飛機空氣動力學課程教學體系探討

姜偉華

摘 要： 飛機空氣動力學是民航機務工程專業的基礎課程，作者根據多年教學經驗對空氣動力學課程的教學體系進行探討，主要從教學目標、內容和教學方法方面發表自己的觀點，并且提出以后教學過程中需要改進的方向。

關鍵詞： 空氣動力學 創新實踐 多媒體

飛機空氣動力學作為流體力學的一個分支，通過研究飛機和氣體做相對運動時氣體的流動特點，分析飛機的受力特性，它是在流體力學的基礎上，隨著航空工業和噴氣推進技術的發展而成長起來的一門學科。近幾年，隨著我國民航事業的飛速發展，航空公司規模不斷壯大，越來越多先進的機型陸續投入運營市場，需要大量機務維修人員，給開設相關專業的院校提出了新的挑戰。空氣動力學作為民航機務工程專業的一門專業基礎課程，建立和健全有效的課程教學體系，是提高學生認知水平、培養學生實踐與創新意識的重要基礎。

一 、教學目標

通過本課程學習，學生對飛行器整個飛行速度范圍內的空氣動力特性有全面系統的理解，掌握空氣動力特性求解的基本理論和方法，初步具備飛行器氣動力設計所需知識。鑒于本課程為民航機務工程專業基礎課程，教學實行理論教學、實踐教學和創新實踐相結合的教學方式，使學生掌握空氣動力學的基本方法和應用。并在掌握基本理論的基礎上，培養學生的創新實踐能力，提高學生解決問題的能力。

二 、教學內容與方法

1.教學內容

本課程內容主要分成四大部分：流體的基本屬性，流體靜力學與動力學，飛機的低速空氣動力特性，飛機的高速空氣動力特性四大部分，在高速空氣動力特性部分將飛機的速度范圍細分至亞聲速、跨聲速和超聲速三個速度階段進行介紹，以便區分這三個速度范圍空氣動力特性的差別。同時，結合現在民航飛機的設計理念，介紹有限翼展和后掠翼的空氣動力特性，實現理論與實際相結合。

2.教學方法

（1）理論教學

理論教學是飛機空氣動力學教學過程中不可缺少的環節，也是基礎性環節，該環節的關鍵在于概念及公式的理解及應用。

第一，教師作為教學的主體，首先要深入了解概念的本質，在授課過程中做到深入淺出，以概念清楚、推理嚴謹、重點突出為原則[1]，重視概念理解和公式的理論推導過程，推導過程即理解過程，一個正確有效的推導過程可以很大程度地幫助學生理解公式和概念，有利于強化教學效果；其次，在理論介紹和推導過程中，教師可以結合現實生活中的實際案例幫助學生理解，將生活中常見的現象與理論結合，便于學生更快更好地理解；最后，可以適當介紹國內外流體力學的研究現狀，包括一些知名學者的科學貢獻、人物事跡等，例如，在介紹描述流體的兩種運動方法時，其中一種方法為歐拉法，便可以介紹歐拉的生平事跡及主要貢獻，以便提高學生的上課興趣及積極性，擴大學習知識面。

第二，在教學過程中學生同樣是教學主體，傳統教學過程屬于注入式教學，教師過于注重講授過程，而忽略學生的接收過程，導致學生上課效果不理想，因此，可以考慮改進教學過程，采用互動式教學，注重教師與學生之間的互動過程，可以采用上課提問、討論交流的方式，提高學生在課堂上的主觀能動性。例如，在飛機的亞聲速空氣動力特性理論知識講授完畢之后，可以目前主流機型B737為例，采用課堂討論的方式探討B737飛機的設計理念和設計特點，結合機型的設計參數分析飛機的空氣動力特性。

（2）創新與實踐教學

現代科學技術的高速發展對創新性人才的需求愈加重視，我國高等教育領域開始反思教學方法，越來越重視學生創新能力培養，該環節主要培養學生的動手實踐能力與創新意識[2]。

第一，空氣動力學的很多結論包括研究數據都是通過實驗得來的，其中最重要最基本的實驗便是風洞實驗，風洞實驗是研究氣體流動及其與模型的相互作用，以了解實際飛行器或其他物體的空氣動力學特性的一種空氣動力實驗方法。對于一些民辦高校或者專科學校來說，專門建造具有一定規模的風洞專門用來采集數據和模擬氣體是不現實的，教師可以啟發和鼓勵學生建造一座小型風洞用來模擬實驗現象，并且可以借助簡單的壓力和溫度傳感器等測量數據。例如，可以通過風洞中的煙霧描述流體流過物體時的流態變化情況，還可以通過壓力傳感器所測數據分析空氣低速流過翼型時的壓力分布情況，從而理解升力的產生與變化過程。盡管所測數據或者觀察的現象并不十分精確，但是制作過程和實驗過程能很大程度幫助學生理解書本知識，真正實現理論與實踐相結合的目標。在制作過程中教師可以靈活教學，采用分組制作方法，既通過競賽方式調動學生的制作積極性，又培養學生的團隊合作意識。同時，制作的小型風洞可以用于課堂教學用，在課堂上使用便攜式的小型風洞模擬實驗過程，通過觀察實驗現象理解飛機的空氣動力特性。

第二，機務工程專業是一門應用型比較強的專業，學校會給學生提供相關實習與實訓平臺，學生在修完相關理論知識之后便可去相關實訓單位參加實訓，實訓過程是一個把理論知識與實際應用相結合的最直接平臺，在這個平臺上，學生在深化所學知識的同時還可以接觸很多課本之外的知識，幫助拓寬知識面，加深對專業知識的理解。另外實訓作為一種社會實踐會讓學生提早接觸工作崗位，明確崗位職責。

第三，為了充分培養學生的創新意識，學生可以借助學校或者其他教育機構提供的相關平臺，通過參加豐富多彩的課外活動，拓展課堂所學知識。如航模比賽或者直升機設計大賽，參賽過程即學生將課堂知識應用到實踐的過程，在這個過程中，可以發現自身所學知識的不足之處，有目的地進行補充，對學生充分掌握行業相關知識有事半功倍的作用。

（3） 傳統教學與多媒體教學相結合

針對課程當中不同的教學內容，我們采用傳統教學方式與多媒體教學方式相結合的方式。傳統教學方式即黑板板書的教學方式，對于課本上的概念及公式的理論推導過程，采用黑板板書方式更符合知識本身的認知規律，板書的過程是教師啟發學生按照一定邏輯思考的過程，使知識的講授更條理、清晰，便于學生理解。

多媒體教學具有圖、文、聲并茂甚至活動影像這樣的特點，具有許多對教育教學過程來說特別寶貴的特性與功能，而這些特點是其他媒體不完全具備的。相對黑板板書教學有很多優點，如教學過程不再單一呆板，更繪聲繪色，甚至可以采用動畫演示理論過程，使知識的呈現更生動直觀，而且可以活躍課堂氣氛，提高學生的學習積極性，使學生感受到學習過程的喜悅，寓學于樂。在飛機空氣動力學的講授過程中有很多內容需要借助多媒體實現，例如空氣流過物體時的流態變化情況，翼型的設計特點及一些特殊機型的機身設計等，都需要多媒體展現，單單借助黑板板書不可能完全達到教學效果。因此，多媒體教學是空氣動力學教學過程中不可缺少的教學手段。

三 、結語

飛機空氣動力學是一門理論與實踐相結合的過程，在理論教學的同時重視實踐教學，適應社會需要，多培養學生的實踐與創新意識，本課程經過幾年研究與教學，已經形成一套完整的教學體系，但是仍然存在許多缺點和不足，需要在以后教學過程中不斷改善，主要有以下幾點：

1 .充分調動學生學習積極性，利用多媒體技術和豐富的課外知識使枯燥的課堂變得豐富多彩，提高學生學習效率。

2.發揮學生的主觀能動性，對于一些特殊的知識點可以考慮采用學生講授的方式，鍛煉學生自主思考問題、解決問題的能力，還可以鍛煉語言表達能力，提高綜合素養。

3.制定合理的獎懲制度，合理的獎懲制度不但保證課堂教學質量，而且在一定程度上可以調動學習積極性。

參考文獻：

[1]郭昊，劉沛清，等.基于創新實踐理念的空氣動力學課程教學體系建設[J].世界教育信息，2011（1）：49-51.

[2]劉偉，姚莉，等.國內外“空氣動力學”課程實踐教學的對比分析[J].高等教育研究學報，2010，1（33）：68-71.