飛行力學(xué)在線課程建設(shè)與項(xiàng)目式課堂教學(xué)改革研究

苗楠 王曉璐 劉戰(zhàn)合

摘 要：本研究基于學(xué)校面向飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)必修課程飛行力學(xué)，對(duì)授課現(xiàn)狀、教學(xué)及考核方法等進(jìn)行了分析，并以此為基礎(chǔ)，提出了在線課程建設(shè)與項(xiàng)目式課堂教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革方法。此外，在線課程建設(shè)方面基于兩類知識(shí)點(diǎn)、以微課為主體開展，課堂教學(xué)方面以擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面和培養(yǎng)其基本科研素質(zhì)為目標(biāo)、以項(xiàng)目式教學(xué)為主線進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：在線課程;微課;項(xiàng)目式教學(xué);飛行力學(xué);課堂教學(xué)改革

飛行力學(xué)是飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的重要必修課程，該課程以空氣動(dòng)力學(xué)、剛體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、控制理論、發(fā)動(dòng)機(jī)原理、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等作為主要的理論基礎(chǔ)，研究飛機(jī)在不同環(huán)境下的飛行規(guī)律，從而直接為飛行器設(shè)計(jì)和使用服務(wù)。在飛機(jī)設(shè)計(jì)與研制中，飛行力學(xué)是溝通理論與實(shí)踐的橋梁。

根據(jù)鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)現(xiàn)有培養(yǎng)方案（2016級(jí)至2019級(jí)）安排，該課程開設(shè)于第七學(xué)期，是該專業(yè)的最后一門力學(xué)類課程。因此，為使學(xué)生在掌握本專業(yè)基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，本研究提出了在線課程建設(shè)與項(xiàng)目式課堂教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革方法，力圖在實(shí)現(xiàn)授課效率和課堂效果有效提升的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的基本科研素養(yǎng)和科研能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的順利開展奠定基礎(chǔ)。

一、課程現(xiàn)狀分析

（一）授課對(duì)象學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和狀態(tài)參差不齊，授課效率受影響

飛行力學(xué)的先修課程主要包括航空航天技術(shù)基礎(chǔ)、理論力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、飛行器總體設(shè)計(jì)等。在該課程的授課過程中，會(huì)涉及先修課程中的諸多相關(guān)概念、基本理論、計(jì)算方法和重要結(jié)論等。

從近兩個(gè)學(xué)年的授課經(jīng)驗(yàn)來看，大四學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)狀態(tài)參差不齊，在一定程度上出現(xiàn)了兩極分化現(xiàn)象。學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的部分學(xué)生先修課程基礎(chǔ)較為薄弱、必要的知識(shí)儲(chǔ)備不足，為照顧其學(xué)習(xí)狀態(tài)，往往需要教師在講授課程內(nèi)容之前補(bǔ)充介紹先修課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的相關(guān)知識(shí)。對(duì)于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的部分學(xué)生，上述基礎(chǔ)知識(shí)回顧往往略顯拖沓，影響授課效率，且該部分學(xué)生的考研比例較高，課堂積極性和參與度總體偏低，若教師保持原有授課方式，難以調(diào)動(dòng)該部分學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和興趣。

（二）課堂教學(xué)及考核方法單一，過程性考核不完善

在2018—2019學(xué)年的飛行力學(xué)教學(xué)過程中，課題組基本上采用了教師講授、學(xué)生聽課的授課方式。雖然教師在授課過程中保持了與學(xué)生的頻繁互動(dòng)，并輔以學(xué)生做主體的習(xí)題講解，但總體而言，課堂的吸引力不足、學(xué)生的積極性不高。該課程依然采用閉卷考試的考核方法，對(duì)過程性考核的重視程度不足。因此，由于在教學(xué)形式及考核方法上沒有創(chuàng)新，該課程整體授課效果有很大的提升空間。

為改善這一情況，2019—2020學(xué)年第一學(xué)期，教師嘗試在講授課本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充分享相關(guān)科研和前沿內(nèi)容。比如，課題組在第三章“飛機(jī)的機(jī)動(dòng)飛行”的講授中，適時(shí)地引入了失重飛機(jī)飛行剖面設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)失重飛機(jī)的原理、進(jìn)行單次及連續(xù)拋物線失重飛行的剖面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了講解，并結(jié)合自身科研方向和最新成果分享了失重飛機(jī)內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)行為分析等內(nèi)容，同時(shí)引入了一定的課程思政元素（如圖1所示）。在第三章課程中，學(xué)生表現(xiàn)出了很強(qiáng)的好奇心、很高的積極性和較高的參與度。

二、改革內(nèi)容

基于上述分析，為進(jìn)一步提升授課效率和課堂效果，本研究提出了在線課程建設(shè)與項(xiàng)目式課堂教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革方法，其內(nèi)容主要包括以下兩方面：

（一）基于知識(shí)點(diǎn)、以微課為主體的在線開放課程建設(shè)

在線開放課程以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在線課程資源為基礎(chǔ)，以知識(shí)點(diǎn)為單元，以微課為主要形式。每一章節(jié)的微課內(nèi)容主要聚焦兩類知識(shí)點(diǎn)：先修課程中與本章節(jié)相關(guān)的重要基礎(chǔ)知識(shí)，本課程本章節(jié)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

重要基礎(chǔ)知識(shí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的微課建設(shè)，對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生來說，將在其課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)中起到重要作用，在課堂講授過程中，將大大減少先修知識(shí)回顧所占用的時(shí)間，避免內(nèi)容拖沓而影響授課效率和基礎(chǔ)較好學(xué)生的積極性，同時(shí)，可節(jié)省更多課堂時(shí)間，便于項(xiàng)目式課堂教學(xué)改革活動(dòng)的開展。重、難點(diǎn)類知識(shí)點(diǎn)的微課建設(shè)，對(duì)于不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生來說，都可以起到很好的補(bǔ)充和強(qiáng)化作用，讓學(xué)生在有限的時(shí)間和精力下，學(xué)習(xí)有所側(cè)重，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。在進(jìn)行該課程微課建設(shè)的同時(shí)，也將進(jìn)一步完善在線開放課程其他內(nèi)容的建設(shè)，如習(xí)題庫、討論區(qū)的建設(shè)等。

（二）擴(kuò)展知識(shí)面、以項(xiàng)目式教學(xué)為主線的課堂教學(xué)改革

在接下來的課堂教學(xué)中，在以微課為主體的在線開放課程建設(shè)基礎(chǔ)上，教師可開展以擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面、培養(yǎng)學(xué)生基本科研素質(zhì)為目標(biāo)、以項(xiàng)目式教學(xué)為主線的課堂教學(xué)改革。在基于以現(xiàn)有教材講授基本教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師可結(jié)合之前授課過程中的相關(guān)科研內(nèi)容經(jīng)驗(yàn)分享，通過對(duì)每一章節(jié)相關(guān)項(xiàng)目的適當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)，開展以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體的課堂教學(xué)改革探索實(shí)踐。

合理設(shè)計(jì)的項(xiàng)目在擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面、提高學(xué)生基本科研素質(zhì)的同時(shí)，還可提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力和軟件使用能力，從而為畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的順利開展奠定基礎(chǔ)。此外，教師在課堂教學(xué)中增加翻轉(zhuǎn)課堂環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研、用所學(xué)知識(shí)完成初步科研內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在課堂中進(jìn)行成果展示，并將此作為最終成績考核依據(jù)的一部分，進(jìn)一步豐富過程性考核內(nèi)容和依據(jù)。與此同時(shí)，通過文獻(xiàn)查閱、科研軟件學(xué)習(xí)與應(yīng)用等內(nèi)容，可提高考研學(xué)生的課堂興趣、參與度及成就感，從而進(jìn)一步提升授課效果。

三、實(shí)施方案

（一）提煉知識(shí)點(diǎn)，完善在線開放課程建設(shè)

針對(duì)每一章節(jié)，教師提煉與先修課程密切相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)、該章節(jié)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并針對(duì)上述兩類知識(shí)點(diǎn)完成微課視頻的錄制、后處理與上傳工作。

以第四章“飛機(jī)的續(xù)航性能”為例，對(duì)微課建設(shè)的思路進(jìn)行說明。根據(jù)教學(xué)大綱要求，本章需介紹與續(xù)航性能相關(guān)的基本概念、性能指標(biāo)、關(guān)系式以及噴氣式飛機(jī)的續(xù)航性能計(jì)算等。其中，對(duì)于航程、航時(shí)、可用燃油量等概念，在先修課程中已經(jīng)多次設(shè)計(jì)，部分學(xué)生已較為熟悉，可歸為重要基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn);對(duì)于小時(shí)耗油量、千米耗油量的概念、表示形式及二者之間的聯(lián)系，久航速度、遠(yuǎn)航速度、久航高度、遠(yuǎn)航高度等概念的理解和變化趨勢分析，噴氣式飛機(jī)續(xù)航性能的影響因素等，需歸為本節(jié)的重、難點(diǎn)內(nèi)容，在微課中進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的詳細(xì)講解。

（二）預(yù)先設(shè)定項(xiàng)目供學(xué)生選擇，并根據(jù)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整

在2020—2021學(xué)年課程開始前，完成對(duì)重要章節(jié)相關(guān)項(xiàng)目的適當(dāng)選擇和預(yù)先設(shè)計(jì)。在課程開始時(shí)，教師將所有預(yù)先設(shè)定的題目向?qū)W生公布，供學(xué)生選擇和分組。隨著課程內(nèi)容的開展，在某一章節(jié)內(nèi)容結(jié)束后，教師選擇對(duì)應(yīng)章節(jié)項(xiàng)目的學(xué)生及小組通過文獻(xiàn)調(diào)研、編程或仿真計(jì)算、結(jié)果展示等環(huán)節(jié)進(jìn)行項(xiàng)目式研究，并根據(jù)學(xué)生的實(shí)際完成情況和真實(shí)反饋，對(duì)項(xiàng)目式教學(xué)改革的開展情況進(jìn)行分析，從而對(duì)預(yù)先設(shè)定的項(xiàng)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容和難度上的優(yōu)化。

以第四章“飛機(jī)的續(xù)航性能”為例，結(jié)合習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上的重要講話和黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國家重大戰(zhàn)略，教師可帶領(lǐng)學(xué)生開展以黃河流域生態(tài)監(jiān)測無人機(jī)為對(duì)象的續(xù)航性能計(jì)算及相關(guān)設(shè)計(jì)研究。

以第五章“起飛和著陸性能”為例，教師在對(duì)影響噴氣式飛機(jī)起飛和著陸性能的因素進(jìn)行講解后，可要求學(xué)生以小組為單位、基于Matlab程序完成影響因素的定量計(jì)算和分析，并完成GUI界面制作和分享。由于大多學(xué)生缺乏編程經(jīng)驗(yàn)，為保證完成度，教師可事先分享如圖2所示的飛機(jī)起飛離地速度分析的簡單演示示例及制作過程。此類項(xiàng)目的順利開展可初步培養(yǎng)學(xué)生變成能力，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成和提升起到促進(jìn)作用。

基于授課對(duì)象學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和狀態(tài)參差不齊、課堂教學(xué)及考核方法單一的教學(xué)現(xiàn)狀，課題組針對(duì)飛行力學(xué)課程提出了在線課程建設(shè)與項(xiàng)目式課堂教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革方法。這一改革以提升授課效率、改善課堂效果為目標(biāo)，同時(shí)著力培養(yǎng)學(xué)生的基本科研素質(zhì)和科研能力。改革內(nèi)容包含以微課為主體的在線開放課程建設(shè)和以項(xiàng)目式教學(xué)為主線的課堂教學(xué)改革兩個(gè)方面。基于改革內(nèi)容制定了總體實(shí)施方案，并以該課程的多個(gè)章節(jié)為例進(jìn)行了方案細(xì)節(jié)的初步探索和可行性分析。

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責(zé)編：紅 茶