“就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

張永杰，萬小朋，王海濤

（西北工業(yè)大學(xué) 民航學(xué)院，陜西西安 710072）

作為航空專業(yè)教育的重要組成部分，專業(yè)課實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)起到了極為重要的作用，尤其是對于強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐能力的航空設(shè)計(jì)與維修專業(yè)人才培養(yǎng)[1-3]。近年來，為了提高學(xué)生對于理論知識的理解與應(yīng)用能力，國內(nèi)許多院校開展了航空專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)方法創(chuàng)新和教學(xué)模式改革的研究[4-7]，達(dá)到了理論認(rèn)知與專業(yè)技能同步提升、“知行并進(jìn)”的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)[8-11]，構(gòu)建了高水平的航空專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)體系[12-16]，為高水平航空專業(yè)課程建設(shè)提供了實(shí)踐技能“練兵場”和創(chuàng)新思維“大舞臺”[17-18]。經(jīng)過多年的航空專業(yè)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)，本文以航空專業(yè)人才培養(yǎng)和行業(yè)需求為牽引，以航空專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)改革為目的，設(shè)計(jì)了“就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識進(jìn)行傳力分析、修補(bǔ)設(shè)計(jì)、改進(jìn)優(yōu)化、動手實(shí)踐等綜合創(chuàng)新能力，提出了面向制作過程的全流程考核方式，形成了合理的量化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并形成了完整的“知行合一”的實(shí)踐教學(xué)考核體系。通過該教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程的展示，期望能夠?yàn)樨S富航空專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)方法、提升實(shí)踐教學(xué)水平提供參考。

1 “就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐目標(biāo)

為了提升航空專業(yè)本科學(xué)生對飛機(jī)薄壁板桿結(jié)構(gòu)及其維修方法的認(rèn)知水平，教師設(shè)計(jì)小木橋修補(bǔ)制作的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，明確小木橋基本功能、承載要求、修補(bǔ)要求、制作材料和工具、制作周期、制作優(yōu)劣判定標(biāo)準(zhǔn)等制作要求和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立或者組隊(duì)完成小木橋制作；教師和學(xué)生可以通過專題研討、課下討論、承載能力測試、集中點(diǎn)評等多種方式完成小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐任務(wù)。如在學(xué)生居家上網(wǎng)課期間，可鼓勵(lì)學(xué)生“就地取材”，利用家里現(xiàn)有的材料完成小木橋修補(bǔ)制作。教師在課堂上講評小木橋的設(shè)計(jì)、校核、改進(jìn)設(shè)計(jì)等分析計(jì)算任務(wù)，采取合適的講評方式和方法，以達(dá)到提高教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中學(xué)生參與度的目的。通過該教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識進(jìn)行傳力分析、修補(bǔ)設(shè)計(jì)、改進(jìn)優(yōu)化、動手實(shí)踐等綜合創(chuàng)新能力。

2 “就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)方案設(shè)計(jì)

通過多年來在航空專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的實(shí)施與改進(jìn)，不斷細(xì)化和完善小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐環(huán)節(jié)，現(xiàn)將“就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施步驟總結(jié)如下（主要流程如圖1 所示）。

圖1 “就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐環(huán)節(jié)方案設(shè)計(jì)流程圖

Step1：學(xué)生自由組合分組，每組人數(shù)控制在5人以內(nèi)最佳。

Step2：教師提出了小木橋的基本功能、承載要求、修補(bǔ)要求、制作周期、制作優(yōu)劣判定標(biāo)準(zhǔn)等，為學(xué)生提供了兩根斷開的木條、一根修補(bǔ)材料木條、一張A4 打印紙、膠水等小木橋修補(bǔ)制作材料，以及裁紙刀和電子秤等小木橋修補(bǔ)制作工具。如在學(xué)生居家上網(wǎng)課期間，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生“就地取材”（如用筷子作為小木桿等），利用家里現(xiàn)有的材料完成小木橋修補(bǔ)制作。

Step3：各組開展小木橋修補(bǔ)設(shè)計(jì)，約一周時(shí)間。

Step4：開展專題研討課，對每組設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和討論，視分組數(shù)量多少，可以選擇課上或者課后進(jìn)行。

Step5：各組開展小木橋修補(bǔ)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，約一周時(shí)間。

Step6：優(yōu)化設(shè)計(jì)后的專題研討課，對每組設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和討論，視分組數(shù)量多少，可以選擇課上或者課后進(jìn)行。

Step7：各組開展小木橋修補(bǔ)第二輪改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，約一周時(shí)間。

Step8：學(xué)生分組開展小木橋修補(bǔ)制作，約一周時(shí)間。

Step9：對各組制作的小木橋進(jìn)行承載能力測試，記錄破壞前的最大承載重量和小木橋的自重，以最大承載重量和小木橋自重的比值作為小木橋修補(bǔ)制作的承載效率優(yōu)劣評判標(biāo)準(zhǔn)。

Step10：學(xué)生分組對小木橋修補(bǔ)設(shè)計(jì)、制作過程、測試結(jié)果等環(huán)節(jié)進(jìn)行總結(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生完成“小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐報(bào)告”。

3 “就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐實(shí)施

以2021 年秋季學(xué)期的結(jié)構(gòu)維修與適航課中實(shí)施的小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐教學(xué)為例，展示“就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐實(shí)施過程。將99 名學(xué)生分為20 組，開展小木橋修補(bǔ)制作，首先，任課教師為每組學(xué)生提供兩根已斷開的木條（每根長度為30 cm）、一根作為修補(bǔ)材料的木條（長度為60 cm）、一張A4 打印紙、膠水等小木橋修補(bǔ)制作材料，以及裁紙刀和電子秤等小木橋修補(bǔ)所需的制作工具。其次，按照上節(jié)給出的實(shí)施步驟，學(xué)生分別開展了小木橋修補(bǔ)設(shè)計(jì)，利用課上、課間和課下時(shí)間，完成了兩輪小木橋修補(bǔ)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)以及動手制作，期間，教師組織組內(nèi)學(xué)生對每組設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和研討。最后，任課教師組織全體學(xué)生對各組制作的小木橋進(jìn)行承載能力測試，并對每組小木橋的承載效率優(yōu)劣進(jìn)行點(diǎn)評。

4 “就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)考核方法

以全方位、啟發(fā)式和探究式等考核理念為牽引，針對小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，有針對性地設(shè)計(jì)了全流程考核方式，形成了合理的量化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在小木橋修補(bǔ)制作的全流程考核方式中，注重小木橋修補(bǔ)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)過程、制作過程和承載能力三個(gè)方面。目前執(zhí)行的小木橋修補(bǔ)制作評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示，選取小木橋修補(bǔ)制作過程中的3 個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，即小木橋修補(bǔ)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、制作出成品的完整性、小木橋的承載能力測試，作為綜合評判小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的考核點(diǎn)，分項(xiàng)打分，加權(quán)求和，在各組學(xué)生提交的“小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐報(bào)告”基礎(chǔ)上給出每組學(xué)生的最終實(shí)踐成績。該實(shí)踐環(huán)節(jié)成績可單獨(dú)作為實(shí)踐類課程的考核成績，也可作為某一門或某一類專業(yè)課的課程實(shí)踐成績合并到學(xué)生的課程成績中。

表1 小木橋修補(bǔ)制作評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

5 教學(xué)成效分析

目前，“就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)已經(jīng)應(yīng)用于西北工業(yè)大學(xué)民航學(xué)院開設(shè)的結(jié)構(gòu)維修與適航等4 門專業(yè)課，受到了任課教師和學(xué)生的一致好評，主要教學(xué)成效總結(jié)如下。

（1）通過小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，有效提升了學(xué)生運(yùn)用理論知識開展傳力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力，為了修補(bǔ)出承載效率最佳的小木橋，學(xué)生需要運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的專業(yè)知識，結(jié)合平面薄壁板桿結(jié)構(gòu)受力特征，給出傳力路徑最佳的小木橋修補(bǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

（2）通過小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，有效提升了學(xué)生的動手制作能力，除了要給出承載效率最佳的小木橋修補(bǔ)設(shè)計(jì)方案外，學(xué)生還要使用規(guī)定的木條、紙張和膠水等材料完成小木橋的修補(bǔ)制作，不僅考驗(yàn)學(xué)生動手操作的精細(xì)度和準(zhǔn)確性，還體現(xiàn)了學(xué)生的具象化思維能力和工藝協(xié)調(diào)能力。

（3）通過小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，有效提升了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，在整個(gè)小木橋修補(bǔ)制作過程中，學(xué)生不僅要不斷調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，而且要合理規(guī)劃和使用有限的制作材料；為了提出別出心裁的設(shè)計(jì)方案，學(xué)生更要充分考慮制作過程中可能的失敗和各步驟所花費(fèi)的時(shí)間，所以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成極具創(chuàng)新性的小木橋成品是學(xué)生綜合能力的體現(xiàn)。

6 結(jié)束語

為了全面考查學(xué)生對航空專業(yè)理論知識和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，本文設(shè)計(jì)了“就地取材”的小木橋修補(bǔ)制作教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，以設(shè)計(jì)并制作具有一定承載能力的小木橋?yàn)轭}目，按照預(yù)先設(shè)定的制作要求和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將學(xué)生分為若干小組，分組完成輕質(zhì)木橋修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制作，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證小木橋的承載能力。為了提高學(xué)生（尤其是多人組隊(duì)學(xué)生）的參與度，激發(fā)每位學(xué)生的創(chuàng)新潛力，以過程考查、技術(shù)指導(dǎo)、可行性研討等多種組織形式，在課上、課間和課下對小木橋的設(shè)計(jì)、校核、改進(jìn)設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)展進(jìn)行展示和交流。針對小木橋修補(bǔ)制作實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了全流程考核方式和量化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，全面系統(tǒng)考查學(xué)生對教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的掌握程度，形成了完整的“知行合一”的實(shí)踐教學(xué)考核體系，達(dá)到了“知行并進(jìn)”的教學(xué)效果。期望通過本文的介紹，能夠?yàn)橄嚓P(guān)學(xué)科的專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新改革提供借鑒。