機載設備現場課教學模式研究與實踐

劉 中，袁少強

(北京航空航天大學 自動化科學與電氣工程學院，北京 100191)

0 引言

新時代的發展對高等教育教學提出了全新的要求，好的教育不僅僅是知識的傳授、技能的培養，應該首先從全方位培養人，真正以學生為本，著力推進“三全育人”建設。“課程思政”是把“立德樹人”作為教育根本任務的一種綜合教育理念，在知識傳播中強調價值引領，將社會主義核心價值觀融入課程內容[1]。

現場課區別于一般的實驗、實踐環節，是以體驗學習理論為基礎，通過參觀現場實物和操作流程、討論交流、互動答疑等活動來完成教學任務的一種教學方式[2]。現場課能夠鞏固對書本知識的理解，充分調動學生的學習積極性，具有理論聯系實際，提高獨立解決問題能力的特點[3]。國內高校現場課的開展主要是一些與生產實際密切相關的課程[4]，一般是采用到企業現場或校內有工程實物的場所開展教學活動的方式，對提高這些課程的教學效果起到了良好的促進作用，但也存在著學生不重視、推廣性差等問題。

國內很多高校都成立了航空航天學院，很多也都開設了“航空航天概論”課程[5-6]。大多采用多媒體、微課等形式對航空航天領域的一些實物進行展示。機載設備現場課是“航空航天概論”課程的重要組成部分，對學生建立航空領域的基本概念具有重要的作用。同時，現場課的特點也決定了該課程在開展“課程思政”方面的獨特優勢。針對新時期人才培養的新要求，采取優化教學內容、增加互動環節、豐富實物對象、嚴格考勤制度等舉措，對機載設備現場課進行全方位建設，包括實驗條件建設、教學內容建設、教材建設，同時探索適合現場課教學的教學模式。

1 平臺建設

“航空航天概論”是面向我校所有專業大一、大二學生的核心通識課，具有鮮明的航空航天特色。其中現場課是該課程最具特色、最受學生歡迎的內容。機載設備部分由于涉及的知識廣、設備種類多、與實際系統聯系緊密，而大一、大二學生還缺乏航空航天領域的基本概念，單一的理論講解很難獲得良好的教學效果。所以采用實物演示與講解、實際動手操作體驗等多種形式進行教學能取得良好的效果。通過實驗條件建設、教學內容建設、教材建設等建立了機載設備現場課教學平臺。為滿足我校學院路和沙河兩個校區辦學要求，分別新建和更新了兩個機載設備實驗室，對課程有效運行起到了良好的支撐作用。

1.1 實驗條件建設

為了能讓學生對機載設備獲得更為直觀的了解，對理論知識在實際中的應用建立更為清晰的概念，實驗室利用自身專業優勢配備了實物儀表(包括拆解件)、傳感器、操縱機構等，將課本上的理論及原理映射為看得見摸得著的實物。為建立機載設備整體概念，明確各部分的具體功能，利用學院自身在飛行仿真方面的科研優勢，開發了人在回路飛行模擬系統(如圖1所示)。該系統可以實現對地、對空攻擊，雙機編隊等功能。學生可以親自動手進行操作，通過體驗加速知識內化的過程，建立理論知識與實際系統使用之間的聯系。由于該系統為自主研發，包括視景、控制臺、儀表幾個節點都向學生開放，現在使用的都是本科學生在原有基礎上不斷開發和完善的。可以從信息采集、處理、傳遞等方面對當前的新興技術進行分析，拓寬學生的知識面。

圖1 自行研制的飛行模擬系統

為了讓學生對地平儀、空速表、氣壓高度表、升降速度表儀表，轉彎側滑儀等進行更為深入的了解，經過理論學習獲得原理性的知識以后，通過現場親身體驗獲得直觀感受，把理論原理與實際系統相結合，深化對知識的理解，建設了塞斯納飛機模擬器(如圖2所示)。可以完成主要儀表的顯示和驅動，飛機舵面的操控等功能，能夠達到體驗飛行和儀表判讀等教學要求。

圖2 小型飛機飛行模擬器

為了讓學生獲得對大型民機的直觀體驗，了解現代飛機座艙顯示系統的發展情況，對飛機建立整體的概念。新建的大型民機飛行模擬器(如圖3所示)，具備座艙電子綜合顯示系統、自動油門、自動駕駛儀、導航、飛行管理計算機等幾乎所有的配置。通過演示和實際操作，讓學生對飛機及飛行建立直觀的了解，學生通過體驗可對航空儀表及相關機載設備的功能、使用建立較為全面的概念。

圖3 大型民機飛行模擬器

另外，由于適應兩校區辦學及教學內容的變化，建設了多媒體教學系統，通過實物投影、圖片、錄像等全方位展示機載設備的內部結構、原理、應用等。

1.2 教學內容建設

“航空航天概論”是國家級精品課，是教育部高校思想政治工作創新發展中心主要建設的三門課程之一。為踐行立德樹人，推進“三全育人”建設，探索非思政課中課程思政的教學設計方法，對機載設備現場課教學內容進行了調整與更新。

原有教學內容以原理、結構等為主，以傳統的知識傳授為主要目的。而針對新時代對教育提出的要求及對教育的重新認識，增強課程全方位、全過程育人的效果，對教學內容進行更新。一方面，增加技術研制與發展背景的內容，尤其是國內關鍵技術開發、重要設備研制的內容。另一方面，通過對本校及本學院自有資源的挖掘整理，增加如中國第一臺飛行模擬器研制、與機載設備相關的航空領域老一輩知名學者事跡等內容。

通過增加這些內容，不僅拓寬學生視野，了解技術發展脈絡，同時明晰歷史，了解老一輩科技工作者刻苦鉆研、砥礪前行的精神和投身革命、愛國創業的氣概。與枯燥的理論知識相比，這樣的內容更能夠引起學生的興趣。大國重器的研制、技術強國的實踐、科技前輩的人格魅力等都能夠激發學生的共鳴，引發學生對人生觀、價值觀的進一步思考，對愛國敬業精神的深入理解，在潛移默化中對思政勵志進行了教育。

1.3 教材建設

由于機載設備部分涉及的內容繁多，不同設備和系統的理論原理、技術本質、結構組成及使用方法等都不盡相同，所以在現場課環節很難全面講解和展示。為了滿足進一步改善教學效果，為學生提供更為豐富的參考資料，積極進行教材建設。編寫了相關實驗教材《航空電子設備與飛行模擬實驗》，獲批校級規劃教材建設項目。該教材從航空電子設備的功能和使用出發，逐漸引出基礎理論與原理，結合飛行模擬虛擬仿真實驗，讓學生從直觀上對相關設備進行了解，逐漸深入理解理論原理。從深度和廣度兩個維度上對飛機的相關知識、原理和使用進行深入淺出地介紹。以航空電子設備為主要內容，同時介紹在實際飛行中的基本使用方法，通過虛擬仿真的方式進行相關的實驗項目。避免了枯燥理論原理的單一介紹，通過具體使用與操作更深刻地理解設備的理論原理。目前該教材已經由北京航空航天大學出版社出版。

2 教學過程

2.1 教學模式探索

在多年的教學實踐中，不斷研究與探索，逐步形成了以體驗為先導、以應用為橋梁、以技術為主線的多維度現場課教學模式。

由于機載設備現場課主要面向本科大一新生，針對這些同學普遍缺乏航空航天基礎知識和基本概念，在教學過程中注重以體驗為先導，通過實物展示、動手操作等方式首先讓學生對機載設備獲得直觀的感受，建立具體的概念，讓理論知識能夠看得見摸得著。以機載設備和系統的應用為橋梁，建立理論與實際的有機聯系，建立整體概念，有效避免只見樹木不見森林的問題，為今后的學習和研究奠定基礎。以技術為主線，通過技術的發展和使用引出機載設備和系統的功能、組成、原理等，在學習理論知識的同時了解技術的發展和理論與技術的密切聯系。

通過典型技術發展背景、重要設備研制、重要人物事例等介紹，全方位、多維度呈現機載設備的整體特征，同時培養學生愛國敬業的精神。

2.2 教學方法與教學過程改革

針對機載設備現場課學時和教學條件的特點，對教學過程進行優化設計，采用多種教學方法進行實施。

首先，通過實物儀表設備的講解和展示讓學生建立直觀概念，在講解過程中會根據重點和難點提出一至兩個問題，引發學生的思考，而問題的答案可以設置在后面的講解及實際操作中；其次，在講述設備或系統時增加背景及事例的介紹，配合多媒體手段，以錄像、電視新聞、報刊等形式引入教學內容；最后，通過飛行模擬器的演示和親身操作建立理論知識與實物儀表設備的有機聯系，通過實際操作進一步發現問題，引發思考與探究。

例如，在講述氣壓高度表和升降速度表之前，提出“采用何種方法能夠測量飛機的高度？”，“除了采用測量大氣壓力的方法以外，還能夠利用什么樣的方法對高度進行測量？”，“為什么要測量升降速度？”等問題。分別在講述之前和之后提出，首先讓學生有一個自己的思考，可以不關注技術細節，海闊天空進行頭腦風暴。有了思考以后，逐步對現有方法和技術進行闡述，這樣有利于學生對內容的理解。對于學生提出的一些方法，用研討的方式進行評述，提出可能存在的問題，引導學生去研究與思考。在介紹飛機操縱機構時，先提出操縱桿、腳舵與三個舵面的控制關系及舵面偏轉與飛機姿態及軌跡的影響問題，通過學生操縱飛行模擬器的實際體驗，讓學生自己去體會。在介紹衛星導航系統時，配合最新的新聞報道，講述北斗系統的概況。在講述飛行模擬器內容時，介紹我國第一臺飛行模擬器的研制過程，展示當年報刊的頭版新聞報道。

通過多種教學方法和手段及靈活的教學過程設計，將相對枯燥和專業性強的內容以更便于接受的方式進行呈現。

3 結語

對機載設備現場課教學平臺進行建設，對實驗條件、實驗內容等進行建設與優化，對教學方法與教學過程的不斷改革，形成了以體驗為先導、以應用為橋梁、以技術為主線的多維度現場課教學模式，并在多年的教學實踐中不斷完善和發展。教學效果得到有效提升，得到學生的認可。同時在課程思政及立德樹人方面進行了有益的嘗試，并取得了良好的效果。