基于活化课堂的《安全性分析与适航》课堂教学改革和探索

张超 田薇 王海涛 周勇

摘  要：从提升课堂质量角度出发，提出了基于活化课堂的《安全性分析与适航》课堂教学改革思路，给出了两强化、两减增和两引入等具体实施措施，在课堂教学内容更新、教学方法改进和教学模式改革等方面进行了创新探索，并在西北工业大学航空学院进行了三轮次的课堂教学实践。应用表明，该改革措施可以有效提高学生的学习兴趣和综合能力，在航空工程新工科人才培养方面具有一定的借鉴意义。

关键词：课堂质量;安全性分析与适航;活化课堂

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）14-0078-04

Abstract： For improving the class-teaching quality， the class-teaching reform idea of "Safety Analysis and Airworthiness" based on activating classroom has been proposed. The concrete implementation measures， such as two intensifications， two increments and two introductions， have been given. And the teaching content renewal， teaching method improvement and teaching mode reform， has been carried out three rounds in School of Aeronautics， Northwest Polytechnic University. The application results show that the reform measures can effectively improve students learning interest and comprehensive ability， and have certain references in the training of new aviation engineering talents.

Keywords： class-teaching quality; Safety Analysis and Airworthiness; activating classroom

一、概述

推动课堂革命是坚持以本为本、推进四个回归的重要举措[1]。西北工业大学航空学院开设的《安全性分析与适航》课程主要讲授民用飞机系统安全性分析和适航性评估方法，它是面向新时代以飞行器安全适航为核心的民用航空教育的重要课程之一[2]。从活跃课堂氛围、提高课堂三率（前排率、抬头率和提问率）、提升课堂质量角度出发，本文提出了西北工业大学航空学院《安全性分析与适航》课堂教学改革的思路，通过两强化更新了课堂教学内容、两减增改进了课堂教学方法、两引入改革了课堂教学模式。经过三轮次课堂教学实践，取得了较好的教学效果，具有较强的推广效应。

二、改革措施

（一）教学内容更新

1. 强化民机系统安全性与适航标准的关联。安全性是飞机一种固有属性，是其在正常工作状态和使用环境下不导致人员伤亡、不危害健康及环境、不对飞机或财产造成损害或损坏的能力。适航性是飞机在规定的使用范围和限制内能够安全地开始、保持和完成飞行的特性，它是表明对一些标准和要求的符合性，这些标准和要求是为飞机的设计制造和运营维护达到一定的安全性水平而设定的[3]。离开了标准和要求，适航就无从谈起。适航标准和要求体现的是飞机的“最低”安全要求，飞行器取得适航证只说明它具有安全使用的性质，但能否安全使用还取决于使用后的其他因素。应用适航管理方法解决飞机安全性问题也只是最低的飞机安全工作标准。飞机安全性设计可以高于适航规章所规定的安全标准，但不能低于它。虽然我国的适航标准和适航要求很多，涉及的知识点也很繁杂，但由于航空学院同期开设了专门的《适航理论》这门课。因此，本课程教学内容大幅度弱化了国内外适航管理法规，而是紧紧依托CCAR-25.1309适航标准的安全性要求，强化了民机系统安全性设计评估与适航标准之间的关联，如图1所示。

2. 强化基于二元决策图的故障树分析方法。故障树分析法是系统安全性分析的重要方法之一，它是从要分析的特定顶事件开始，层层分析其发生原因，直到找出事故的底事件为止。传统的故障树是基于布尔代数的分析方法，但该方法定性分析求最小割集和定量分析实现最小割集不交互工作中存在着严重的组合爆炸问题。但Shannon分解可快速实现布尔函数的不交互工作，故障树结构函数通过Shannon分解后得到不交化Shannon分解树，而Shannon分解树可简化为二元决策图，继而利用二元决策图可以快速地实现故障树的定性和定量分析，显著降低计算复杂度，有效解决了组合爆炸问题。二元决策图法目前已成为故障树分析中最主流最有效的方法，并被成功地应用到ReliaSoft和Isograph等安全性分析软件中。因此，本课程适当弱化了基于布尔代数的故障树定量分析法，强化了基于二元决策图的故障树定性和定量分析方法。例如，按图2所示，在分析完布尔代数法和二元决策图法的基本区别后，接着讲授故障树如何快速转换为二元决策图，进而讲授其定性定量和模块化分析方法，学生更容易接受。

（二）教学方法改进

1. 减“适航法规解释”增“案例推演”。适航法规和适航条款很多很繁杂，本课程教學过程中始终坚持民机系统安全性与适航标准的关联原则，减少适航法规条文相关的教学内容，对涉及到安全性设计相关的适航条款尽量用案例推演的方式讲授。例如，讲授关于飞机地面准确停机的适航条款时，就直接利用2018年9月5日首航JD5716航班在南京禄口机场地面滑行入位过程中与相邻74A机位上的东航飞机发生剐蹭事件为案例进行推演，如图3所示，避免了枯燥冗长的适航法规条文，使课堂气氛更为有趣。

2. 减“教师满堂讲授”增“小组研讨”。积极改进每节课的授课环节，避免出现教师“满堂灌”和“满堂问”的情况，力争每堂课讲授的主要知识点都能随堂掌握，对关键知识点和知识难点积极设置一些研讨问题或研讨练习，开展小组研讨或小组共同思考，随堂进行思路研讨和启发，提升学生的创新思维。例如，传统的故障模式影响及危害性分析（简称FMECA）定量分析中一个关键指标是风险优先数（简称RPN），其计算方法是严重度S、发生率O和难检度D三者的乘积，即RPN=S*O*D，但往往会出现虽然严重度S、发生率O和难检度D三者导致RPN相等的情况出现，这种情况后就无法或者准确地对故障模式进行有效排序了，继而影响故障诊断和维修顺序，因此急需寻找新的计算方法来解决这个问题。以“新任务”“新环境”“新技术”为牵引力求实现飞机的安全适航知识点讲授，大力倡导和开展团队式研讨，既能培养学生的自主学习能力，也能培养学生的团队合作能力，还能培养和锻炼学生的展示表达能力。

（三）教学模式改革

1. 引入“课程思政”教育。通过讲授C919适航取证、AG600水陆首飞等跟安全性和适航知识紧密相关的生动实例，阐述中国航空从“跟跑并跑”到“并跑领跑”再到实现“全面超越”的不断进步，在课堂教学中积极开展课程思政教育，培养学生为祖国繁荣和为民族复兴而努力学习的爱国情怀。坚持立德树人，通过讲授“西工大现象”、西工大80周年校庆活动和航空学院“一班三总师”等身边事迹，培养学生为实现航空强国跨越和面向国家重大需求而努力的奋斗精神。通过川航英雄机组先进事迹、首航风切变事件成功处置等一系列中国航空危险克服事例，说明中国航空人水平越来越高，引导学生的自信心，充满对国家的信任感，以及民族自信、文化自信和技术自信。通过讲述身边的故事周洲教授领导的魅影团队立志科研强国的外场实验故事，鼓励大家不忘初心刻苦学习。通过在知识讲授中穿插课程思政教学内容，努力实现课程思政教育和思政课程教育的协同效应，大力培养新时代人才（图4）。

2. 引入“案例分析”考核。积极开展考核模式改革，重点增加实际案例题来检验学生知识掌握情况和应用能力。例如，FMECA一般要经过系统理解、绘制功能框图和可靠性框图、定义严酷度等级、填写FMECA表格、定性分析、定量分析、绘制危害性矩阵、给出改进建议等8个步骤。考核FMECA知识点时，通过选用实际飞机系统（如燃油系统）为例进行检验和考核，使知识学习与实际案例完美结合起来，避免了考前突击和死记硬背式的学习方式，这样学生能真正地掌握安全性分析评估方法。

三、结束语

通过西北工业大學航空学院近三轮次的《安全性分析与适航》课程教学评价和教学质量评估分析，学生普遍反映课堂教学效果显著，学生的创新思维能力和解决问题的能力均得到明显提升，实现了知识传授与创新能力培养前沿技术的协调发展，可供航空工程专业课程的课堂教学进行参考和借鉴。

参考文献：

[1]陈宝生.坚持以本为本，推进四个回归，建设中国特色、世界水平的一流本科教育[C].新时代全国高等学校本科教育工作会议，2018.06.21.

[2]张超，田薇，王海涛，等.面向新工科的《安全性分析与适航》课程教学模式改革与探索[J].高教学刊，2019（1）：119-121.

[3]修忠信.民用飞机系统安全性设计与评估技术概论[M].上海交通大学出版社，2013.