具有民航特色的形象化教學方法研究

劉艷紅 卿光輝 張宏偉

摘 要 開展形象化教學方法的設(shè)計與應(yīng)用是未來該專業(yè)的教學改革的重要方向。本文結(jié)合飛行器制造工程專業(yè)的專業(yè)課程和專業(yè)知識體系論述了形象化教學的必要性，并以實例說明了形象化教學在該專業(yè)的實施及效果。

關(guān)鍵詞 民航特色 形象化 教學方法

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

On Visualize Teaching Methods Have Characteristics of Civil Aviation

LIU Yanhong， QING Guanghui， ZHANG Hongwei

（Aircraft Department， School of Aerospace Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300）

Abstract Design and application of conduct is an important teaching method to visualize the future direction of the profession of teaching reform. Combined with aircraft manufacturing engineering professional courses and professional knowledge discusses the necessity to visualize teaching and teaching examples illustrate the visualization of the professional implementation and effect.

Key words characteristics of civil aviation; visualize; teaching methods

0 引言

近年來“大工程觀”的工程教育理念已在我國工程教育界得到普遍的認可，并為高等工程教育改革提出了新的要求。作為具有鮮明民航特色的飛行器制造工程專業(yè)，必須根據(jù)自身的培養(yǎng)目標，解決以往只強調(diào)科學化、專業(yè)化，而割裂了工程本身的問題，從而使專業(yè)課程突出民用航空器維修工程的整體性，使學生在學習過程中完整掌握飛機結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的專業(yè)知識，適應(yīng)民航維修領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的要求。

空間想象力是人們對客觀事物的空間形式（幾何形體）進行觀察、分析、認知的抽象思維能力。但是飛機結(jié)構(gòu)及各系統(tǒng)本身都是非常復(fù)雜的空間系統(tǒng)，對于首次接觸的學生來說，通常難以把握復(fù)雜的整體構(gòu)成，而教材上飛機構(gòu)件或系統(tǒng)零部件的描述比較抽象，教師講解以及教學課件上平面原理圖或結(jié)構(gòu)圖或簡單的立體圖，很難使學生建立起完整、直觀、生動的具體結(jié)構(gòu)概念。所以，學生和教師都希望在實體飛機上進行教學。但由于飛機大部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)是封閉的，不可能從真實飛機上看到每個局部的結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的空間組成。

因此，教師在課堂上應(yīng)采用一些先進的方法及手段強化學生的飛機及其系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)概念，可以提升學生的空間想象力，使學生輕松準確地掌握飛機結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的專業(yè)知識。所以，采用形象化教學已成為飛行器制造工程專業(yè)的教學方法改革的重要任務(wù)之一。

1 形象化教學方法的探索

1.1 形象化教學問題的提出

形象化對于飛行器制造工程專業(yè)的學生是很重要的，但實現(xiàn)起來具有很大的難度，如果在真實的飛機上講授專業(yè)課或經(jīng)常帶領(lǐng)學生進入飛機內(nèi)部觀察實際結(jié)構(gòu)及各類復(fù)雜的系統(tǒng)分布，存在著教學空間、教學管理、其他教學手段的運用、教學記錄、安全等諸多問題。同時，由于實體飛機的很多內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)是封閉的，不可能從整體的實體飛機上觀察到局部的結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的空間詳細內(nèi)容。所以教學效果不理想，可操作性不強。如果能夠構(gòu)建一個基于先進計算機數(shù)字建模技術(shù)的“數(shù)字飛機”，來展示一些有代表性的結(jié)構(gòu)和飛機各類典型的系統(tǒng)，可有效提高學生對飛機的直覺感知，使學生在知識的構(gòu)建與掌握等方面取得良好的教學效果。

1.2 形象化教學方法舉例

在進行形象化教學的過程，我們以培養(yǎng)目標為基準構(gòu)建“數(shù)字飛機”，并進行了圍繞“數(shù)字飛機”的教學方法研究與設(shè)計，在此以幾個結(jié)合專業(yè)核心課程群形象化教學方法的設(shè)計實例，闡述形象化教學在飛行器制造工程專業(yè)核心課程群中的應(yīng)用。

（1）飛機結(jié)構(gòu)與維修課程群形象化教學的設(shè)計與實踐。應(yīng)用B737結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字模型，可幫助學生多角度建立飛機結(jié)構(gòu)的空間概念，以透視法觀察結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造，了解各個構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的理論位置，從而全面理解和掌握結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式、構(gòu)件類型和設(shè)計計算方法。另一方面，從結(jié)構(gòu)的功能上講，可以通過三維數(shù)字模型讓學生更清晰了解結(jié)構(gòu)基本任務(wù)：載荷類型、受力分布特征、傳力路徑等。這樣在教學形式上，就可以使教學內(nèi)容由抽象、復(fù)雜變得形象、具體了。同時，基于三維模型進行結(jié)構(gòu)力學與結(jié)構(gòu)強度方面的內(nèi)容的教學，可充分激起學生的興趣，從而可以減少學生對枯燥和復(fù)雜的理論推導(dǎo)或數(shù)值計算教學內(nèi)容的排斥感。又如，從維修操作的教學方面來講，如果能以如圖1所示的數(shù)字結(jié)構(gòu)為主體，教師在進行維修操作的過程和基本步驟的講解時，輔以動畫過程，不僅在教學內(nèi)容上更加規(guī)范、準確;在教學形式上也更加生動，并可大大提高學生的積極性，吸引學生的注意力，從而提高教學效果。

（2）飛機系統(tǒng)課程群形象化教學的設(shè)計與實踐。從圖2的B737-700空調(diào)系統(tǒng)的三維數(shù)字模型中可以看出空調(diào)系統(tǒng)在飛機上的整體布局情況，尤其是空氣分配系統(tǒng)，包括從混合室到客艙與駕駛艙各部位的空氣分配管路的位置及其基本外形;另外，從該圖還可以清晰地看出電子設(shè)備的冷卻空氣系統(tǒng)及相關(guān)管路的位置與分布。對于各部分的細節(jié)情況，可以利用相應(yīng)的放大鏡了解其三維情況（如圖3a和圖3b所示）。

（a）維修前的準備與現(xiàn)場 ? ? ? ? ?（b）基本操作過程示例

圖1

圖2 B737-700空調(diào)系統(tǒng)布局三維數(shù)字模型

（a）流量控制活門 ? ? ? ? ? ? （b）PRSOV運動仿真

圖3

如果在講授飛機空調(diào)系統(tǒng)的具體內(nèi)容時，給學生展示如圖2和圖3所示的三維數(shù)字模型。講解可以做到形象具體。口述、板書難以表達清楚的內(nèi)容直接以三維的數(shù)字模型展示，使學生一目了然。圖2和圖3所示的三維數(shù)字模型不僅加強了學生的感性認識，形成空間的整體形象，還能在學生的腦海里建立起有效的關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)的空間思維框架。然后，在進入具體的組件或部件的功能原理的介紹與分析時，就可以在很大程度上突出教學的重點，化解教學內(nèi)容的難點和疑點。因為事實上，又可以通過圖3進行超級鏈接至圖3a或圖3b，講解具體組件的原理、組成與運動仿真的三維數(shù)字模型。

在介紹空調(diào)系統(tǒng)的各組件或部件的功能原理的同時，仍然可以再次運用空調(diào)系統(tǒng)整體的三維數(shù)字模型（如圖2）來說明某一組件或某一部件在整個系統(tǒng)中的作用、地位或其重要性。

可以形象地比喻以上的教學效果：空調(diào)系統(tǒng)中組件或部件可比做“樹木”，學生學習了系統(tǒng)中組件或部件的功能原理后，也就是掌握了或了解了具體的“樹木”。對于一個復(fù)雜的飛機空調(diào)系統(tǒng)來說，是由很多的“樹木”構(gòu)成的“森林”。最后的教學效果就好比學生在學習的過程中不僅見到“樹木”，同時也見到了“森林”。另外，值得強調(diào)是：基于三維數(shù)字模型的教學過程，除了形象具體外，還可簡易地突出知識的重點，做到主次分明。

實質(zhì)上，對于燃油系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)或其它系統(tǒng)等都可以采用形象化的教學手段。

2 結(jié)論

本文從飛行器制造工程專業(yè)的專業(yè)課程和專業(yè)知識體系特點分析著手，提出了形象化教學方法的必要，并用多個實例說明了形象化教學的優(yōu)點和教學效果，同時，討論了形象化教學與專題化和綜合化的關(guān)系。

實踐證明開展形象化教學方法的設(shè)計與應(yīng)用，是未來飛行器制造工程專業(yè)的教學改革的重要方向，對飛行器制造工程專業(yè)特色建設(shè)有著非常重要的意義。但是“數(shù)字飛機”的建設(shè)是一個大的系統(tǒng)工程，任重道遠，所以，需要不斷努力完善，進行“數(shù)字飛機”的設(shè)計與形象化教學的研究。相信在不遠的將來，形象化教學將在飛行器制造工程專業(yè)的所有專業(yè)課程中得以應(yīng)用，我們的教學質(zhì)量和教學效果會走上一個新的臺階。

本研究由天津市普通高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革研究計劃項目“虛擬飛機教學平臺的研究與建設(shè)”的支持

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