《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》課程教學(xué)改革初探

寧培杰

摘 要：文章重點分析《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》的課程特點，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和課程育人目標(biāo)，針對教學(xué)改革提出幾點措施。運用多種現(xiàn)代化的教學(xué)資源，力求把枯燥的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變成以學(xué)生為中心的啟發(fā)式教學(xué)模式，以提升教學(xué)效果。再結(jié)合課程在航空航天領(lǐng)域的特殊地位，有機融入愛國、敬業(yè)等課程思政元素，全面落實課程的立德樹人目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機 AR 教學(xué)改革 課程思政

中圖分類號：F061.3；G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2023）07-184-03

一、引言

《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》是飛行器動力工程專業(yè)的核心課程，其主要內(nèi)容是介紹發(fā)動機結(jié)構(gòu)的基本組成、工作原理、設(shè)計準(zhǔn)則、工藝特征等。通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握發(fā)動機各主要部件的結(jié)構(gòu)特征和工作特性，能夠系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)發(fā)動機各部件和子系統(tǒng)之間的協(xié)同工作原理，為進一步學(xué)習(xí)發(fā)動機原理、發(fā)動機控制等相關(guān)課程奠定良好基礎(chǔ)。

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教學(xué)效果欠佳，部分學(xué)生反映教學(xué)內(nèi)容枯燥、教學(xué)方式單一，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。通過分析與總結(jié)，針對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的不足，筆者認(rèn)為主要存在以下幾點原因：

1.課程的知識體系繁雜。《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》具有很強的工程應(yīng)用背景，是一門多學(xué)科交叉融合的課程，涉及機械設(shè)計、生產(chǎn)制造、材料力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等學(xué)科知識。學(xué)生需要較好地掌握上述相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的知識，才能在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時融會貫通，這對學(xué)生的知識儲備提出了較高的要求。

2.教學(xué)方式單一。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是老師教、學(xué)生學(xué)的灌輸式教育，這種教學(xué)模式側(cè)重于課堂講授，以知識解析、難點答疑、作業(yè)練習(xí)、筆試考核等方式開展。然而好的教學(xué)模式應(yīng)該是以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生的知識儲備、認(rèn)知特點、學(xué)習(xí)興趣定制有針對性的教學(xué)方法，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的效率，同時要能夠培養(yǎng)學(xué)生運用專業(yè)知識解決工程問題的能力。

3.缺乏實踐經(jīng)驗。學(xué)生在日常的學(xué)習(xí)和生活中，較少有機會看到發(fā)動機零部件實物，也很難近距離接觸研發(fā)、生產(chǎn)、裝配、維護等一線工作，缺乏實踐經(jīng)驗。僅靠教材中的二維圖片，不易認(rèn)知零部件的真實結(jié)構(gòu)。為了解決這些問題，亟需在教學(xué)方法上做出有針對性的創(chuàng)新。

4.教學(xué)資料陳舊。在目前使用的經(jīng)典教材中列舉的發(fā)動機款式較為陳舊（部分發(fā)動機款式早已退役多年），所介紹的部分技術(shù)如今已過時。隨著科技的發(fā)展，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。課堂的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊跟當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展動態(tài)，讓學(xué)生了解新技術(shù)的發(fā)展趨勢。

二、教學(xué)改革措施

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，結(jié)合現(xiàn)代化的教學(xué)手段，對本課程的教學(xué)模式進行改革：以學(xué)生為中心，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，制定契合學(xué)情的教學(xué)方法，以提升學(xué)生自主分析專業(yè)工程問題的能力為主要教學(xué)目標(biāo)。

1.拓展線上渠道。豐富的教學(xué)資源是線上教學(xué)的主要優(yōu)勢。以慕課為例，學(xué)生可以在線觀看老牌航空航天院校推出的精品課程，如：《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計》《航空發(fā)動機燃燒學(xué)》《航空發(fā)動機故障診斷》等。通過學(xué)習(xí)相關(guān)的細(xì)分學(xué)科，可以豐富學(xué)生的專業(yè)知識體系，提升其專業(yè)素養(yǎng)。

除了精品課程之外，圖書、論文、新聞報道、技術(shù)論壇、影像資料等都是優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資料。為了豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，可以通過特定的獎勵方式鼓勵學(xué)生搜集和分享各類學(xué)習(xí)資料，以此引導(dǎo)師生積極探索優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源。

2.優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，本課程的實踐教學(xué)以參觀發(fā)動機的靜態(tài)結(jié)構(gòu)為主，學(xué)生動手機會少，這不利于學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵知識和發(fā)動機設(shè)計理念。這種實踐教學(xué)方式在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能上收效甚微。

為了提升教學(xué)成效，應(yīng)適當(dāng)增加課程中實踐環(huán)節(jié)的比重。本專業(yè)目前有2臺WP-6渦噴發(fā)動機、3臺WJ-5渦槳發(fā)動機以及1臺JT-8D渦扇發(fā)動機用于實踐教學(xué)。在拆裝實訓(xùn)中，要求每位學(xué)生自主完成零部件的拆卸、裝配工作，主要包含葉片、輪盤、機匣、轉(zhuǎn)子、燃燒室等。通過豐富實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，可以加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解。例如通過拆裝燃燒室，可以了解火焰筒的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)傳焰管、點火器、旋流器、燃油噴嘴等零部件的工作原理。

3.豐富教學(xué)手段。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被逐漸引入航空發(fā)動機的研發(fā)工作中。通過VR、AR技術(shù)的使用，可以提升研發(fā)效率、降低研發(fā)成本。

本專業(yè)搭建了供學(xué)生實訓(xùn)用的發(fā)動機AR實訓(xùn)平臺，手機和電腦均可登錄。該平臺包含4個主要功能模塊：認(rèn)知、原理、拆裝和考核。在“認(rèn)知”模塊下，學(xué)生可以360°觀察各發(fā)動機零部件的結(jié)構(gòu)，提升了學(xué)習(xí)效率。“原理”模塊通過文字說明、語音解說和動畫演示，清晰展示發(fā)動機各環(huán)節(jié)的工作原理。“拆裝”模塊提供發(fā)動機主要零部件的拆裝實訓(xùn)功能，學(xué)生通過拆裝練習(xí)，學(xué)習(xí)發(fā)動機主要部件之間的裝配關(guān)系，了解發(fā)動機的裝配流程。在學(xué)習(xí)上述內(nèi)容后，學(xué)生可以在“考核”模塊中答題，以檢驗自己的學(xué)習(xí)成果。

通過AR技術(shù)建立豐富的發(fā)動機模型庫，讓學(xué)生學(xué)習(xí)不同的設(shè)計理念和新技術(shù)。學(xué)生可以在手機APP上運用碎片化的時間學(xué)習(xí)，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高了學(xué)習(xí)效果。

除了發(fā)動機AR實訓(xùn)室之外，本專業(yè)還建設(shè)了空氣動力學(xué)虛擬仿真實驗室（基于VR技術(shù)），學(xué)生可以在計算機上開展虛擬氣動實驗。實驗中空氣的流動以流線、箭頭等可視化的方式呈現(xiàn)，層流、湍流等流動狀態(tài)清晰可見，再輔以文字、動畫和語音講解，學(xué)生可近距離觀察各種各樣的空氣動力學(xué)現(xiàn)象，加深對氣體動力學(xué)的理解，從而提升教學(xué)效果。

4.改善考核方式。傳統(tǒng)的課程考核方式以考試（筆試）為主，而筆試的命題形式較為固定，考試結(jié)果主要反映學(xué)生對知識點的理解與記憶情況，分?jǐn)?shù)的高低難以反映學(xué)生的專業(yè)能力水平。

為了重點考查學(xué)生的分析能力，應(yīng)調(diào)整課程考核方式。在過去兩個年度的教學(xué)中，均采用答辯的方式進行考核。學(xué)生自由組隊（3人以內(nèi)），根據(jù)自己的興趣選擇一款航空發(fā)動機，針對該發(fā)動機在研發(fā)、生產(chǎn)、運營、維護、結(jié)構(gòu)特點、工作特性等方面的情況進行分析，并撰寫結(jié)課小論文。該考核方式以學(xué)生為中心，既能培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識，也能激發(fā)學(xué)生的主動性，結(jié)合所學(xué)的專業(yè)知識，講解發(fā)動機在設(shè)計和使用過程中遇到的工程問題，重點考核了他們自主分析問題的能力。這種考查方式更能體現(xiàn)學(xué)生的專業(yè)綜合能力，受到學(xué)生的普遍好評。

三、課程思政元素分析

在全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記特別強調(diào)了思想政治工作對高等教育的重要影響。大學(xué)的立身之本在于立德樹人，要幫助青年學(xué)生樹立正確的世界觀、價值觀和人生觀，培養(yǎng)“有理想、有道德、有文化、有紀(jì)律”的新時代大學(xué)生。

課程思政是教學(xué)改革的重要組成部分。航空發(fā)動機作為飛機的心臟，是航空航天事業(yè)的動力保障，是國防軍事力量的重要支撐，發(fā)動機的自主研發(fā)能力對提升國防安全意義重大。本課程具有豐富的思政元素，授課時有機融入思政教育，可以提升學(xué)生的思想道德修養(yǎng)，有助于達(dá)成立德樹人的課程育人目標(biāo)。

1.以國際視野為眼。在教學(xué)過程中，通過介紹通用電氣、普惠、羅爾斯·羅伊斯等世界著名的發(fā)動機制造商，分析國際發(fā)動機市場的競爭格局，剖析現(xiàn)有格局背后的國家政治博弈，引導(dǎo)學(xué)生拓寬國際視野。通過美俄競爭的例子，強調(diào)國家力量在國際政治舞臺中一錘定音的作用，引導(dǎo)學(xué)生了解世界競爭格局，樹立大局觀，進而培養(yǎng)居安思危的意識。

2.以科學(xué)態(tài)度為心。以超音速客機為例，說明超聲速進氣道對提升發(fā)動機性能的重要作用。通過對比歐洲“協(xié)和號”和俄羅斯Tu-144超音速客機的運營情況，說明發(fā)動機性能對飛機安全、可靠、高效飛行的重要性。進而強調(diào)：實事求是、尊重科學(xué)是科研事業(yè)的基本要求；基礎(chǔ)扎實、工作踏實是項目安全開展的堅定基礎(chǔ)；科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度是科研工作順利開展的重要保障。每一個航空航天項目都是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須考慮多方因素的相互制約，堅持精益求精、認(rèn)真負(fù)責(zé)、腳踏實地、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

3.以家國情懷為骨。結(jié)合航空發(fā)動機發(fā)展史，重點介紹行業(yè)發(fā)展的重大事跡，讓學(xué)生了解航空航天事業(yè)對社會發(fā)展的重要貢獻(xiàn)。例如以C919為例，重點強調(diào)航空產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟、國防安全的關(guān)鍵支撐作用，提升學(xué)生對課程和專業(yè)的重視程度，增強學(xué)生的專業(yè)興趣。

在講授渦軸發(fā)動機時，以我國自主研發(fā)的高性能AES100民用渦軸發(fā)動機為例，強調(diào)關(guān)鍵技術(shù)自主可控的重要性，增強學(xué)生對專業(yè)的熱情。通過分享我國航空航天事業(yè)的重大成果，激發(fā)學(xué)生的集體榮譽感和民族自豪感，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)、愛國愛家的精神內(nèi)核。

4.以航空航天精神為魂。1968到1978年間，高歌教授在青海沙漠地區(qū)工作。他通過觀察沙丘的月牙形狀，研究沙丘保持穩(wěn)定的原理，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器。這款穩(wěn)定器提高了燃燒效率與火焰穩(wěn)定性，降低了流體阻力和振蕩損失，推廣使用后大幅提高了發(fā)動機的合格率，使中國在這一技術(shù)領(lǐng)域進入世界前列。通過了解高歌教授的先進事跡，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)他勤于探索、勇于創(chuàng)新、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶氋F品質(zhì)，培養(yǎng)艱苦奮斗、敢于創(chuàng)新、鍥而不舍、勇于擔(dān)當(dāng)?shù)钠床瘛?/p>

四、結(jié)語

在過去兩年的教學(xué)實踐中，教學(xué)小組不斷引入新的教學(xué)手段，通過線上渠道、AR技術(shù)、拆裝實訓(xùn)等方式豐富教學(xué)方法，將專業(yè)知識以更清晰的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，降低學(xué)習(xí)難度，提升教學(xué)效果。采用以檢驗學(xué)生能力為核心的考查方式，幫助學(xué)生培養(yǎng)工程問題分析思維。在教學(xué)過程中有機融入課程思政元素，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀，培養(yǎng)品學(xué)兼優(yōu)的有志青年。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周標(biāo)，徐穎，孫志剛，胡緒騰，宋迎東.“航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計”特色專業(yè)課程的實踐教學(xué)改革與探索[J].工業(yè)和信息化教育，2021（06）：24-29.

[2] 王龍.基于VR技術(shù)的航空發(fā)動機維修任務(wù)虛擬仿真驗證方法分析[J].集成電路應(yīng)用，2022，39（06）：52-54.

[3] 習(xí)近平在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（01）

[4] 程子彥.C919或拉動萬億美元產(chǎn)業(yè)鏈價值[J].中國經(jīng)濟周刊，2017（19）：54-56.

[5] 高歌.沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器發(fā)明經(jīng)過[J].北京航空學(xué)院學(xué)報，1986（02）：17-25.

（作者單位：桂林航天工業(yè)學(xué)院 廣西桂林 541004）（責(zé)編：呂尚）