喻梅 胡新宇 羅寧 董紀(jì)偉
[摘 要] 航空航天類院校針對(duì)低年級(jí)大學(xué)生普遍開設(shè)了“航空航天概論”專業(yè)基礎(chǔ)或選修課,而非航空航天類院校的大學(xué)生對(duì)航空航天科技同樣懷有飽滿熱情和求知欲望,開設(shè)“航空航天概論”通識(shí)教育選修課受到廣大學(xué)子的歡迎和支持。對(duì)多年來(lái)的“航空航天概論”教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行梳理,討論了“航空航天概論”課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法,并總結(jié)了教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和感悟,希望能為國(guó)內(nèi)已開設(shè)或擬開設(shè)“航空航天概論”課程的兄弟院校提供借鑒和參考。
[關(guān)鍵詞] 航空航天概論;通識(shí)教育選修課;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法;課程思政
[基金項(xiàng)目] 2020—2024年國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“千米深井煤巖體力-熱耦合作用下動(dòng)態(tài)力學(xué)特性及損傷破壞機(jī)理的研究”(12072363);2021年度中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院一流專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目“腳踏厚土,筑夢(mèng)藍(lán)天——航空航天概論教學(xué)研究與實(shí)踐”(13);2021年度中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“小班混合式教學(xué)在理論力學(xué)教學(xué)中的探索和實(shí)踐”(2021YB11)
[作者簡(jiǎn)介] 喻 梅(1979—),女,江蘇徐州人,博士,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院講師,主要從事工程問(wèn)題的力學(xué)建模與分析研究。
[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324(2023)36-0026-04[收稿日期] 2022-07-28
引言
航空航天科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)代最具影響力的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一,是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的集中體現(xiàn),是國(guó)防力量的重要支柱,它綜合運(yùn)用了基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的最新成就和工程技術(shù)的最新成果,對(duì)許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用[1-2]。為了使學(xué)生對(duì)航空航天的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)有一個(gè)比較全面的了解,許多航空航天類院校將“航空航天概論”作為通識(shí)教育選修課或必修課,甚至專業(yè)基礎(chǔ)課進(jìn)行開設(shè)[2-6]。而國(guó)內(nèi)更多高校不具備航空航天特色,比如中國(guó)礦業(yè)大學(xué),似乎與航空航天毫無(wú)關(guān)系。但是每個(gè)大學(xué)生都有夢(mèng)想,小時(shí)候都曾經(jīng)仰望藍(lán)天,對(duì)飛翔充滿無(wú)限向往。在學(xué)習(xí)之余,打開手機(jī)、電腦或者電視,總能夠看到關(guān)于大型噴氣式客機(jī)C919、第五代隱形戰(zhàn)斗機(jī)殲-20、神舟載人飛船、嫦娥月球探測(cè)器、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)等的新聞,這些對(duì)于大學(xué)生充滿了無(wú)窮魅力,能夠激發(fā)他們探知的欲望。所以,在非航空航天類院校開設(shè)“航空航天概論”課程具有不一樣的意義,不僅可以使學(xué)生開闊眼界、拓寬知識(shí)面,彌補(bǔ)學(xué)生的遺憾、激發(fā)學(xué)生的興趣,而且可以使學(xué)生了解自己所學(xué)專業(yè)與航空航天科技的關(guān)系,激勵(lì)學(xué)生以更大的熱情投入本專業(yè)的學(xué)習(xí)中。此外,航空航天的行業(yè)背景和發(fā)展歷史有很多愛(ài)國(guó)主義題材,是思想政治教育的沃土,有助于對(duì)學(xué)生進(jìn)行價(jià)值引領(lǐng)和塑造,培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)祖國(guó)、熱愛(ài)科學(xué)技術(shù)、好學(xué)力行的優(yōu)良品質(zhì)。
十多年來(lái),作者面向中國(guó)礦業(yè)大學(xué)全校各專業(yè)本科生教授“航空航天概論”通識(shí)教育選修課,日益受到學(xué)生的歡迎。“航空航天概論”課程在每年春季學(xué)期開課,一共32學(xué)時(shí),對(duì)航空航天感興趣的學(xué)生均可選修本課程,不需要具備專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。每年的選課人數(shù)近120人,達(dá)到了學(xué)校設(shè)定人數(shù)的上限。選課學(xué)生大多是大一、大二的學(xué)生,僅包含少部分大三、大四的學(xué)生,學(xué)生來(lái)源覆蓋了學(xué)校工科大部分學(xué)院和專業(yè),甚至包括人文、體育、法律等專業(yè)。可見(jiàn),非航空航天類院校的大學(xué)生同樣對(duì)航空航天科技懷有飽滿熱情和求知欲望。因此,有必要開展“航空航天概論”課程的教學(xué)研究,以期更好地滿足學(xué)生的需求。本文對(duì)多年來(lái)的“航空航天概論”的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了梳理,討論了該課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)感悟等,并總結(jié)出“航空航天概論”課程下一步教學(xué)改革和課程建設(shè)的方向和目標(biāo),希望能為國(guó)內(nèi)已開設(shè)或擬開設(shè)航空航天概論類課程的兄弟院校提供借鑒和參考。
一、教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容
“航空航天概論”課程主要面向全校理工科和文科專業(yè)的低年級(jí)大學(xué)生開設(shè),以拓寬學(xué)生視野、提高學(xué)生素質(zhì)為教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),有助于學(xué)生對(duì)航空航天的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)有一個(gè)比較全面的了解,掌握航空航天技術(shù)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)航空航天的興趣和愛(ài)好,鍛煉科學(xué)思維和認(rèn)識(shí)能力,提高科學(xué)素養(yǎng)。
為了圓滿完成教學(xué)目標(biāo),合理規(guī)劃和安排教學(xué)內(nèi)容,筆者查閱了目前國(guó)內(nèi)許多優(yōu)秀的航空航天概論類教材[1,7-11],發(fā)現(xiàn)其各有特色。通過(guò)綜合考慮各教材的內(nèi)容編排,針對(duì)本校學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ),最終選用北京航空航天大學(xué)出版的《航空航天技術(shù)概論》作為“航空航天概論”課程的教材。該書是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,內(nèi)容組織和編排科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn);側(cè)重航空和航天的基本概念、基本原理的論述,圖文并茂,通俗易懂;內(nèi)容豐富翔實(shí),知識(shí)具有先進(jìn)性、系統(tǒng)性和時(shí)代性。所以,“航空航天概論”課程的教學(xué)內(nèi)容以《航空航天技術(shù)概論》為基礎(chǔ),綜合各家之所長(zhǎng),進(jìn)行一定的篩選和拓展,進(jìn)而制作多媒體課件并組織教學(xué)。因而“航空航天概論”課程的教學(xué)內(nèi)容涵蓋航空航天科技的各個(gè)方面,本著由淺入深、由點(diǎn)到面的原則逐步展開。首先教師要介紹航空和航天的發(fā)展簡(jiǎn)史,在此基礎(chǔ)上具體講述航空航天的基本概念和分類、飛行器的飛行環(huán)境、飛行器的飛行原理、飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)、直升機(jī)、無(wú)人駕駛飛機(jī)、航天飛行器和機(jī)載設(shè)備等。“航空航天概論”課程開設(shè)以來(lái),經(jīng)過(guò)不斷地修改和補(bǔ)充,形成了較為成熟的教學(xué)體系,教學(xué)內(nèi)容豐富,形式多樣,基本上滿足學(xué)生的求知需求。
二、教學(xué)方法和手段
由于選修“航空航天概論”課程的學(xué)生眾多,學(xué)生的專業(yè)背景構(gòu)成復(fù)雜,因而對(duì)課程的教學(xué)提出了更高的要求。“航空航天概論”課程既要注重知識(shí)性,又要具有趣味性,還要通俗易懂、形象生動(dòng),使之具有科學(xué)普及的特點(diǎn)。同時(shí),要處理好“科普”和“專業(yè)”的平衡關(guān)系,因?yàn)榇蟛糠謱W(xué)生為理工科學(xué)生,其中不乏航空航天愛(ài)好者,他們具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。為了盡可能地讓學(xué)生掌握知識(shí)和培養(yǎng)能力,要求授課教師除了具有深厚的航空航天專業(yè)知識(shí)外,還要采用合適的教學(xué)方法和手段,才能夠更好地開展教學(xué)。經(jīng)過(guò)總結(jié),“航空航天概論”課程教學(xué)方法和手段主要包括以下幾個(gè)方面。
1.考慮到學(xué)生和學(xué)校的具體情況,“航空航天概論”課程采用課堂理論輔以圖片、動(dòng)畫和視頻的方式開展教學(xué)。在課件制作過(guò)程中,教師要大量搜集跟各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的圖片和影像資料,篩選后穿插在理論知識(shí)講解過(guò)程中,直觀、生動(dòng)地展示各類飛行器的外觀、基本組成和工作原理等,使知識(shí)不再枯燥乏味,有利于集中學(xué)生注意力,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
2.在理論講解的間隙,合理利用時(shí)間,補(bǔ)充一些航空航天類的故事(教師講述或播放視頻資料),以幫助學(xué)生更深切地了解航空航天技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一些背后故事,知道科學(xué)技術(shù)的每一個(gè)哪怕很小的進(jìn)步都不是一蹴而就的,都需要付出艱苦的努力。比如,在講述航天發(fā)展簡(jiǎn)史時(shí)可以介紹我國(guó)航天事業(yè)始創(chuàng)時(shí)期老一輩航天工作者的感人故事,學(xué)習(xí)他們艱苦奮斗、一往無(wú)前的革命精神;在介紹飛行器飛行原理時(shí),可以播放飛機(jī)事故集錦或歷史上的空難調(diào)查報(bào)告,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、實(shí)事求是的科學(xué)工作作風(fēng)。
3.在教學(xué)過(guò)程中,要注重拓展,發(fā)掘與院校的特色專業(yè)或重點(diǎn)專業(yè)(以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)為例,特色專業(yè)或重點(diǎn)專業(yè)包括采礦、安全、機(jī)械、力學(xué)和土木等)相關(guān)的一些知識(shí)點(diǎn),注重基礎(chǔ)理論知識(shí)的闡述,為學(xué)生將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作奠定厚實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。比如,飛行器中包含非常多的力學(xué)問(wèn)題(重心、力矩、升力、阻力等),而力學(xué)是眾多工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程,在飛行器中學(xué)習(xí)力學(xué)會(huì)更直觀、生動(dòng),有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如龍骨、翼梁、縱墻和翼肋等與土木建筑的很多結(jié)構(gòu)相類似,在科學(xué)原理上是相通的;飛機(jī)的燃油、固體或液體火箭的推進(jìn)劑等原料的獲得離不開礦業(yè)開采;飛機(jī)的操縱面、穩(wěn)定面、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞是典型的機(jī)械傳動(dòng)問(wèn)題等。這些都是很好的拓展素材,有利于讓學(xué)生了解航空航天技術(shù)并不是高高在上、不可觸及的科學(xué),它與我們?nèi)粘5膶W(xué)習(xí)和生活息息相關(guān),與各門類工科專業(yè)都有相通和相似的地方,從而鼓勵(lì)學(xué)生把對(duì)航空航天的熱愛(ài)落實(shí)到平時(shí)具體的專業(yè)學(xué)習(xí)過(guò)程中,腳踏實(shí)地,慢慢進(jìn)步。
4.收集、整理我國(guó)古代勞動(dòng)人民創(chuàng)造出的航空航天器雛形的資料,比如竹蜻蜓、紙飛機(jī)、風(fēng)箏、火箭、陀螺、走馬燈等。一方面,作為課程思政元素,激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和愛(ài)國(guó)熱情;另一方面,這些航空航天器雛形相對(duì)比較簡(jiǎn)單,可以引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手制作,讓學(xué)生在制作的過(guò)程中,體會(huì)飛行器工作的基本原理和影響因素,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的工作作風(fēng)。比如,制作竹蜻蜓時(shí),要慢慢在竹片的兩端切削,改變竹片的“翼型”,在此過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)翼型不同,竹蜻蜓的升力不同,飛行的高度和距離都會(huì)不同,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并聯(lián)系課堂理論知識(shí),進(jìn)而有更大的收獲;再比如疊紙飛機(jī)時(shí),不同人的不同疊法,會(huì)使紙飛機(jī)飛翔的效果各不相同。教師可以據(jù)此開展課堂小游戲,組織學(xué)生進(jìn)行紙飛機(jī)比賽,最后觀察研究為什么有的紙飛機(jī)飛得高、飛得遠(yuǎn),而有的紙飛機(jī)飛得低,甚至原地旋轉(zhuǎn);還可以在飛翔性能優(yōu)秀的紙飛機(jī)上增加附件,改變其重心,觀察重心對(duì)飛行穩(wěn)定性的影響等,進(jìn)而加深學(xué)生學(xué)到的知識(shí)。
5.利用超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等軟件輔助課堂教學(xué)。由于選修“航空航天概論”課程的學(xué)生來(lái)自全校各個(gè)年級(jí)各個(gè)專業(yè),人數(shù)較多,僅采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式會(huì)使得教師在教學(xué)組織和教學(xué)管理方面力不從心,因而“航空航天概論”課程亟須改革教學(xué)方法。具體來(lái)講,教師可以利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)逐步發(fā)布教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)視頻、課后思考等,以便學(xué)生能夠方便學(xué)習(xí)、討論和復(fù)習(xí)。課堂教學(xué)過(guò)程中,可以利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)組織隨堂小問(wèn)答、點(diǎn)名、翻轉(zhuǎn)課堂等豐富多彩的教學(xué)活動(dòng)。
6.鼓勵(lì)、啟發(fā)學(xué)生勇敢地展示自己。選修“航空航天概論”課的學(xué)生很多都是航空或航天的愛(ài)好者,有著較為寬廣的知識(shí)面,有些甚至是一些航模小組、航空運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì)的成員。所以,教師可以鼓勵(lì)他們把自己感興趣或熟悉的某一方面,制作成簡(jiǎn)短的演示文稿或多媒體課件在課堂上展示給大家。一方面,可以鍛煉學(xué)生;另一方面,可以從更廣的維度上豐富教學(xué),拓寬學(xué)生的視野。
三、教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和感悟
經(jīng)過(guò)多年的“航空航天概論”課堂授課,筆者總結(jié)了一些教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、感悟,以及關(guān)于教學(xué)改革的思考,主要包括以下幾個(gè)方面。
1.選修“航空航天概論”課程的學(xué)生大多對(duì)航空航天的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀感興趣,但對(duì)飛行原理等專業(yè)知識(shí)興趣不高。筆者在講授第一章《航空航天的基本概念和發(fā)展簡(jiǎn)史》時(shí),學(xué)生的反應(yīng)比較熱烈,聽課積極性很高。同樣,在講授直升機(jī)、無(wú)人機(jī)的發(fā)展史時(shí),學(xué)生也聽得比較認(rèn)真。可一旦進(jìn)入專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí),不少學(xué)生就表現(xiàn)出懈怠情緒。這可能與個(gè)人的專業(yè)背景有關(guān),文法專業(yè)的學(xué)生確實(shí)難以充分理解一些邏輯性較強(qiáng)的理論知識(shí)。但是,這更反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度問(wèn)題,遇到難懂的問(wèn)題就退縮,不愿意沉下心來(lái)認(rèn)真學(xué)習(xí)。這時(shí),教師需要不時(shí)地提醒或者不斷改變教學(xué)方式,調(diào)整講課內(nèi)容,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2.與航空知識(shí)相比較,不少學(xué)生更青睞航天知識(shí)。這與近期我們國(guó)家在航天領(lǐng)域大跨步的發(fā)展不無(wú)關(guān)系。神舟載人飛船、嫦娥探月工程和北斗導(dǎo)航衛(wèi)星等新聞,引起了國(guó)人廣泛的關(guān)注,學(xué)生感到自豪的同時(shí)更加激起了學(xué)習(xí)的興趣。但是,很多學(xué)生對(duì)光鮮耀眼的成功充滿向往,而不知或不問(wèn)這背后付出的汗水和努力。這表現(xiàn)在講解航天的科普性知識(shí)時(shí),大家都比較歡迎,但講解理論性稍強(qiáng)的知識(shí)時(shí),一些學(xué)生就不太感興趣。這時(shí)就需要教師進(jìn)行合適的價(jià)值引領(lǐng),才能達(dá)到理想的育人效果。
3.為了提高教學(xué)效果,在理論知識(shí)講解時(shí)盡可能地采用圖片、動(dòng)畫或視頻的方式,少用文字形式,并且在需要鉆研講解方法時(shí),盡可能地深入淺出,把握核心知識(shí)即可,切忌面面俱到。因?yàn)槿绻v得過(guò)于細(xì)致,或者演示的文字過(guò)多,學(xué)生容易注意力不集中,產(chǎn)生疲勞或厭煩心理,反而影響聽課效果。再者,航空航天概論知識(shí)多而雜,切記“滿堂灌”,要注意授課節(jié)奏。科普性和專業(yè)性知識(shí)穿插講授,讓學(xué)生有消化吸收的過(guò)程。課間時(shí)段,教師可以播放一些精彩的飛行表演視頻,以及與航空航天相關(guān)的新聞錄像等素材,幫助學(xué)生放松心情,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
4.隨著移動(dòng)通信技術(shù)和社交媒體的蓬勃發(fā)展,教育資源需要適應(yīng)新時(shí)代碎片化、微型化的發(fā)展趨勢(shì)。微課作為一種新生概念在教育領(lǐng)域正如火如荼地發(fā)展起來(lái)。“航空航天概論”課程的一些知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)可以錄制成微課,發(fā)布至學(xué)習(xí)通網(wǎng)站或?qū)W習(xí)QQ群中,方便學(xué)生根據(jù)自身的情況,課前預(yù)習(xí)或課后復(fù)習(xí)時(shí)觀看視頻,輔以參考書籍,更好地掌握所學(xué)內(nèi)容。
5.課程考核方式應(yīng)具有多樣性。多年來(lái),筆者一直以學(xué)習(xí)報(bào)告的形式進(jìn)行考查,再綜合學(xué)生的平時(shí)出勤、課堂表現(xiàn)等進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。這種考核方法要求學(xué)生大量地查閱資料,歸納總結(jié),合理規(guī)劃,認(rèn)真撰寫,才能完成論文。這個(gè)過(guò)程會(huì)使學(xué)生對(duì)航空航天的某一領(lǐng)域知識(shí)了解得更透徹全面,能夠鍛煉學(xué)生,培養(yǎng)其分析解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新實(shí)踐的能力。但是,近年來(lái)這一方式的缺點(diǎn)越來(lái)越突出。當(dāng)前隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)達(dá),不少學(xué)生在搜集資料后,不愿意花功夫?qū)W習(xí)整理、提煉主題后書寫論文,僅僅是簡(jiǎn)單地拼湊,而拼湊后的文章時(shí)常格式混亂,語(yǔ)句不通。所以,需要改革考核方式,完善過(guò)程性考核與結(jié)果性考核有機(jī)結(jié)合的學(xué)業(yè)考評(píng)制度,綜合應(yīng)用學(xué)習(xí)報(bào)告、開卷考試等多種形式,科學(xué)確定課堂出勤、課堂問(wèn)答、學(xué)習(xí)報(bào)告等過(guò)程考核的比重,盡可能公平合理地給出學(xué)生的成績(jī)。
結(jié)語(yǔ)
在非航空航天類院校開設(shè)“航空航天概論”課程,雖然面臨著很多挑戰(zhàn),如學(xué)生的專業(yè)背景差異大、學(xué)生基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力不同、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)資源匱乏、教師能力和水平有限等,但是“航空航天概論”課程不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)航空航天事業(yè),熱愛(ài)科學(xué)和技術(shù),而且可以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)新能力,是優(yōu)秀的通識(shí)教育題材,也是優(yōu)秀的思想政治教育題材,故該課程值得長(zhǎng)期開設(shè)。
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Exploration and Reflection on the Teaching of Introduction to Aerospace in General Colleges
YU Meia, b, HU Xin-yuc, LUO Ninga, b, DONG Ji-weia, b
(a. School of Mechanics and Civil Engineering, b. Demonstration Center for Ideological and Political Teaching and Research of Applied Mechanics Graduate Course, c. Department of Human Resources,
China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China)
Abstract: Aeronautics and Astronautics colleges generally offer a professional basic or elective course - Introduction to Aerospace for junior students. College students in ordinary colleges have full enthusiasm and desire for knowledge about aerospace science and technology. The course of introduction to aerospace has been welcomed and supported by the majority of students. This paper summarizes the teaching practice of introduction to aerospace for many years, discusses the teaching objectives, teaching contents and teaching methods of this course, and summarizes the experience and understanding in the teaching process, hoping to provide reference for other colleges and universities that have offered or will offer this course in China.
Key words: introduction to aerospace; general education elective courses; teaching content; teaching method; curriculum ideology and politics