面向航空装备体系的航空材料学课程教学创新

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　　[摘 要]随着军队改革的深入推进，军队院校教学职能正在向装备实战化教学转变，要求教学内容能够紧贴军事装备、战场环境和服役情况。航空材料学课程是飞行器与动力工程专业的学科基础类必修课。根据航空材料学课程内容、特点以及目前存在的教学问题，笔者探索出一种问题牵引式案例教学方法，将航空材料学知识和空军实际装备及其服役情况高度融合，在了解掌握飞机、发动机相关材料学专业知识基础上，促进专业知识向实际装备使用与维护技能转变，提高学员未来航空兵机务岗位的装备维护技能和任职能力。
　　[关键词]实战化教学;航空材料学;案例教学;问题牵引;装备体系
　　[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）02-0042-03
　　伴随国防军队全面深化改革的步伐，军队战斗力生成模式和军队院校教学职能正在悄然变化，军队院校教学职能正在向紧贴装备、紧贴战场的实战化教学转变[1]，这要求军校教员在教学过程中必须将课本知识与实际装备及应用状况等紧密结合，同时要求军校学员将对专业基础知识的掌握进一步转化为对实际装备的使用与维护技能的掌握。航空材料学课程是空军工程大学飞行器与动力工程专业本科生的一门学科基础类必修课，是后续金工实习、飞机与发动机结构、飞机与发动机结构强度等专业课程的基础和铺垫[2]，更是空军航空兵机务专业技术军官急需掌握的专业基础知识。
　　但是，由于航空材料学课程知识宽泛、学科交叉、复杂抽象、晦涩难懂，导致出现學员学习积极性和效率不高、教学效果不理想、整体教学质量不高等诸多问题[3]。另外，以材料知识体系为主的传统教学方式，导致学员与实际航空装备体系脱节，难以支撑学员毕业后在航空兵机务岗位的装备维护技能培养和任职能力发展。因此，急需针对航空材料学课程内容、特点、教学要求和目标以及目前存在的教学问题，探究有的放矢的教学方法，激发学员学习积极主动性，提高教学效率和质量。
　　本文将航空材料学知识与空军实际装备体系相结合，提出问题牵引式案例教学方法，在案例分析中讲授材料学专业知识，在问题解决中传授实际装备技能，从而有效提高课程趣味性和整体教学质量，为空军航空兵部队培养具有扎实知识基础和较强实践能力的高素质应用型专业技术人才。
　　一、航空材料学课程性质与特点
　　航空材料学课程是空军工程大学本科飞行器与动力工程专业于大学三年级开设的一门学科基础类必修课，主要研究材料晶体结构、相图、位错理论、塑性变形理论、热处理原理、蠕变理论以及航空常用材料（金属/合金材料、有机高分子材料、复合材料等）的成分、组织结构、性能、工艺、用途及其相互关系，是一门理论和实践并重的专业基础课程，为后续专业课程打下基础，在整个学科体系中起到承上启下的重要作用。
　　航空材料学课程内容涉及的基础理论微观且抽象，其中微观可至晶胞中原子排列，而且这种晶体结构难于直观感受;涉及的基本术语、图表和工艺方法多，记忆和理解任务重;跨越物理、化学、力学、材料等多个学科，所需知识宽泛且相互交叉。该课程内容具有概念多公式少、定性多定量少、叙述多推理少的“三多三少”特点。由此使得教学难度较大，学员学习困难较多，部分学生在整个课程学习过程中往往达不到预期效果和目标要求。此外，该课程不仅理论知识宽泛难懂，而且具有很强的操作实践性，需要与实际航空装备使用与维护紧密关联，培养学员岗位任职能力。因此，在实际课程教学过程中需要将理论知识与航空装备体系紧密结合，形成理论与实践并进的教学方法。
　　二、教学现状与问题分析
　　（一）知识结构抽象难懂，挫伤学员学习积极性
　　讲授基础理论知识时，虽然教员通过理清知识逻辑架构，并按照其内在逻辑关系进行知识讲授，可以帮助学员在脑中搭建理论知识体系，但是由于学员材料学知识基础较为薄弱，往往缺乏全局理解能力，加上理论知识抽象难懂，使得学员接收的知识碎片化，理解不透彻，严重打击学员学习的积极性。
　　（二）讲授偏于灌输教学，堆积学员众多学习问题
　　目前这种讲授灌输式教学方法下，教员虽然能系统、清晰地讲述课程知识，但学员接受能力有限，往往只能理解部分内容，对知识掌握的深度不够，甚至未能掌握其重点和难点，导致学员学习问题逐渐积累增多，知识掌握率不高。
　　（三）过多偏重理论知识，忽视学员学以致用技能
　　虽然目前教学内容已涵盖了飞机、发动机的大部分航空材料类别，但在讲授合金钢、高温合金、轻合金（铝、镁、钛）、高分子材料、复合材料和隐身材料时，常常只针对某种或几种常用牌号材料进行详细讲述，但有些牌号材料虽常用但已过时甚至不再使用，未考虑当前实际航空装备的材料体系，导致所学材料学专业知识不能有效支撑装备维护技能的培养和发展。
　　三、探究问题牵引式案例教学方法
　　本文提出的问题牵引式案例教学方法是针对上述教学现状及问题提出的一种组合式教学方法，主要借鉴了案例式和问题牵引式教学方法，将航空材料学专业知识与实际装备体系相结合，以装备实例为依托进行相关航空材料学知识讲授。
　　（一）案例式教学方法
　　基本思路是以实际案例为基础，通过教员收集相关案例信息，总结分析案例中涉及的课程知识点，将知识点嵌入案例流程中，完成总体架构设计;然后在案例教学过程中鼓励学员积极参与讨论，激励学员独立思考和创造，促进双向交流，引导学员变注重知识为注重能力，从而在案例学习和理解中掌握相关知识点的同时，完成知识向能力的转变[4-6]。
　　（二）问题牵引式教学方法
　　基本思路是以精心设计的问题为牵引，引导学员积极思考探索问题的内在原因;寻找并提出解决问题的方法，进行解决方案的可行性论证，并优化解决方案;最后引出科学合理的解决方案，获得更好的实施效果[7-8]。教育心理学研究结果表明，学生的创造性思维和积极应对方案都是由问题开始的，并在问题解决过程中得到显著发展。问题牵引式教学方法通过提出问题、思考分析和解决问题来锻炼学员思维能力，能激发学员学习兴趣和热情，促进学员主动思考、执行和创造，在相互讨论交流中加深对问题的认识和理解，提高学员的学习效率和创新能力[9]。 　　（三）装备化教学
　　基本思路是以现役空军航空装备体系为基础，通过调研了解实际装备所用航空材料，根据所用航空材料种类和牌号整理相关航空材料学知识，形成与装备体系相对应的航空材料知识体系[10]。另外，根据航空兵部队反馈的装备服役情况和故障数据，分析总结故障失效原因及其解决措施，让学员在航空装备体系及相关案例中学习材料学专业知识，从失效原因及解决措施中掌握航空机务岗位技能。
　　（四）问题牵引式案例教学方法
　　基本思路是综合采用上述“两种方法、一种结合”，对航空材料学课程教学内容、形式、方法进行大胆创新尝试，从实际航空装备出发，反向设计航空材料学知识体系，以装备案例为总体架构，将相关材料学专业知识有机地嵌入装备案例中，形成一个承载微型材料学知识体系的装备案例[11-12]。在案例教学过程中，又将有关知识嵌入的微型知识体系进行分解，在重点和难点位置进行问题设置，通过课堂上提问和交流讨论将知识点进行串联，从而让学员在思考、回答问题过程中将知识点转化为自己的知识体系。
　　这种教学方法一方面可以让学员在实际装备案例中学习专业知识，提高教学趣味性，激发学员学习积极性;另一方面通过提出问题、分析原因、互动交流讨论、提出解决方案等进行知识点讲授，有效防止学员问题的积压，显著提高学员学习效率和整体教学质量;最后，由于教学内容涉及的航空材料学知识点都来自实际航空装备体系，而且从装备服役情况和失效数据中让学员了解掌握航空材料服役过程中具体故障失效原因及解决措施，大大促进了学员内在专业知识向岗位技能的转化。
　　四、问题牵引式案例教学方法的实例
　　为了更好地理解问题牵引式案例教学方法，本文以“不锈钢”章节作为实例进行说明。首先，“不锈钢”章节内容主要包括不锈钢概念、类型、化学成分、力学性能、用途及应用问题等知识点。下面就依据问题牵引式案例教学方法进行“不锈钢”内容讲授，具体教学步骤如下：
　　（一）导入环节，引出航空装备实例
　　某型航空发动机上大量使用不锈钢材料制造导管、作动筒等部件，其中有一种燃气导管经常在导管出气口钎焊部位发生裂纹故障，每年最少发生10起，严重影响发动机可靠性，甚至影响飞行安全。航空发动机的燃气导管故障的提出必然可以引起学员浓厚的兴趣，激发学员学习的积极性，从而营造良好的教学氛围。
　　（二）讲授环节，介绍知识架构体系
　　根据航空发动机燃气导管涉及的不锈钢材料，结合课程标准规定的教学内容，将“不锈钢”章节所涉及的所有知识点进行总结，依据知识点内在逻辑建立不锈钢知识微体系，并搭建出整个微体系的各级知识架构，实现不锈钢概念、类型、化学成分、力学性能、用途等知识点的有机整合。
　　（三）设问环节，建立问题逻辑链
　　根据不锈钢知识微体系和各级知识架构，明确重要知识点和逻辑主线，针对重要知识点设置相应问题，并通过逻辑主线进行各个知识点的串联。例如：什么是不锈钢？为什么称之为不锈钢？不同种类不锈钢不同之处在哪里，它们的特点及用途是什么，在航空装备服役中存在什么问题？此外，这些问题在上一节课需要提前告诉学员，让他们课前可以积极思考，查阅资料，主动预习。
　　（四）提问环节，激发学员思考讨论
　　课堂讲授过程其实就是对上述问题进行一一解答的过程，当然是有顺序有逻辑性地依次串联解答。例如，什么是不锈钢这个问题就可以从概念角度讲述，并与一般合金结构钢对比;为什么称之为不锈钢这个问题则从腐蚀原理和抗腐蚀措施进行讲授;不锈钢种类则结合不锈钢化学成分和力学性能进行对比、分析;装备服役中的问题就可以呼应一开始的燃气导管实例，进行裂纹故障原因分析和讨论，充分调动学员进行发散思考和解决方案拟定，最后结合装备实际维护措施及其内在原理进行问题解答。
　　（五）巩固环节，促进学员深化拓展
　　传统讲授型教学方法只是通过课后作业让学员对重要知识点进行回顾和强化，知识碎片化，学生难于在脑中形成知识体系，导致最后掌握程度不高、印象不深。问题牵引式案例教学方法则不同，课后布置的是一个案例式的分析任务，这将促使学员按照知识微体系进行问题分析和提出方案，相当于脑中重新将重要知识点和逻辑主线走了一遍，在脑中再次搭建“不锈钢”知识微体系，从而大大提高学习效率和成效。
　　五、问题牵引式案例教学方法的实施成效
　　（一）围绕实际装备案例开展教学，激发学员兴趣与学习积极性
　　在实际教学中发现，以航空兵部队实际装备案例为依托，可以大大激发学员的兴趣和好奇心，引导学员积极探索，主动寻求答案，促使学员在心中建立起学习相关专业知识的渴望。这种教学方法不但使学员学习热情和主动性得到显著提高，整个教学氛围和教学质量也会得到大幅提升，而且可以增强学员对航空装备的客观认识和了解。
　　（二）通过问题牵引优化知识架构，在思考讨论中提升学员学习效率和教学质量
　　教员巧设问题，将知识体系分解为若干重要知识点，并通过其内在逻辑关系将所有问题进行串联，达到“消支强干，突出重点，明确逻辑，建立体系”的目的。通过环环相扣问题的交流讨论，学员学会关键知识点的逻辑串联，加深了对知识点的理解掌握，不仅提高了学员学习效率，同時提升了学员自主学习能力。教学效果不仅体现在课堂交流讨论上，也体现在课前预留问题促进学员主动查阅资料、思考问题上，还体现在课后案例分析任务帮助学员进行微知识体系重构和巩固上，从课前、课堂、课后三个阶段共同提高教学质量。
　　（三）紧密结合航空装备体系，有效促进专业知识向岗位技能转化
　　结合航空装备的实际案例，使问题牵引式教学实效更加凸显，进一步增强问题讨论的针对性和实用性，让问题和知识体系更加直观、易理解，利于学生对相关专业知识的掌握。通过装备故障失效分析和解决方案讨论，真正将掌握的专业知识转化为实际装备使用和维护技能。 　　综上，通过实际装备案例激发学员学习积极性，通过问题牵引提高学员思考分析和交流讨论的能力，整个教学过程给学员留出了充分的思维空间。通過科学设计促进学员去想、去学、去研究，扫除过去讲得过多、过全，学生不用动脑筋的弊端，真正培养学员学习能力和专业技能素质。
　　六、结束语
　　问题牵引式案例教学方法以装备案例为总体架构，综合采用了案例式和问题牵引式教学方法，将相关航空材料学专业知识有机地嵌入装备案例中，形成一个承载微型材料学知识体系的装备案例。问题牵引式案例教学方法从实际装备案例中学习专业知识，提高教学趣味性，激发学员学习积极性;从提出问题、交流讨论、分析原因、提出解决方案中进行知识点讲授，显著提高学员学习效率;从装备服役情况和失效数据中掌握航空材料服役过程中具体失效原因及解决措施，促进学员内在知识向岗位技能的转化;有力支撑军队院校装备实战化教学目标，培养专业技术军官的专业知识素质和岗位任职能力。
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　　[责任编辑：钟 岚]
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