基于活化課堂的《安全性分析與適航》課堂教學改革和探索

張超 田薇 王海濤 周勇

摘? 要：從提升課堂質量角度出發，提出了基于活化課堂的《安全性分析與適航》課堂教學改革思路，給出了兩強化、兩減增和兩引入等具體實施措施，在課堂教學內容更新、教學方法改進和教學模式改革等方面進行了創新探索，并在西北工業大學航空學院進行了三輪次的課堂教學實踐。應用表明，該改革措施可以有效提高學生的學習興趣和綜合能力，在航空工程新工科人才培養方面具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：課堂質量;安全性分析與適航;活化課堂

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）14-0078-04

Abstract： For improving the class-teaching quality， the class-teaching reform idea of "Safety Analysis and Airworthiness" based on activating classroom has been proposed. The concrete implementation measures， such as two intensifications， two increments and two introductions， have been given. And the teaching content renewal， teaching method improvement and teaching mode reform， has been carried out three rounds in School of Aeronautics， Northwest Polytechnic University. The application results show that the reform measures can effectively improve students learning interest and comprehensive ability， and have certain references in the training of new aviation engineering talents.

Keywords： class-teaching quality; Safety Analysis and Airworthiness; activating classroom

一、概述

推動課堂革命是堅持以本為本、推進四個回歸的重要舉措[1]。西北工業大學航空學院開設的《安全性分析與適航》課程主要講授民用飛機系統安全性分析和適航性評估方法，它是面向新時代以飛行器安全適航為核心的民用航空教育的重要課程之一[2]。從活躍課堂氛圍、提高課堂三率（前排率、抬頭率和提問率）、提升課堂質量角度出發，本文提出了西北工業大學航空學院《安全性分析與適航》課堂教學改革的思路，通過兩強化更新了課堂教學內容、兩減增改進了課堂教學方法、兩引入改革了課堂教學模式。經過三輪次課堂教學實踐，取得了較好的教學效果，具有較強的推廣效應。

二、改革措施

（一）教學內容更新

1. 強化民機系統安全性與適航標準的關聯。安全性是飛機一種固有屬性，是其在正常工作狀態和使用環境下不導致人員傷亡、不危害健康及環境、不對飛機或財產造成損害或損壞的能力。適航性是飛機在規定的使用范圍和限制內能夠安全地開始、保持和完成飛行的特性，它是表明對一些標準和要求的符合性，這些標準和要求是為飛機的設計制造和運營維護達到一定的安全性水平而設定的[3]。離開了標準和要求，適航就無從談起。適航標準和要求體現的是飛機的“最低”安全要求，飛行器取得適航證只說明它具有安全使用的性質，但能否安全使用還取決于使用后的其他因素。應用適航管理方法解決飛機安全性問題也只是最低的飛機安全工作標準。飛機安全性設計可以高于適航規章所規定的安全標準，但不能低于它。雖然我國的適航標準和適航要求很多，涉及的知識點也很繁雜，但由于航空學院同期開設了專門的《適航理論》這門課。因此，本課程教學內容大幅度弱化了國內外適航管理法規，而是緊緊依托CCAR-25.1309適航標準的安全性要求，強化了民機系統安全性設計評估與適航標準之間的關聯，如圖1所示。

2. 強化基于二元決策圖的故障樹分析方法。故障樹分析法是系統安全性分析的重要方法之一，它是從要分析的特定頂事件開始，層層分析其發生原因，直到找出事故的底事件為止。傳統的故障樹是基于布爾代數的分析方法，但該方法定性分析求最小割集和定量分析實現最小割集不交互工作中存在著嚴重的組合爆炸問題。但Shannon分解可快速實現布爾函數的不交互工作，故障樹結構函數通過Shannon分解后得到不交化Shannon分解樹，而Shannon分解樹可簡化為二元決策圖，繼而利用二元決策圖可以快速地實現故障樹的定性和定量分析，顯著降低計算復雜度，有效解決了組合爆炸問題。二元決策圖法目前已成為故障樹分析中最主流最有效的方法，并被成功地應用到ReliaSoft和Isograph等安全性分析軟件中。因此，本課程適當弱化了基于布爾代數的故障樹定量分析法，強化了基于二元決策圖的故障樹定性和定量分析方法。例如，按圖2所示，在分析完布爾代數法和二元決策圖法的基本區別后，接著講授故障樹如何快速轉換為二元決策圖，進而講授其定性定量和模塊化分析方法，學生更容易接受。

（二）教學方法改進

1. 減“適航法規解釋”增“案例推演”。適航法規和適航條款很多很繁雜，本課程教學過程中始終堅持民機系統安全性與適航標準的關聯原則，減少適航法規條文相關的教學內容，對涉及到安全性設計相關的適航條款盡量用案例推演的方式講授。例如，講授關于飛機地面準確停機的適航條款時，就直接利用2018年9月5日首航JD5716航班在南京祿口機場地面滑行入位過程中與相鄰74A機位上的東航飛機發生剮蹭事件為案例進行推演，如圖3所示，避免了枯燥冗長的適航法規條文，使課堂氣氛更為有趣。

2. 減“教師滿堂講授”增“小組研討”。積極改進每節課的授課環節，避免出現教師“滿堂灌”和“滿堂問”的情況，力爭每堂課講授的主要知識點都能隨堂掌握，對關鍵知識點和知識難點積極設置一些研討問題或研討練習，開展小組研討或小組共同思考，隨堂進行思路研討和啟發，提升學生的創新思維。例如，傳統的故障模式影響及危害性分析（簡稱FMECA）定量分析中一個關鍵指標是風險優先數（簡稱RPN），其計算方法是嚴重度S、發生率O和難檢度D三者的乘積，即RPN=S*O*D，但往往會出現雖然嚴重度S、發生率O和難檢度D三者導致RPN相等的情況出現，這種情況后就無法或者準確地對故障模式進行有效排序了，繼而影響故障診斷和維修順序，因此急需尋找新的計算方法來解決這個問題。以“新任務”“新環境”“新技術”為牽引力求實現飛機的安全適航知識點講授，大力倡導和開展團隊式研討，既能培養學生的自主學習能力，也能培養學生的團隊合作能力，還能培養和鍛煉學生的展示表達能力。

（三）教學模式改革

1. 引入“課程思政”教育。通過講授C919適航取證、AG600水陸首飛等跟安全性和適航知識緊密相關的生動實例，闡述中國航空從“跟跑并跑”到“并跑領跑”再到實現“全面超越”的不斷進步，在課堂教學中積極開展課程思政教育，培養學生為祖國繁榮和為民族復興而努力學習的愛國情懷。堅持立德樹人，通過講授“西工大現象”、西工大80周年校慶活動和航空學院“一班三總師”等身邊事跡，培養學生為實現航空強國跨越和面向國家重大需求而努力的奮斗精神。通過川航英雄機組先進事跡、首航風切變事件成功處置等一系列中國航空危險克服事例，說明中國航空人水平越來越高，引導學生的自信心，充滿對國家的信任感，以及民族自信、文化自信和技術自信。通過講述身邊的故事周洲教授領導的魅影團隊立志科研強國的外場實驗故事，鼓勵大家不忘初心刻苦學習。通過在知識講授中穿插課程思政教學內容，努力實現課程思政教育和思政課程教育的協同效應，大力培養新時代人才（圖4）。

2. 引入“案例分析”考核。積極開展考核模式改革，重點增加實際案例題來檢驗學生知識掌握情況和應用能力。例如，FMECA一般要經過系統理解、繪制功能框圖和可靠性框圖、定義嚴酷度等級、填寫FMECA表格、定性分析、定量分析、繪制危害性矩陣、給出改進建議等8個步驟。考核FMECA知識點時，通過選用實際飛機系統（如燃油系統）為例進行檢驗和考核，使知識學習與實際案例完美結合起來，避免了考前突擊和死記硬背式的學習方式，這樣學生能真正地掌握安全性分析評估方法。

三、結束語

通過西北工業大學航空學院近三輪次的《安全性分析與適航》課程教學評價和教學質量評估分析，學生普遍反映課堂教學效果顯著，學生的創新思維能力和解決問題的能力均得到明顯提升，實現了知識傳授與創新能力培養前沿技術的協調發展，可供航空工程專業課程的課堂教學進行參考和借鑒。

參考文獻：

[1]陳寶生.堅持以本為本，推進四個回歸，建設中國特色、世界水平的一流本科教育[C].新時代全國高等學校本科教育工作會議，2018.06.21.

[2]張超，田薇，王海濤，等.面向新工科的《安全性分析與適航》課程教學模式改革與探索[J].高教學刊，2019（1）：119-121.

[3]修忠信.民用飛機系統安全性設計與評估技術概論[M].上海交通大學出版社，2013.