葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)探索與實(shí)踐

摘 要：葉輪機(jī)械是航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及能源動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在國(guó)家積極推進(jìn)“航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)”的背景下，立足本校學(xué)情，對(duì)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式進(jìn)行探索與實(shí)踐。通過(guò)對(duì)目前葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)情況進(jìn)行分析，根據(jù)線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)理念及其教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)，針對(duì)所提出的問(wèn)題，對(duì)實(shí)踐課混合教學(xué)模式進(jìn)行研究與探索。該教學(xué)方法探索全方位解決學(xué)生在課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)操作及課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告這三個(gè)主要環(huán)節(jié)中存在問(wèn)題的途徑，并且解決傳統(tǒng)高速跨聲速葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)受安全限制無(wú)法線(xiàn)下開(kāi)展的問(wèn)題。通過(guò)線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式的實(shí)施，不僅保留傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際操作體驗(yàn)，而且將信息化網(wǎng)絡(luò)化創(chuàng)新帶入實(shí)驗(yàn)課堂，進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前的葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新高度。

關(guān)鍵詞：葉輪機(jī)實(shí)驗(yàn)；線(xiàn)上線(xiàn)下；混合教學(xué)；虛擬仿真；信息化教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2024）32-0113-05

Abstract： Turbomachinery is a key component of aviation engines and energy power systems. Against the backdrop of the country's active promotion of the "Major Special Project for Aviation Engines and Gas Turbines"， based on the academic situation of our school， we explore and practice the teaching mode of the professional experimental course "Comprehensive Experiment of Vane Machinery". By analyzing the current teaching situation of impeller machinery experimental courses， based on the concept of blended online and offline teaching and the advantages of the teaching mode， research and exploration are conducted on the blended teaching mode of practical courses in response to the problems raised. This teaching method explores ways to comprehensively solve the problems that students face in the three main stages of pre class preparation， classroom experimental operations， and post class experimental reports. It also solves the problem of traditional high-speed transonic turbomachinery experiments being unable to be conducted offline due to safety restrictions. The implementation of a blended online and offline teaching mode not only preserves the actual operating experience of traditional experimental teaching， but also brings information and network innovation into the experimental classroom， further optimizing the current teaching mode of impeller machinery experimental courses and elevating experimental teaching to a new height.

Keywords： turbomachinery experiment; online and offline; hybrid teaching; virtual simulation; information technology teaching

基金項(xiàng)目：2021年教育部高等學(xué)校能源動(dòng)力類(lèi)教學(xué)研究與實(shí)踐項(xiàng)目“‘虛實(shí)結(jié)合’的葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式創(chuàng)新與實(shí)踐”（NSJZW2021Y-38）；2024年西北工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“基于虛擬仿真的線(xiàn)上線(xiàn)下混合式復(fù)雜工程系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)研究與探索”（2024244166）

第一作者簡(jiǎn)介：劉漢儒（1985-），男，漢族，陜西咸陽(yáng)人，博士，副教授。研究方向?yàn)槿~輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)。

*通信作者：王掩剛（1976-），男，漢族，陜西咸陽(yáng)人，博士，教授。研究方向?yàn)槿~輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)“兩機(jī)”重大項(xiàng)目的實(shí)施，培養(yǎng)一大批高素質(zhì)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人才，已成為重要的發(fā)展方向[1]。葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)作為飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主要實(shí)驗(yàn)課程，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋了航空壓氣機(jī)和平面葉柵這兩大核心模塊的基礎(chǔ)理論知識(shí)，具有較強(qiáng)的工程實(shí)際意義[2-3]。本課程以氣體動(dòng)力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，并以此為基礎(chǔ)，為后續(xù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)理論研究奠定了良好的基礎(chǔ)。在現(xiàn)實(shí)層面，由于葉輪機(jī)械本身的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其內(nèi)部的流體流動(dòng)更是無(wú)法直接進(jìn)行觀測(cè)的，在理論學(xué)習(xí)層面，這門(mén)課程的內(nèi)容有許多的抽象概念，并且有很強(qiáng)的綜合性和連續(xù)性，所以學(xué)習(xí)起來(lái)也就變得十分困難。葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置，既是通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，又是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)一系列設(shè)計(jì)和驗(yàn)證類(lèi)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)了葉輪機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)形式、工作性能和調(diào)節(jié)控制，以及航空葉輪機(jī)械的性能測(cè)試、流動(dòng)測(cè)試、設(shè)計(jì)和虛擬實(shí)驗(yàn)的基本方法，提高了學(xué)生的實(shí)際操作能力[4]。葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程打造了一個(gè)讓學(xué)生掌握專(zhuān)業(yè)儀器、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)操作、專(zhuān)業(yè)軟件操作、專(zhuān)業(yè)資料分析等知識(shí)的主陣地，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高到了復(fù)雜系統(tǒng)工程化思維和理念培養(yǎng)的高度，是“總師型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)不可缺少的重要途徑。

目前高校教師積極探索利用各種網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)開(kāi)展理論課程的線(xiàn)上教學(xué)[5]，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)、翻轉(zhuǎn)課堂為基礎(chǔ)，構(gòu)建出一種“虛實(shí)結(jié)合”的線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式，受到了廣泛的關(guān)注[6-8]。虛擬實(shí)驗(yàn)為葉輪機(jī)械原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)研究探索提供了新的思路[2]。本文分析總結(jié)了教學(xué)團(tuán)隊(duì)在葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程中所遇到的教學(xué)問(wèn)題，結(jié)合本教學(xué)團(tuán)隊(duì)所使用的失速/喘振虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)體葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)構(gòu)成線(xiàn)上線(xiàn)下虛實(shí)結(jié)合的混合式教學(xué)模式，并進(jìn)行探索研究。

一 葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前，在西北工業(yè)大學(xué)的葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中，課前需要每名學(xué)生提前完成課前預(yù)習(xí)報(bào)告，課中學(xué)生自主組隊(duì)，以每組5～10人的團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式完成當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)操作，課后以實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)與葉輪機(jī)械原理等書(shū)本為依據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，完成和提交相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。目前，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)的葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

（一） 課前預(yù)習(xí)效果不佳

葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)主要包含壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)、進(jìn)出口流場(chǎng)分布實(shí)驗(yàn)、葉片攻角測(cè)試實(shí)驗(yàn)、進(jìn)氣畸變條件性能實(shí)驗(yàn)、非定常壓力測(cè)試和壓氣機(jī)失速和喘振實(shí)驗(yàn)等，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所使用的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方法都不盡相同。為了得到較高的課堂效率，一般需要學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等需要提前熟悉。所以要求學(xué)生將自己預(yù)習(xí)的項(xiàng)目寫(xiě)成一個(gè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生一般都是閱讀葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，根據(jù)以前所學(xué)的有關(guān)葉輪機(jī)械的知識(shí)來(lái)進(jìn)行推理，但是學(xué)生并不能很好地從指導(dǎo)書(shū)和原有的知識(shí)儲(chǔ)備中，直接掌握實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)儀器，了解實(shí)驗(yàn)步驟，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。所以實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告就成為了一種形式層面的東西，如果學(xué)生只是單純地想要完成一篇關(guān)于實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告，那么預(yù)習(xí)的效果將會(huì)很差。

（二） 課時(shí)安排緊湊，實(shí)驗(yàn)獨(dú)立操作時(shí)間受限

葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容較多，操作具有一定難度。由于課時(shí)安排比較緊湊，導(dǎo)致學(xué)生的自主探索操作時(shí)間有限。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)和理論不能完全同步，因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)理論知識(shí)滯后的現(xiàn)象。比如，在平面葉柵迎角特性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)中，需要將探針對(duì)準(zhǔn)氣流方向，如何正確且快速地將探針對(duì)準(zhǔn)氣流方向，是學(xué)生在理論教學(xué)中幾乎接觸不到的，因此，對(duì)于三孔探針的使用，還需要任課老師對(duì)其進(jìn)行原理方面的介紹，理論授課時(shí)間占比的增加，減少了學(xué)生獨(dú)立操作的時(shí)間。

（三） 高轉(zhuǎn)速葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)受安全限制難以開(kāi)展

高速葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)通常需要高強(qiáng)度的葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)件，對(duì)于壓氣機(jī)的失速/喘振實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣流延壓氣機(jī)軸線(xiàn)方向發(fā)生的低頻率，高振幅的氣流震蕩現(xiàn)象，這種氣流震蕩會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)內(nèi)部伴有強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)，在極短的時(shí)間內(nèi)造成機(jī)件的嚴(yán)重?fù)p壞，這種不穩(wěn)定的因素可能會(huì)影響到學(xué)生的安全。強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)對(duì)試驗(yàn)器材有很大的損傷，每完成一組實(shí)驗(yàn)可能就會(huì)需要一次維修，實(shí)驗(yàn)成本昂貴。葉輪機(jī)械設(shè)備在高速運(yùn)行中，容易發(fā)生意外，對(duì)學(xué)生的安全有一定的風(fēng)險(xiǎn)，即便在部分高校開(kāi)設(shè)了類(lèi)似的高轉(zhuǎn)速葉輪機(jī)械試驗(yàn)臺(tái)，也僅限于教師演示，學(xué)生觀摩，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

（四） 數(shù)據(jù)處理不規(guī)范，抄襲現(xiàn)象明顯

葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)的理論課只有2學(xué)時(shí)，主要講授不同實(shí)驗(yàn)科目的基本原理、操作方法及數(shù)據(jù)處理分析，理論課難點(diǎn)和重點(diǎn)較多。由于理論授課時(shí)間有限，老師需要在有限的時(shí)間內(nèi)講授葉輪機(jī)械的理論知識(shí)與課程評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于大部分的學(xué)生來(lái)說(shuō)并不能很好地學(xué)到對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范撰寫(xiě)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后就會(huì)有許多學(xué)生面對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不知道如何將自己在理論上學(xué)習(xí)到的知識(shí)應(yīng)用到數(shù)據(jù)處理中去，而且大部分學(xué)生也不具備課后科學(xué)規(guī)范地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課的考核方式通常是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主、實(shí)驗(yàn)操作為輔，書(shū)寫(xiě)工整、數(shù)據(jù)合理的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為評(píng)判原則。因此，針對(duì)同學(xué)之間相互抄襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)象很多，也不容易甄別。

（五） 學(xué)生缺乏科研思維和創(chuàng)新能力訓(xùn)練

學(xué)生的科研思維和創(chuàng)造力的培養(yǎng)受到了許多方面的影響，如：學(xué)生自身的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，學(xué)校的教學(xué)環(huán)境，教師的教學(xué)方式等。大多數(shù)的學(xué)生都受限于原有的“填鴨式教學(xué)”，依賴(lài)于授課老師，學(xué)習(xí)被動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，他們只是根據(jù)老師的觀點(diǎn)，進(jìn)行重復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作，沒(méi)有對(duì)葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)的興趣和好奇心，忽視了對(duì)自己的科研思考能力和創(chuàng)新能力的提高。

另外，在教學(xué)過(guò)程忽視教學(xué)技術(shù)、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)，以及對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的深入研究。大多數(shù)教師認(rèn)為，本科生的基礎(chǔ)比較薄弱，不太可能讓他們參與到科研計(jì)劃中來(lái)。所以，在大多數(shù)高校中，能有機(jī)會(huì)接觸到新科技、新方法的學(xué)生寥寥無(wú)幾。當(dāng)前，“以分論分”和“以成績(jī)論分”的現(xiàn)象嚴(yán)重地影響了創(chuàng)造力的評(píng)價(jià)，也制約了學(xué)生的發(fā)散思維能力。由于學(xué)生自身、教師和學(xué)校等諸多因素的影響，目前高校學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力普遍不足。

二 葉輪機(jī)械線(xiàn)上線(xiàn)下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

（一） 實(shí)體教學(xué)資源建設(shè)

西北工業(yè)大學(xué)葉輪機(jī)械精細(xì)化實(shí)驗(yàn)室在國(guó)家及學(xué)校相關(guān)條件建設(shè)資源的支持下，建立了用于線(xiàn)下葉輪機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的低速軸流對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，以及相關(guān)的控制設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、采集及可視化設(shè)備和數(shù)據(jù)處理分析模塊。能夠開(kāi)展的線(xiàn)下葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括軸流壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)、葉輪機(jī)非定常壓力參數(shù)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理、進(jìn)氣畸變條件壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、壓氣機(jī)進(jìn)出口流動(dòng)參數(shù)分布測(cè)量、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子攻角特性測(cè)量和靜葉尾跡損失實(shí)驗(yàn)等。線(xiàn)下教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)備如圖1所示，線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)在西北工業(yè)大學(xué)葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)際操作層面實(shí)驗(yàn)技術(shù)的需求，同時(shí)讓學(xué)生對(duì)葉輪機(jī)械有更加直觀和深刻的認(rèn)識(shí)。

（二） 虛擬實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)

西北工業(yè)大學(xué)跨聲速壓氣機(jī)失速/喘振虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具體內(nèi)容如圖2所示，它是在動(dòng)力能源學(xué)院葉輪機(jī)械精細(xì)研究團(tuán)隊(duì)多年在壓氣機(jī)領(lǐng)域科研積累的基礎(chǔ)上，以航空航天航海、能源、化工冶金領(lǐng)域高端動(dòng)力裝備為背景，依托西北工業(yè)大學(xué)工信部“航空動(dòng)力實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”和陜西省“航空動(dòng)力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本虛擬仿真平臺(tái)將為學(xué)生提供一個(gè)完整的在線(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程，能夠有效地解決跨聲速測(cè)驗(yàn)中的安全性差，實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)目數(shù)少，參與時(shí)間和空間受限等教學(xué)方面的問(wèn)題[9]。

西北工業(yè)大學(xué)跨聲速壓氣機(jī)失速/喘振虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整個(gè)使用流程包括：根據(jù)項(xiàng)目簡(jiǎn)介視頻了解實(shí)驗(yàn)背景，對(duì)教學(xué)引導(dǎo)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)識(shí)，對(duì)軟件操作界面進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)安全知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)（包括安全教育和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范），對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行下載和處理。經(jīng)過(guò)操作步驟的指導(dǎo)，最終得到相應(yīng)的壓氣機(jī)特性線(xiàn)，分析不同工況對(duì)壓氣機(jī)失速/喘振的影響機(jī)制、失速/喘振的周向演變規(guī)律。值得一提的是，該虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合動(dòng)態(tài)流場(chǎng)可視化、激波觀測(cè)等手段，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中存在的高危險(xiǎn)性、難驗(yàn)證的跨聲速壓氣機(jī)流動(dòng)進(jìn)行更直觀和深層次的理解。

（三） 線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)

線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)是從課前、課中與課后三個(gè)方面去展開(kāi)。線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式原理圖如圖3所示。

課前模塊：教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，提出思考問(wèn)題。學(xué)生可以登錄西北工業(yè)大學(xué)跨聲速壓氣機(jī)失速/喘振虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在軟件中漫游，提前了解實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的介紹，進(jìn)行文獻(xiàn)的調(diào)研，總結(jié)葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)方法，獨(dú)立完成預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

課中模塊：葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)線(xiàn)上線(xiàn)下同時(shí)進(jìn)行。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是綜合實(shí)驗(yàn)的前提，在老師的指導(dǎo)下利用西北工業(yè)大學(xué)葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)室中的多功能平面葉柵和標(biāo)定風(fēng)洞試驗(yàn)器進(jìn)行平面葉柵綜合實(shí)驗(yàn)與三孔探針標(biāo)定等基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)課堂上的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)一步深化認(rèn)識(shí)。綜合性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，利用線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)平臺(tái)，如圖4所示。線(xiàn)下軸流壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)，葉輪機(jī)非定常壓力參數(shù)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理等實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生用最直觀的感觸去研究壓氣機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性，觀察不同轉(zhuǎn)速下由于轉(zhuǎn)子葉片與壓氣機(jī)端壁相干涉作用產(chǎn)生的流場(chǎng)周期性變化等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生對(duì)壓氣機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的工作特性有一個(gè)直觀的感受。再結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完167ae0cc5adb2688fe51da1972a416dd成跨聲速壓氣機(jī)失速/喘振虛擬實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供一個(gè)全程在線(xiàn)的教學(xué)體驗(yàn)，讓學(xué)生在科技的幫助下，變成流場(chǎng)中的一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)，使學(xué)生可以身臨其境般地在跨聲速壓氣機(jī)中流動(dòng)，通過(guò)壓氣機(jī)流動(dòng)的CFD動(dòng)畫(huà)，將抽象的概念原理和葉輪機(jī)械內(nèi)復(fù)雜的流動(dòng)過(guò)程形象地表達(dá)出來(lái)，使學(xué)生對(duì)概念原理和流程的理解更加清楚。學(xué)生再結(jié)合線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)操作，綜合提高了他們對(duì)高低速葉輪機(jī)械分析、設(shè)計(jì)、綜合和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。

課后模塊：學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成線(xiàn)下線(xiàn)上兩份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其中以線(xiàn)下報(bào)告為主，包含實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與思考題，線(xiàn)上報(bào)告為輔助，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的在線(xiàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)完成度等關(guān)鍵要素。利用線(xiàn)上線(xiàn)下的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，老師可以根據(jù)學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)完成度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的是否標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)判和評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

把線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂上，在教學(xué)目標(biāo)的指導(dǎo)下，把學(xué)生放在主要位置，教師進(jìn)行輔助教學(xué)，使混合教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)得到了很好的發(fā)揮，使教學(xué)效果得到了很大的優(yōu)化。

三 線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式特色

從當(dāng)前葉輪機(jī)械專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)基于虛擬仿真與線(xiàn)下課堂相結(jié)合的方式進(jìn)行研究與探索，建立一種以學(xué)生為中心，個(gè)性化地學(xué)習(xí)與指導(dǎo)的葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)課程，這種方式能夠有效地打破時(shí)間、空間與實(shí)驗(yàn)器材不足的限制，能夠有效地提高學(xué)生的交流、協(xié)作、創(chuàng)新與綜合能力。

（一） 更充分的預(yù)習(xí)與獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)

通過(guò)結(jié)合線(xiàn)下線(xiàn)上混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，學(xué)生可以使用的學(xué)習(xí)資源將不再僅限于現(xiàn)有的線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以使用不同種類(lèi)的學(xué)習(xí)資源，比如：課程所建立的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、各種視頻資源等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的豐富，使學(xué)生獲得更多的知識(shí)。學(xué)生可以以所學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，按照個(gè)人的學(xué)習(xí)習(xí)慣，選擇適合自己的在線(xiàn)資源，直觀、獨(dú)立、高效地完成實(shí)驗(yàn)課的課前預(yù)習(xí)及數(shù)據(jù)處理等學(xué)習(xí)任務(wù)。并且在葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生可以結(jié)合自己在線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)課程中的所思所想所感，利用自己的計(jì)算機(jī)，獨(dú)立完成屬于自己的線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)任務(wù)。使學(xué)生對(duì)葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)的理解更為深刻，完成屬于自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，使學(xué)生之間互相剽竊的情況大大減少。

（二） 豐富教學(xué)內(nèi)容及改進(jìn)教學(xué)方法

在傳統(tǒng)的葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)中，教師主要利用教材、教案、教輔資料和幻燈片作為教學(xué)資源。學(xué)生則操作有限的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)，豐富了原本的教學(xué)內(nèi)容，使不能在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)的高危險(xiǎn)、高成本實(shí)驗(yàn)可以順利開(kāi)展，同時(shí)能夠增加學(xué)生的參與度和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合，線(xiàn)上線(xiàn)下結(jié)合的教學(xué)模式，促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)模式的創(chuàng)新和學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（三） 解決高速葉輪機(jī)械教學(xué)實(shí)驗(yàn)難以開(kāi)展的問(wèn)題

線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)的教學(xué)模式，結(jié)合數(shù)值仿真和可視化技術(shù)，模擬跨聲速壓氣機(jī)的運(yùn)行和失速/喘振過(guò)程。通過(guò)交互式界面，學(xué)生可以控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提供一種近似真實(shí)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這種近似真實(shí)的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，降低了實(shí)驗(yàn)成本和安全風(fēng)險(xiǎn)，并能夠擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)研究的范圍。同時(shí)，結(jié)合理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，能夠更全面地理解和研究跨聲速壓氣機(jī)失速/喘振現(xiàn)象。

（四） 多元化成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式

采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式的方式，在對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)和報(bào)告這兩個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)評(píng)價(jià)的時(shí)候，不僅可以查看學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成質(zhì)量，還可以與在線(xiàn)開(kāi)放課程的學(xué)習(xí)情況相結(jié)合，從學(xué)生的在線(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、回答問(wèn)題的情況等方面展開(kāi)綜合評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)成績(jī)和課后學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行全面評(píng)定。平時(shí)考勤成績(jī)所占比例為10%，其中有線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)的出勤率，課堂回答思考題的情況，線(xiàn)上考評(píng)包括在線(xiàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)完成度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的是否標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)所占比例為30%，考核學(xué)生協(xié)作和靈活操作能力；創(chuàng)新能力，也就是學(xué)生參與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)部分，所占成績(jī)比例為20%；實(shí)驗(yàn)報(bào)告比重為40%，其中以線(xiàn)下報(bào)告為主。具體實(shí)驗(yàn)課成績(jī)構(gòu)成比例如圖5所示。采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式的評(píng)價(jià)方式，能夠?qū)W(xué)生的成績(jī)進(jìn)行最大程度的綜合評(píng)判，從而能夠更客觀、更公正地對(duì)學(xué)生的綜合成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖5 葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程線(xiàn)上線(xiàn)下教學(xué)考核成績(jī)?cè)u(píng)判

四 結(jié)束語(yǔ)

將葉輪機(jī)械線(xiàn)上虛擬實(shí)驗(yàn)與線(xiàn)下實(shí)體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行融合的教學(xué)模式，與信息化時(shí)代的發(fā)展需求相適應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)課程具備實(shí)踐性這一特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文探究了線(xiàn)上線(xiàn)下混合式葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過(guò)現(xiàn)有的線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)設(shè)備與線(xiàn)上所構(gòu)建的葉輪機(jī)械虛擬試驗(yàn)臺(tái)，為學(xué)生的課前、課中、課后的學(xué)習(xí)提供了豐富的學(xué)習(xí)資源。學(xué)生能夠靈活方便地安排實(shí)驗(yàn)課程的課前預(yù)習(xí)和課后學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，將此線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)作為一種輔助教學(xué)模式，提高課前預(yù)習(xí)的效率及課后學(xué)習(xí)的效果。線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)的模式將虛擬模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將虛擬實(shí)驗(yàn)的直觀性特點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)，讓學(xué)生能夠更好地掌握實(shí)驗(yàn)原理，在線(xiàn)下實(shí)體實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，體會(huì)到更接近工程實(shí)際的葉輪機(jī)械相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，線(xiàn)上線(xiàn)下相結(jié)合真正提升葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，同時(shí)提升工科學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力與工程系統(tǒng)知識(shí)理解能力，滿(mǎn)足了創(chuàng)新實(shí)踐性人才的培養(yǎng)目標(biāo)，以及厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、嚴(yán)過(guò)程、求創(chuàng)新的人才培養(yǎng)理念。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳紹文，李德友，羅磊，等.“兩機(jī)”背景下校企協(xié)同育人機(jī)制的探索與構(gòu)建[C]//教育部高等學(xué)校航空航天類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).第三屆全國(guó)高等學(xué)校航空航天類(lèi)專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)研討會(huì)論文集.北京航空航天大學(xué)出版社（BEIHANG UNIVERSITY PRESS），2022：891-897.

[2] 高麗敏，趙磊，曹志遠(yuǎn)，等.“教學(xué)并重、主體突出”的葉輪機(jī)械原理課程改革[J].高等工程教育研究，2019（S1）：97-98.

[3] 劉漢儒，王掩剛.葉輪機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的探索[J].高教學(xué)刊，2017（19）：124-126.

[4] 孫艷，于丹，高源，等.疫情下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的變革及思考[J].高教學(xué)刊，2021（18）：131-134.

[5] JUNG H， PARK S W， KIM H S， et al. The effects of the regulated learning-supported flflipped classroom on student performance[J]. Journal of Computing in Higher Education， 2021：1-22.

[6] ZHAO J， YING F Y. Research on the construction of virtual simulation experiment teaching center based on computeraided civil engineering in colleges and universities[J]. Journal of Physics： Conference Series， 2021，1744（3）：032115（6pp）.

[7] 葉舟，武衛(wèi)東，李春，等，虛擬設(shè)計(jì)與仿真教學(xué)平臺(tái)實(shí)踐與探索——以葉輪機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)為例[J].高教學(xué)刊，2019（26）：118-122.

[8] LI Y. Research on the construction of college english mixed teaching model based on modern educational technology and computer technology[J]. Journal of Physics Conference Series， 2021，1915（2）：022091.

[9] 劉漢儒，王掩剛，尚珣，等.基于模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)跨音速壓氣機(jī)失速/喘振虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2021，38（11）：212-217.