航空類專業課程與通識課程貫通建設探索研究

王曉璐　王菁　代君　劉戰合

摘要：以飛行器設計與工程專業為例，本文介紹了鄭州航空工業管理學院航空類專業的課程體系，指出專業通識課程學習的重要性。同時，也介紹了全校航空類通識課“航空概論”的基本情況，探索研究了航空類專業課程與“航空概論”課程及航空類專業主干課程與“航空航天技術基礎”課程的內在聯系，提出貫通建設航空類專業課程與通識課程的若干措施。

關鍵詞：飛行器設計與工程；專業課程；通識課程；航空概論

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0144-03

一、航空類專業課程體系簡介

在教育部本科專業目錄中，航空航天類專業有飛行器設計與工程、飛行器動力工程、飛行器制造工程、飛行器質量與可靠性、飛行器環境與生命保障工程、飛行器適航技術和航空航天工程等7個。目前，鄭州航空工業管理學院開設了前3個專業，均歸屬于航空工程學院。以飛行器設計與工程為例，在第1學期設置了“飛行器設計與工程專業導論”課程（16學時）、第2學期設置了“航空航天技術基礎”專業必修課（32學時）作為專業學習的前導課。第1—5學期，學校設置了“高等數學”、“大學物理”、“理論力學”和“材料力學”等公共基礎課和學科基礎課；第4—7學期則按照飛機設計的各個子學科，設置了“通用航空技術”、“空氣動力學”、“飛行器總體設計”、“無人機系統導論”、“飛行器專業英語閱讀”和“飛行器專業技術講座”等專業課程。

從課程設置上可以看出，“飛行器設計與工程專業導論”和“航空航天技術基礎”課程主要培養學生對專業基本情況和學科領域的整體性把握，屬于專業通識性課程。而在專業課中滲透通識意識，對教師也提出了更高的要求[1，2]。經過這兩門課程的前期引領和必要的數理、力學知識的學習之后，學生再按照飛機種類和飛機設計各分支學科的特點進行專業課學習。可以說，“航空航天技術基礎”的各個章節基本上對應了后續專業課的主要范圍，具有非常重要的地位。

在教學實踐中，我們也發現，激波、升力、機翼結構、飛機穩定性和操縱性等概念盡管在“航空航天技術基礎”課程中已講授，但在相應的專業課學習中，學生仍覺吃力。調查發現，原因主要有兩點：第一，專業課程數學公式較多，而數學、物理等公共基礎課的學習效果一般，有畏難心理；第二，不知所學知識的應用情況，知其然而不知其所以然。針對航空類專業的課程體系，探索研究專業通識課程與后續專業課程的聯系，對于增強學生學習積極性、提高人才培養質量具有重要意義。

二、“航空概論”通識類課程的建設情況

航空概論是學校面向非航空專業學生開設的一門通識課程（24學時），內容主要包括航空航天基本概念、航空發展概況及未來發展趨勢、我國航空工業、空氣動力學基礎、飛行原理、航空發動機等[3]，考核方式為期末半開半閉考試。此外，針對國際本科學術互認課程（International Scholarly Exchange Curriculum Undergraduate，ISEC）項目的雙語版航空概論（32學時），內容較普通版更為豐富，更強調課堂參與和團隊協作，考核方式為平時作業、表現和期末設計報告。

航空概論被列入學校的特色課程組合中，除航空專業外，其余專業的學生均須從特色課程組合中選修一門。學校每年的本科生招生人數近7000人，日常教學任務較為飽滿，考慮到學校招生專業包括財經類、管理類和藝術類等，學生數理基礎參差不齊，在講授時一般避免進行復雜公式的推導，多采用類比法和案例法講解。

此外，學校的人才培養目標和發展定位與傳統的三所航空重點高校（北京航空航天大學、西北工業大學和南京航空航天大學）以及其他高職高專類院校存在明顯區別，市場上已有的航空概論教材并不能完全滿足我們的教學需求。經過多年的建設，學校主編并出版了《航空概論》教材，并將“航空概論”課作為學校慕課平臺課程體系的第一批建設項目立項，通過網上課堂與實際課堂相結合的形式，探索“翻轉課堂”教學理念在航空類通識課程中的應用效果。現在，此項工作正在穩步開展中。

三、航空類專業課程與“航空概論”課程貫通建設

為了盡可能利用現有資源，我們對航空類專業課程和“航空概論”課程進行了統籌處理，并嘗試進行貫通建設，主要包括如下措施。

1.教具的開發和使用。“飛行器設計與工程專業導論”開設于第1學期，是飛行器設計與工程專業學生的一門必修課，其中理論課為8個學時，主要介紹專業課程特點、發展現況和就業方向；實踐課為8個學時，要求學生以小組形式設計制作飛機模型，主要培養學生對飛機的認識以及團隊協作能力。“專業綜合性設計與制作”開設于第7學期，為專業必修實踐類課程，為期兩周，要求學生按照總體設計指標完成飛機的總體概念設計，制作出模型。

這兩門課程具有較強的實踐性，首尾對應，從中可以看到學生在不同階段對飛機的理解程度。學生提交的實踐作業中，不僅包括典型的現代民用噴氣客機和戰斗機，還有螺旋槳飛機、雙翼飛機、高超聲速飛行器等。為了突出概念，激發學生的學習興趣，我們將部分優秀作品作為教具，在講授“空氣動力學”、“飛行力學”和“航空概論”等課時進行展示。如此，后掠翼、上反角、滾轉運動、翼身融合體等概念被具體化，降低了學生的學習難度。

真實飛機是學校作為航空院校的特色景觀，也是進行“航空概論”課教學的重要參考對象。學校現有殲7、殲8、強5、初教6等4架退役飛機，盡管已拆除了內部有關部件，但進氣道、機翼、機身和起落架等主要部件外形完好，空速管、翼刀和油箱蓋口等細節清晰可辨。真實飛機的特點在于，學生可隨時觀看，并近距離接觸，這為講解“航空概論”的知識點提供了極大便利。例如，講解到伯努利定律和靜壓、總壓的概念時，我們會針對空速管這一具體應用案例展開討論，要求學生在課后選取其中一架飛機作為研究對象，解釋空速管的原理、在飛機上的位置等。再如，講解飛機的穩定性時，我們會給出腹鰭的概念，并引導學生在課余結合真實飛機的外形查找資料，在下一次上課時展開討論。這不僅可以提高學生的學習興趣，還能培養他們在實踐中分析問題的能力。

除實物模型外，專業課程還設置了若干實驗環節，如飛行力學中的飛機飛行性能仿真演示實驗、空氣動力學中的乒乓球吹風實驗和流線型物體壓差阻力實驗等。限于實驗室和師資條件，目前只針對專業學生開放，待條件成熟時，借鑒其他學校經驗[4]，也可考慮選取其中的典型實驗，供選修“航空概論”課程的學生操作。

2.競賽和課余活動牽引。“管工結合”是學校確定的人才培養特色[5]，為此，航空工程學院與學校其他單位一起，舉辦了大學生航空創意DIY大賽、未來飛行器設計大賽等航空相關競賽。航空創意DIY大賽以科普為主，包括手擲輕木模型、發射水火箭、操作電腦模擬器和觀賞航空海報展等內容，激發了廣大學生尤其是非航空專業學生參與航空活動、感受航空文化的興趣，增強了“航空概論”課程的實用性和指導作用。未來飛行器設計大賽兼顧了科普創意性和航空專業性，比賽評審時邀請了專業課教師，針對學生作品進行現場點評，既展示了“航空概論”通識課的知識點，又在具體細節上有所拔高，增強了學生學習的動力和興趣，滿足了不同層次學生探索飛機設計的需求。

四、航空類專業主干課程與“航空航天技術基礎”課程貫通建設

這里的專業主干課程是指在第5至第7學期開設的專業必修課。以飛行器設計與工程專業為例，主要包括“飛行器總體設計”、“空氣動力學”、“飛行器結構力學”等。“航空航天技術基礎”雖屬于必修課，具有一定的引領作用，但對專業學生而言，仍可歸為通識性質。在此意義上，我們將其視為專業版的“航空概論”[6]，并采用了如下措施，試圖貫通建設航空類專業主干課程與“航空航天技術基礎”課程。

1.課堂上的專題探索式討論。飛機設計是一項復雜的系統工程，某個部件的設計可能關系到氣動、結構、重量和性能等諸多學科。盡管學生在第2學期已經系統地學習了“航空航天技術基礎”，但知識儲備并不多，等到第5學期及以后，他們已經掌握了機械類和力學類學科基礎課的相關知識，有能力針對具體問題展開較為系統的思考[7]。以“飛行器總體設計”課程為例，該課程為飛行器設計與工程專業的核心課程，特點是覆蓋面廣，思維發散，很多問題沒有唯一解[8]，適合開展專題式討論教學[9]。

例如，以飛機上的橫向操縱部件——副翼為對象，可要求學生以其為專題，參考《航空航天技術概論》、《飛機總體設計》教材及其他資料，制作PPT，并在課堂上給出5分鐘的介紹，之后展開10分鐘左右的討論。而學生則列出了副翼沿機翼展向的位置和面積、制造材料、操縱效率、與翼身融合飛機升降副翼的區別及副翼反效等，還結合了圖片和數據進行展示，現場反應較為強烈。在介紹課本經典知識之外，可針對后緣襟翼、三發布局、邊界層抽吸等問題進行展示和討論，充分調動學生學習的主動性和積極性。

2.課程設計和模型制作的應用驗證。以飛行器設計與工程專業為例，該專業的設置目的是培養面向工程一線的航空工程師，其。培養方案特別強調實習和課程設計等實踐環節的重要性。在畢業要求的180個學分中，實踐類占到了36個。除專業實習和畢業實習外，典型的實踐類課程或實習有“航空模型設計制作實踐”、“飛行器總體設計課程設計”、“飛機維修實習”等。這些課程或實習的時間均為兩周，一般的流程是召開動員大會，布置設計任務，劃分小組，明確考勤和考核方式，要求學生在規定的時間內提交設計報告，并視情況制作實物。

以航空模型設計制作實踐為例，該課程提供了原材料和激光雕刻機、小型制作工具、舵機和控制系統，要求學生自行設計航空模型主體，并與舵機和控制系統相結合，在學校操場上空遙控飛行，完成典型的直線加速（減速）、俯仰、偏航和滾轉運動，同時保證起飛和降落過程的安全及整個飛行過程中的動作流暢性。學生答辯時，不僅須給出航模的尺寸和重量信息，還須說明布局和外形的設計依據，尤其是舵面位置和面積以及與實際飛行中穩定性、操縱性的聯系。設計依據一般來自教材，但書本上只是給出了定性規律和一般性公式，若要說明清楚，必須進行計算分析。這就從側面提供了通過實踐來校核驗證理論模型正確性的方法，不僅復習了前期理論課程的知識點，也增強了學生學習飛機設計的自信心。

3.衍生課程建設探索。課程設置應服務于人才培養方案，而人才培養方案應隨社會經濟發展和技術發展進行調整。因此，有必要對課程進行更新和調整，且須適度地考慮到已有師資人員結構，盡量做到教學相長、教學與科研共同發展。近年來，隨著鄭州航空港綜合實驗區和鄭州通用航空試驗區的發展，以及民用無人機市場的快速發展，我們對“航空航天技術基礎”課程的部分章節，進行了擴充和發展，設置了反映新形勢的課程，如“通用航空技術”、“無人機系統導論”和“組合導航概論”等。這些課程的針對性更強，素材更多，當教師完成課件制作后，其收集的資料又為“航空航天技術基礎”課程提供了豐富的營養，由此形成母體課程和衍生課程相輔相成的良性循環。

五、結論和展望

本文以飛行器設計與工程專業為例，分析了航空類專業課程與通識課程的內在聯系，對兩者的貫通建設進行了探索研究，提出了若干實踐措施。目前，它在專業課和通識課的教學中實施，已取得良好效果。在航空航天大學科的背景下，不同專業的專業課程之間存在聯系和區別，若能以課程組和知識模塊的形式進行統籌，則可在師資和實驗室條件有限的情況下，盡可能地提高資源利用效率。此項工作正在開展中。

參考文獻：

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[7]王曉璐，代君，劉戰合，等.引導式教學方法在“空氣動力學”課程上的應用[J].教育教學論壇，2016，（23）：170-171.

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[9]楊華保，王和平.“飛行器總體設計”精品課程教學改革探索[J].高等工程教育研究，2007，（1）：131-132.