以創新能力培養為核心的航空發動機原理課程教學體系研究

［摘 要］根據高校課程改革“兩性一度”的要求，文章對航空發動機原理課程進行了教學研究和探索，從課程內容、信息資源建設、教材體系、教學模式、實踐教學、考核方式、教學團隊建設等七個方面進行了研究，形成了多元立體化教學體系，教學改革成效顯著。研究內容可以為其他動力類相關課程提供參考，具有重要的推廣應用價值。

［關鍵詞］多元立體化；課程改革；航空發動機原理

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）12-0086-03

航空發動機原理是海軍航空大學本科專業課程教學的一門主干必修課，是后續專業課的理論基礎課程。課程重點講授渦噴、渦扇、渦軸等現代航空發動機氣路部件和系統的原理及特性等內容。要想掌握好課程內容，并能科學使用、維護和監管發動機，學生就必須具有較強的自主學習和創新能力。創新能力的培養需要高校將傳統的教學模式與創造性教學模式相結合，根據多元立體化的教育理論，探索多視角、多層面、多方位立體化的航空發動機原理課程教學模式改革，提升航空專業人才培養質量[1-2]。根據高校課程改革“兩性一度”的要求，課程組結合學生的需求對課程教學進行了優化，從空勤和地勤兩個角度進行航空發動機性能和故障的分析，探索出符合不同專業學生需求的航空發動機原理課程教學模式。

一、多元立體化課程教學體系研究

多元立體化教學理論由馬丁·特羅提出，該理論以系統科學為指導，以課程內容整合和優化為基礎，以能力培養為核心，利用各種教學要素，構建多元化、立體化、全方位的教學體系[3-4]。航空發動機原理課程多元立體化教學體系主要包括課程內容、信息資源建設、教材體系、教學模式、實踐教學、課程考核方式、教學團隊建設等七個方面。

（一）課程內容的多元立體化

根據高等教育課程改革要求，課程組對航空發動機原理課程進行了多元立體化教學改革，重點對課程授課內容進行改革重組，形成以學生為主導的教學模式。從多個角度、多個層次動態調整并優化課程內容，使得教學內容融基礎性、實踐應用性和前沿性于一體。航空發動機原理課程內容體系從以單軸、雙軸渦噴發動機為研究主體，逐步優化改革為以雙軸渦扇發動機為主要研究主體，結合對渦噴、活塞、渦軸、渦槳等多型發動機的研究。課程知識點從部件結構—原理—特性，逐步優化改革為部件原理—特性—總體，并對內容進行動態調整，將課程內容體系進行多層次融合，為后續專業課程和崗位職業教育奠定了堅實基礎，有效擴大了學生的知識面，使其能適應未來崗位任職要求。

課程形成了以“結構—原理—性能指標—特性分析—使用特點”為主線，以“活塞式發動機+渦扇發動機+渦軸發動機+渦槳發動機”內容架構為主體的教學體系，對課程內容進行了多元立體化改革。

（二）信息資源多元立體化

在航空發動機原理課程信息資源建設方面，形成了以航空發動機原理網絡課程為主，以發動機三維交互式網絡訓練系統為輔，以多型號發動機三維數字模型為核心的多元立體化課程資源。建設了航空發動機原理課程網絡教學訓練系統、某型發動機綜合訓練系統，獲得了多型發動機三維數學模型資源等多元立體化的課程信息資源。課程組根據相應的資源設計了靈活的教學形式和方法，改變了以往以教師、課本、課堂為中心的傳統教學方法。

航空發動機原理課程網絡教學訓練系統借助校園網絡教學平臺，讓學生在課后業余時間進行自主學習，學生可通過教學訓練系統對航空發動機壓氣機、燃燒室、渦輪、加力燃燒室和噴管等主要部件結構的三維數字模型的工作原理進行學習。學生通過利用課程網絡教學訓練系統中的典型故障排除案例、先進航空發動機地勤和空勤培訓技術資料、模擬試題庫等信息資源開展學習，掌握了基礎知識，夯實了理論基礎。教師利用業余時間在課程網絡教學訓練系統中對學生提出的疑問進行解答，學生也可以通過平臺進行問題討論和交流，實現了全方位開放性的“教”與“學”，解決了傳統課程課內課時少、教學內容多的矛盾，讓課程不再受時間和空間的限制，課程學習變得更加靈活，激發了學生學習的內驅力，提高了教學效果。通過課程建設，形成了航空發動機課程信息資源多元化教學特色。

（三）教材體系立體化

航空發動機原理課程的教材包括主教材，并配套相應的裝備型號文字教材、裝備型號示教訓練課件電子教材、網絡教材、實驗指導書等輔助教材。教材內容始終結合裝備發展進行動態更新、改版或選配。為了緊跟世界先進發動機的技術發展，學校為本科生提供了英文原版書《The Jet Engine》作為輔助學習教材，制作了《航空發動機構造與維護》視頻錄像教學片、發動機喘振電教片和發動機試車動畫影像等輔助教材，形成了以“主教材+輔助教材+型號電子教材+數字媒體資源教材+實驗指導書+習題集配套教材”的多元立體化教材體系。

（四）教學模式多樣化

課程組通過對教學模式進行探索，形成了“課堂教學+信息教學+實裝教學+模擬教學”的“四維一體式”航空發動機原理課程教學模式。

1.課堂教學：以“背景+理論+應用”的知識模塊形式進行課堂教學，改革傳統的課堂純板書講授方式，利用電子白板進行交互式講授。將集文字、聲音、三維立體圖形為一體的多媒體電子教案融入課堂設計，做到電子白板的板書與多媒體手段的相輔相成，有利于學生掌握重點和難點內容。強調知識的綜合運用和實踐訓練，保持課程教學內容的系統性、科學性和前沿性。在課堂教學過程中，為激發學生的學習興趣，課程組采用任務驅動式、啟發式、案例式、問題引導式、小組研討式等教學手段，邀請飛行教官進校園開展航空發動機原理理論課堂教學，采用“雙師同堂”教學模式，將航空發動機原理與飛行實踐緊密結合，形成“學中用，用中學”的閉環學習模式，實現雙向互動式教學。

2.信息教學：以“自學+訓練+考核”的形式進行網絡教學，為了解決課程課內課時不足的問題，學校開設了線上課程，學生可通過網絡教學平臺的試題庫進行練習和模擬考核，這種模式提高了學生的自學能力。學生通過航空發動機原理網絡教學平臺實現了對課程內容的復習和自學。

3.實裝教學：實裝教學由課程實驗教學、裝備教學、工廠實習、畢業設計等部分組成。課程實驗教學包括壓氣機流量特性試驗和航空發動機工作過程模擬兩個部分。課程裝備教學在航空裝備中心進行，主要進行典型發動機基本結構和工作原理的教學。航空裝備中心內陳列了航空燃氣渦輪噴氣發動機、航空燃氣渦輪風扇發動機和航空燃氣渦輪軸發動機等多種典型航空發動機裝備。工廠實習在校外實習基地進行，實踐保障條件齊全，效果良好。學生畢業設計選題緊密結合裝備使用和科研項目，針對性強。學生解決發動機使用問題的能力得到了大幅度提高。

4.模擬教學：學生可通過“航空發動機綜合模擬訓練系統”，自主學習典型航空發動機原理、結構、現役發動機地勤維護等知識。開展部附件結構的拆裝訓練，通過訓練更好地理解航空發動機的結構和工作原理。教師通過開展模擬考試對學生自學效果進行考核和評價，最終形成課程考核的過程評價結果。

（五）實踐教學的多元立體化

目前高校課程改革要求課程建設須具備創新性和高階性，要培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，而實踐教學是實現創新性和高階性目標的重要途徑。航空發動機原理課程實踐教學環節是培養學生理論聯系實際、分析與解決問題能力的重要教學環節。實踐教學的多元立體化主要體現在實驗教學多元化和實踐教學科研化兩個方面。

1.實驗教學多元化

課程通過設計不同層次的實驗開展具有一定挑戰度的實驗教學，滿足本科生、碩士生和博士生的實驗需求。在同一層次上通過對實驗參數進行優化設計，讓學生像打游戲一樣遞進完成實驗，從中獲得完成實驗挑戰的成就感。課程組基于信息技術建立了航空發動機原理課程立體化自主研究式教學保障體系，該體系由發動機參數采集分析系統、發動機參數測試與分析訓練系統、發動機綜合模擬訓練系統和三維交互式網絡教學系統構成，能夠為學生提供實驗條件，充分發揮學生的主體地位，提升實踐教學訓練水平。立體化自主研究式教學保障體系建設框架如圖1所示。

2.實踐教學科研化

航空發動機原理課程是一門具有較強實踐性的專業課程，通過將科研成果引入課程，能夠滿足課程改革創新的要求，使課程內容更具前沿性、先進性和時代性。課程組積極開展航空發動機領域科研工作，將先進的科研成果融入課堂教學，通過課堂教學的實踐環節進一步提升學生的崗位任職能力，形成“科研成果—課堂教學”的良性循環。課程組成員共主持了30余項科研課題，課題研究成果涵蓋了航空發動機主機結構原理、航空發動機滑油、控制、起動等各個工作系統以及航空發動機主軸和整機振動等多方面知識點。這些研究成果或形成輔助教材，或與航空發動機原理課程相對應的內容知識點進行優化組合。課程組在將科研成果融入課程教學內容的過程中，依據學生的不同能力要求進行組合，滿足了課程改革的高階性要求。優化后的內容作為航空發動機原理課程實踐教學的輔助教學資源。

（六）考核方式多元立體化

航空發動機原理課程考核改革的總體思路是加強學生形成性考核，形成注重過程考核的多元立體化考核體系[5]。課程考核體系為形成性考核成績占40%、閉卷考試成績占60%。形成性考核主要包括過程考核成績和階段性測驗成績兩部分，其中過程考核成績占總成績的15%，階段性測驗成績占總成績的25%。

航空發動機原理課程考核改革的具體實施方案如下：過程考核成績占總成績的15%，主要有課堂綜合表現（如回答問題情況、上課秩序）、課后作業和實驗報告三方面。階段性測驗成績占總成績的25%，分兩次進行階段性測驗，一次在部件基本學習完成后進行閉卷階段性測驗，一次在完成對整機熱力循環和熱力計算內容學習后進行開卷階段性測驗。學生自行編制程序進行航空發動機設計點性能參數的熱力計算，通過改變熱力循環參數探討提高航空發動機整機性能的方法，對整個熱力循環和熱力計算進行分析并撰寫報告，由此加強學生對航空發動機熱力循環參數與總體性能關聯性的理解，實現學生綜合能力的提高。期末閉卷考試成績占總成績的60%，主要側重于考核學生綜合分析和解決實際問題的能力。

（七）教學團隊人才培養多元化

課程組成員每年都參加學校和教育系統組織的教學比賽，形成了“以賽促教+以研促教”的教學能力培養模式；每個學期定期開展飛行教官和理論教學教師的代職鍛煉，每半年開展一次雙向交流，開展“理論培訓+飛行實踐培訓”的教學實踐活動，形成以創新能力培養為中心的多元化人才培養模式。

航空發動機原理教學團隊由7名教師組成，其中教授1人、副教授2人、講師3人、助教1人；年齡結構為50歲以上1人、40-50歲2人、30-40歲3人、30歲以下1人。人員結構合理，是一支教學科研能力強、充滿活力的教學創新團隊。以賽促教、以研促教、理論培訓+飛行實踐培訓等多元化的培養方式，有效提高了教師的教學理論水平和實踐能力。

團隊注重對教師的課堂授課能力和組訓能力的培養，團隊成員積極參加全軍協作區、海軍教學比賽和學校舉辦的各種教學比賽，通過比賽不斷地提升自身的教學能力和水平。團隊成員1人獲全軍五協作區教學法觀摩競賽二等獎；1人獲大學課堂教學競賽二等獎；1人獲學校金鷹杯教學比賽二等獎；團隊進行的航空發動機原理課程線上線下混合式教學模式改革獲學校教學比賽二等獎。

團隊成員長期致力于課程建設、教學資源開發和建設、航空發動機維護保障、故障診斷等領域的教學科研工作，以研促教。團隊成員將科研成果融入課程教學實踐，實現科研和教學的相互促進和良性互動。將這些科研成果與航空發動機原理課程相關知識點融合，增強了課程內容的針對性和先進性，有效調動了學生課堂學習、思考、發言的積極性和主動性，對小組研討式、任務驅動式、自主學習式等課堂教學模式的改革起到了良好的促進作用，提高了學生綜合應用所學知識分析和解決問題的能力。

二、改革成效

航空發動機原理課程改革效果顯著，學生課程考核平均成績穩步提高，學生畢業設計優秀率逐年提高，2019年飛行器工程專業學生畢業設計優秀率比2018年提高5%。學生利用航空發動機綜合模擬訓練系統對發動機實裝的原理、結構進行學習，并開展虛擬維修訓練，提前熟悉了裝備，縮短了崗前培訓時間。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 李娜，商慶清.土木工程制圖課程體系多元化綜合教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2019（10）：90-92.

[2] 袁小翠，于禎，郭波，等.單片機原理及應用課程多元化教學改革與實踐：以南昌工程學院為例[J].科技視界，2019（22）：108-109.

[3] 于娟.工程類基礎課程多元化教學模式及評價：以工程熱力學教學實踐為例[J].高等工程教育研究，2017（4）：174-177.

[4] 袁志紅.教學與測評“多元化”模式探討：以高校公共體育課程為例[J].中國民航飛行學院學報，2017（4）：77-80.

[5] 王永華，蔣科藝，沈偉，等.航空發動機原理課程考核方法改革探討[J].大學教育，2016（1）：159-160.

［責任編輯：蘇祎穎］