“飛機空氣動力學”課程建設與改革

［摘 要］ 針對“飛機空氣動力學”課程教學中公式多、原理難等特點，提出了課程建設需要解決的幾個問題。從教材編寫、信息化資源建設、實驗設計、實踐開展及課程思政等方面進行了課程建設和改革。創新了教學方法和手段，改善了實驗教學條件，提高了學員學習的興趣和積極性，突出了知識的綜合運用。結果表明，通過課程改革，教學內容更加貼近了學員的職業需要，學員對知識的理解更加清晰和深刻，創新思維能力和綜合素質得到了提高，航空報國志向更加堅定，戰斗精神更加昂揚。

［關鍵詞］ 飛機空氣動力學；課程建設；教學改革

［基金項目］ 2020年度海軍航空大學教學成果立項培育項目“飛行原理類課程體系重構與課程建設”（海航參教〔2020〕787號）

［作者簡介］ 郭衛剛（1976—），男，山東煙臺人，碩士，海軍航空大學航空基礎學院副教授，主要從事空氣動力學、飛行力學研究。

［中圖分類號］ V221 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）32-0102-04 ［收稿日期］ 2023-07-10

一、課程基本情況

“飛機空氣動力學”課程是海軍航空大學飛行學員必修的一門專業核心航空理論課程，共50學時。該課程創建于1985年，已為海軍培養了大批優秀飛行人才。課程的教學目的是使學員通過課程學習，能夠理解飛機的飛行原理，掌握飛機氣動力的特性和變化規律，會分析氣動力的一些特殊現象，做到懂原理、能計算。

為適應我校飛行學員的飛行需求特點和未來職業發展需要，在教學內容設計上形成了從低速到高速、從翼型到飛機、從原理到實踐、從陸基到艦載的教學體系，并加入螺旋槳的氣動性能，使得整個教學內容緊貼學員的崗位需求，做到理論聯系實際。通過航空理論指導具體飛行實踐的原理和方法，培養學員分析和解決飛行實踐活動問題的能力，養成科學的思維習慣和勇于實踐的創新精神，為后續機型改裝打下良好的理論基礎［1-2］。

二、課程建設需解決的問題

“飛機空氣動力學”課程主要介紹了氣流的高低速流動，以及空氣與飛機相對運動時氣動力（升力、阻力、側力）的產生、發展、變化及對飛行的影響。課程中有較多的公式和原理，且空氣流動不易觀察，導致課程內容有些晦澀難懂，尤其是對于高速部分理解較為困難。授課過程中如果實驗較少，又缺少實踐環節，授課效果往往不盡如人意。因此，根據課程建設和改革需要，“飛機空氣動力學”課程應該主要解決以下幾個方面的問題：如何引入新的教學模式、方法或手段，增加課程的趣味性，同時能夠兼顧高階性、創新性和挑戰度，提高學員的學習效率和綜合能力，讓學員記得住、記得牢；如何在理論教學過程中融入實踐環節，幫助學員在自己動手的實踐過程中理解空氣動力的特點及對飛行的作用和影響；如何在授課過程中更好地利用實驗設備開展實驗教學，幫助學員理解和掌握基本理論和基本概念［3-5］；如何開展課程思政教學［6-7］，使其與專業課程自然而然地結合，實現課程思政與課程教學的有機融合。

三、課程建設與改革的實施

針對上述問題，“飛機空氣動力學”課程建設與改革主要從教學資源建設和教學模式改革兩個方面展開。教學資源建設中，根據新版人才培養方案重新編寫了教材，建設了與之配套的慕課課程，開發了動畫、視頻等信息化教學資源，升級了實驗教學條件。教學模式的改革主要依托飛行技術與飛行安全俱樂部開展教學實踐活動，同時引入空氣動力學發展前沿知識和新的航空裝備，并實時開展課程思政的相關教學。課程的建設與改革主要體現在以下幾個方面。

1.遵循高素質新型人才培養的基本原則和基本規律，精心統籌、合理規劃，優化課程的教學體系內容。注重學員科學思維、創新理念、工程實踐能力的培塑，突出課程建設的技術含量，加強崗前任職教育，使學員能夠更好地勝任未來的工作崗位。2017年，我校由原來的兩所院校調整合并為現在的海軍航空大學，根據新的人才培養方案，“飛機空氣動力學”作為新方案中一門重要的專業背景課程，對教材的內容也做了相應的調整。增加課程設計的實踐和實驗性教學內容、學術和科研相結合的研究性教學內容以及能夠反映空氣動力學的前瞻性的教學內容，針對飛行原理在航空裝備上的應用進行具體分析，實現理論上的融會貫通與飛行實際的完美結合，關鍵是要突出飛行員的培養特點，強化學員綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。飛行學員屬于技術應用型人才，因此要避免課程的力學化和工程化，其目的就是讓學員能夠更好地認識飛行、理解飛行，掌握飛行駕駛技術，提高技戰術水平，確保飛行安全。整合后的課程內容體系將更加注重緊密結合新型航空裝備，強調知識的綜合運用和飛行實踐訓練，注重專業前沿知識，體現加強素質教育的教育理念。

根據新的培養要求，配套建有《飛機空氣動力學課后習題詳解與章節自測》輔導手冊，編排順序與教材完全一致，主要內容包括：氣流的基本概念和運動特性、飛機高低速空氣動力學特性、螺旋槳的氣動特性及典型飛機的氣動布局等。習題詳解主要是針對教材課后的復習思考題及每章節需要自測的選擇題。在課程考核模式上，也由原來的課終考試方式改為形成性考試方式，增加了單元測試和機試環節。在單元和課終考試及機試時，題目類型主要以輔導手冊為主，這樣學員就會從一開始注重課程學習，邊上課邊進行復習和問題解答，有了疑問主動查閱輔助手冊，并及時與教員聯系尋求幫助。學員學習的積極性和主動性明顯提高，一人一本手冊，有空就可以翻閱，因此學員對教材及課堂所授內容掌握得更加牢靠，學習效果也極大提高。

2.采用以“任務驅動”為牽引的探究式教學模式。鼓勵學員多動手、勤實踐、善思考，綜合運用啟發式、研討式、案例式等多種教學手段和方法，使學員獨立自主學習和相互協同學習的能力均得到較大的提高。同時，通過多種現代信息技術不斷創新教育教學手段、豐富教學實踐條件。采用多媒體信息融合、虛擬現實技術等手段，實現形象逼真的沉浸式教學情景，提高學員的學習興趣和積極性。

為進一步深化慕課、微課等教學模式改革，使教學手段由以前傳統的單一知識灌輸向師生間和諧寬松的交互式教學方式轉變，建設了與之配套的“飛行原理基礎”慕課課程。該課程已在軍事職業教育平臺上線，包含47個視頻，共計6小時40分鐘。同時配有講義、習題和綜合測試題，目前已上線運行了4期。為更好地利用網上教學資源，開展線上線下混合式教學，學校加大了投入，為學員配置了平板電腦，真正實現了人手一臺。上課前，教員會根據下節課要講授的內容，提前為學員推送相關的教學資源，要求學員自學慕課和教學資源中的相關內容。教員根據教學特點可以開展翻轉課堂教學或對分課堂教學，在上課時要求學員全程或部分參與其中某些問題的討論，并分享、交流自己的收獲。課后學員通過平臺完成作業，或提出問題，或解答別人提出的問題，學員之間可以互相點評，教員根據答題結果給出指導，這樣能及時了解學員的學習情況，并根據學員的掌握情況改進教學方法和授課內容。這種教學方式改變了傳統教學模式中教師的主導地位，秉承“學為主體，教為主導”的教學理念，將教與學有機融合在一起，改變了學員被動學習的局面，使學員成為課堂的主角。教員通過引導，留給學員進一步主動探索的空間；學員可以根據個人的學習特點和理解程度，以自己的節奏和方法完成內化吸收，從而更加全面地掌握和理解教材內容。這樣，學員會更加積極主動地參與到學習中，使“飛機空氣動力學”課程教學發生質的改變，使以前單調的課堂教學變得形式多樣、內容豐富起來，學員的學習興趣得到了更大的提高，提升了學習的效率和效果。

3.對“飛機空氣動力學”課程內容進行整合優化調整，突出系統性、前瞻性、科學性、實踐性、創新性和挑戰度。構建了硬件實驗+線下虛擬仿真實驗+線上虛擬仿真實驗的“軟硬結合、虛實互補”的實驗教學體系。結合我校實驗室專項建設和“雙重”建設項目，購置了空氣動力學實驗臺（伯努利實驗模塊、邊界層測量模塊、雷諾實驗模塊等）、流線流譜顯示儀、開口式回流低速風洞、閉口式直流低速風洞、閉口式直流演示風洞和閉口式回流超音速風洞等設備，同時增加了實驗的種類和數量。實驗的開展可以更好地幫助學員理解授課中的基本原理和概念，把空洞抽象的理論變得可感知和可觸摸。實驗室除了滿足本專業的本科生、研究生學習使用的需求外，也可面向全校所有師生開放，為機型改裝的培訓人員開展實驗驗證工作提供條件。改造升級后的實驗室更符合人才培養需要，真正實現了“理實一體，夯實基礎，開放共享”的設計理念，形成理論和實踐相輔相成的航空專業教學體系。

為了更好地配合“飛機空氣動力學”課程教學，提高學員對基本概念、基本原理的理解，根據課程章節內容的不同，開設了演示性、綜合性、設計性、創新性等實驗內容，如流線流譜演示實驗、伯努利方程實驗、空速管測速實驗、邊界層測量實驗、翼型表面壓強分布測量實驗、全機氣動力測量實驗、激波膨脹波演示實驗以及飛機的失速和反區操縱等。實驗過程中，以學員能力培養為主線，以創新驅動為核心，以素質提升為目標，根據不同的教學內容設置不同的實驗。實驗的開展極大地加深了學員對空氣動力學特性的理解和掌握，學員對飛機飛行過程中空氣動力的產生和變化及對飛行性能的影響有了更深的認識，為學員科學的飛、安全的飛、滿懷信心的飛提供了技術保證。

4.依托我校飛行技術與飛行安全俱樂部，教員通過引入空氣動力學發展的前沿知識和新的科研成果，以及對先進武器裝備的介紹，激發學員學習的興趣和主動性，引導其自己設計、計算、繪制、制作飛機模型［8-10］。學員在制作過程中，會將空氣動力學的基本理論、基本概念及氣動布局等內容，如伯努利方程、翼型的形狀和幾何參數、升力阻力的產生及變化、螺旋槳的性能［11-12］等，自然而然地融入制作和飛行過程中。例如，黏性對飛機的阻力有什么影響？飛機的姿態對升力有什么作用？偏轉副翼、方向舵等為什么能夠改變飛機的運動狀態？等等。為了能夠很好地解釋這些問題，學員會主動查閱教材或資料并理解這些概念，甚至課堂上講授的一些空氣動力學原理也可以通過飛機模型的制作和試飛去驗證，真正實現了學員由“要我學”變為“我要學”。學員在此過程中既收獲了快樂也增長了知識，“飛機空氣動力學”課程也變得不再枯燥，反而會非常有趣。

俱樂部還購置了多機型綜合飛行仿真系統和兩軸360度綜合仿真系統，學員可以通過模擬飛行，體驗各機型的飛行原理特性，感受特技飛行（盤旋、斤斗、橫滾等）。飛行數據可通過顯示系統對飛行任務生成的飛參數據、音頻和視頻數據進行綜合處理和分析，并以曲線、圖標等方式實時展現給飛行人員。學員在體驗飛行的過程中，能夠更加直觀地感受空氣動力的產生和變化，對空氣動力特性的理解也更加深刻。此外，依托教研室創新實踐活動和飛行技術與飛行安全俱樂部，我校連續開展了五屆航空知識競賽。航空知識競賽旨在夯實學員的理論根基，鑄就其飛行本領，傳承弘揚濃厚獨特的航空文化傳統，凝聚奮飛遠航的昂揚熱情，砥礪逐夢海天的強大力量。

5.積極開展課程思政的相關教學內容，建設了思政案例庫。根據“飛機空氣動力學”課程的教學內容，主要從空氣動力學學科的發展歷史、英雄人物案例、原理的辯證關系以及國內外熱點報道中提煉思政元素。空氣動力學本身就是一部人類不斷自我超越的歷史。因此，空氣動力學的發展為空氣動力學的課程思政提供了豐富的德育資源。當今社會，外來的各種思潮良莠不齊，個別學員可能會迷失在崇洋媚外的不良思想中。通過挖掘國內空氣動力學前輩的奮斗事跡，堅定學員的文化自信，同時在對空氣動力學發展的介紹中，引導學員融入人文思考，提高科學素養，增強民族自豪感與文化自信，堅定學員對中華優秀傳統文化和社會主義核心價值體系的認同與尊崇。此外，緊緊圍繞價值塑造、知識傳授、能力培養“三位一體”的研究目標，在課程中尋找家國情懷、精武與戰斗精神等德育的切入點和融合點，通過設計與運用典型故事和案例等教學素材，將這些元素輕松且自然地融入課堂教學中，以潤物無聲的方式將戰斗精神、精武精神、家國情懷等傳遞給學員，使其在課程的學習過程中，不知不覺地增強責任意識、戰斗意識和使命擔當。這樣，既不顯得生硬，又能非常自然地達到教育人、感化人的目的，看似無心之舉，實則教師背后做了大量工作，讓理想信念與專業學習緊密結合，使看似平常的課堂教學起到教人育人的作用。

結語

通過對“飛機空氣動力學”課程的建設與改革，教學質量得到大幅提高。《飛機空氣動力學》教材被列為海軍院校重點建設教材，并被評為我校優秀教材，目前已由北京航空航天大學出版社出版發行。“飛機空氣動力學”課程也被評為我校優秀課程。學員學習的積極性和學習效果提高了，動手能力、實踐能力和綜合分析問題的能力均得到提升，航空報國、航空強國的信念更加堅定。

參考文獻

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Construction and Reform of Aircraft Aerodynamics Course

GUO Wei-gang， DING-Xiang

（Aviation Foundation College， Naval Aviation University， Yantai， Shandong 264001， China）

Abstract： Aiming at the characteristics of many formulas and difficult principles in the teaching of aircraft aerodynamics， this paper puts forward several problems to be solved in the course construction. The construction and reform are carried out from the aspects of textbook compilation， information resource construction， experiment design， practice and curriculum ideology and politics. It has innovated teaching methods and means， improved experimental teaching conditions， increased students’ interest and enthusiasm in learning， and highlighted the comprehensive application of knowledge. The results show that through the curriculum reform， the teaching content is closer to the students’ professional needs， the students’ understanding of knowledge is clearer and deeper， the innovative thinking ability and comprehensive quality have been improved， and the aviation serving the country and fighting spirit have been more firm.

Key words： Aircraft Aerodynamics; curriculum construction; teaching reforms