面向航空工程“總師型”人才培養的項目式教學模式設計

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）20-0039-04

Abstract：Aimingatthecultivationnedsof\"ChiefDesigner-Type\"talentsinaviationengineeringtechnologywiththe characteisticsof\"excelentprofesionalism，strongsystematicness，emphasisonpractice，andasenseofresponsibility，，the project-basedteachingreformdesignandpracticearecariedoutforthecorecourseofFlightVehicleFramework Design.Based onthe teachingconceptof\"student-centereddevelopment，theteachingreformmeasuresareproposed，includingconstructingthe curriculumcontentaroudthepracticalneedsofengineeringproblemsinaireraftstructuredesign，conductinginquiry-based teachingbasedondesigncasestotrainhigh-orderthinking，andbuildinganintegratedteachingresourcecombiningvirtualand realthroughdigitalchnology.Ateachngstemof\"project-dienaseinquiryanddigitalempowered\"istablished，ich isrecommendas a new paradigm for the teaching reform of profesional courses in aviation engineering design.

Keywords：\"ChiefDesigner-Type\"talents；project-based teaching;teaching design;aircraftdesign;abilitycultivation

高質量的航空科技人才作為推動航空工程科技持續進步的核心驅動力，對于國家航空事業的發展至關重要。西北工業大學以“育國之棟梁、鑄國之重器”為使命，培養了一大批航空科技拔尖創新人才，被社會譽為\"航空總師搖籃”。

總師通常是指某工程或型號任務的技術總負責人，是既具有足夠強的個人科研能力，又具有一定的國際視野和戰略高度，還具有相當組織能力的科技領軍人物。培養“總師型”人才必須瞄準“強烈使命擔當、系統整機觀念、寬闊學術視野、扎實知識結構、深度學習思考、良好交流溝通、厚實文體美勞\"等核心能力素養，全面深化教育教學改革，構建人才培養新模式，才能源源不斷地為航空科技領域輸送堪當民族復興重任的時代新人2-3。

課程建設是高校人才培養的主戰場。西北工業大學飛行器結構設計是一門講授飛機結構設計專門知識、培養飛機結構創新設計能力的專業核心課。面向航空工程“總師型”人才培養需求，教學團隊結合國家級一流課程的建設契機，秉持“以學生發展為中心\"教育理念，在“總師育人文化\"引領下，構建了以創新設計能力產出為導向，以“項自驅動、案例探究、數字賦能”為特色的教學體系，在思想品德、思維方法、知識水平、能力素養四個維度的協同推進，使得學生核心能力素養持續提升，呈現出專業知識結構強、系統整機觀念強、解決問題實踐強、為國鑄劍使命強的“四強\"態勢。

一 課程建設的背景和意義

航空科技是一個多學科交叉融合的復雜系統工程，涉及眾多學科領域。為持續提升航空競爭力，不斷追求高性能、高安全性以及高可靠性，航空科技始終保持著不斷創新的發展態勢。隨著航空科技高質量、高水平和高速度的蓬勃發展，對航空科技人才的培養也提出了新要求。

（一）航空科技發展對人才培養的新要求

航空科技人才的培養不僅要構建堅實的專業核心知識基礎，還必須拓展知識結構的前沿性與跨學科性。同時，著重強化系統整機觀念和實踐能力的培養，既要善于理論聯系實際，能綜合應用多學科理論知識解決實際復雜工程問題，又要善于在實踐中積累經驗與持續學習，在實踐動手中悟情懷、悟原理、悟方法、悟創新。培養航空科技人才要牢固樹立“忠誠奉獻、自力更生、艱苦奮斗、勇攀高峰”的新時代航空報國精神。必須時刻以國家安危為己任，保持堅定的信念和不屈不撓的精神，勇于攻堅克難，不斷追求卓越，實現個人價值與職業目標。

（二）傳統教學模式存在的不足

飛行器結構設計原課程體系基于學科導向型知識體系架構，在內容上追求全面性，教學重點是知識理論基礎的構建。在教學中先講授基礎知識，隨后展開設計實踐項目進行綜合應用。在彼時的時代背景下，這種“以教為中心\"的教學模式取得了優秀的教學成果，培育出一大批基礎扎實的優秀工程技術人才，顯示了該教學模式在特定時期的價值與積極意義。

進入新時代，“自主創新”成為科技發展的主旋律。航空工業發展迅猛，工程教育理念持續革新，教育教學形式日新月異，加之“00后\"學生展現出獨特的群體特質，這些因素對傳統教學模式形成了全方位、深層次的挑戰。在知識傳授的供需層面，航空科技知識體量呈幾何級數膨脹，這使得教師難以在有限的時間內全面、深入地將不斷更新的知識傳授給學生。在能力培養方面，傳統教學模式側重于知識學習和技術的應用訓練，缺乏對創新思維和創新能力的培養，難以滿足創新型人才的培養需求。在教學效率方面，“滿堂灌\"教學模式下的單向知識傳授，忽視了學生個性化發展和主動參與的需求，學生在學習過程中缺乏思考和探索的空間，自主學習能力和批判性思維難以得到有效鍛煉。最后，在教學資源的適配性方面，以教材為主的傳統教學資源，形式單一、更新緩慢，無法滿足學生隨時隨地、靈活多樣的學習需求，限制了學生獲取知識的渠道和自主學習的深度與廣度。

綜上所述，新時代諸多因素的變化，使得飛行器結構設計課程傳統教學模式在知識傳授、能力培養、學習積極性調動以及教學資源適配等方面暴露出諸多問題。因此，為培養適應新時代需求的航空專業人才，迫切需要對現有教學模式進行改革與創新。

二 項目式教學的設計與實踐

項目式教學是基于項目式學習理論（PBL）和建構主義理論所開展的一種新型教學模式[4-5]。項目式教學是以學生感興趣的項目為組織形式，在教師的引導下提出驅動性問題，通過合作交流運用多學科知識和技能開展實踐活動，激發學生的發散思維和創造力，最終以作品或者解決方案的形式展現成果，從而提高學生的創造能力和核心素養6。項目式教學通過真實情境中的問題驅動，能夠有效激發學生的學習興趣和內在動機。它強調學生在解決實際問題中的主動探索和參與，注重跨學科知識的整合與實踐，能夠有效培養學生的綜合能力，因此具有“學生主體、教師主導、挑戰性、創新型、教學相長、開放性\"等特點，被認為是高階學習的最佳教學模式[8-9]。

但目前已報道的一些教學實踐中還存在諸如學與用缺乏有機融合、知識體系覆蓋面少、缺乏有效資源建設等問題進而影響教學效果的問題[10-I1]。因此，本文基于“問題導向、學為中心、資源協同\"的理念，針對航空特色鮮明的飛行器結構設計課程進行項目式教學設計。

（一） 教學設計基本理念

飛行器結構設計是一門講授飛機結構設計專門知識、培養飛機結構創新設計能力的專業核心課，是引領學生進人飛機結構設計專業領域的重要基石。課程教學以建立知識體系框架和訓練創新設計能力為重點，著力培養學生專業知識結構強、系統整機觀念強、解決問題實踐強、為國鑄劍使命強。重點解決2個教學問題：一是學生已習得的多學科、離散化專業知識缺乏系統性集成，難以綜合運用解決實際問題；二是以講授為主的“教為中心\"教學模式束縛了學生個性化發展，創新設計能力培養缺乏有效途徑。

課程教學設計基本理念是“問題導向、學為中心、資源協同”。問題導向是指項目式教學所預設的項目是所有教學內容、教學方式設計的起始點，即“項目是問題，而不是習題”。教學內容應以完成實踐項自的需求為導向進行重構，這就要求在預先設計實踐項目時，就應充分考慮對知識體系的覆蓋面。

學為中心是指在學習過程中一定要強調學生的主體地位，要充分調動主動學習的積極性。在教學過程中要遵循建構主義理論，以學生自主探究為基礎，首先對新知識形成認知的矛盾，然后在教師、教材以及共同學習者的幫助下建構新的知識體系，并從中鍛煉探究思維、逆向思維、創新思維等高階思維。在此過程中，教師的角色從“灌輸者\"轉變為“腳手架”，課堂從“被動接受知識的場所\"轉變為“展示、交流和獲取幫助的舞臺”，學生也從“聽眾\"轉變為\"創造者”。

資源協同是指要為學生跨時域、跨空間的自主學習和協同探究提供充分的資源保障。建設與學習和實踐需求配套的教學資源，通常要求建設包含教材、慕課、微課、網站和演示實物在內的線上線下、虛實結合的一體化資源。特別地，項目式教學中教材編寫與以“教為中心\"教學模式所采用的教材有顯著區別。“教為中心\"教學模式中教材是組織教學的核心，教學設計首先是選教材，然后是講教材。但項目式教學模式中，教學內容隨項目變化而變化，單純教材無論是在內容的廣度、深度以及更新速度上無法全部滿足自主學習和項目實踐的全部需求，因此教材編寫重點在于知識體系框架的構建和教學資源的索引，即通過教材，學生能知道完成實踐項目需要哪些知識，以及所需要的知識在哪里能找到。

基于上述教學理念，構建了“項目驅動、案例探究、數字賦能”為特色的教學體系。即開展問題導向、實踐導向和成果導向的內容重構，形成項目驅動的課程內容體系。構建“學為中心”的案例探究式教學模式，基于設計實踐任務的引領，從飛機結構實物、學生創新設計項目以及飛機結構發展前沿成果中凝練教學案例，以案例為載體，組織教學內容，以原理分析、因素研究和方案設計為主要教學內容，通過理論和實踐對案例協同探究實現能力培養和學科思維訓練。此外，為了克服開展實踐教學的飛機結構實物場地的空間制約，建設了“虛擬機庫\"和“飛機結構設計與評估”虛擬實驗平臺，通過虛擬仿真技術“把航空館搬進了課堂”，通過數字賦能，實現了實踐教學和理論教學的“雙向奔赴”。

（二） 項目驅動的教學內容

本課程作為飛行器結構設計專業方向課程群的核心課程，需要面向飛機結構設計專業領域整體構建較為完整的知識體系框架。通過深入工業部門開展需求調研、結合專業課教學的基本要求，梳理出包括飛機結構設計總則、飛機的外載荷與設計規范、翼面結構和機身結構分析、飛機結構設計基礎、機翼尾翼設計、機身及開口區結構設計、復合材料結構綜合設計、起落架結構設計、飛行操縱系統設計與分析、飛機結構隱身設計、智能結構設計等作為課程教學內容，在廣度上涵蓋結構分析和結構設計。在內容的前沿性方面，從新型號的研制、新技術的前沿發展以及教學團隊所承擔的科研任務中凝練案例，以案例為牽引將新理念、新方法和新技術引入課程，保持課程內容與時俱進。

在教學內容體系的構建方面，按照項目驅動基本理念，以現代飛機結構設計工業流程為藍本，圍繞預設的飛機結構設計實踐項目，按照方案論證、初步設計、詳細設計的流程主線進行模塊化組織，形成模塊化的內容體系。

在課程思政方面，從擊落敵機殘骸、砥礪奮進的航空史和重大航空型號的研制進程中挖掘思政素材融入專業教學，構建以“航空報國\"家國情懷和“大國工匠\"精神為主題的思政體系。

（三）基于案例的探究式教學模式

教學模式是在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的教學活動結構框架和活動程序，從宏觀上把握教學活動整體及各要素之間內部的關系和功能。本課程建立了以培養創新設計能力和高階思維為導向的探究式教學模式。遵循“發現問題一分析問題—解決問題一反思迭代”的基本思路。“發現問題”的教學活動包括：課外實踐、實物現場課和基于虛擬仿真實驗的課內實踐等。其中，實物現場課因為有具象化的特征，是發現問題的主要渠道。課堂內協作學習是分析問題的主要教學活動，教師和學生一起在實物現場和課堂上以預設案例為對象，針對案例所蘊含的設計問題開展探究，培養學生探究性思維和綜合運用知識解決復雜問題的能力，并引導學生進行優化和改進的創新。課后實踐主要進行問題解決和反思迭代，學生根據課內探究的結果開展設計實踐，夯實知識基礎、培養設計能力。上述過程圍繞設計案例，由“現場課”發現問題和“理論課”解決問題構成了教學的主線。

課程實施小班化教學、以學習小組作為學習共同體。在具體教學實施上，首先，面向航空重大型號，結合科研和對未來飛機發展的設想提出實踐項目，然后伴隨著實踐項目的開展，依次進行課程教學。課前，根據實踐項目的進展布置設計任務，推送學習視和參考資料；學生以任務為牽引自主完成知識學習，進行初步實踐，明確解決任務的“卡脖子\"問題，實現“帶著問題進課堂”。課內教學活動按照BOPPPS模型進行教學活動設計[13]，在實物現場和課堂上以預設案例為對象，通過教師示范、引導探究和學生自主探究，對案例所蘊含的設計問題進行分析，并啟發學生進行改進和創新。課后，學生完成設計成果，夯實知識基礎、培養創新設計能力。

（四）數字賦能的一體化教學資源

教學團隊編寫了飛機結構設計系列專業教材，建設了擁有飛機解剖結構數量多的飛機結構陳列館，并基于結構實物開發了設計案例和思政案例庫。依托學校國家級航空實驗教學示范中心和航空科技創新基地，為課外創新設計實踐提供了硬件環境。同時建設了配套的慕課和虛擬仿真實驗平臺，為自主學習、現場教學、課堂教學和課外動手實踐提供了配套協同的教學資源。

（五） 多元化的考評方式

課程實施多元化考核，具體包括設計實踐項目完成情況、平時成績和閉卷考試三個方面。平時成績主要是課堂中前測和后測環節中對學生提問、小組匯報的評價，根據相應的評分標準進行評價。設計實踐項目完成情況考核采用科研項目管理模式，設立3個過程性觀測點和1個最終答辯環節。在課程答辯中，學生要進行小組工作匯報，由教師團隊和學生共同組成評委進行打分。

三 項目式教學改革的成效

項目式教學讓學生完整地參與到一個型號、產品的設計過程，在多學科、多約束和多環節的工作中逐漸形成系統整機觀念。在追求細節設計最優時也能從整機角度出發考量設計方案，特別是在處理多約束、多矛盾問題中建立了“均衡”的理念，能從全局的角度進行取舍，能從系統工作過程中找到“瓶頸”，并通過團隊協作的方式進行突破。項目式教學圍繞具體問題構建知識體系，通過問題導向和理論聯系實際，讓學生對知識的理解更為深刻。項目式教學的實踐要求強化了學生對復雜問題進行工程簡化和建立理論模型，并利用多學科知識和數字化、人工智能等新技術進行分析，最終利用理論結果指導設計實踐的能力。在項目開展和學習過程中，學生也充分認識到航空科技工作者的艱辛和發展航空科技對國家的重要性，激發了學生的航空報國家國情懷，也激勵他們在學習中更加勤奮努力。

項目式教學改革后，學生學習興趣明顯提高，在課堂中的活躍度和專注度大幅提升。學生評教和問卷調查表明：學生普遍認為項目式教學模式能全面提升學生創新設計和解決復雜工程問題的能力。多樣化的教學活動使得課程教學更加新穎。案例分析、小組討論等提高了學生的參與度和提出問題、思考問題的能力，讓同學們能夠將理論知識與實際情況相結合，鍛煉了思辨能力和團隊合作精神。豐富多樣的教學資源，有利于學生課外學習，不僅拓展了學術視野，還培養了獨立解決科學問題的能力。經過課程學習，學生創新能力核心指標持續提升。學生們通過將本門課程所獲得的知識和能力應用到學科競賽中，近五年在中國國際飛行器設計挑戰賽上等國家級競賽中斬獲100余項獎勵。

四 結束語

航空工程“總師型”人才的培養關鍵在于錨定“專業精、系統強、重實踐、敢擔當\"的培養目標，堅持“以學生為中心\"的理念，以“總師型”人才核心素養產出為導向，深化教學改革，構建課程教學和人才培養新模式。本文針對飛行器結構設計專業核心課教學模式改革，提出了圍繞飛機結構設計實踐項目，依據現代飛機結構設計工業流程組織知識體系、從飛機結構實物和科研項目中凝練教學案例開展探究式學習培養探究性高階思維、建設虛實結合的教學資源支撐自主學習和創新實踐等舉措，形成了以學生為主體、以創新能力培養為核心的教學模式。所開展的教學實踐表明，項目式教學能夠激發學生學習興趣，使學生真正掌握了復雜工程系統思想和多學科設計方法，能夠鍛煉學生的探究性、創新性高階思維，有效提高了課程教學水平，也為航空工程設計類專業課的建設提供了新的范式。

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