“互联网+”时代航空航天制造专业教学方法的探讨

2017-06-09齐振超安鲁陵

高教学刊 2017年17期

齐振超安鲁陵

摘要：我国航空航天的发展和“互联网+”时代的到来给高校航空航天制造专业教学带来了挑战和机遇。文章剖析了新形势下航空航天制造专业课程教学特点，分析了“互联网+”时代对“教与学”从理念、习惯、工具等多方面的影响，总结了当前航空航天制造专业教学面临的挑战和机遇。以“飞行器复合材料构件制造技术”专业课程为例，提出了基于受体知识架构和认知规律的教学大纲优化方案，建立科研、生产、教学一体的实时信息网罗模式，建设针对航空航天典型零部件的案例教学框架，开发基于“互联网+”的“线上+线下”的教学模式，并建立多层次教学考核体系。最终建立以学生为本、彰显航空制造特色的具有良性自更新能力的教学生态系统。

关键词：“互联网+”；航空航天制造专业；复合材料制造；教学方法；教学生态系统

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：2096-000X（2017）17-0077-04

Abstract： The rapid development of our aerospace and the arrival of age of the "Internet+" bring lots of challenges and opportunities to teaching of aerospace manufacturing in colleges and universities. This paper analyzes the characteristics of the teaching of aeronautics and astronautics in the new situation， the influence of "Internet +" on "teaching and learning" from ideas， habits， tools and so on， and summarizes the challenges and opportunities of the current aerospace manufacturing teaching. Taking the professional course of "aircraft composite material component manufacturing technology" as an example， this paper puts forward the optimization plan of syllabus based on the structure of cognitive knowledge and cognition， establishes the real-time information snippet model of scientific research， production and teaching. This paper constructs the case teaching framework for typical aerospace parts and components， develops the "online + line" teaching mode based on "Internet +"， and establishes the multi-level teaching evaluation system， for the purpose of finally the establishing student-oriented teaching ecosystem highlighting the characteristics of aviation manufacturing with good self-renewal ability.

Keywords： Internet+； aeronautics and astronautics manufacturing engineering specialty； teaching method； teaching ecosystem

近年來，我國航空航天制造业蓬勃发展，取得了令人瞩目的成绩。作为高科技产业的代表，航空航天制造业繁盛的背后是科学技术的支撑，因此技术革新速度日益迅猛，对航空航天制造人才的知识架构、学习能力、科技理念提出了更高的要求[1]。航空航天制造专业课程的传统教学方式注重课堂知识点传授和基本知识掌握程度的考察，所培养的人才与航空航天制造业人才缺口对接时所暴露的偏差越来越明显，这就呼唤高校传统教学方法的改革，针对当前用人需求，在保留优良工科教学传统的同时，在知识架构、学习能力、科技理念等进行全方位的人才塑形。另一方面，“互联网+”时代的到来，高速无线网络的全方位覆盖、移动智能终端的普及等等深度影响了人们的生活方式和习惯，学生们面临着五彩斑斓的诱惑，各种价值观深入渗透校园，学习时间被不同的兴趣点碎片化分割，给高校教学尤其是航空航天制造专业的教学带来了挑战，但同时也带来了机遇。

本文首先对新形势下航空航天专业课程教学生态进行了分析研究，论证了航空航天制造专业课程改革的必要性与可行性，然后提出该类专业课程教学方法改革的建议，并以本科专业课程“飞行器复合材料构件制造技术”为典型案例，介绍了教学方法改革的具体措施。

一、新形势下航空航天制造专业课程教学生态分析

（一）航空航天飞速发展环境下的专业课程特点

由于航空航天产品的科技含量高、体系复杂、功能繁多、性能要求严格的特性，其制造自然而然成为一个包罗万象的复杂系统工程，随着“中国制造2025”将航空航天装备列入十大重点领域[2]以及工业4.0概念的普及，航空航天制造业朝着智能化、高端化、综合化方向发展，相应的专业课程也继承这些特点，体现出显著的专业性、综合性和复杂性。

以南京航空航天大学飞行器制造工程专业的教学计划为例，该类课程有导论性的（飞行器制造工程新技术导论、飞行器制造工程专业导论），有偏应用基础类的（飞行器制造技术基础、飞机装配协调与容差分配），有面向零件制造技术的（飞机钣金成形技术、飞机钣金成形装备、飞行器复合材料构件制造技术），有面向整个装配技术的（飞机装配技术），也有面向单元技术的（飞机自动钻铆技术）。该些课程对象不同、层面不同、深度和广度也不一，难以简单以某种方法进行完美分类，但这些课程都具有“专、新、散”的特点。

所谓“专”，指的是该类课程明确以飞行器为对象，而飞行器中的结构和相应工艺相比其他产品具有鲜明的特色，同时精度和可靠性要求非常严苛，教学课程或者仅航空航天制造专业独有，或者与其他专业课程相似，但具有自己特殊的要求或侧重。以“飞行器复合材料构件制造技术”课程为例，该课程所谓复合材料制造方法针对的是飞行器使用材料，属于高性能复合材料，以连续碳纤维增强复合材料为主，对成本有较高容忍度，但对材料性能有严格要求，与传统复合材料制造技术有较多不同，对短切纤维等成形工艺需求不大，而对新型热隔膜成形、共固化成形等有较高的要求，加之课堂时间有限，这就要求课堂教学的主次布置更加合理。

所谓“新”，指的是除了部分共性基础内容外，其他内容新，并且更新速度快，飞机、直升机、航天器等飞行器在国家支持下大力发展，各种新材料、新工艺层出不穷，一些原有工艺或方法也在研究者与工程师们的努力下有了新的理解和一定的改良，这些都需要及时反映到专业课程中。以复合材料制造为例，该技术一定程度上体现了制造商的制造能力和其产品先进性，因此复合材料技术飞速发展，每时每刻都有新的制造技术或理念出现并应用，微波固化、真空辅助等低成本制造相继出现并获得认可，热塑性树脂、光敏树脂等新的树脂体系不断出现，这就对课程资源的更新以及学生自学能力提出了更高要求。

所谓“散”，指的是课程资源散，课程资源有一定的类别分散性和空間分散性，并且由于工艺复杂，不同的制造方法的分类原则不一致，学生难以理解、容易混淆。在“飞行器复合材料构件制造技术”课程中，需要学生掌握的有手糊成形、模压成形、热压罐成形、整体成形等，这些都是在工程中成熟的工艺，而这些工藝命名方式有的是根据铺放方式，有的根据固化方式，有的根据对象特点，同时除了成形，还需要对复合材料在飞机装配中的二次加工（制孔、连接等）进行详细介绍，这是所谓类别分散性。不同的生产单位根据自身特点，选择不同的成形工艺进行复合材料的制造，手糊、缠绕、铺丝、微波固化等成形工艺中的新进展需要在不同科研院所、生产单位进行调研整合，这是所谓空间分散性。

这些专业课程的特点导致了教学的难点，从教学目标制定、教学大纲规划到教学资源整合、教学方案确定再到教学过程实施、教学考核、效果评估等，都有着鲜明的特色，也存在着诸多棘手的问题，这就需要教育工作者能够着眼人才塑形、立足专业特色，解放思想，在吸取传统教学经验的基础上，大胆改革制定航空航天制造专业课程的整套教学方案，形成良好的教学生态系统。

（二）“互联网+”时代对传统“教与学”模式的冲击

近年来，社会经济发展和科技革新给人们的日常生活带来了巨大的变化，高校作为高素质年轻人聚集、主导科技发展的主要机构，对发展和革新的感触尤为敏感，高校生态发生了显著的变化，智能终端普及化、学生获取信息的方式多样化、接触的信息量爆炸式增加、外界诱惑不断增大且难以监管，这些变化给教学工作带来挑战的同时也带来了改革方法的契机，要求我们扬长避短，不能固守原有的教学模式，而应该积极探索“互联网+”时代的教学方法。

近年来，随着互联网的应用和智能终端的普及，高校教学生态发生了显著的变化，自2008年以来，MOOCS作为一种新型的学习方式，给教学方法提供了一种全新的思路。MOOCS起源于网络远程教育和视频课程，首次出现于2008年，在2012年井喷，斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工学院等名校几乎同时掀起“慕课”风潮，涌现出了Coursera、Udacity和edX全球三大课程提供商。由此，该年被纽约时报命名为“慕课元年”[2]。慕课风潮在我国多所知名高校涌现。2013年9月，北京大学推出首批七门慕课课程。同年10月，清华大学、上海交通大学也陆续推出系列“慕课”。这一年被称为中国的“慕课元年”[3]。MOOCS落实了学习者的中心地位，拓展了教学的时空界限，具有鲜明的特色，但也具有缺乏思维交流、约束力不够等缺陷，对于某些专业课程并不能直接应用。另外也有不少反对的声音，也有部分国外慕课项目在2013年暂停，从而使很多人对慕课效果产生怀疑和观望，慕课热逐渐降温[2]。慕课是否适合航空航天制造专业课程，如何与现有教学模式对接，值得结合课程特点、学生知识架构等具体分析。

随着2015 年“互联网+”行动计划纳入国家战略，在知识社会创新2.0推动下，互联网与教育的互动与演进必将打造出更加开放的教学环境，催生出教学共同体的崭新样态，在数字化、信息化、智能化的教育环境下促进学生全面自由的个性发展。因此，“互联网+”背景下教学共同体的演进与发展值得进行持续的关注和反思。

（三）航空航天制造专业课程改革的必要性与可行性

黑格尔说，“方法是一种不可抗拒的至高无上的力量”，有效的教学方法是保证教学质量的关键，而课程资源、考核方法都应该是以教学方法为主导的辐射产物并应该服务于教学方法。教学方法不是固定的，而是千变万化、正合奇胜，主要取决于课程具体特点、教学环境、教师学生知识结构和心理特点等因素。

航空航天制造专业课程的特点和“互联网+”时代的教学生态变化使得传统教学过程暴露出诸多问题，以“飞行器复合材料构件制造技术”为例，目前其教学过程中面临的主要问题包括：

1. 传统教学方法不适合课程。复合材料成形技术涉及的技术点也较多并且侧重点不同，难以精确分类，同时由于大飞机、四代机等硬需求，促使其理论研究和工程应用发展速度非常快，传统的“经典教材+固定课件+试卷考核”的教学方法在这门课程的教学中效果差强人意。

2. 教学资源无法适应新的教学方法。复合材料成形技术种类繁多，现有教学资源没有体现航空制造的特色，内容杂而不透，同时由于保密、缺乏总结等原因，航空制造复合材料应用单位的成形技术难以纳入教学资源。

3. 过分看重知识学习，忽略学习能力的培养，考核手段单一，临时抱佛脚、过河拆桥情况严重，难以满足航空航天制造业对人才知识结构和学习能力的要求。

4. 课堂教学枯燥，不能引发学生的兴趣，同时课下充斥娱乐信息、冗余信息、负面信息等，学生未能实现对互联网的有效利用。

各高校的航空航天制造专业依托于优势学科，多为品牌或重点专业，师资力量、科研力量雄厚，与航空航天科研院所均保持良好的合作关系，可以为专业课程改革建立一条校企无缝对接的途径，有利于教学方法的推行和教学资源的整合。在“双一流”建设的大潮下，高校对教学改革的支持力度不断提高，加之网络时代促进思想活跃度的提升，高校领导、督导对教学改革的抱积极态度。另外，不少高校理工科教学改革的经验，也可以提供借鉴，航空航天制造专业近年来在教学改革方面的尝试和成绩，也有助于进一步推动“互联网+”时代教学方法的深化改革。

二、教学方法改革措施

航空航天制造专业课程教学方法的改革不单单是课堂上的改革，也不能仅仅套用慕课模式，而是要从教学大纲设置、教学资源整合、教学方法改进、考核评估方法改革等多方面进行的系统工程。要求航空航天专业依托优势学科，充分调研航空制造领域人才需求和教学特点，探索面向航空制造的专业课程多维度教学资源体系开发模式，制定与之相适应的组织架构、协作方式、开发规范、实施策略、以及评价激励措施，以寻求学科特色专业课程的实效管理途径和长期运行机制。以“教学方法改革→教学资源建设”为重点，以资源建设支持方法改革，以方法改革指导资源建设。

“飞行器复合材料构件制造技术”介绍以复合材料为代表的新材料制造技术，是飞行器制造工程专业的一门重要专业课。随着我国大型客机、大型运输机、重型直升机等项目的进展对复合材料技术的需求，科研院所对复合材料技术的研究越来越热，制造厂对复合材料领域人才的需求也越来越多，这就要求复合材料技术在飞行器制造工程专业人才的知识结构中的比重相应提高，也就使得该课程越来越重要，有潜力成为主干课以及其他专业的选修课。本文以该课程为典型例证，论述新形势下航空航天专业课程教学的具体实施措施。

（一）基于受体知识架构和认知规律的教学大纲优化方案

围绕“飞行器复合材料构件制造技术”专业课程，针对航空制造中复合材料成形的具体特征，考虑学生知识架构和认知规律，在专业认证的统筹下，修订和优化教学大纲。优化课程体系是实现教学目标的第一步，在优化后的教学体系下修订教学大纲是推动教学改革的动力[6]。教师应该发挥积极性，以学生为中心，对其知识架构和接受的教学内容展开深入的教学调研，明确每门课程的要点，去掉相似课程内容重复的部分，添加科学技术的新理论、新进展和新应用。增加对学习能力的要求，让学生练习从网络、书本等途径快速吸取知识并应用的能力，并确定合理的考核方式。“飞行器复合材料构件制造技术”原名“飞行器新结构新材料的制造技术”，原大纲除复合材料成形外还有钛合金等新材料的制造技术，因钛合金内容与其它课程重复，删除钛合金相关内容，更名并且仅围绕复合材料展开，弱化了短切纤维喷射成形等内容，加强了自动铺放技术、整体成形等内容，添加了复合材料装配加工（制孔、连接）等内容，增加了前沿开放性论文综述的要求，使得主题更加明确地面向航空航天制造业，针对性更强，更加强调学生学习能力的培养。

（二）基于“互联网+”的“线上+线下”的教学模式

建立“线上+线下”的教学模式，开发MOOCS课程，以5-15分钟的视频为载体，作为课堂教学的引论，促进学生对本课程理解，激发学生学习兴趣，合理设置小问题，使学生带着问题参与堂课教学，对接“线上”MOOCS教学和“线下”课堂教学，实现二者的优势互补。

侧重传授学生知识脉络并培养网络资源利用能力，有限的课堂时间合理布置章节，注重启发式教学，“不愤不启，不悱不发”。合理选择部分章节实践“翻转课堂”教学，培养学生思考问题、查询资料、解决问题的能力和主动性，预留专门时间进行基于网络资源的前沿复合材料制造方法现状汇总与趋势分析，并指导学生形成科技综述论文。

建立微群等线上沟通途径，方便和学生的答疑解惑、信息交流、前沿追蹤、讨论；建设课程微信平台，包括“课程资源”、“业界新闻”、“学术前沿”、“掌上课堂”等模块，实现课程资源的系统化整理与更新，能够及时向学生的移动终端进行推送，实现其碎片化时间的充分利用。

值得注意的是，“线上”时间的有效利用，一个先决条件是学生的自觉性，其作用相比在传统课堂教学中更为明显，移动终端在学生手中，是在学习还是在过度娱乐，教师完全无法干涉和控制。对课程内容的兴趣、对任课教师的尊敬或喜爱、对国家技术现状的不甘、课堂作业的压力、航空航天报效祖国的理想等等，都对学生“线上”学习的自觉性有着积极作用，必须引起教育工作者足够的重视。

（三）针对航空航天典型零部件的案例教学框架

案例教学法起源于美国哈佛大学，是美国职业教育普遍采用的教学方法之一[7]。所谓案例教学法是指以知行合一、理论联系实践为宗旨，以典型案例为基本素材，将学生引入特定的真实情境中，通过多向互动，重点培养学生的运用知识以及团队合作能力，促使学生充分理解问题的复杂性、变化性和多样性[8]。案例教学法强调以学生为主，重视学生的能力培养，将空对空的被动灌输转变为由于任务需求的主动探索，并强调团队合作，培养学生集体意识，强调互动式教学，让教学与工程直接对接，非常适合于航空航天专业课程的教学。

“飞行器复合材料构件制造技术”专业课程教学中，以某型机中央翼盒或尾翼等典型飞机结构件为案例，组织学生進行讨论法教学，剖析其形状特点、性能要求等，结合课程知识内容，确定合适的成形工艺，并指导学生编制符合航空制造企业规范的制造大纲，使得学生学习所得有厚实的工程落脚点。

（四）科研、生产、教学一体的实时信息网罗模式

航空航天高校与相关科研院所有着长期稳定的合作关系，共同实施诸多项目、联合建设技术中心等等，是航空航天制造专业的优势，同时高校教师本身的科学研究，这些都是教学的有力资源，能够保证教学资源的建设和更新。

在前期良好合作关系基础上，以教学资源建设为目标，调研相关航空制造企业，考虑课程内容的代表性，開发教学案例；建立科研、生产、教学一体的实时化信息网罗模式，将基础知识、视频、学术论文、科普文章等多维度教学资源落实为课程专用电子课件；与一线工作者建立良好的合作关系，课程中后期，联合相关社团、科技处等组织，邀请航空航天复合材料制造一线的工作者进行科普讲座，或介绍一线生产经验，或畅谈应用发展前景，或以典型案例进行讲解，使学生直接获取一线信息，同时以网络平台进行直播互动，对课程和学院起到一定宣传作用。

最后，根据修订后的大纲要求，沉淀教学资源，修订教材内容。该课程删除钛合金成形等章节，更新复合材料成形技术章节，对增补“复合材料构件装配加工”章节。

（五）加强过程考核和能力考核

配合上述教学方法，加强过程考核，在课堂上记录学生参与课堂的热度、课堂测验分数等并落实在考核中，将线上参与度、浏览量落实在考核中；加强对学习能力的考核，通过基于网络资源的前沿复合材料制造方法现状汇总与趋势分析等开放性题目，考核学生学习能力的同时调动自主学习积极性，以考核促进“线上线下”学习。

三、结束语

围绕“飞行器新结构新材料的制造技术”专业课程，针对航空制造中复合材料成形的具体特征，基于“互联网+”思想，建立“线上+线下”的教学模式和考核方法，同时开发相应的教学资源，最终建立以学生为本、彰显航空制造特色的具有良性自更新能力的教学考核生态系统。

在改革实施过程中注意，改革不是目的，要以学生为中心，要考虑到从学生角度看整个培养方案的完整性和协调性，各课程教师认识好该课程在学生培养计划中的重要程度，争取做到对学生时间资源的准确、有效利用，以学科为单位要做好统筹安排，不要出现不同课程争夺学生时间资源，加重学生负担的情况。

参考文献：

[1]沈敏.高等教育国际化背景下航空航天人才培养模式的探究[J]. 中国科教创新导刊，2013（7）：19-19.

[2]國家制造强国建设战略咨询委员会.《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书[M].北京：电子工业出版社，2016.

[3]焦建利，王萍.慕课[M].北京：机械工业出版社，2015.

[4]贺斌.慕课：本质、现状及其展望[J].江苏教育研究，2014（1）：3-7.

[5]吴万伟.“慕课热”的冷思考[J].复旦教育论坛，2014，12（1）：10-17.