higher requirements for the cultivation of high-quality flight and maintenance talents.Among them,the professional knowledge of aero-engine application and maintenance is the core knowledge that talents in this field must master.To this end,based on new technologies such as mobile Internet and virtual simulation,the course content has been updated and the teaching mode has been innovated to improve the relevant knowledge system in response to new requirements in the field of aero-engine application and maintenance.Focusing on the connotation of the aero-engine application and maintenance curriculum,this paper puts forward the corresponding curriculum objectives,designs the curriculum content,and explores the application of relevant new technologies in the reform of the curriculum teaching mode,laying the foundation for the high-quality construction of the curriculum.Key words:aero-engine application and maintenance;operation and maintenance;mobile Internet;virtual simulation;curriculum construction编辑：李金枝教改教法126