標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、教研協(xié)同的課程構(gòu)建與探索
——以“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”為例

馬振洋，史春蕾，段照斌

（中國(guó)民航大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300300）

引言

隨著我國(guó)ARJ21、C919等國(guó)產(chǎn)民機(jī)投入商用運(yùn)行，將會(huì)極大地促進(jìn)機(jī)載設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程。機(jī)載設(shè)備進(jìn)入民用航空市場(chǎng)，必須通過適航審定。中國(guó)民航適航體系、適航審定和適航標(biāo)準(zhǔn)的制定工作起步較晚，與歐美相比，我國(guó)的適航人才、能力與技術(shù)差距較大。因此，隨著中國(guó)民航業(yè)的快速發(fā)展，相關(guān)民機(jī)產(chǎn)品、民用發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品陸續(xù)開始進(jìn)入投產(chǎn)、驗(yàn)證階段，國(guó)內(nèi)對(duì)航空產(chǎn)品環(huán)境防護(hù)適航相關(guān)技術(shù)的研究和人才需求極為迫切［1-3］。

2017年，天津市教委印發(fā)文件通知，中國(guó)民航大學(xué)作為天津市共建高校，被遴選為天津市高水平特色大學(xué)建設(shè)行列。2018年，中國(guó)民用航空局、天津市人民政府、教育部簽署《關(guān)于共建中國(guó)民航大學(xué)的意見》，中國(guó)民航大學(xué)正式成為局市部三方共建高校。根據(jù)共建意見，重點(diǎn)支持中國(guó)民航大學(xué)特色一流建設(shè)和發(fā)展，學(xué)校要堅(jiān)持應(yīng)用型人才培養(yǎng)道路，堅(jiān)持應(yīng)用科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)研究，創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)理論和培養(yǎng)模式，豐富高等教育理論體系。在這一大背景下，學(xué)校的專業(yè)建設(shè)和課程建設(shè)迎來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

航空器適航審定工程碩士專業(yè)作為學(xué)校的特設(shè)學(xué)科和重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科，已經(jīng)開展了卓有成效的學(xué)科建設(shè)工作，構(gòu)建了航空器適航審定、航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航審定、機(jī)載系統(tǒng)與設(shè)備適航審定3個(gè)課程群。在航空器適航審定和航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航審定兩方面，課程設(shè)置較多，課程體系較全面。而在機(jī)載系統(tǒng)與設(shè)備適航審定課程群方面，由于專業(yè)跨度較大，課程設(shè)置難度較大，合理性、與行業(yè)需求的匹配性需要進(jìn)一步優(yōu)化提升。一直以來，RTCA DO-160G《機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》都是整個(gè)民航行業(yè)開展機(jī)載設(shè)備環(huán)境防護(hù)適航驗(yàn)證的重要標(biāo)準(zhǔn)之一［4］。然而，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)背景，尤其是原理性的理論知識(shí)還沒有形成較為系統(tǒng)的課程教授內(nèi)容，僅在有關(guān)適航條款解讀方面展開，學(xué)生對(duì)機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)也僅知其然而不知其所以然。

鑒于機(jī)載設(shè)備環(huán)境防護(hù)適航相關(guān)課程建設(shè)的重要性和急迫性，本文圍繞“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程，結(jié)合我國(guó)機(jī)載設(shè)備環(huán)境防護(hù)和適航取證的現(xiàn)在和未來發(fā)展，以RTCA DO-160G為參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該門課程建設(shè)和教學(xué)展開研究，著重探索課程的內(nèi)涵目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式，以滿足當(dāng)前航空器適航審定工程的培養(yǎng)目標(biāo)，適應(yīng)國(guó)家和民航行業(yè)的發(fā)展需要。

一、“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程內(nèi)涵及目標(biāo)

（一）機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)的范疇

民航領(lǐng)域的機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)涉及溫度、高度、濕度等氣候類環(huán)境防護(hù)，閃電、高強(qiáng)輻射場(chǎng)、靜電環(huán)境等電磁環(huán)境防護(hù)，振動(dòng)、工作沖擊、墜撞安全等機(jī)械類環(huán)境防護(hù)，以及爆炸大氣、火等特殊類環(huán)境防護(hù)。同時(shí)，結(jié)合國(guó)內(nèi)民用航空領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，單粒子效應(yīng)防護(hù)也已經(jīng)在適航審定工作中予以考慮，因此本文也納入該類環(huán)境。這些防護(hù)試驗(yàn)的目的是提供確定機(jī)載設(shè)備在實(shí)際工作環(huán)境中的特性的實(shí)驗(yàn)室方法。此處涉及的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)條件和試驗(yàn)程序可以和適用的設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)一起作為該環(huán)境條件下的最低規(guī)范，以保證設(shè)備性能在操作過程中具有足夠高的可靠性。

（二）課程內(nèi)涵

本課程主要針對(duì)航空器適航審定工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的碩士研究生設(shè)置課程，課程內(nèi)容側(cè)重航空機(jī)載系統(tǒng)的閃電環(huán)境、高強(qiáng)輻射場(chǎng)環(huán)境、靜電環(huán)境、單粒子效應(yīng)以及設(shè)備間電磁兼容環(huán)境等復(fù)雜電磁環(huán)境，主要內(nèi)容包括：《機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》（RTCA DO-160G）簡(jiǎn)介；單粒子效應(yīng)及最新進(jìn)展；電磁兼容原理；機(jī)載電子設(shè)備閃電防護(hù)及驗(yàn)證技術(shù)，包括閃電環(huán)境、閃電防護(hù)技術(shù)、閃電防護(hù)符合性驗(yàn)證方法；機(jī)載電子設(shè)備高強(qiáng)輻射場(chǎng)防護(hù)與驗(yàn)證技術(shù)，包括高強(qiáng)輻射場(chǎng)環(huán)境、防護(hù)技術(shù)、符合性驗(yàn)證方法；機(jī)載電子設(shè)備靜電防護(hù)與驗(yàn)證技術(shù)，包括靜電環(huán)境、防護(hù)技術(shù)、符合性驗(yàn)證方法。

（三）課程目標(biāo)

面向航空器適航審定工程及相關(guān)專業(yè)的碩士研究生，開展民航急需的閃電防護(hù)及驗(yàn)證、靜電防護(hù)及驗(yàn)證、高強(qiáng)輻射場(chǎng)防護(hù)及驗(yàn)證、單粒子效應(yīng)防護(hù)及驗(yàn)證、設(shè)備間電磁防護(hù)與驗(yàn)證的適航審定技術(shù)與要求講授，了解機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)技術(shù)以及符合性驗(yàn)證方法，掌握防護(hù)驗(yàn)證方法的基本概念和原理，了解機(jī)載設(shè)備環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)。具體目標(biāo)包括如下3個(gè)方面：（1）傳授機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)基本知識(shí)，重點(diǎn)講解防護(hù)方法和符合性驗(yàn)證方法，理解其背后的基本原理。（2）培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)分析和解決實(shí)際工程問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)載系統(tǒng)安全性與適航的工程思維，讓學(xué)生樹立辯證的工程哲學(xué)觀。（3）激發(fā)學(xué)生對(duì)航空器適航專業(yè)的責(zé)任感及投身航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航事業(yè)的興趣。

二、“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)航空器適航專業(yè)有關(guān)課程的整體設(shè)計(jì)和安排，“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程設(shè)計(jì)32學(xué)時(shí)，安排在第2學(xué)期；結(jié)合前述教學(xué)目標(biāo)，“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程教學(xué)內(nèi)容及基本邏輯如圖1所示。

圖1 “機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程教學(xué)內(nèi)容及基本邏輯

課程共包括3個(gè)部分內(nèi)容，包括航空機(jī)載設(shè)備環(huán)境防護(hù)試驗(yàn)程序、環(huán)境防護(hù)基礎(chǔ)理論及設(shè)計(jì)方法、機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)適航符合性驗(yàn)證方法，三部分內(nèi)容設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)，相互支撐。在學(xué)時(shí)安排上，前3個(gè)部分內(nèi)容逐漸遞增。（1）航空機(jī)載設(shè)備環(huán)境防護(hù)試驗(yàn)程序知識(shí)部分。由于學(xué)生在前期“機(jī)載軟硬件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程中已有初步了解，此處安排學(xué)時(shí)最少，共6學(xué)時(shí)，概述氣候類試驗(yàn)、機(jī)械類試驗(yàn)、特殊試驗(yàn)、電磁兼容試驗(yàn)、單粒子效應(yīng)試驗(yàn)的基本試驗(yàn)內(nèi)容和分類方法等。該部分將重點(diǎn)放在環(huán)境的分類原則、試驗(yàn)類別選擇方法、組合試驗(yàn)的注意事項(xiàng)等方面，側(cè)重對(duì)當(dāng)前機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)整體框架和未來發(fā)展技術(shù)發(fā)展的介紹。（2）環(huán)境防護(hù)基礎(chǔ)理論及設(shè)計(jì)方法知識(shí)部分。盡管學(xué)生在前期課程中對(duì)適航和安全性概念接觸較多，但分析對(duì)象上更側(cè)重于飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)。此處將重點(diǎn)放在各類環(huán)境基礎(chǔ)理論上，著重介紹機(jī)載系統(tǒng)試驗(yàn)環(huán)境涉及的基礎(chǔ)理論，包括環(huán)境形成機(jī)理、航空領(lǐng)域考慮因素、防護(hù)設(shè)計(jì)一般方法等，重點(diǎn)講述閃電、高強(qiáng)輻射場(chǎng)等電磁環(huán)境效應(yīng)環(huán)境模塊，結(jié)合案例介紹如何開展典型機(jī)載設(shè)備的環(huán)境試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及防護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)講授，此處安排10學(xué)時(shí)。（3）機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)適航符合性驗(yàn)證方法部分。該部分為課程核心，也是該課程最終的目的，共安排16學(xué)時(shí)。先依照環(huán)境組成依次介紹單粒子效應(yīng)、雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、閃電直接效應(yīng)、閃電間接效應(yīng)、飛機(jī)HIRF防護(hù)、靜電防護(hù)等方面的符合性驗(yàn)證方法，課程講解時(shí)不局限于對(duì)符合性驗(yàn)證方法的具體分析，深入講解其背后的基本原理；在此之上，結(jié)合典型機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)適航取證案例，梳理其符合性驗(yàn)證的設(shè)計(jì)思路和策略；該階段最后再次專門設(shè)計(jì)2學(xué)時(shí)用于專家授課，2學(xué)時(shí)用于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)授課，加深學(xué)生對(duì)機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的認(rèn)識(shí)。

在上述內(nèi)容中，航空機(jī)載設(shè)備環(huán)境防護(hù)試驗(yàn)程序知識(shí)部分和環(huán)境防護(hù)基礎(chǔ)理論及設(shè)計(jì)方法內(nèi)容對(duì)應(yīng)前文所述課程目標(biāo)（1）和（2），機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)適航符合性驗(yàn)證方法部分內(nèi)容對(duì)應(yīng)前文所述課程目標(biāo)（2）和（3）。

三、“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程教學(xué)模式

在授課過程中，綜合應(yīng)用多種教學(xué)方法和手段，保證教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生在學(xué)習(xí)具體知識(shí)的同時(shí)，鍛煉工程思維，提高自主學(xué)習(xí)能力等，切實(shí)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。具體方案如下。（1）多種模式相配合的教學(xué)方法。由于“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程的特殊性和專業(yè)性，仍然以傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式為主，但針對(duì)每一部分課程內(nèi)容設(shè)計(jì)了討論、案例分析等環(huán)節(jié)。在討論環(huán)節(jié)中，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂模式［5］，根據(jù)討論課確定的具體方向，將學(xué)生分組，每組分工圍繞所選主題開展課下文獻(xiàn)調(diào)研、具體案例分析、學(xué)生討論，最后教師總結(jié)發(fā)言。在案例分析環(huán)節(jié)，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決具體問題的能力。（2）在課堂講授具體知識(shí)過程中，注重運(yùn)用BOPPPS教學(xué)模型等方式［6］，將常規(guī)的45分鐘課堂教學(xué)劃分為課堂導(dǎo)入、課堂目標(biāo)、課堂前測(cè)、課堂參與、課堂后測(cè)及課堂總結(jié)6部分，避免“灌輸式”的授課方式，加強(qiáng)授課效果。（3）多樣化綜合的考核手段。在上述授課方式下，配套相應(yīng)的多樣化綜合考核手段，依托分組討論情況、案例分析、平時(shí)授課參與度和最后的成績(jī)測(cè)評(píng)進(jìn)行綜合評(píng)估，給出學(xué)生成績(jī)。（4）在授課過程中，特別是分組討論和案例分析環(huán)節(jié)，穿插對(duì)我國(guó)機(jī)載設(shè)備研發(fā)現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)和有關(guān)重要人物、事件的介紹，實(shí)現(xiàn)課程思政的實(shí)施和對(duì)學(xué)生工匠精神和愛國(guó)主義情懷的培養(yǎng)。

結(jié)語

在我國(guó)航空裝備快速發(fā)展的背景下，增設(shè)機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)適航的有關(guān)課程，完善機(jī)載系統(tǒng)與設(shè)備適航審定培養(yǎng)體系，成為中國(guó)民航大學(xué)航空器適航審定工程培養(yǎng)方案的改革優(yōu)化目標(biāo)。為此，筆者在新一輪的適航專業(yè)培養(yǎng)方案中開設(shè)“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程。在機(jī)載設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)程序、設(shè)計(jì)方法概念和內(nèi)涵解讀的基礎(chǔ)上，確定了課程內(nèi)涵及授課目標(biāo)，制定了課程的教學(xué)內(nèi)容，初步給出了相應(yīng)的教學(xué)方案。未來將在教學(xué)實(shí)踐中不斷修改和完善課程內(nèi)容和授課方式，形成更具航空和適航特色的“機(jī)載系統(tǒng)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”課程。