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“理论-实践-创新”三位一体教学方法在《航空发动机原理》课程教学中的探索与实践

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  摘要:本文在深入剖析《航空发动机原理》课程特点的基础上,针对创新型复合型人才培养的需要,提出了以培养学生综合实践创新能力为导向的“理论-实践-创新”三位一体教学方法,在重构理论教学体系、强化实践教学导向、项目驱动创新等方面进行了探索与实践。该方法充分利用了《航空发动机原理》课程的知识结构特点,实现了“理论教学-实践训练-创新发展”三者有机的融合,教学效果良好,可以为工科相关课程教学改革提供参考。
  关键词:发动机原理;三位一体;教学改革
  中图分类号:G642.0     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)18-0177-02
   一、引言
  《航空发动机原理》是我校飞行器系统与工程专业的一门专业基础课程。其主要内容包括航空发动机类型介绍和热力循环过程、航空发动机五大主要部件(压气机、涡轮、燃烧室、进气道、尾喷管)的结构组成和工作原理、航空发动机设计点和非设计点工作特性、航空发动机的控制规律和过渡工作状态等[1]。
  根据本校新版的人才培养方案,《航空发动机原理》课程开设于第七学期,培养目标是通过课程的学习,使学员了解航空发动机的发展现状和发展趋势,掌握主流航空发动机(涡喷、涡扇)的基本组成和工作原理,深刻理解发动机的工作特性和控制规律,为后续《航空发动机结构》等课程的学习和今后从事航空发动机的研制和维护等工作打下基础。同时,培养目标还要求该课程注重理论联系实际,培养学员利用所学知识解决实际工程问题的能力。具体来说,是要求学员能够运用所学的知识组织部队的操作训练,具备分析排除发动机相关故障的能力,为部队动力系统相关的作战指挥和技术保障培养“技指合一”的复合型人才。
  从人才培养目标可以看出,为适应部队武器装备发展对人才的需求,新版人才培养方案更为注重学员专业素养和思维能力的培养,更加注重综合运用所学知识解决问题的能力。
  二、课程存在的主要问题分析
  《航空发动机原理》是建立在《流体力学》《工程热力学》《气体动力学》《传热学》等课程基础之上的一门具有理论基础深、工程实践强、知识融合多等特点的专业基础课程,对照人才培养方案,结合笔者在教学实践中的体会,笔者认为目前《发动机原理》课程教学主要存在以下几个方面的问题。
  1.课程内容体系与人才培养目标不相适应。《航空发动机原理》是后续专业教学的基础,为后续专业课程教学服务,最终目的是让学员能够掌握发动机各部分的结构和工作原理,具備一定的专业素养,为部队的任职打下基础。一方面,随着武器装备的发展,部队的组训方式和操作模式已发生了很大的变化,要求相关的课程体系进行相应的调整;另一方面,随着航空工业的发展,发动机技术本身的发展也是日新月异,现有教学内容中对发动机领域的最新技术涉及较少。为提高教学的针对性,培养适应部队需要的复合型人才,必须对课程体系进行调整。
  2.实践环节偏少,且与理论教学脱节[2,3]。实践教学和理论教学作为最基本、最经常的教学组织形式,都对人才培养起着重要的支撑作用。《航空发动机原理》作为一门实践性较强、且与武器装备结合密切的课程,更需要注重理论和实践的结合。但由于实验设备、教学资源的限制以及历史传统的原因,该课程并未开设相应的实践课程,只是在理论课程体系内分出4学时进行实践教学,且实践环节没有统一的安排。这就造成时间环节偏少,且与理论教学脱节,严重影响了教学效果,限制了学员把理论知识与实践技能相结合的能力。
  3.教学过程中创新环节设计不足,限制了学员创造性思维的培养。目前,课程的教学方式仍然以讲授型教学为主,以板书和多媒体作为呈现方式。多媒体教学作为一种现代教学模式,在增大教学信息量、增强教学直观性方面发挥了重要作用[4,5]。但从本门课程的教学实践来看,过度依赖多媒体对培养学生的创新性思维并不利。例如,对于发动机的结构以及发动机工作过程的多媒体演示,反而束缚了学员的想象空间,束缚了学员本应自己建立的结构—原理转换能力。
  三、“理论-实践-创新”三位一体教学方法
  为配合院校的教学改革,对接部队对新形势下人才培养的需求,本课程从重塑课程内容体系、研究实践教学、项目驱动创新等方面进行了改革,创建了“理论-实践-创新”三位一体的《航空发动机原理》教学方法,在实践中取得了较好的教学效果。
  1.以型号武器装备为依托,以部队人才需要为牵引,深入剖析第一任职需要与学员长远发展的共性需求,结合课程特点,重构课程知识理论体系。具体如下:①加强与前面所学课程的衔接。例如,在教学过程中回顾了热力循环过程、总温、总压等概念,并侧重讲解它们与本课程相关的部分,做到课程内容的连续性。②增删部分教学内容,优化课程体系。如进气道和尾喷管部分,虽然二者均为航空发动机的重要组成部件,但其结构比较简单,且在前面所学的课程中已有所涉及,特别是尾喷管一章,在前面的《气体动力学》《工程热力学》等课程中均有详细的讲解。因此,将进气道一章压缩至2学时,尾喷管一章作为学员自学内容,腾出相应的时间加时间教学环节。③重新调整课程教学的基本思路,按照“工作原理(整体)—部件特性(部分)—工作特性(整体)”的思路安排教学内容。即首先从发动机的整体性能指标出发,讲解其工作原理,然后分部件讲述部件级的结构、原理和工作特性,再由部件级的工作特性曲线作为标准,实现整机工作特性和控制规律的分析,使得课程的整体脉络清晰。
  2.根据课程特点和知识体系要求设计教学实践环节。教学组依托院校的基础条件建设,建成了航空动力系统教学训练中心和航空发动机专业教室,拥有丰富的教学资源和成品装备,包括航空发动机整机4套、关键结构件及零部件600余件,模拟装备5台套,完全可以支撑本课程的实践教学环节。但实践教学环节并不一定就是实验,应该根据具体的教学内容进行设计。例如,对于发动机的工作过程进行了演示实验,而对于发动机的推理、耗油率等参数则让学员自主设计实验完成,对于发动机的设计点性能计算则要求学员发动机一维建模,根据模型编程计算发动机的设计点和非设计点性能。通过实践环节的精心设计,培养了学员多方面的综合能力。   3.以自設的小型项目为驱动,培养学员的创新思维。教学组拥有自主研发的吸气式发动机教学科研试验平台,既可以用于教学实验,也可用于科学研究。依托该平台,以“三创”比赛、毕业设计、各类竞赛为契机,以创新项目为牵引,通过教员命题、学员自主选题相结合的方式,开展创新研究。内容涵盖了发动机部件级的建模、原理分析、信号测试、发动机控制、流场仿真等各个方面。这一环节的教学实施,不仅显著提高了学员的学习主动性和积极性,而且兼顾了学员个性特长的发展,对学员创新思维和创新能力的培养大有裨益。
  四、结语
  军队院校是为部队培养指挥军官和专业技术人才的摇篮,军队院校的人才培养必须以部队的人才需求为牵引。随着部队武器装备的发展,对人才的需求发生了根本性的变化,使得院校专业基础教育与人才培养目标的矛盾日益凸显。《航空发动机原理》作为一门核心专业基础课程,对理论层次和思维能力的培养都有着很高的要求。笔者结合本人的教学体会与实践,在分析《航空发动机原理》课程特点的基础上,从课程体系重构、实践环节设计、创新项目驱动等方面进行了一些探索,在实践中也取得了较好的教学效果。但教学改革是一个永恒的话题,如何在课程教学中平衡第一任职与长远发展的矛盾,探索理论和实践有机结合的有效方法,进而进一步提高教学质量仍是一个亟需研究的课题。
  参考文献:
  [1]薛倩.浅谈《航空发动机原理》课程教学方法改革[J].西安航空学院学报,2015,33(1):80-83.
  [2]王正鹤等.基于混合教学理念的《航空发动机原理》教学模式探索[J].高教学刊,2017,(18):94-96.
  [3]瞿红春等.民航院校《航空发动机原理》教学改革研究[J].科技创新导报,2012,(02):163.
  [4]陈钊.《发动机原理及构造》课程教学方法的探讨[J].高教论坛,2006,(5):116-118.
  [5]郑焱等.发动机原理课程教学方法探讨[J].江苏理工学院学报,2016,22(4):119-121.
  Abstract:The teaching approach based on the trinity of theory-practice-innovation,which aims at fostering students' innovative ability,is proposed in the present paper based on the analysis of the characteristic of the principle of the aero-engine course and the requirement of training students into innovative applied talents.This approach forms the "three-in-one" talent training mode by optimizing the curriculum teaching content,strengthening the practice activity and conducting the innovation project.The teaching practice has shown this reform approach can realize the trinity of theory-practice-innovation and thus has a better teaching effect.This approach can also provide some meaningful reference for the relevant course reform.
  Key words:principle of Aero-engine;trinity teaching approach;teaching reform
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