《航空发动机结构分析》课程教学改革初探

宁培杰

摘 要：文章重点分析《航空发动机结构分析》的课程特点，结合学生的认知规律和课程育人目标，针对教学改革提出几点措施。运用多种现代化的教学资源，力求把枯燥的传统灌输式教学模式转变成以学生为中心的启发式教学模式，以提升教学效果。再结合课程在航空航天领域的特殊地位，有机融入爱国、敬业等课程思政元素，全面落实课程的立德树人目标。

关键词：航空发动机 AR 教学改革 课程思政

中图分类号：F061.3；G642.0

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2023）07-184-03

一、引言

《航空发动机结构分析》是飞行器动力工程专业的核心课程，其主要内容是介绍发动机结构的基本组成、工作原理、设计准则、工艺特征等。通过本门课程的学习，学生可以掌握发动机各主要部件的结构特征和工作特性，能够系统性地学习发动机各部件和子系统之间的协同工作原理，为进一步学习发动机原理、发动机控制等相关课程奠定良好基础。

在传统的教学模式下，教学效果欠佳，部分学生反映教学内容枯燥、教学方式单一，学生的学习兴趣不高。通过分析与总结，针对传统教学模式存在的不足，笔者认为主要存在以下几点原因：

1.课程的知识体系繁杂。《航空发动机结构分析》具有很强的工程应用背景，是一门多学科交叉融合的课程，涉及机械设计、生产制造、材料力学、燃烧学、传热学、流体力学等学科知识。学生需要较好地掌握上述相关基础学科的知识，才能在学习专业课程时融会贯通，这对学生的知识储备提出了较高的要求。

2.教学方式单一。传统的教学方式主要是老师教、学生学的灌输式教育，这种教学模式侧重于课堂讲授，以知识解析、难点答疑、作业练习、笔试考核等方式开展。然而好的教学模式应该是以学生为中心，根据学生的知识储备、认知特点、学习兴趣定制有针对性的教学方法，以提高学生学习新知识的效率，同时要能够培养学生运用专业知识解决工程问题的能力。

3.缺乏实践经验。学生在日常的学习和生活中，较少有机会看到发动机零部件实物，也很难近距离接触研发、生产、装配、维护等一线工作，缺乏实践经验。仅靠教材中的二维图片，不易认知零部件的真实结构。为了解决这些问题，亟需在教学方法上做出有针对性的创新。

4.教学资料陈旧。在目前使用的经典教材中列举的发动机款式较为陈旧（部分发动机款式早已退役多年），所介绍的部分技术如今已过时。随着科技的发展，各种新技术不断涌现。课堂的教学内容应紧跟当前行业的发展动态，让学生了解新技术的发展趋势。

二、教学改革措施

针对传统教学模式的不足，结合现代化的教学手段，对本课程的教学模式进行改革：以学生为中心，结合学生的学习特点，制定契合学情的教学方法，以提升学生自主分析专业工程问题的能力为主要教学目标。

1.拓展线上渠道。丰富的教学资源是线上教学的主要优势。以慕课为例，学生可以在线观看老牌航空航天院校推出的精品课程，如：《航空发动机结构分析与设计》《航空发动机燃烧学》《航空发动机故障诊断》等。通过学习相关的细分学科，可以丰富学生的专业知识体系，提升其专业素养。

除了精品课程之外，图书、论文、新闻报道、技术论坛、影像资料等都是优质的学习资料。为了丰富学生的学习资源，可以通过特定的奖励方式鼓励学生搜集和分享各类学习资料，以此引导师生积极探索优质的学习资源。

2.优化实践环节。在传统的教学模式下，本课程的实践教学以参观发动机的静态结构为主，学生动手机会少，这不利于学生学习结构设计的关键知识和发动机设计理念。这种实践教学方式在培养学生的专业技能上收效甚微。

为了提升教学成效，应适当增加课程中实践环节的比重。本专业目前有2台WP-6涡喷发动机、3台WJ-5涡桨发动机以及1台JT-8D涡扇发动机用于实践教学。在拆装实训中，要求每位学生自主完成零部件的拆卸、装配工作，主要包含叶片、轮盘、机匣、转子、燃烧室等。通过丰富实践环节的内容，可以加深学生对专业知识的理解。例如通过拆装燃烧室，可以了解火焰筒的结构，学习传焰管、点火器、旋流器、燃油喷嘴等零部件的工作原理。

3.丰富教学手段。随着计算机技术的发展，虚拟现实技术被逐渐引入航空发动机的研发工作中。通过VR、AR技术的使用，可以提升研发效率、降低研发成本。

本专业搭建了供学生实训用的发动机AR实训平台，手机和电脑均可登录。该平台包含4个主要功能模块：认知、原理、拆装和考核。在“认知”模块下，学生可以360°观察各发动机零部件的结构，提升了学习效率。“原理”模块通过文字说明、语音解说和动画演示，清晰展示发动机各环节的工作原理。“拆装”模块提供发动机主要零部件的拆装实训功能，学生通过拆装练习，学习发动机主要部件之间的装配关系，了解发动机的装配流程。在学习上述内容后，学生可以在“考核”模块中答题，以检验自己的学习成果。

通过AR技术建立丰富的发动机模型库，让学生学习不同的設计理念和新技术。学生可以在手机APP上运用碎片化的时间学习，既激发了学生的学习兴趣，也提高了学习效果。

除了发动机AR实训室之外，本专业还建设了空气动力学虚拟仿真实验室（基于VR技术），学生可以在计算机上开展虚拟气动实验。实验中空气的流动以流线、箭头等可视化的方式呈现，层流、湍流等流动状态清晰可见，再辅以文字、动画和语音讲解，学生可近距离观察各种各样的空气动力学现象，加深对气体动力学的理解，从而提升教学效果。

4.改善考核方式。传统的课程考核方式以考试（笔试）为主，而笔试的命题形式较为固定，考试结果主要反映学生对知识点的理解与记忆情况，分数的高低难以反映学生的专业能力水平。

为了重点考查学生的分析能力，应调整课程考核方式。在过去两个年度的教学中，均采用答辩的方式进行考核。学生自由组队（3人以内），根据自己的兴趣选择一款航空发动机，针对该发动机在研发、生产、运营、维护、结构特点、工作特性等方面的情况进行分析，并撰写结课小论文。该考核方式以学生为中心，既能培养学生的团队协作意识，也能激发学生的主动性，结合所学的专业知识，讲解发动机在设计和使用过程中遇到的工程问题，重点考核了他们自主分析问题的能力。这种考查方式更能体现学生的专业综合能力，受到学生的普遍好评。

三、课程思政元素分析

在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记特别强调了思想政治工作对高等教育的重要影响。大学的立身之本在于立德树人，要帮助青年学生树立正确的世界观、价值观和人生观，培养“有理想、有道德、有文化、有纪律”的新时代大学生。

课程思政是教学改革的重要组成部分。航空发动机作为飞机的心脏，是航空航天事业的动力保障，是国防军事力量的重要支撑，发动机的自主研发能力对提升国防安全意义重大。本课程具有丰富的思政元素，授课时有机融入思政教育，可以提升学生的思想道德修养，有助于达成立德树人的课程育人目标。

1.以国际视野为眼。在教学过程中，通过介绍通用电气、普惠、罗尔斯·罗伊斯等世界著名的发动机制造商，分析国际发动机市场的竞争格局，剖析现有格局背后的国家政治博弈，引导学生拓宽国际视野。通过美俄竞争的例子，强调国家力量在国际政治舞台中一锤定音的作用，引导学生了解世界竞争格局，树立大局观，进而培养居安思危的意识。

2.以科学态度为心。以超音速客机为例，说明超声速进气道对提升发动机性能的重要作用。通过对比欧洲“协和号”和俄罗斯Tu-144超音速客机的运营情况，说明发动机性能对飞机安全、可靠、高效飞行的重要性。进而强调：实事求是、尊重科学是科研事业的基本要求；基础扎实、工作踏实是项目安全开展的坚定基础；科学、严谨的研究态度是科研工作顺利开展的重要保障。每一个航空航天项目都是一个复杂的系统工程，必须考虑多方因素的相互制约，坚持精益求精、认真负责、脚踏实地、科学严谨的工作作风。

3.以家国情怀为骨。结合航空发动机发展史，重点介绍行业发展的重大事迹，让学生了解航空航天事业对社会发展的重要贡献。例如以C919为例，重点强调航空产业对国民经济、国防安全的关键支撑作用，提升学生对课程和专业的重視程度，增强学生的专业兴趣。

在讲授涡轴发动机时，以我国自主研发的高性能AES100民用涡轴发动机为例，强调关键技术自主可控的重要性，增强学生对专业的热情。通过分享我国航空航天事业的重大成果，激发学生的集体荣誉感和民族自豪感，培养爱岗敬业、爱国爱家的精神内核。

4.以航空航天精神为魂。1968到1978年间，高歌教授在青海沙漠地区工作。他通过观察沙丘的月牙形状，研究沙丘保持稳定的原理，在此基础上发明了沙丘驻涡火焰稳定器。这款稳定器提高了燃烧效率与火焰稳定性，降低了流体阻力和振荡损失，推广使用后大幅提高了发动机的合格率，使中国在这一技术领域进入世界前列。通过了解高歌教授的先进事迹，引导学生学习他勤于探索、勇于创新、治学严谨的宝贵品质，培养艰苦奋斗、敢于创新、锲而不舍、勇于担当的拼搏精神。

四、结语

在过去两年的教学实践中，教学小组不断引入新的教学手段，通过线上渠道、AR技术、拆装实训等方式丰富教学方法，将专业知识以更清晰的形式呈现给学生，降低学习难度，提升教学效果。采用以检验学生能力为核心的考查方式，帮助学生培养工程问题分析思维。在教学过程中有机融入课程思政元素，引导学生树立正确的人生观和价值观，培养品学兼优的有志青年。

参考文献：

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[3] 习近平在全国高校思想政治工作会议上强调把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面［N］.人民日报，2016-12-09（01）

[4] 程子彦.C919或拉动万亿美元产业链价值[J].中国经济周刊，2017（19）：54-56.

[5] 高歌.沙丘驻涡火焰稳定器发明经过[J].北京航空学院学报，1986（02）：17-25.

（作者单位：桂林航天工业学院 广西桂林 541004）（责编：吕尚）