新工科背景下线上线下混合式教学改革探究——以飞行器结构设计课程为例

李国举，刘战合，张昕喆，田秋丽，王 菁

（1.郑州航空工业管理学院航空宇航学院 河南 郑州 450046；2.郑州航空工业管理学院经济学院 河南 郑州 450046）

1 概述

在互联网、人工智能等技术迅速崛起的背景下，以培养学生扎实的理论基础和工程实践综合能力为目的的新工科课程改革势在必行。而传统的工科专业课程一般采用单一的线下课堂教学模式，学生只能按照教学安排被动学习，整个教学活动和安排都是以教师为中心展开，限制了学生学习的主动性和创新性。混合式教学综合了线下课堂集中学习和线上自主学习的优势，将课前、课中和课后整个学习环节完全贯通，成为当前新工科背景下最行之有效的教学模式之一。

在现代飞行器研制过程中，结构设计占有至关重要的地位。结构设计人员一般需要同时具备扎实的基础理论和过硬的工程实践能力，从而对高校飞行器设计与工程专业“飞行器结构设计”课程的教学提出了更高的要求。为此，本文分析了当前飞行器结构设计教学模式存在的问题，并探讨了线上线下混合式教学改革内容和具体实施方法。

2 飞行器结构设计课程教学模式存在的问题

2.1 课堂内容以基础理论知识为主，工程项目实践内容不足

当前，飞行器结构设计课堂内容主要以理论知识点的讲解为主，在线下课堂上采用PPT形式开展基础知识概念的学习，由于缺乏与理论知识对应的典型工程项目实践内容，使得学生无法面向实际工程项目问题进行有效分析，从而无法锻炼学生利用所学理论知识解决实际工程问题的能力。且现代飞机新结构日新月异，飞行器结构设计课程内容中的应用案例与现实工程案例脱节严重，严重影响了学生对理论知识学以致用的能力。因此，有必要将线下课堂内容重新设计，建设面向科技前沿的项目案例库，引导学生综合运用基础理论知识解决工程项目案例问题，从而实现以学生为主体的线下启发式课堂学习。

2.2 课程理论知识宽泛零散，多学科交叉融合不足

飞行器结构设计课程相关理论知识涵盖了空气动力学、飞行器总体设计、工程力学、飞行器制造装配工艺、流体力学、飞行器结构力学等课程相关知识内容。目前，飞行器设计课程内容仅仅对这些理论知识按照知识相关性进行了先后简单罗列，整体知识结构相对宽泛，知识点内在关联性不强，无法满足新工科建设对多学科融合和创新能力的培养要求。且实际工程案例不同，背后涉及的专业理论知识差别较大，有必要对飞行器结构设计理论知识内容按照工程项目案例涉及的核心知识点重新梳理成互相关联又彼此独立的模块化知识体系，并利用线上课程学习进度灵活自由、可以随时随地开展的优势，形成模块化的线上课程理论模块。

2.3 线上线下定量考核相对独立，一体化定量评价机制不健全

在实际开展混合式教学改革实践时，国内高校一般是将传统的线下集中学习和线上教学进行简单混合来开展教学，导致线上学习与线下学习内容联系不够紧密。尤其是线上线下的过程性评价相对独立，无法激励和引导学生主动将线上理论学习和线下启发式工程案例实践进行有效结合。因此，有必要引入线上线下一体化过程性评价机制，将线下学生参与问题讨论、分析和解决问题的过程和线上视频学习、章节测验、发帖讨论纳入一体化考核，从而打通线上、线下评价壁垒，促进线上线下混合式学习深度融合。

3 飞行器结构设计课程线上线下混合式教学改革内容

3.1 以工程实践能力培养为目标——飞行器设计项目案例资源库建设

重点围绕飞行器结构重难点关键科学问题开展的技术实施过程进行项目案例建设，培养学生的科研学术水平和钻研精神。在教学团队指导学生开展毕业设计过程中，有选择地将飞行器结构设计相关的优秀毕业论文进行梳理，重新反馈到课程教学内容中去。有针对性地采用飞行器结构设计理论知识指导大一到大三学生参加创新创业比赛并将参赛获奖的项目案例进行整理反馈到课堂教学内容上来。最后以团队成员主持和参与的飞行器结构设计相关的纵、横向项目中的案例和航空维修产业的工程化实践案例为依托建立飞行器结构设计相关工程项目案例资源库，为线下开展项目案例启发式教学提供素材。

3.2 以项目工程案例背景知识为导向——线上多学科融合理论模块重构

复合型应用人才培养要求将课程知识点与工程项目背景结合，让本专业学生在工程案例中感受学科知识的重要性并提高通过理论知识解决工程问题的综合能力。充分发挥团队教师多学科背景优势，融合飞行器结构力学模块、总体设计模块、制造维修模块和现代飞行器综合设计模块理论知识并以有限元法融合飞行器结构设计思路和理念，讲解飞机机翼、尾翼中的蒙皮、翼肋、桁条等元件如何进行结构优化设计和校核分析，介绍飞机起落架在降落时的冲击性能以及起落架金属结构材料的抗疲劳校核、设计过程。

3.3 以线上线下一体化定量评价为基准——线上线下案例式教学方法设计

为了引导和激发学生的自主学习积极性，教师必须建立工程项目案例牵引的反转课堂教学模式设计，充分发挥学生学习中心的地位，组织引导学生开展以解决工程案例问题为导向的线上理论知识的自主学习。同时，在线下形成专门的学习兴趣小组进行团队协作实践。探索启发式教学设计来最终完成由教师为中心到学生为中心的学习主体过渡，并配合建立线上线下一体化过程性定量考核可视化平台，使得每位学生能随时查看自己的过程性成绩、激发学生对线上线下知识的自觉融合学习。同时，过程性定量评价也可以帮助老师及时发现学习有困难学生，及早解决学习困难，培养学生多学科知识的融合和解决实际航空维修相关工程问题的综合能力。

4 飞行器结构设计课程线上线下混合式教学实施过程

开展新工科背景下的飞行器结构设计课程线上线下混合式教学模式改革，必须建立面向学生综合能力提升的工程项目案例资源库，从而为学生线下集中学习提供项目实践素材。同时，必须同步建立多学科、专题化的理论课程模块供学生在线上自主学习，将线下案例与线上理论知识进行融合。

4.1 面向学生综合能力培养的工程项目案例资源库建设

追踪飞行器结构设计方向最新科研成果并用以指导学生毕业设计，掌握最新的研究方法，并将优秀毕业论文内容整合成项目案例资源，重点围绕查阅文献、整理总结文献以及形成自己的课题方向并逐步实现开展案例建设。利用课程相关知识指导学生参与大学生创新、创业比赛，追踪最新的新概念结构设计飞行器，结合比赛中指导学生和获奖的作品进行案例建设，项目案例重点围绕培养学术创新能力和创新思维开展。积极与西北工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学、北京理工大学等航空重点院校以及航空企业开展纵、横向项目合作，并将项目内容转化为横向课题项目案例反哺教学。深入到学生专业实习实训的合作单位内调研机务维修产业发展、最新的工程案例问题以及航空相关单位产业发展和工程案例，结合飞行器设计工程专业学生的培养方案和课程体系，构建包含民航CCAR-147航空器维修内容的工程案例，培养契合我校学生就业实际的面向民航航空维修产业的工程实践能力。

4.2 多学科、专题化的线上理论模块课程内容建设

为使学生形成理论知识关联性较高的专题知识模块，需要结合我校飞行器与设计工程专业学生的整体基础水平，发挥本团队老师不同学科背景优势，围绕飞行器设计相关创新、创业比赛项目背景专业知识形成飞行器总体模块设计理论知识模块。围绕教学团队老师主持和参加的结构设计相关的纵、横向课题项目案例库项目背景专业知识形成飞行器结构力学理论知识模块。围绕与学生专业实习实训有关的航空维修实习基地内的航务维修产业工程化实践案例背景专业知识形成飞行器制造维修理论知识模块。最终围绕飞行器设计专业优秀毕业论文案例库项目背景专业知识形成现代飞行器综合设计理论知识模块并制作成视频课，利用泛雅在线课程平台建设理论知识相关的线上作业库和试题库，供学生根据课程案例背景知识开展自主学习。

4.3 线上线下一体化定量考核平台建设

综合教学团队成员拥朋多年一线教学经验并借鉴西北工业大学、北京航空航天大学等双一流高校航空课程过程定量化考核机制，尝试打通线上课程过程性定量评价、线下学生平时表现过程性评价以及期末笔试考试三者之间关联。首先课程成绩组成包含线上课程学习成绩、线下平时表现成绩和期末理论考试成绩三块，且在线课程和线下平时成绩比重不低于总成绩比重的50%。在实际线下课程中插入线上随堂练习和章节测验环节，考查学生对理论知识的掌握情况，在实际线下教学活动中注重团队内协作和团队外竞争能力的培养，增加学习小组之间以及行政班级之间对知识点应用的PK 环节分数比重，使得学生平时成绩中小组式团队协作量化考核比重占到平时总成绩的70%以上。为了学生能实时查看个人线上及线下平时成绩，需要设计开发线上在线课堂学习和线下平时成绩二维一体的过程性定量可视化教学平台软件，使得教师能够随时掌握学生线上、线下的学习进度和效果，随时改进教学过程，最终达成学生综合能力提升的课程培养目的。

5 结语

在“新工科”建设的大背景下，对航空本科高校开设的专业课程培养目标提出了更高的要求。因此，本文在对飞行器结构设计课程当前存在问题系统分析的基础上，提出了线下启发式案例式教学实践贯通线上理论知识模块的章节测验和随堂练习，通过组织学生成立学习小组，在组内进行团队协作，组外相互竞争来完成教学任务，使学生具备扎实的理论基础、过硬实践能力和良好的创新能力等综合能力。