立足為戰(zhàn)育人的專業(yè)基礎(chǔ)課程改革與實(shí)踐
——以“飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)”課程為例

蘇新兵，張艷華，王超哲

（空軍工程大學(xué) 航空工程學(xué)院，陜西 西安 710038）

2019年11月27日，習(xí)近平主席在全軍院校長集訓(xùn)時(shí)明確指出：“新時(shí)代軍事教育方針，就是堅(jiān)持黨對軍隊(duì)的絕對領(lǐng)導(dǎo)，為強(qiáng)國興軍服務(wù)，立德樹人，為戰(zhàn)育人，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)、專業(yè)化新型軍事人才。”［1］當(dāng)前，軍隊(duì)院校實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)已成為教學(xué)改革和實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的重要組成部分。為提高我校實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)水平，突出“為戰(zhàn)而教，為戰(zhàn)而學(xué)”使命任務(wù)和“打贏型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，在專業(yè)基礎(chǔ)課程“飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)”中開展實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)的探索和實(shí)踐，力求為專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)探索出一條符合新時(shí)代軍隊(duì)院校教育教學(xué)的新路子。

“飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)”是我校飛行器動(dòng)力工程專業(yè)的首次任職專業(yè)平臺必修的基礎(chǔ)課程，主要研究低層大氣內(nèi)飛機(jī)受力后，在空間的姿態(tài)及軌跡的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并改變其運(yùn)動(dòng)特性的力學(xué)與控制的綜合性科學(xué)，貫穿飛機(jī)設(shè)計(jì)、試飛與使用的全過程，在人才培養(yǎng)中占有十分重要的地位［2］。課程實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)實(shí)踐著眼于軍用飛機(jī)的作戰(zhàn)使用與效能最佳發(fā)揮，內(nèi)容體系緊密結(jié)合裝備實(shí)際，分析固定翼作戰(zhàn)飛機(jī)如何飛行、能否安全飛行、可否有效作戰(zhàn)飛行的基本理論與原理，解決飛行性能服務(wù)作戰(zhàn)、飛行品質(zhì)保證安全、飛行控制提升效能等問題，服務(wù)于飛機(jī)的需求論證與總體設(shè)計(jì)、故障分析與飛行安全、作戰(zhàn)使用與效能評估等，是學(xué)生認(rèn)識、走近、熟悉和應(yīng)用飛機(jī)的橋梁［3］。

一、確立實(shí)戰(zhàn)化的教學(xué)目標(biāo)

本課程堅(jiān)持以習(xí)近平強(qiáng)軍思想和新時(shí)代軍事教育方針為指引，牢記立德樹人、為戰(zhàn)育人使命任務(wù)，注重基礎(chǔ)理論、專業(yè)素質(zhì)和德育教育相統(tǒng)一，戮力培養(yǎng)新時(shí)代服務(wù)作戰(zhàn)與保障飛行的新型高素質(zhì)軍事人才。對接學(xué)員任職崗位需求，確立本課程緊貼實(shí)戰(zhàn)的教學(xué)目標(biāo)是：使學(xué)員全面系統(tǒng)掌握飛行原理、數(shù)學(xué)建模、性能分析和作戰(zhàn)運(yùn)用等專業(yè)知識，為理論知識應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；全面提升學(xué)員崗位任職能力，使其具備良好的自主學(xué)習(xí)、邏輯思維、探究辨析和解決實(shí)際工程實(shí)踐問題的能力，為保障航空裝備平臺完好和作戰(zhàn)完好奠定基礎(chǔ)；著力培育學(xué)員運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)開展科學(xué)研究的信息素養(yǎng)、良好的專業(yè)素養(yǎng)、勇于探索的創(chuàng)新意識和敢打必勝的戰(zhàn)斗精神，使其具備“精心維修、極端負(fù)責(zé)”的航空機(jī)務(wù)職業(yè)道德并養(yǎng)成服務(wù)裝備嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的機(jī)務(wù)作風(fēng)，樹立“對國家財(cái)產(chǎn)負(fù)責(zé)、對戰(zhàn)友安全負(fù)責(zé)、對戰(zhàn)斗勝利負(fù)責(zé)”使命責(zé)任意識［4］。

二、重構(gòu)實(shí)戰(zhàn)化的教學(xué)內(nèi)容

當(dāng)前，軍隊(duì)院校教育“以戰(zhàn)領(lǐng)教，為戰(zhàn)教戰(zhàn)”的氛圍愈加濃烈。為此，本課程突出備戰(zhàn)打仗的根本指向，主動(dòng)適應(yīng)新時(shí)代航空裝備更新，在保留傳統(tǒng)經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上，對“舊、缺、淺、散、虛”的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行體系重構(gòu)和動(dòng)態(tài)更新。將課程內(nèi)容劃分為飛行性能、飛行品質(zhì)、飛行控制三大知識模塊，對每一模塊進(jìn)行優(yōu)化并設(shè)置了遵循認(rèn)知規(guī)律、緊盯裝備發(fā)展與對接作戰(zhàn)保障的實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)內(nèi)容。

（一）基于作戰(zhàn)運(yùn)用進(jìn)行飛行性能分析

傳統(tǒng)的飛行性能知識模塊主要講授軍用飛機(jī)氣動(dòng)布局特點(diǎn)、幾種常用坐標(biāo)系及8個(gè)歐拉角、飛機(jī)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程、簡單推力法分析基本飛行性能、平飛包線、飛機(jī)的過載與機(jī)動(dòng)性能、起飛著陸性能和續(xù)航性能等內(nèi)容，很少涉及航空裝備使用維護(hù)和作戰(zhàn)運(yùn)用等內(nèi)容，因此，從認(rèn)知規(guī)律入手對課程內(nèi)容進(jìn)行梳理和重構(gòu)，將飛行性能分析充分融入作戰(zhàn)運(yùn)用。首先，將飛機(jī)簡化為一個(gè)可控質(zhì)點(diǎn)，確定飛機(jī)的方位（線位移和角位移）和優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)軌跡，為武器攻擊提供精確的坐標(biāo)定位服務(wù)；其次，分析飛機(jī)的飛行性能與作戰(zhàn)運(yùn)用的密切聯(lián)系，包括利用飛行包線制訂作戰(zhàn)計(jì)劃、機(jī)動(dòng)性能確定戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作運(yùn)用、續(xù)航性能影響作戰(zhàn)半徑、敏捷性能影響快速占位與精準(zhǔn)打擊、維護(hù)保障工作影響起飛/著陸性能、飛行性能影響因素涉及其環(huán)境適應(yīng)性與再次出動(dòng)能力等。重塑的課程內(nèi)容體系力求厘清性能與作戰(zhàn)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)飛行性能分析到裝備作戰(zhàn)運(yùn)用的融會(huì)貫通。

（二）基于安全保證進(jìn)行飛行品質(zhì)分析

飛行品質(zhì)是指飛機(jī)的穩(wěn)定和操縱特性，直接影響飛機(jī)的飛行安全。這個(gè)知識模塊主要講授靜態(tài)飛行品質(zhì)及靜操縱性故障的分析與排除、剛體飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程及其動(dòng)態(tài)飛行品質(zhì)等。確定飛行品質(zhì)保證飛行安全的整體思路，設(shè)置由淺入深、由簡單到復(fù)雜、由質(zhì)點(diǎn)到剛體、由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的教學(xué)內(nèi)容。在講述時(shí)，以剛體飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程為基礎(chǔ)，全面確定飛機(jī)的方位和姿態(tài)，服務(wù)于武器的精確瞄準(zhǔn)與打擊；以品質(zhì)保證安全為主線，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)角度分析飛機(jī)的穩(wěn)定特性和操縱特性，深入剖析因結(jié)冰、大氣紊流等極端環(huán)境下引起操穩(wěn)故障的發(fā)生而導(dǎo)致飛行事故的原因及機(jī)理，確定具體故障部位并給出排故方案和維護(hù)注意事項(xiàng)，同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)員“極端負(fù)責(zé)、精心維修”的機(jī)務(wù)作風(fēng)，實(shí)現(xiàn)飛行安全評估理論到確保飛機(jī)飛行安全的延伸。

（三）基于效能提升進(jìn)行飛行控制分析

飛行控制知識模塊主要講授飛機(jī)閉環(huán)控制的基本原理，主動(dòng)控制技術(shù)改善飛行性能，增穩(wěn)、控制增穩(wěn)和電傳飛機(jī)的控制律及其對飛行品質(zhì)的影響等內(nèi)容。從開環(huán)控制到閉環(huán)控制設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，使其更加符合課程的教學(xué)規(guī)律和學(xué)員的認(rèn)知規(guī)律；從閉環(huán)控制基本原理和飛機(jī)操縱系統(tǒng)發(fā)展歷程入手，依次深入剖析不可逆助力、增穩(wěn)和控制增穩(wěn)等現(xiàn)代飛行操縱系統(tǒng)對飛機(jī)飛行品質(zhì)的影響及改善，最后緊密結(jié)合新型作戰(zhàn)飛機(jī)和新技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，分析電傳操縱系統(tǒng)改善飛行品質(zhì)、提升飛機(jī)總體效能的途徑。在授課中，適時(shí)增加主動(dòng)控制、推力矢量等新技術(shù)提高飛機(jī)升阻比、改善機(jī)動(dòng)性和敏捷性、增大航程和縮短起飛著陸距離、突破失速限制，以及提高近距格斗能力、提高隱身能力和突防能力等對飛機(jī)性能和品質(zhì)影響的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)從閉環(huán)控制基礎(chǔ)理論到提升飛機(jī)性能品質(zhì)及總體效能等工程實(shí)際應(yīng)用的延伸。

三、實(shí)踐多樣化的教學(xué)組織

本課程秉承“學(xué)為主體、教戰(zhàn)為戰(zhàn)”的教學(xué)理念，采取線上自學(xué)、精講理論、案例分析、航模設(shè)計(jì)等多種教學(xué)組織形式，構(gòu)建了適應(yīng)本課程教學(xué)的一套完整教學(xué)方法，有效提高了教學(xué)效果。

（一）運(yùn)用基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法

本課程既有知識理論性強(qiáng)和邏輯推理嚴(yán)密等特征，又有與空戰(zhàn)關(guān)聯(lián)密切和戰(zhàn)訓(xùn)飛行案例眾多等特點(diǎn)。針對不同的內(nèi)容和學(xué)員特點(diǎn)，運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)以突出學(xué)員綜合能力和素質(zhì)培養(yǎng)，按照“知識綜合運(yùn)用、航模競技提升”的能力生成思路，在強(qiáng)化理論授課效果的同時(shí)，密切聯(lián)系飛機(jī)飛行，結(jié)合學(xué)員的興趣愛好，以“航模設(shè)計(jì)”任務(wù)貫穿教學(xué)全程，通過布置航模3D打印、數(shù)字仿真、飛行器設(shè)計(jì)、制作與試飛等課外實(shí)踐任務(wù)，以學(xué)員獨(dú)立自主學(xué)習(xí)和分組研討為基本范式，按照在線預(yù)習(xí)—任務(wù)驅(qū)動(dòng)—問題探究—故障分析和使用維護(hù)等環(huán)節(jié)實(shí)施，促使學(xué)生從任務(wù)出發(fā)了解飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、組裝和調(diào)試相關(guān)程序操作，從設(shè)計(jì)師、工程師、飛行員和機(jī)械師等沉浸式角色體驗(yàn)中充分認(rèn)識“人—機(jī)—環(huán)”復(fù)雜系統(tǒng)，鍛煉團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，養(yǎng)成在解決實(shí)際工程問題時(shí)善于運(yùn)用辯證思維對任務(wù)背后的原理進(jìn)行深入探究的良好習(xí)慣［5］。

（二）實(shí)現(xiàn)基于形象化的混合式教學(xué)

本課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、復(fù)雜抽象，加之課程教學(xué)學(xué)時(shí)有限、教學(xué)手段相對單一、難點(diǎn)內(nèi)容不易突破，為了提升教學(xué)效果和順應(yīng)裝備發(fā)展趨勢，針對現(xiàn)代飛機(jī)氣動(dòng)布局多樣、數(shù)學(xué)模型抽象、可視性差、難以理解、飛機(jī)飛行包線大、火/飛/推綜合控制復(fù)雜等問題，及時(shí)將線上MOOC、數(shù)字仿真軟件和虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等資源應(yīng)用到課堂教學(xué)中，豐富素材以彌補(bǔ)課堂教學(xué)的局限性，將講授為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變成“學(xué)為中心、教為引導(dǎo)、線上線下有機(jī)互動(dòng)”的混合式教學(xué)模式；充分運(yùn)用信息化技術(shù)手段，制作二維、三維動(dòng)畫形象化素材，拍攝教學(xué)微視頻，豐富教學(xué)資源，并運(yùn)用到教學(xué)實(shí)踐中；自主建成“飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)”MOOC，通過多媒體制作、視頻錄制、線上自學(xué)、在線答疑、自主測試、論壇交流等推進(jìn)混合式教學(xué)“進(jìn)備課、進(jìn)課堂、進(jìn)輔導(dǎo)、進(jìn)考核”，使其成為提升教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段；打造飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化資源平臺拓展線上資源，開設(shè)數(shù)字航空博物館，包括飛機(jī)大全、飛行原理、故障維護(hù)、飛行事故等航空特色欄目，不僅有助于拓展學(xué)員的知識面，激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的積極性和內(nèi)動(dòng)力，而且能夠拓寬師生互動(dòng)交流的渠道［6］。

（三）開拓學(xué)以致用的第二課堂

成立航模俱樂部，組建航模隊(duì)，開展教學(xué)實(shí)踐運(yùn)用和理論知識轉(zhuǎn)化應(yīng)用等創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)，使教學(xué)環(huán)節(jié)從課堂內(nèi)向課堂內(nèi)外、從“被動(dòng)接受學(xué)”向“自主創(chuàng)新學(xué)”結(jié)合轉(zhuǎn)移。基于“以賽促學(xué)、以賽促教”，利用新概念飛行器創(chuàng)新設(shè)計(jì)和航模飛行表演活動(dòng)，讓學(xué)員在“做中學(xué)、研中學(xué)、交流中學(xué)”，達(dá)到感受飛行樂趣、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)創(chuàng)新意識、鍛煉動(dòng)手能力、培養(yǎng)機(jī)務(wù)作風(fēng)、提高綜合素質(zhì)等目的。指導(dǎo)學(xué)員積極參加未來新概念飛行器設(shè)計(jì)大賽，增強(qiáng)創(chuàng)新思維和崇尚榮譽(yù)意識，加強(qiáng)對外交流學(xué)習(xí)，提升知名度；要求學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件、建立模型并仿真，提高軟件使用和編程水平；鼓勵(lì)參與科研項(xiàng)目，申報(bào)創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目，以提升學(xué)術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)和工程實(shí)踐的無縫對接，提高學(xué)員的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力。

（四）實(shí)踐虛實(shí)互補(bǔ)的實(shí)踐教學(xué)

由于飛機(jī)實(shí)裝飛行試驗(yàn)成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，導(dǎo)致學(xué)員知識應(yīng)用條件不足，需要加強(qiáng)理論講授與直觀教學(xué)的結(jié)合，促進(jìn)抽象理論與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系。針對學(xué)員掌握基礎(chǔ)理論后不能很快用于實(shí)踐的問題，課程組開發(fā)了飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、空戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，形成了理論與實(shí)踐結(jié)合、傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代技術(shù)融合的虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)特色。在相關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)中，使用可視化人機(jī)交互方式實(shí)時(shí)顯示飛機(jī)視景，通過設(shè)定不同的輸入條件，輸出仿真數(shù)據(jù)和飛行參數(shù)，實(shí)時(shí)繪制出實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵參數(shù)變化曲線；自主進(jìn)行“空戰(zhàn)對抗”演練與戰(zhàn)法研究，做到虛擬/半實(shí)物仿真到實(shí)裝演練，化解教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)員將理論知識轉(zhuǎn)化為應(yīng)用能力。

四、取得教學(xué)雙贏的教學(xué)效果

經(jīng)過幾年系統(tǒng)的實(shí)踐與改革，本課程在教學(xué)相長等方面取得了優(yōu)異成績。

（一）學(xué)員學(xué)習(xí)效果穩(wěn)步提升

經(jīng)過教學(xué)模式改革創(chuàng)新，學(xué)員課程考試平均成績由78.6 分提高到83.7 分；畢業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)良率由82%提高到87%。據(jù)反饋，多數(shù)畢業(yè)學(xué)員理論功底扎實(shí)，知識面寬，第一任職能力強(qiáng)，發(fā)展后勁大。學(xué)員參加各類飛行器創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽屢獲佳績，在增強(qiáng)創(chuàng)新思維和崇尚榮譽(yù)意識的同時(shí)，鍛煉了動(dòng)手能力，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋C(jī)務(wù)作風(fēng)；利用航模飛行表演、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)等競賽活動(dòng)，加強(qiáng)了對外交流學(xué)習(xí)，提升了綜合素養(yǎng)。近3年，參加飛行器創(chuàng)新設(shè)計(jì)等競賽獲國家級獎(jiǎng)項(xiàng)50余項(xiàng)，申請授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)，5人的論文被評為軍隊(duì)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文。

（二）教員教學(xué)能力不斷增強(qiáng)

近年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員不斷更新教學(xué)理念，在催生實(shí)戰(zhàn)化的教員隊(duì)伍的同時(shí)，打造了一批精品課堂。近三年，為戰(zhàn)育人效果凸顯。主講教員授課質(zhì)量評定優(yōu)良率100%，獲軍隊(duì)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，被評為學(xué)校首屆“課改先鋒”，多人獲校級教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，在各種教學(xué)比賽中多次獲獎(jiǎng)；通過組織教學(xué)研討和教育理論研究，撰寫發(fā)表10余篇教學(xué)研究論文，教員的教研水平不斷提升；多名教員被評為優(yōu)秀學(xué)位論文指導(dǎo)教師，學(xué)員對教員授課滿意度持續(xù)上升。

（三）教學(xué)資源建設(shè)成效顯著

課程建設(shè)成果豐碩，本課程為2011年軍隊(duì)院校優(yōu)質(zhì)課程、2019年陜西省線上線下混合式一流本科課程、2021年陜西省線上一流本科課程，目前已通過軍隊(duì)院校精品課程評審，并報(bào)教育部進(jìn)行國家一流本科課程認(rèn)定。自主建設(shè)的課程MOOC在清華大學(xué)學(xué)堂在線平臺上線，面向全社會(huì)開放，很大程度提升了課程建設(shè)的影響力；開發(fā)了一整套飛行仿真虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，打造了飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化資源平臺，結(jié)合航模俱樂部等第二課堂平臺，構(gòu)建了與時(shí)俱進(jìn)的完整教學(xué)資源生長鏈。

在“飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)”課程實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)探索與實(shí)踐中，以“飛行性能服務(wù)作戰(zhàn)、飛行品質(zhì)保證安全和飛行控制提升效能”為主線，構(gòu)建了“突出整機(jī)特性，強(qiáng)化作戰(zhàn)適用”的教學(xué)內(nèi)容體系，搭建了虛擬實(shí)驗(yàn)仿真、第二課堂平臺的實(shí)踐教學(xué)平臺，創(chuàng)設(shè)了“知識綜合運(yùn)用、航模競技提升”的能力生成模式，使學(xué)員能在繁雜的數(shù)學(xué)模型中梳理出本課程研究的要點(diǎn)和綱目，抓住飛機(jī)的性能、品質(zhì)與控制這一核心脈絡(luò)和骨架，提高學(xué)員對整機(jī)特性與作戰(zhàn)運(yùn)用飛行品質(zhì)保證飛行安全的認(rèn)知能力，有助于學(xué)員迅速適應(yīng)航空機(jī)務(wù)崗位，更好地協(xié)助飛行人員充分發(fā)揮飛機(jī)的總體效能。