以创新能力培养为核心的航空发动机原理课程教学体系研究_王永华.pdf

收稿时间 2021-05-12作者简介 王永华（1975），女，山东人，博士，副教授，研究方向：航空发动机性能仿真与故障诊断。2022年12月December，2022University Education摘要 根据高校课程改革“两性一度”的要求，文章对航空发动机原理课程进行了教学研究和探索，从课程内容、信息资源建设、教材体系、教学模式、实践教学、考核方式、教学团队建设等七个方面进行了研究，形成了多元立体化教学体系，教学改革成效显著。研究内容可以为其他动力类相关课程提供参考，具有重要的推广应用价值。关键词 多元立体化；课程改革；航空发动机原理中图分类号 G642 文献标识码 A 文章编号 2095-3437（2022）12-0086-03航空发动机原理是海军航空大学本科专业课程教学的一门主干必修课，是后续专业课的理论基础课程。课程重点讲授涡喷、涡扇、涡轴等现代航空发动机气路部件和系统的原理及特性等内容。要想掌握好课程内容，并能科学使用、维护和监管发动机，学生就必须具有较强的自主学习和创新能力。创新能力的培养需要高校将传统的教学模式与创造性教学模式相结合，根据多元立体化的教育理论，探索多视角、多层面、多方位立体化的航空发动机原理课程教学模式改革，提升航空专业人才培养质量1-2。根据高校课程改革“两性一度”的要求，课程组结合学生的需求对课程教学进行了优化，从空勤和地勤两个角度进行航空发动机性能和故障的分析，探索出符合不同专业学生需求的航空发动机原理课程教学模式。一、多元立体化课程教学体系研究多元立体化教学理论由马丁特罗提出，该理论以系统科学为指导，以课程内容整合和优化为基础，以能力培养为核心，利用各种教学要素，构建多元化、立体化、全方位的教学体系3-4。航空发动机原理课程多元立体化教学体系主要包括课程内容、信息资源建设、教材体系、教学模式、实践教学、课程考核方式、教学团队建设等七个方面。（一一）课程内容的多元立体化课程内容的多元立体化根据高等教育课程改革要求，课程组对航空发动机原理课程进行了多元立体化教学改革，重点对课程授课内容进行改革重组，形成以学生为主导的教学模式。从多个角度、多个层次动态调整并优化课程内容，使得教学内容融基础性、实践应用性和前沿性于一体。航空发动机原理课程内容体系从以单轴、双轴涡喷发动机为研究主体，逐步优化改革为以双轴涡扇发动机为主要研究主体，结合对涡喷、活塞、涡轴、涡桨等多型发动机的研究。课程知识点从部件结构原理特性，逐步优化改革为部件原理特性总体，并对内容进行动态调整，将课程内容体系进行多层次融合，为后续专业课程和岗位职业教育奠定了坚实基础，有效扩大了学生的知识面，使其能适应未来岗位任职要求。课程形成了以“结构原理性能指标特性分析使用特点”为主线，以“活塞式发动机+涡扇发动机+涡轴发动机+涡桨发动机”内容架构为主体的教学体系，对课程内容进行了多元立体化改革。（二二）信息资源多元立体化信息资源多元立体化在航空发动机原理课程信息资源建设方面，形成了以航空发动机原理网络课程为主，以发动机三维交互式网络训练系统为辅，以多型号发动机三维数字模型为核心的多元立体化课程资源。建设了航空发动机原理课程网络教学训练系统、某型发动机综合训练系统，获得了多型发动机三维数学模型资源等多元立体化的课程信息资源。课程组根据相应的资源设计了灵活的教学形式和方法，改变了以往以教师、课本、课堂为中心的传统教学方法。航空发动机原理课程网络教学训练系统借助校园网络教学平台，让学生在课后业余时间进行自主学习，学生可通过教学训练系统对航空发动机压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室和喷管等主要部件结构的三维数字模型的工作原理进行学习。学生通过利用课程网络教学训练系统中的典型故障排除案例、先进航空发动机以创新能力培养为核心的航空发动机原理课程教学体系研究王永华于向财谭巍海军航空大学航空基础学院，山东烟台26400186University Education地勤和空勤培训技术资料、模拟试题库等信息资源开展学习，掌握了基础知识，夯实了理论基础。教师利用业余时间在课程网络教学训练系统中对学生提出的疑问进行解答，学生也可以通过平台进行问题讨论和交流，实现了全方位开放性的“教”与“学”，解决了传统课程课内课时少、教学内容多的矛盾，让课程不再受时间和空间的限制，课程学习变得更加灵活，激发了学生学习的内驱力，提高了教学效果。通过课程建设，形成了航空发动机课程信息资源多元化教学特色。（三三）教材体系立体化教材体系立体化航空发动机原理课程的教材包括主教材，并配套相应的装备型号文字教材、装备型号示教训练课件电子教材、网络教材、实验指导书等辅助教材。教材内容始终结合装备发展进行动态更新、改版或选配。为了紧跟世界先进发动机的技术发展，学校为本科生提供了英文原版书 The Jet Engine 作为辅助学习教材，制作了 航空发动机构造与维护 视频录像教学片、发动机喘振电教片和发动机试车动画影像等辅助教材，形成了以“主教材+辅助教材+型号电子教材+数字媒体资源教材+实验指导书+习题集配套教材”的多元立体化教材体系。（四四）教学模式多样化教学模式多样化课程组通过对教学模式进行探索，形成了“课堂教学+信息教学+实装教学+模拟教学”的“四维一体式”航空发动机原理课程教学模式。1.课堂教学：以“背景+理论+应用”的知识模块形式进行课堂教学，改革传统的课堂纯板书讲授方式，利用电子白板进行交互式讲授。将集文字、声音、三维立体图形为一体的多媒体电子教案融入课堂设计，做到电子白板的板书与多媒体手段的相辅相成，有利于学生掌握重点和难点内容。强调知识的综合运用和实践训练，保持课程教学内容的系统性、科学性和前沿性。在课堂教学过程中，为激发学生的学习兴趣，课程组采用任务驱动式、启发式、案例式、问题引导式、小组研讨式等教学手段，邀请飞行教官进校园开展航空发动机原理理论课堂教学，采用“双师同堂”教学模式，将航空发动机原理与飞行实践紧密结合，形成“学中用，用中学”的闭环学习模式，实现双向互动式教学。2.信息教学：以“自学+训练+考核”的形式进行网络教学，为了解决课程课内课时不足的问题，学校开设了线上课程，学生可通过网络教学平台的试题库进行练习和模拟考核，这种模式提高了学生的自学能力。学生通过航空发动机原理网络教学平台实现了对课程内容的复习和自学。3.实装教学：实装教学由课程实验教学、装备教学、工厂实习、毕业设计等部分组成。课程实验教学包括压气机流量特性试验和航空发动机工作过程模拟两个部分。课程装备教学在航空装备中心进行，主要进行典型发动机基本结构和工作原理的教学。航空装备中心内陈列了航空燃气涡轮喷气发动机、航空燃气涡轮风扇发动机和航空燃气涡轮轴发动机等多种典型航空发动机装备。工厂实习在校外实习基地进行，实践保障条件齐全，效果良好。学生毕业设计选题紧密结合装备使用和科研项目，针对性强。学生解决发动机使用问题的能力得到了大幅度提高。4.模拟教学：学生可通过“航空发动机综合模拟训练系统”，自主学习典型航空发动机原理、结构、现役发动机地勤维护等知识。开展部附件结构的拆装训练，通过训练更好地理解航空发动机的结构和工作原理。教师通过开展模拟考试对学生自学效果进行考核和评价，最终形成课程考核的过程评价结果。（五五）实践教学的多元立体化实践教学的多元立体化目前高校课程改革要求课程建设须具备创新性和高阶性，要培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维，而实践教学是实现创新性和高阶性目标的重要途径。航空发动机原理课程实践教学环节是培养学生理论联系实际、分析与解决问题能力的重要教学环节。实践教学的多元立体化主要体现在实验教学多元化和实践教学科研化两个方面。1.实验教学多元化课程通过设计不同层次的实验开展具有一定挑战度的实验教学，满足本科生、硕士生和博士生的实验需求。在同一层次上通过对实验参数进行优化设计，让学生像打游戏一样递进完成实验，从中获得完成实验挑战的成就感。课程组基于信息技术建立了航空发动机原理课程立体化自主研究式教学保障体系，该体系由发动机参数采集分析系统、发动机参数测试与分析训练系统、发动机综合模拟训练系统和三维交互式网络教学系统构成，能够为学生提供实验条件，充分发挥学生的主体地位，提升实践教学训练水平。立体化自主研究式教学保障体系建设框架如图1所示。2.实践教学科研化航空发动机原理课程是一门具有较强实践性的专业课程，通过将科研成果引入课程，能够满足课程改革创新的要求，使课程内容更具前沿性、先进性和时代性。课程组积极开展航空发动机领域科研工作，将先进的科研成果融入课堂教学，通过课堂教学的实践环节进一步提升学生的岗位任职能力，形成“科研成果课堂教学”的良性循环。课程组成员共主持了30余项科研课题，课题研究成果涵盖了航空发动机主机结构原理、航空发动机滑油、控制、起动等各个工作系统以及航空发动机主轴和整机振动等多方面知识点。这些研究成果或形成辅助教材，或与航空发动机原理课程相对应的内容知识点进行优化组合。课程组在将科研成果融入课程教学内容的过程中，依据学生的不同能力要求进行组合，满足了课程改革的高阶性要求。优化后的内容作为航空发动机原理课程实践教学的辅助教学资源。（六六）考核方式多元立体化考核方式多元立体化航空发动机原理课程考核改革的总体思路是加强学生形成性考核，形成注重过程考核的多元立体化考核体系5。课程考核体系为形成性考核成绩占40%、闭卷87考试成绩占60%。形成性考核主要包括过程考核成绩和阶段性测验成绩两部分，其中过程考核成绩占总成绩的15%，阶段性测验成绩占总成绩的25%。航空发动机原理课程考核改革的具体实施方案如下：过程考核成绩占总成绩的15%，主要有课堂综合表现（如回答问题情况、上课秩序）、课后作业和实验报告三方面。阶段性测验成绩占总成绩的25%，分两次进行阶段性测验，一次在部件基本学习完成后进行闭卷阶段性测验，一次在完成对整机热力循环和热力计算内容学习后进行开卷阶段性测验。学生自行编制程序进行航空发动机设计点性能参数的热力计算，通过改变热力循环参数探讨提高航空发动机整机性能的方法，对整个热力循环和热力计算进行分析并撰写报告，由此加强学生对航空发动机热力循环参数与总体性能关联性的理解，实现学生综合能力的提高。期末闭卷考试成绩占总成绩的60%，主要侧重于考核学生综合分析和解决实际问题的能力。（七七）教学团队人才培养多元化教学团队人才培养多元化课程组成员每年都参加学校和教育系统组织的教学比赛，形成了“以赛促教+以研促教”的教学能力培养模式；每个学期定期开展飞行教官和理论教学教师的代职锻炼，每半年开展一次双向交流，开展“理论培训+飞行实践培训”的教学实践活动，形成以创新能力培养为中心的多元化人才培养模式。航空发动机原理教学团队由7名教师组成，其中教授1人、副教授2人、讲师3人、助教1人；年龄结构为50岁以上1人、40-50岁2人、30-40岁3人、30岁以下1人。人员结构合理，是一支教学科研能力强、充满活力的教学创新团队。以赛促教、以研促教、理论培训+飞行实践培训等多元化的培养方式，有效提高了教师的教学理论水平和实践能力。团队注重对教师的课堂授课能力和组训能力的培养，团队成员积极参加全军协作区、海军教学比赛和学校举办的各种教学比赛，通过比赛不断地提升自身的教学能力和水平。团队成员1人获全军五协作区教学法观摩竞赛二等奖；1人获大学课堂教学竞赛二等奖；1人获学校金鹰杯教学比赛二等奖；团队进行的航空发动机原理课程线上线下混合式教学模式改革获学校教学比赛二等奖。团队成员长期致力于课程建设、教学资源开发和建设、航空发动机维护保障、故障诊断等领域的教学科研工作，以研促教。团队成员将科研成果融入课程教学实践，实现科研和教学的相互促进和良性互动。将这些科研成果与航空发动机原理课程相关知识点融合，增强了课程内容的针对性和先进性，有效调动了学生课堂学习、思考、发言的积极性和主动性，对小组研讨式、任务驱动式、自主学习式等课堂教学模式的改革起到了良好的促进作用，提高了学生综合应用所学知识分析和解决问题的能力。二、改革成效航空发动机原理课程改革效果显著，学生课程考核平均成绩稳步提高，学生毕业设计优秀率逐年提高，2019年飞行器工程专业学生毕业设计优秀率比2018年提高5%。学生利用航空发动机综合模拟训练系统对发动机实装的原理、结构进行学习，并开展虚拟维修训练，提前熟悉了装备，缩短了岗前培训时间。参考文献1 李娜，商庆清.土木工程制图课程体系多元化综合教学改革与实践 J.教育教学论坛，2019（10）：90-92.2 袁小翠，于祯，郭波，等.单片机原理及应用课程多元化教学改革与实践：以南昌工程学院为例 J.科技视界，2019（22）：108-109.3 于娟.工程类基础课程多元化教学模式及评价：以工程热力学教学实践为例 J.高等工程教育研究，2017（4）：174-177.4 袁志红.教学与测评“多元化”模式探讨：以高校公共体育课程为例 J.中国民航飞行学院学报，2017（4）：77-80.5 王永华，蒋科艺，沈伟，等.航空发动机原理课程考核方法改革探讨 J.大学教育，2016（1）：159-160.责任编辑责任编辑：苏祎颖苏祎颖图1立体化自主研究式教学保障体系建设框架2022年12月December，2022University Education自主研究式教学保障体系发动机参数采集分析系统动力工程专业（本科）机械维修专业（本科）航空宇航推进理论与工程（硕士）发动机参数测试与分析训练系统动力工程专业（本科）机械维修专业（本科）发动机综合模拟训练系统动力工程专业（本科）机械维修专业（本科）航空宇航推进理论与工程（硕士）航空宇航推进科学与技术（博士）三维交互式自主学习考核网络教学系统动力工程专业（本科）机械维修专业（本科）88