“就地取材”的小木桥修补制作教学实践环节设计

张永杰，万小朋，王海涛

（西北工业大学 民航学院，陕西西安 710072）

作为航空专业教育的重要组成部分，专业课实践教学环节起到了极为重要的作用，尤其是对于强调工程实践能力的航空设计与维修专业人才培养[1-3]。近年来，为了提高学生对于理论知识的理解与应用能力，国内许多院校开展了航空专业课程实践教学方法创新和教学模式改革的研究[4-7]，达到了理论认知与专业技能同步提升、“知行并进”的实践教学目标[8-11]，构建了高水平的航空专业课程实践教学体系[12-16]，为高水平航空专业课程建设提供了实践技能“练兵场”和创新思维“大舞台”[17-18]。经过多年的航空专业实践教学经验积累和总结，本文以航空专业人才培养和行业需求为牵引，以航空专业课程实践教学改革为目的，设计了“就地取材”的小木桥修补制作教学实践环节，培养学生运用理论知识进行传力分析、修补设计、改进优化、动手实践等综合创新能力，提出了面向制作过程的全流程考核方式，形成了合理的量化评价标准，并形成了完整的“知行合一”的实践教学考核体系。通过该教学实践环节设计和实施过程的展示，期望能够为丰富航空专业实践教学内容、改进实践教学方法、提升实践教学水平提供参考。

1 “就地取材”的小木桥修补制作教学实践目标

为了提升航空专业本科学生对飞机薄壁板杆结构及其维修方法的认知水平，教师设计小木桥修补制作的教学实践环节，明确小木桥基本功能、承载要求、修补要求、制作材料和工具、制作周期、制作优劣判定标准等制作要求和评价标准，学生需要在规定时间内独立或者组队完成小木桥制作；教师和学生可以通过专题研讨、课下讨论、承载能力测试、集中点评等多种方式完成小木桥修补制作实践任务。如在学生居家上网课期间，可鼓励学生“就地取材”，利用家里现有的材料完成小木桥修补制作。教师在课堂上讲评小木桥的设计、校核、改进设计等分析计算任务，采取合适的讲评方式和方法，以达到提高教学实践环节中学生参与度的目的。通过该教学实践环节培养学生运用理论知识进行传力分析、修补设计、改进优化、动手实践等综合创新能力。

2 “就地取材”的小木桥修补制作教学实践环节方案设计

通过多年来在航空专业实践教学环节中的实施与改进，不断细化和完善小木桥修补制作实践环节，现将“就地取材”的小木桥修补制作教学实践环节实施步骤总结如下（主要流程如图1 所示）。

图1 “就地取材”的小木桥修补制作实践环节方案设计流程图

Step1：学生自由组合分组，每组人数控制在5人以内最佳。

Step2：教师提出了小木桥的基本功能、承载要求、修补要求、制作周期、制作优劣判定标准等，为学生提供了两根断开的木条、一根修补材料木条、一张A4 打印纸、胶水等小木桥修补制作材料，以及裁纸刀和电子秤等小木桥修补制作工具。如在学生居家上网课期间，教师应鼓励学生“就地取材”（如用筷子作为小木杆等），利用家里现有的材料完成小木桥修补制作。

Step3：各组开展小木桥修补设计，约一周时间。

Step4：开展专题研讨课，对每组设计进行分析和讨论，视分组数量多少，可以选择课上或者课后进行。

Step5：各组开展小木桥修补改进和优化设计，约一周时间。

Step6：优化设计后的专题研讨课，对每组设计进行分析和讨论，视分组数量多少，可以选择课上或者课后进行。

Step7：各组开展小木桥修补第二轮改进和优化设计，约一周时间。

Step8：学生分组开展小木桥修补制作，约一周时间。

Step9：对各组制作的小木桥进行承载能力测试，记录破坏前的最大承载重量和小木桥的自重，以最大承载重量和小木桥自重的比值作为小木桥修补制作的承载效率优劣评判标准。

Step10：学生分组对小木桥修补设计、制作过程、测试结果等环节进行总结，鼓励学生完成“小木桥修补制作实践报告”。

3 “就地取材”的小木桥修补制作教学实践实施

以2021 年秋季学期的结构维修与适航课中实施的小木桥修补制作实践教学为例，展示“就地取材”的小木桥修补制作教学实践实施过程。将99 名学生分为20 组，开展小木桥修补制作，首先，任课教师为每组学生提供两根已断开的木条（每根长度为30 cm）、一根作为修补材料的木条（长度为60 cm）、一张A4 打印纸、胶水等小木桥修补制作材料，以及裁纸刀和电子秤等小木桥修补所需的制作工具。其次，按照上节给出的实施步骤，学生分别开展了小木桥修补设计，利用课上、课间和课下时间，完成了两轮小木桥修补改进和优化设计以及动手制作，期间，教师组织组内学生对每组设计方案进行分析和研讨。最后，任课教师组织全体学生对各组制作的小木桥进行承载能力测试，并对每组小木桥的承载效率优劣进行点评。

4 “就地取材”的小木桥修补制作教学实践环节考核方法

以全方位、启发式和探究式等考核理念为牵引，针对小木桥修补制作实践教学环节，有针对性地设计了全流程考核方式，形成了合理的量化评价标准。在小木桥修补制作的全流程考核方式中，注重小木桥修补设计和优化设计过程、制作过程和承载能力三个方面。目前执行的小木桥修补制作评价标准如表1 所示，选取小木桥修补制作过程中的3 个关键节点，即小木桥修补设计和优化设计方案、制作出成品的完整性、小木桥的承载能力测试，作为综合评判小木桥修补制作实践教学环节的考核点，分项打分，加权求和，在各组学生提交的“小木桥修补制作实践报告”基础上给出每组学生的最终实践成绩。该实践环节成绩可单独作为实践类课程的考核成绩，也可作为某一门或某一类专业课的课程实践成绩合并到学生的课程成绩中。

表1 小木桥修补制作评价标准

5 教学成效分析

目前，“就地取材”的小木桥修补制作教学实践环节已经应用于西北工业大学民航学院开设的结构维修与适航等4 门专业课，受到了任课教师和学生的一致好评，主要教学成效总结如下。

（1）通过小木桥修补制作教学实践环节，有效提升了学生运用理论知识开展传力分析和优化设计的能力，为了修补出承载效率最佳的小木桥，学生需要运用结构力学、材料力学、飞行器结构设计等方面的专业知识，结合平面薄壁板杆结构受力特征，给出传力路径最佳的小木桥修补结构设计方案。

（2）通过小木桥修补制作教学实践环节，有效提升了学生的动手制作能力，除了要给出承载效率最佳的小木桥修补设计方案外，学生还要使用规定的木条、纸张和胶水等材料完成小木桥的修补制作，不仅考验学生动手操作的精细度和准确性，还体现了学生的具象化思维能力和工艺协调能力。

（3）通过小木桥修补制作教学实践环节，有效提升了学生的综合创新能力，在整个小木桥修补制作过程中，学生不仅要不断调整和优化设计方案，而且要合理规划和使用有限的制作材料；为了提出别出心裁的设计方案，学生更要充分考虑制作过程中可能的失败和各步骤所花费的时间，所以在规定的时间内完成极具创新性的小木桥成品是学生综合能力的体现。

6 结束语

为了全面考查学生对航空专业理论知识和实践教学内容的掌握程度，本文设计了“就地取材”的小木桥修补制作教学实践环节，以设计并制作具有一定承载能力的小木桥为题目，按照预先设定的制作要求和评价标准，将学生分为若干小组，分组完成轻质木桥修补结构的设计和制作，并通过试验验证小木桥的承载能力。为了提高学生（尤其是多人组队学生）的参与度，激发每位学生的创新潜力，以过程考查、技术指导、可行性研讨等多种组织形式，在课上、课间和课下对小木桥的设计、校核、改进设计等各个环节进展进行展示和交流。针对小木桥修补制作实践教学环节，设计了全流程考核方式和量化评价标准，全面系统考查学生对教学实践环节的掌握程度，形成了完整的“知行合一”的实践教学考核体系，达到了“知行并进”的教学效果。期望通过本文的介绍，能够为相关学科的专业课程实践教学环节设计和创新改革提供借鉴。