“飛行器結構設計原理”課程教學模式改革探索與實踐

鄧建軍　李彥彬　王寧

摘 要“飛行器結構設計原理”課程是高校飛行器設計專業的核心課程，在該專業教學中具有承上啟下的關鍵作用。針對飛行器設計專業的培養目標，結合“飛行器結構設計原理”課程的教學實際情況，在課程教學中創新實施了“梯進式”理論教學模式和“三結合”實踐教學模式。教學實踐結果表明綜合運用這兩種教學模式有效提高了課程教學質量，提升了學生綜合專業素養。

關鍵詞 教學模式 課程 改革

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.11.049

Exploration and Practice of Teaching Mode Reform of

"Principle of Aircraft Structure Design" Course

DENG Jianjun， LI Yanbin， WANG Ning

（Air Force Engineering University， Xi'an，Shaanxi 710051）

Abstract "Principle of Aircraft Structure Design" is the core course of aircraft design major in colleges and universities， and it plays an important role in the teaching of the major. According to training objectives of aircraft design major and the actual teaching situation of the course， the theoretical teaching mode of "ladder type" and the practical teaching mode of "3-in-1 combination" are innovatively implemented in the course teaching. The result of teaching practice shows that the comprehensive application of the two teaching modes can effectively improve the teaching quality and enhance comprehensive professional quality of students.

Keywords teaching mode; course; reform

在飛行器研制過程中，結構設計具有非常重要的地位和作用，要求結構設計人員具備扎實的基礎理論、過硬的實踐能力和豐富的設計經驗，從而對高校飛行器設計專業“飛行器結構設計原理”課程的教學提出了很高的要求。目前，“飛行器結構設計原理”課程的教學模式一般以課堂講授為主，更側重講解理論知識，教學內容繁雜枯燥，實踐學時也相對較少，理論內容和實踐內容不能及時融合，導致學生學習興趣不高，對所學內容不能靈活掌握，這種教學模式不能最大限度地調動學生的積極性和主動性，沒有充分體現以學生為本的現代教育理念，為此我們在該門課程的實踐教學模式和理論教學模式改革方面進行了有益的探索與實踐，顯著提升了教學效果。

1 課程特點

“飛行器結構設計原理”課程教學目標是使學生理解飛行器結構設計的基本原理，初步掌握結構設計過程和設計計算的基本方法，培養學員分析和解決飛行器結構設計問題的能力。課程特點主要體現在以下三個方面：

1.1 課程內容知識面廣

現代科技提倡創新，但創新首先是基于對傳統知識的深入領會與掌握，該課程包含了大量經典飛行器結構設計內容，學習過程中要分析大量的實際工程案例，使學生充分汲取前人的設計經驗，結構設計知識還涉及力學、材料、工藝、使用維護、優化設計、計算機軟件等多學科知識，還要了解飛行器設計規范與準則，其內容涉及知識面很廣。

1.2 知識點之間邏輯關系弱

“飛行器結構設計原理”的課程知識大多來源于工程實踐經驗的提煉總結，知識點多且并不具有嚴密的邏輯關系，比如飛行器各種結構形式，其具體構造差異較大，在飛行器上的應用也有較大區別，各種結構形式之間關聯性不多，因此學生在學習過程中不容易將課程內容梳理形成清晰的脈絡體系，不利于記憶與復習。

1.3 工程實踐性強

工程實踐性強體現在一方面該課程內容和工程實際結合緊密，是結構設計實踐過程的理論升華，在理論學習中就要通過分析大量實際案例獲取間接的實踐經驗;另一方面，工程實踐內容僅依靠理論學習難以達成教學目標，還要通過貼近工程實際的實踐訓練，如課程實驗、課程設計等方法，深入地體驗實踐過程，分析解決實際問題，才能將所學知識與飛行器結構設計實踐有效地結合起來，從而將知識融會貫通。

2 建立“梯進式”理論教學模式

針對“飛行器結構設計原理”課程理論繁雜、聯系工程實踐緊密的特點，在課堂理論教學中創建了“理論認知、實裝展示、仿真模擬”循序漸進的“梯進式”教學模式，有效提高了教學質量。

2.1 理論認知

理論認知主要應用“啟發式”“參與式”“案例研究式”等多樣化的教學方法。以培養學生的思維、創新能力?！皢l式”教學是本課程理論教學主要應用的方法，結合介紹背景知識、設置懸念等方法，在課堂講解中不斷將復雜的飛行器結構設計中的問題拋出來引導學生主動思考，實現課堂師生互動，比如多種功用的艙段如何選擇其結構方案，學生會有各種回答，再進一步組織學生討論各種方案優缺點及針對各種飛行器的適用性，加深了學生對課程內容中不同結構方案的理解。此外，為了調動學生的學習積極性，在授課過程中采用“參與式”方法，該方法參照翻轉課堂模式的思想，學生在課前自學課程內容，自學中可利用互聯網查閱資料，并借助已制作的微課及錄制的上課視頻進行學習，課堂上教師簡要講述知識要點后，對學生進行答疑，也可以由學生進行講解，教師進行補充，由此使學生成為課堂教學的主體，學生學習由被動接受轉為主動鉆研，激發了學生的學習興趣。針對飛行器結構設計中的一些難點、熱點問題，應用“案例研究式”教學方法，讓學生主動在課下通過自學、資料查詢等途徑尋求解決方法，比如設立“飛行器防熱結構設計”等研究活動，對這些問題進行深入分析，鼓勵學生大膽創新，也可以采取論文或者討論的形式舉行報告會進行討論，豐富的教學方法保證了在向學生傳授知識的同時，培養了學生思考問題、分析問題及創新意識。

2.2 實裝展示

“飛行器結構設計原理”課程與實際設備結合緊密，通過設備展示可以加強學生感性認識，我們通過多方努力，新建和完善了飛行器結構陳列室，充分利用飛行器部件實物，安排現場參觀教學，要求學生通過參觀飛行器部件實物，仔細觀察各類飛行器結構實物及實物解剖結構，教學過程中多采用“啟發式”和“對比式”教學方法，啟發學生利用所學理論知識現場分析并對比各種結構的特點，理解其設計思想，并結合現代飛行器的發展，提出自己的改進建議。比如分析整體式結構的特點，思考其受力元件如何結合艙段實際功用進行布置，隨著飛行器速度不斷提高及飛行時間不斷延長如何改進以適應現代飛行器需求，通過討論與分析使學生將所學的載荷分析、方案設計、元件布置、剖面形狀確定等知識進一步聯系起來，將枯燥的理論知識有機的結合起來，也進一步豐富了學生所掌握的結構設計資料。

2.3 仿真模擬

在該門課程課堂教學中通常需要結合實踐案例開展教學，對案例的煩瑣計算過程在課堂短時間內難以完成，以往講解只是說明計算思路，并直接展示不同設計情況的計算結果，而只講設計思路和結果，學生對設計方法與模型理解不深，因此在課堂教學中，用我們開發的飛行器結構快速設計軟件調用事先建立的仿真數據文件進行課堂教學現場演示，只需在軟件上進行簡單的操作即可展示設計過程，這樣使學生既能深入了解設計過程，又能直接看到計算結果，這種方式通過引入工程實踐的案例，結合結構快速設計軟件在課堂上對案例直接快速演示，使學生將設計理論直接和工程實踐盡早結合，晦澀艱深的知識點更加清晰易懂。再者教學內容中有很多的結構內部構造、工作原理等難以展示清楚，所以就運用了動畫和實際教具模擬實際結構。對難度較大的內容制作多媒體動畫，通過三維顯示使學生對實際結構能直觀地進行分析;積極制作實物教具，如舵的操縱機構組成復雜，工作過程復雜，我們指導學生制作的“飛行器舵面控制操縱系統”教具，直觀形象，使學生加深了對課程內容的理解，提升了設計能力。

3 應用“三結合”的實踐教學模式

“飛行器結構設計原理”是一門和工程實踐聯系非常緊密的課程，我們在課堂理論教學中注重將工程實踐的案例引入，加強學生理論與實踐的聯系能力。同時在課程實踐教學中應用“三結合”的實踐教學模式，對學生的實踐能力和主動探索精神的培養起到了促進作用，有效提升了實踐教學效果。

3.1 開發實驗系統與仿真軟件

“飛行器結構設計原理”課程與工程實踐貼合緊密，而以往教學中實驗設備及實驗項目與設計內容針對性不強，偏于結構基礎力學實驗，為提高設計理論內容教學效果，我們考慮將飛行器結構設計過程通過軟件與硬件實現轉化為便于開展的實踐教學項目，通過調研發現，國內相關院校極少有該類實踐教學項目，沒有成熟經驗可以借鑒。教學團隊根據自身專業教學的目標和教學特點，通過技術攻關，開發設計了與課程教學配套的實驗設備與軟件，實驗設備與軟件構思新穎、內涵豐富，實驗對象既有模擬部件，也有實裝部件，實驗設備既有通用實驗設備，也有專用實驗設備，可進行多種自主性、綜合性、設計性實驗，豐富了飛行器結構設計教學的實踐手段。實驗系統與軟件主要有“飛行器薄壁結構靜力實驗系統”“飛行器部件靜強度實驗系統”“飛行器結構動態試驗系統”“飛行器結構快速設計軟件”等系統與軟件。以“飛行器結構快速設計軟件”為例，該軟件對飛行器結構設計過程中的流程、技術、方法、模型、數據等進行了系統集成，學生可以通過友好的交互界面自行設計各種典型飛行器結構方案，能夠快速完成飛行器結構設計與校核，煩瑣的計算過程由軟件執行，學生集中精力評估方案，大大提高了結構設計的實踐教學效果。

3.2 “三結合”實踐教學模式

為提高學生的創新實踐能力，我們創建了自主與指定實驗項目相結合、課外與課內實踐結合、實踐與職業技能培養相結合的“三結合”實踐教學模式。

3.2.1自主與指定實驗項目相結合

在實際教學中，我們發現，該課程以往的課程實驗項目單一，不能滿足因材施教和學生個性發展的需要，也不能充分發揮學生的潛力，學生的綜合能力和創新能力也得不到鍛煉，因此實踐教學過程中，課程實驗除了完成指定課程實驗項目外，增加了自選實驗項目，同時鼓勵學生自行設計一些研究性的實驗，這樣實現實踐教學形式多樣化。比如翼面的結構設計實踐項目，有學生選擇翼面結構設計，有學生選擇舵面結構設計，也可選擇同一結構的不同設計情況進行設計;翼面振動實驗，學生可以選擇正弦振動試驗，也可以選擇隨機振動試驗;自行設計實驗可以思考結構設計中的問題，構思形成實驗項目，然后進行實驗驗證，實驗室的硬件軟件均可以進行不同設置及組合以實現多種實驗項目;復雜實驗可以以小組進行，鍛煉學生團隊協作能力。指導老師在學生探究實驗的基礎上，組織學生討論實驗所獲得的結果，可以充分激發學生實踐學習的興趣，體現以學生為本的學習過程。

3.2.2課內與課外實踐相結合

指定實驗由教師根據理論教學內容的進度及時安排實驗教學內容，要求在規定的課堂時間內完成，這些屬于課內實驗，對于由軟件完成的綜合性、設計性實驗及自選實驗項目，僅用課內時間一般不能完成，因此對此類實驗采取課內和課外自主完成相結合的原則進行，軟件實驗也不存在設備損耗及安全等問題，不需要教師的指導與管理，學生只需進行預約，就可在實驗室獨立進行實驗，這樣能使學生能靈活安排自己實驗時間，也彌補了課程實踐教學學時不足的問題，并將學生自主實驗情況納入實踐考核成績，以激發學生自主實驗的動力。

3.2.3實踐教學與職業技能培養相結合

設備實訓課程是培養飛行器相關專業職業技能的重要途徑，我們在授課中發現，相當一部分學生對實訓課程的重要性認識不足，因此在“飛行器結構設計原理”課程實踐教學中，我們安排一部分與設備實訓課程內容聯系緊密的課程設計題目，通過此類課程設計一方面鍛煉了學生理論與實踐結合的能力，同時增強了學生對設備實訓操作嚴格要求的意識，使學生認識到精準的操作對保證飛行器性能的重要影響，為后續實訓課程學習打下良好基礎，從而提高了職業技能培養質量。

4 結束語

我們結合課程特點和針對職業技能需求，在“飛行器結構設計原理”課程教學中實施了“梯進式”理論教學模式和“三結合”實踐教學模式，通過教學實踐表明，這兩種教學模式的綜合運用能有效提高教學效果，很大程度上調動了學生學習的積極性，并能培養學生的創新思維，契合當前高等教育的發展趨勢，我們需要持續深入地進行教學模式改革，全面提高學生的綜合素質。

參考文獻

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