飛行器制造工程專業的項目式教學方法探索與實踐

［摘 要］隨著航空航天制造業對人才具備創新力、國際競爭力、實踐能力、科學思維的需求不斷凸顯，傳統的知識灌輸式教學模式已無法滿足培養背景清晰的飛行器制造工程專業“卓越工程師”人才的需求。專業教育水平影響行業發展潛力，因此亟須開展工程教學改革，強化產教融合、科教融合，開展具有啟發性、探索性，激發學生主動性的項目式教學。文章分析了飛行器制造工程專業本科教學中存在的問題，總結了航空航天制造類專業產教融合的項目式教學一般過程，并以鈑金成形原理與工藝專業課程為例，介紹了項目式教學方法的探索和實踐。以學生為中心，通過多個關聯課程教學內容與方法的協調，結合產教和科教深度融合的實戰項目，引導學生在學中做、做中學。通過理論課上研討為主、實踐課上項目實施的教學方法，培養學生解決復雜問題的綜合能力和創新思維。

［關鍵詞］飛行器制造工程；項目式教學；產教融合；鈑金成形；超塑成形

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）02-0068-07

以飛行器設計與工程、飛行器制造工程、飛行器動力工程等專業為代表的航空航天類專業，圍繞航空航天事業，開展飛行器設計、運動、制造、控制、運維等方面專業人才的培養，具有科技含量高、體系龐大復雜、功能繁多、綜合性強等特點，是典型的事關國家戰略、國家安全的新工科專業。其中，飛行器制造工程專業聚焦現代飛行器機體零部件和整機制造技術及裝備需求，培養基礎扎實和創新能力強，能夠在飛行器制造領域從事設計、制造、研究、開發與管理等工作的高素質技術人才[1]。現代航空航天制造業呈現出探索性、創新性和戰略性強，高技術、高投入、高風險和高效益并存，系統工程性強等特點。國內外新型號飛行器的研制周期短、研制難度大，尤其是商業航空航天事業的蓬勃發展，加劇了航空航天制造領域內的競爭，要求航空航天制造專業人才專業知識過硬、有膽識、抗壓能力強、心理素質過硬、能解決實際問題，這也倒逼了本科生和研究生培養質量的進一步提高。為滿足航空航天領域各類飛行器的高效率、高質量、高性能、高精密等制造要求，顯著提升飛行器制造工程專業本科人才培養水平、助推我國航空航天制造事業，已成為航空航天院校亟須解決的重要任務。針對人才培養背景清晰、與工程應用聯系緊密、知識面廣、教學進度緊、學科交叉、技術迭代快等專業特點[2]，傳統的知識灌輸式教學模式已無法滿足飛行器制造工程專業卓越工程師培養的需求。

杜威認為經驗是教育的核心，教育不應只是傳授知識，而應是學生通過親身活動獲得直接經驗的過程，通過這種方式，學生不僅獲得知識，還能培養良好的社會生活能力和道德品德。根據構建主義理論，知識是由認知主體主動建構的。學習不能脫離認知主體，不能不考慮認知主體的經驗和學習意向而進行知識的簡單灌輸，學習應發生于真實的學習任務之中。哈佛大學首先開展了案例式教學，通過具體的案例，讓學生直接參與具體問題，教師組織學生進行分析、討論、學習和表達等，鍛煉學生主動探索意識，提高學生獲取知識和解決問題的能力。隨著科教融合、產教融合戰略的深入，我國大力推進大學生科技創新項目和競賽，引入項目式教學法，即一種以學生為中心、以任務為導向，通過實施一系列完整的教學項目，引導學生通過解決實際問題來獲取知識的教學方法，具有實踐性、體驗性等特征[3-4]。項目式教學以場景學習推動理論體系學習，激發學生興趣，培養學生“發現—提出—分析—解決—總結問題”的能力，引導學生在實踐中提出內在理論問題、主動鉆研學習，感悟“理論源于實踐、理論引領實踐、理論超越實踐”，尊重科學發展規律。

面向航空航天制造業的新產品、新技術、新成果，飛行器制造工程專業尤其適合開展項目式教學。借助專業優勢，堅持聚焦前沿技術，遴選典型“產教融合、科教融合、專創融合、虛實融合”的項目案例，以項目為引線貫穿課程教學，讓學生在做中學、學中做，鼓勵學生“反客為主”，開展啟發性、探索性、主動性學習，為提高本科生綜合利用所學知識解決工程問題的能力提供了一種思路。本文以鈑金成形原理與工藝課程為例，探索其項目式教學方法。

一、專業課程教學現狀

南京航空航天大學（以下簡稱南航）自誕生起就為國培養紅色航空工程師，始終是卓越工程師培養基地，師生們通過“真刀真槍”開展教學，研制出了“南航一號”靶機、超聲速靶機、1015B雷達傘靶、長空一號無人機、延安二號直升機等。學校的教學科研有明確的產業背景，“三航特色”鮮明，產教融合的項目式教學已成為學校人才培養的鮮明特色。

飛行器制造工程專業是南航的核心專業，先后經歷了飛機設計與制造專業、飛機工藝專業、飛行器制造工程專業的變革，培養了一批批優秀的本科生和研究生。隨著航空航天制造業迅速發展和知識爆炸性增長，專業知識“半衰期”明顯縮短，新型飛行器制造要求培養的學生既有知識廣度又有知識深度、既掌握傳統工藝又領悟新技術、既深刻理解制造工藝的嚴謹性又富有創造力。然而，現有的部分課程存在重知識輕能力、重技巧輕體系、重理論輕實踐、重演繹輕創造、綜合訓練不足等問題，教學團隊在改革課程內容及教學方法時，發現一些迫切需要解決的問題。

（一）總分關系和前修后續課程知識體系不清晰

南航航空航天類專業采用“2+2”大類培養方式，將飛行器設計與工程、飛行器動力工程、飛行器制造工程、飛行器環境與生命保障工程、航空航天工程和飛行器控制與信息工程6個專業的一、二年級學生合并至長空學院，進行“貫通式”大類培養，到了三、四年級再分流至各專業學院，促進學生們全面地認知航空航天類專業，了解學科、知曉行業。針對大類培養改革，學校對應調整了各專業三、四年級課程，但難免存在前修后續課程系統性及協調性不足、飛行器總體結構與零部件制造總分關系不清，以及部分課程知識點零亂、重點不突出等問題。例如，航空航天類專業大類培養教學改革后，飛行器制造工程專業原有的金屬塑性成形原理、沖壓工藝學和飛機鈑金成形技術三門必修課程被合并為鈑金成形原理與工藝這一門必修課程，教學內容卻直接沿用，導致各內容之間邏輯性不足，且缺少了現代飛行器先進鈑金制造工藝相關的內容[5]。

（二）教學方法需要改進，學生學習主動性未能激發

當前，專業課程的教學方法多以知識單向傳授為主，導致部分學生對教學內容和教學方法難以提起興趣，學習主動性未能激發。盡管學生的課程考核成績不錯，但一些學生仍然停留在被動獲取知識、考前突擊學習的低端學習層次，考后就忘，未能形成深刻的知識體系，更不知道為何而學、學后怎么用。為此，迫切需要改進教學方法，通過“翻轉課堂”等形式，培養學生“發現—提出—分析—解決—總結問題”的能力，激發學生學習主動性，增強學生的學習獲得感。

（三）存在一定程度的“學術漂移”問題

飛行器制造工程專業為行業背景清晰的工程教育專業，近些年卻表現出一定程度的“學術漂移”問題，即在“科學—技術”中偏向科學一端，在“研究—實踐”中偏向研究一端，在“大學—產業”中偏向大學一端。師生更注重學術研究和論文發表，出現培養體系學術化、教師教學“重學輕術”、課程設置“重理輕實”、學業評價“重考輕練”等問題[6]。為培養卓越工程師，應回歸工科專業工程屬性。

（四）基于產教融合的實踐教學體系不完善

飛行器制造工程專業屬于典型的工程教育專業，建校時教師多選拔于一線企業，師生全程參與型號研制，深度的產教融合培養了一批具有較強自學能力、創新能力、工程能力、全局思維的優秀畢業生。然而，隨著老教師退休，在專業細分、學科交叉等改革中，青年教師們的航空航天制造實際工程經驗不足、對產業技術難點缺乏了解、專業知識面窄、對飛行器整機結構制造全局把握不足等問題日益凸顯。事實上，飛行器制造工程專業的課程內容與航空航天企業密切相關，適于采用理論和實踐密切結合的項目式案例教學方法，例如通過直接將C919等型號制造技術引入課堂、聘請一線專家來到課堂授課等方式，融入最新科研成果和企業需求，兼顧知識傳授和解決問題能力培養，完善實踐教學體系，將產教深度融合，大幅提高教學質量。

二、飛行器制造工程專業的項目式教學過程

以飛行器制造工程專業為例，南航與成都飛機工業（集團）有限責任公司共同搭建了工信部“智匯藍天”產教融合平臺，通過企業發布實踐課題、教師組織學生承接課題的模式，構建了“企業出題、高校解題、學生答題”的產教融合的項目式培養方法。項目式教學的一般范式可總結為7步。

（一）提出問題

根據飛行器機體結構特點、主機廠實際情況、新型號發展趨勢，提出零部件研制中有現實意義、能引起學生興趣的問題。這類問題需具有上手容易、有一定深度和難點、開放性答案、能引起有價值的思考等特點。提前給出題目，引導學生進行針對性討論，引發學生發散性思維和爆炸性思考，激發學生創新意識。

（二）明確要求

為學生提供必要的概念、關鍵詞等知識基礎，列明挑戰和呈現形式，如調研報告、設計方案、演講展示、圖紙模型、數值仿真、視頻制作、實物研制等。為促進學生深入思考，需明確考核指標，真實模擬科研項目。

（三）文獻調研

學生根據所提問題和要求，課下主動查閱資料、調研企業，擬定初步思路。以某薄壁筒形件拉深工藝和模具設計項目為例，要求材料為10號鋼，精度等級為IT13，產量為5萬件/年。學生需從制造工藝的定義及分類、基本原理、工藝流程、參數控制、典型缺陷、常用設備及構成、新技術及發展趨勢等方面開展全方位調研，弄清項目的基本狀況、理清需解決的問題，全面把握項目難點。

（四）確定方案，設計制作

學生基于調研情況，參考以往優秀項目案例，細化目標、制定計劃，包括人員安排、時間安排、階段性任務、考核節點、成果形式等。此階段，學生在動手設計、理論推導、模擬仿真、樣件試制等過程中發現問題、挑戰困難、逐步解決問題，從而鍛煉綜合能力，領略飛行器制造專業文化。項目執行過程中，教師需及時指導，避免因學生方向錯誤、能力不足等問題導致項目實施失敗。

（五）階段討論，團隊協作

組織各小組在課堂上進行階段性總結，其他小組則進行針對性討論、提問和評價，暴露問題、給出建議、指明方向。教師從學術角度給予專業評價，相關企業給出針對實踐的建設性指導。通過階段討論，學生強化長處、找尋短板，不斷完善自我、開闊視野，提高個人素質。

（六）回顧初始問題，優化迭代

根據階段性討論成果，學生回顧和思考初始問題，糾偏完善，優化方案和設計制作，并感悟變化。優化迭代過程中，學生逐漸進入融會貫通、舉一反三的學習階段，經過反復思考、多次實踐，在主動探索、研究、討論中掌握知識，最終實現項目目標。

（七）總結評估

學生在迭代優化后，撰寫項目總結報告。教師對項目結果作出全面深刻的評析，指出項目蘊含的理論原理，剖析學生的分析思路和方法，注重對學生分析能力、決策能力和創新能力的培養。通過總結思考，鍛煉學生的開放意識、創造精神和批判性思考能力，使學生能夠培養解決實際問題的綜合素質，并明確終身教育理念。

項目式教學中，教師可以更多地站到學生的中間，使教學與實際問題的距離縮短，是一種準實踐的教學方式，也是一種研究性學習。事實上，飛行器制造工程專業的項目式教學促進了學生、教師和企業三方共同進步，學生獲得知識與能力、了解企業急迫問題，教師不斷豐富項目式教學案例、理解學生的思維習慣、提前介入和引導學生，企業以實際問題提前培訓、選拔學生，同時解決實際問題。

三、專業課程的項目式教學方法探索

鈑金成形原理與工藝課程是飛行器制造工程專業第六學期的專業核心課，圍繞鈑金成形開展教學，主要介紹金屬塑性變形物理機制和塑性力學等基本原理，沖裁、彎曲和拉深三大基本工藝，以及飛行器制造中的管材彎曲、旋壓、拉彎、橡皮囊、熱成形、超塑成形/擴散連接、漸進成形、噴丸成形等工藝。課程與機械工程材料、材料力學等先修基礎課程中晶格結構、位錯與滑移、應力、應變、應力應變關系和屈服準則等內容密切相關，又與航空航天概論課程中飛機、直升機、發動機、火箭等飛行器的輕質結構設計互相關聯，課程內容不僅講述理論原理，也重視工程實踐，內容呈“多、散、專”特點。為了強化學生對課程知識的綜合運用能力，本課程配設了為時一周的鈑金成形原理與工藝課程設計和48學時的鈑金模具綜合實驗兩門同步必修實踐課程，希望通過這些課程培養學生分析和解決飛行器鈑金成形工藝問題、合理地制定飛行器鈑金零件的工藝方案和設計工裝模具的能力。但教學過程中發現教學效果一般，存在的主要問題有：鈑金成形原理與工藝、鈑金成形原理與工藝課程設計和鈑金模具綜合實驗三門課程銜接不足，缺少連貫性主線，關聯性、系統性差；零碎的知識點學習不容易讓學生獲得成就感，學習積極性差；課程設計和實驗課程中案例的可操作性不強，與航空航天制造企業需求融合不足；理論課程中的蒙皮拉彎成形、旋壓成形等大型綜合實驗無實際操作條件，而在綜合實驗課程中未體現“鈦合金熱成形、超塑成形/擴散連接、漸進成形”等科研優勢；課程中教學工藝過于傳統，先進性不足，與鈑金成形技術的數字化、智能化發展方向偏差較大。本課程的教學效果直接影響了學生對飛行器鈑金成形技術的印象和態度，關系到行業發展，迫切需要進行教學改革。

為此，提出“產教融合、科教融合”的實踐教學模式，選取典型零件案例，邀請航空航天鈑金廠的一線專家共同制作微課視頻，形成生產任務表、材料性能、零部件結構、模具設計、有限元仿真、設備裝置、制造工藝、工藝規程卡等全套資料，結合工程實際講述飛行器零部件制造中的問題和難題，為學生營造身臨其境的學習環境。同時，篩選出平板類、蒙皮類、拉深類、管材類、帶筋壁板類和中空薄壁類等6個類型的多個飛行器典型零件，給定零件三維模型，請學生分組選題，在同步開設的鈑金成形原理與工藝課程設計和鈑金模具綜合實驗實踐課程中，按照“材料性能分析—模具設計—有限元仿真—迭代優化—實物試制”的思路，開展項目式教學。設計基礎實踐項目和綜合實踐項目兩部分，其中基礎實踐項目包括單軸拉伸、金相分析、沖裁、管材彎曲、拉深等，操作簡單，所占課時少，為必修項目；綜合實踐項目包括鈦合金熱成形、漸進成形、微成形和超塑成形/擴散連接，為四選一選修項目，鍛煉學生綜合能力。以“超塑成形/擴散連接”綜合實踐項目為例，項目式教學過程可以描述為以下步驟。

（一）產教融合，確定項目

根據飛行器輕質合金和輕質中空結構需求，說明中空薄壁結構的必要性，請學生思考材料輕量化、結構輕量化對現代飛行器減重的意義，給出典型飛行器中常見的鈦合金復雜整體空心壁板、鈦合金舵翼、鈦合金空心葉片，以F-15戰斗機后機身和B-1B大型轟炸機的壁板艙門等作為案例。為學生展示典型的輕量化結構（如圖1所示），請學生討論制造方法，確定“鈦合金復雜薄壁中空輕量化結構的制造工藝”的項目。

（二）明確要求，給定制造工藝指標

給出某飛機鈦合金雙層整體空心壁板結構件（如圖2所示），輪廓尺寸約1000 mm×700 mm×60 mm，且整個零件質量不超過3.0 kg，尺寸精度優于0.3 mm，并為學生提供三維模型，如圖2所示。基于學生的爆炸式開放討論，給出潛在的鑄造、點焊、釬焊、增材制造等多種制造工藝方法。提出低成本、高強度、高質量和高效率制造需求，引出超塑成形/擴散連接技術，講述四層空心結構超塑成形/擴散連接的基本原理（如圖3所示）。

第一步，在板材2與3之間的指定位置涂覆止焊劑，將四塊板封焊，將板材間抽真空，放入模具和設備中；第二步，加熱至指定溫度，向板材1和2間、板材3和4間充入氬氣，使板材1和4完全貼模，板材2和3未涂覆組焊劑區域擴散焊合；第三步，排出板材1和2間、板材3和4間的氬氣，向板材2和3間充氬氣，使得板材2和3也完全貼模；第四步，保持板材2和3間氬氣壓力，使板材2與1、板材2與3、板材3與4充分擴散焊合，降溫取件。為學生提供某飛行器舵翼的研制案例參考，強調項目實施過程中需掌握的能力。

（三）查閱資料，調研制造工藝細節

學生根據工藝基本原理和飛機空心壁板的制造需求，查閱工藝細節，包括材料性能、模具材料及設計、模具制造、工藝參數及控制、設備構成及控制等。學生利用先前課程經驗、書籍資料、網站資源等，自主學習三維造型軟件、有限元仿真軟件。考慮到材料參數和工藝參數較復雜，教師可初步給定范圍。

（四）課程設計，制定方案

根據調研資料和零部件制造需求，開展原始軋板選擇、理論計算、模具設計、有限元仿真、制造方案制定等工作，組員分工，按照時間節點撰寫實驗方案。

（五）階段報告，團隊討論

組織各小組匯報項目方案，開展團隊討論，確認項目中的難點和卡點，讓學生感受哪些能力需要加強，如理論基礎、三維設計軟件、模具設計方法、有限元仿真等。教師引導各小組之間相互提問、評價和提供解決問題方法，并基于階段性討論結果，給出企業超塑成形/擴散連接工藝制造的工藝路線圖和模具設計初步結果（如圖4、圖5所示）。教師根據科研經歷，解答工藝生產中的細節問題，如進氣和排氣管道設計加工、模具熱成形、密封、尺寸精度、壓機噸位、模具定位、模具成本及輕量化、放件與取件、氣壓法擴散連接細節、零件研制常見缺陷、防氧化、質量檢測等，請學生進行針對性討論。

（六）回顧初始問題，優化迭代方案，實物試制

基于討論，請學生回顧初始問題，進一步優化、細化項目方案，感受從知識學習到能力提高、從理論學習到工程實踐、從思考問題到解決問題的微妙變化。待學生完成項目優化后，由教師帶領開展縮比件的實驗實踐，直至成功研制出零部件和完成零件質量檢測。

（七）總結評估，發散思考

待實驗結束，請學生思考圖1中其他結構的超塑成形/擴散連接可行性及潛在方案，鍛煉學生舉一反三的創新能力，并為學生展示試制的不同樣件（如圖6所示）。最后，學生對項目教學過程中的理論計算、模具設計、實驗方案、實驗過程、零件質量及檢測等環節開展項目總結，撰寫總結報告，完成課程考核。

通過航空航天制造特色的“產教融合、科教融合”項目式教學，能使學生參與運用知識和技術的全過程，實現知識的構建和遷移，而開放的、創新的、打開思維限制的爆炸式討論可以讓學生形成知識邊界意識、積極學習理論知識，探究式、啟發式、互動式的教學方法促進學生養成自我管理、自主學習和團隊合作意識。通過多課程聯動，避免課程之間知識鏈條的斷裂或重疊，強化了學生對鈑金成形內涵、外延、先進技術和前沿科學的認識，緊密貼合飛行器制造工程的數字化、智能化發展方向。通過深入航空企業進行充分、扎實的調研，在基礎理論和基本方法的教學中，融入豐富的鈑金成形項目案例，充分體現飛機制造工程的專業特色，并通過創新性、設計性、綜合性的實驗，培養學生解決復雜問題的綜合能力和創新思維。

四、結語

教學團隊針對內容量大、知識面廣、教學進度緊、學科交叉、科技含量高、技術迭代快的飛行器制造工程專業，探索了產教和科教深度融合的項目式教學法，總結了提出問題、明確要求、文獻調研、確定方案和設計制造、階段討論和團隊協作、回顧初始問題和迭代優化、總結評估的7步范式；以鈑金成形原理與工藝課程為例，采用必修基礎實踐項目和選修綜合實踐項目結合的方法，與課程設計、綜合實驗課程密切關聯，探索了綜合實踐項目中的超塑成形/擴散連接工藝項目式教學過程。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 郭宇， 陳文亮， 金霞. 面向現代航空制造需求的飛行器制造工程專業本科培養方案改革：基于南京航空航天大學實踐的思考[J].南京航空航天大學學報（社會科學版）， 2013， 15（4）： 86-89.

[2] 楊文安.飛行器制造工程專業培養方案改革：以南京航空航天大學為例[J].高教學刊， 2017（24）：70-72.

[3] 宋朝霞，俞啟定.基于翻轉課堂的項目式教學模式研究[J].遠程教育雜志， 2014， 32（1）： 96-104.

[4] 仝月榮， 肖雄子彥， 張執南， 等.產教深度融合背景下項目式教學模式探析[J].實驗室研究與探索， 2021， 40（7）： 185-189.

[5] 武永，陳明和.航空發動機鈑金件制造的科研項目討論式翻轉課堂探索[J].工業和信息化教育， 2020（2）：32-36.

[6] 喬偉峰，符杰，王孫禺.卓越工程師培養的挑戰與對策[J].科教發展研究， 2023， 3（2）： 46-61.

[7] 韓穎杰， 付和國， 王會東， 等．含預置板的雙層鈦合金超塑成形/擴散連接零件缺陷分析及工藝改進［J］. 塑性工程學報， 2020， 27（4）： 41-47．

[8] 武永， 陳明和.鈦合金薄壁件熱塑性成形工藝研究進展[J].航空制造技術， 2021， 64（20）： 78-87.

[9] 任廣義，王曉康，王高明，等.大型復雜型面鈦合金超塑成形/擴散連接模氣密性研究[J].模具工業， 2022， 48（11）： 22-26.

［責任編輯：雷 艷］