“就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)設(shè)計

張永杰，萬小朋，王海濤

（西北工業(yè)大學(xué) 民航學(xué)院，陜西西安 710072）

作為航空專業(yè)教育的重要組成部分，專業(yè)課實踐教學(xué)環(huán)節(jié)起到了極為重要的作用，尤其是對于強調(diào)工程實踐能力的航空設(shè)計與維修專業(yè)人才培養(yǎng)[1-3]。近年來，為了提高學(xué)生對于理論知識的理解與應(yīng)用能力，國內(nèi)許多院校開展了航空專業(yè)課程實踐教學(xué)方法創(chuàng)新和教學(xué)模式改革的研究[4-7]，達(dá)到了理論認(rèn)知與專業(yè)技能同步提升、“知行并進”的實踐教學(xué)目標(biāo)[8-11]，構(gòu)建了高水平的航空專業(yè)課程實踐教學(xué)體系[12-16]，為高水平航空專業(yè)課程建設(shè)提供了實踐技能“練兵場”和創(chuàng)新思維“大舞臺”[17-18]。經(jīng)過多年的航空專業(yè)實踐教學(xué)經(jīng)驗積累和總結(jié)，本文以航空專業(yè)人才培養(yǎng)和行業(yè)需求為牽引，以航空專業(yè)課程實踐教學(xué)改革為目的，設(shè)計了“就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識進行傳力分析、修補設(shè)計、改進優(yōu)化、動手實踐等綜合創(chuàng)新能力，提出了面向制作過程的全流程考核方式，形成了合理的量化評價標(biāo)準(zhǔn)，并形成了完整的“知行合一”的實踐教學(xué)考核體系。通過該教學(xué)實踐環(huán)節(jié)設(shè)計和實施過程的展示，期望能夠為豐富航空專業(yè)實踐教學(xué)內(nèi)容、改進實踐教學(xué)方法、提升實踐教學(xué)水平提供參考。

1 “就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐目標(biāo)

為了提升航空專業(yè)本科學(xué)生對飛機薄壁板桿結(jié)構(gòu)及其維修方法的認(rèn)知水平，教師設(shè)計小木橋修補制作的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，明確小木橋基本功能、承載要求、修補要求、制作材料和工具、制作周期、制作優(yōu)劣判定標(biāo)準(zhǔn)等制作要求和評價標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生需要在規(guī)定時間內(nèi)獨立或者組隊完成小木橋制作；教師和學(xué)生可以通過專題研討、課下討論、承載能力測試、集中點評等多種方式完成小木橋修補制作實踐任務(wù)。如在學(xué)生居家上網(wǎng)課期間，可鼓勵學(xué)生“就地取材”，利用家里現(xiàn)有的材料完成小木橋修補制作。教師在課堂上講評小木橋的設(shè)計、校核、改進設(shè)計等分析計算任務(wù)，采取合適的講評方式和方法，以達(dá)到提高教學(xué)實踐環(huán)節(jié)中學(xué)生參與度的目的。通過該教學(xué)實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識進行傳力分析、修補設(shè)計、改進優(yōu)化、動手實踐等綜合創(chuàng)新能力。

2 “就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)方案設(shè)計

通過多年來在航空專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的實施與改進，不斷細(xì)化和完善小木橋修補制作實踐環(huán)節(jié)，現(xiàn)將“就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)實施步驟總結(jié)如下（主要流程如圖1 所示）。

圖1 “就地取材”的小木橋修補制作實踐環(huán)節(jié)方案設(shè)計流程圖

Step1：學(xué)生自由組合分組，每組人數(shù)控制在5人以內(nèi)最佳。

Step2：教師提出了小木橋的基本功能、承載要求、修補要求、制作周期、制作優(yōu)劣判定標(biāo)準(zhǔn)等，為學(xué)生提供了兩根斷開的木條、一根修補材料木條、一張A4 打印紙、膠水等小木橋修補制作材料，以及裁紙刀和電子秤等小木橋修補制作工具。如在學(xué)生居家上網(wǎng)課期間，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生“就地取材”（如用筷子作為小木桿等），利用家里現(xiàn)有的材料完成小木橋修補制作。

Step3：各組開展小木橋修補設(shè)計，約一周時間。

Step4：開展專題研討課，對每組設(shè)計進行分析和討論，視分組數(shù)量多少，可以選擇課上或者課后進行。

Step5：各組開展小木橋修補改進和優(yōu)化設(shè)計，約一周時間。

Step6：優(yōu)化設(shè)計后的專題研討課，對每組設(shè)計進行分析和討論，視分組數(shù)量多少，可以選擇課上或者課后進行。

Step7：各組開展小木橋修補第二輪改進和優(yōu)化設(shè)計，約一周時間。

Step8：學(xué)生分組開展小木橋修補制作，約一周時間。

Step9：對各組制作的小木橋進行承載能力測試，記錄破壞前的最大承載重量和小木橋的自重，以最大承載重量和小木橋自重的比值作為小木橋修補制作的承載效率優(yōu)劣評判標(biāo)準(zhǔn)。

Step10：學(xué)生分組對小木橋修補設(shè)計、制作過程、測試結(jié)果等環(huán)節(jié)進行總結(jié)，鼓勵學(xué)生完成“小木橋修補制作實踐報告”。

3 “就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐實施

以2021 年秋季學(xué)期的結(jié)構(gòu)維修與適航課中實施的小木橋修補制作實踐教學(xué)為例，展示“就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐實施過程。將99 名學(xué)生分為20 組，開展小木橋修補制作，首先，任課教師為每組學(xué)生提供兩根已斷開的木條（每根長度為30 cm）、一根作為修補材料的木條（長度為60 cm）、一張A4 打印紙、膠水等小木橋修補制作材料，以及裁紙刀和電子秤等小木橋修補所需的制作工具。其次，按照上節(jié)給出的實施步驟，學(xué)生分別開展了小木橋修補設(shè)計，利用課上、課間和課下時間，完成了兩輪小木橋修補改進和優(yōu)化設(shè)計以及動手制作，期間，教師組織組內(nèi)學(xué)生對每組設(shè)計方案進行分析和研討。最后，任課教師組織全體學(xué)生對各組制作的小木橋進行承載能力測試，并對每組小木橋的承載效率優(yōu)劣進行點評。

4 “就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)考核方法

以全方位、啟發(fā)式和探究式等考核理念為牽引，針對小木橋修補制作實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，有針對性地設(shè)計了全流程考核方式，形成了合理的量化評價標(biāo)準(zhǔn)。在小木橋修補制作的全流程考核方式中，注重小木橋修補設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計過程、制作過程和承載能力三個方面。目前執(zhí)行的小木橋修補制作評價標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示，選取小木橋修補制作過程中的3 個關(guān)鍵節(jié)點，即小木橋修補設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計方案、制作出成品的完整性、小木橋的承載能力測試，作為綜合評判小木橋修補制作實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的考核點，分項打分，加權(quán)求和，在各組學(xué)生提交的“小木橋修補制作實踐報告”基礎(chǔ)上給出每組學(xué)生的最終實踐成績。該實踐環(huán)節(jié)成績可單獨作為實踐類課程的考核成績，也可作為某一門或某一類專業(yè)課的課程實踐成績合并到學(xué)生的課程成績中。

表1 小木橋修補制作評價標(biāo)準(zhǔn)

5 教學(xué)成效分析

目前，“就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)已經(jīng)應(yīng)用于西北工業(yè)大學(xué)民航學(xué)院開設(shè)的結(jié)構(gòu)維修與適航等4 門專業(yè)課，受到了任課教師和學(xué)生的一致好評，主要教學(xué)成效總結(jié)如下。

（1）通過小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，有效提升了學(xué)生運用理論知識開展傳力分析和優(yōu)化設(shè)計的能力，為了修補出承載效率最佳的小木橋，學(xué)生需要運用結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的專業(yè)知識，結(jié)合平面薄壁板桿結(jié)構(gòu)受力特征，給出傳力路徑最佳的小木橋修補結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

（2）通過小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，有效提升了學(xué)生的動手制作能力，除了要給出承載效率最佳的小木橋修補設(shè)計方案外，學(xué)生還要使用規(guī)定的木條、紙張和膠水等材料完成小木橋的修補制作，不僅考驗學(xué)生動手操作的精細(xì)度和準(zhǔn)確性，還體現(xiàn)了學(xué)生的具象化思維能力和工藝協(xié)調(diào)能力。

（3）通過小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，有效提升了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，在整個小木橋修補制作過程中，學(xué)生不僅要不斷調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計方案，而且要合理規(guī)劃和使用有限的制作材料；為了提出別出心裁的設(shè)計方案，學(xué)生更要充分考慮制作過程中可能的失敗和各步驟所花費的時間，所以在規(guī)定的時間內(nèi)完成極具創(chuàng)新性的小木橋成品是學(xué)生綜合能力的體現(xiàn)。

6 結(jié)束語

為了全面考查學(xué)生對航空專業(yè)理論知識和實踐教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，本文設(shè)計了“就地取材”的小木橋修補制作教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，以設(shè)計并制作具有一定承載能力的小木橋為題目，按照預(yù)先設(shè)定的制作要求和評價標(biāo)準(zhǔn)，將學(xué)生分為若干小組，分組完成輕質(zhì)木橋修補結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制作，并通過試驗驗證小木橋的承載能力。為了提高學(xué)生（尤其是多人組隊學(xué)生）的參與度，激發(fā)每位學(xué)生的創(chuàng)新潛力，以過程考查、技術(shù)指導(dǎo)、可行性研討等多種組織形式，在課上、課間和課下對小木橋的設(shè)計、校核、改進設(shè)計等各個環(huán)節(jié)進展進行展示和交流。針對小木橋修補制作實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)計了全流程考核方式和量化評價標(biāo)準(zhǔn)，全面系統(tǒng)考查學(xué)生對教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的掌握程度，形成了完整的“知行合一”的實踐教學(xué)考核體系，達(dá)到了“知行并進”的教學(xué)效果。期望通過本文的介紹，能夠為相關(guān)學(xué)科的專業(yè)課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計和創(chuàng)新改革提供借鑒。