“飞行器结构设计原理”课程教学模式改革探索与实践

邓建军　李彦彬　王宁

摘 要“飞行器结构设计原理”课程是高校飞行器设计专业的核心课程，在该专业教学中具有承上启下的关键作用。针对飞行器设计专业的培养目标，结合“飞行器结构设计原理”课程的教学实际情况，在课程教学中创新实施了“梯进式”理论教学模式和“三结合”实践教学模式。教学实践结果表明综合运用这两种教学模式有效提高了课程教学质量，提升了学生综合专业素养。

关键词 教学模式 课程 改革

中图分类号：G424                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.11.049

Exploration and Practice of Teaching Mode Reform of

"Principle of Aircraft Structure Design" Course

DENG Jianjun， LI Yanbin， WANG Ning

（Air Force Engineering University， Xi'an，Shaanxi 710051）

Abstract "Principle of Aircraft Structure Design" is the core course of aircraft design major in colleges and universities， and it plays an important role in the teaching of the major. According to training objectives of aircraft design major and the actual teaching situation of the course， the theoretical teaching mode of "ladder type" and the practical teaching mode of "3-in-1 combination" are innovatively implemented in the course teaching. The result of teaching practice shows that the comprehensive application of the two teaching modes can effectively improve the teaching quality and enhance comprehensive professional quality of students.

Keywords teaching mode; course; reform

在飞行器研制过程中，结构设计具有非常重要的地位和作用，要求结构设计人员具备扎实的基础理论、过硬的实践能力和丰富的设计经验，从而对高校飞行器设计专业“飞行器结构设计原理”课程的教学提出了很高的要求。目前，“飞行器结构设计原理”课程的教学模式一般以课堂讲授为主，更侧重讲解理论知识，教学内容繁杂枯燥，实践学时也相对较少，理论内容和实践内容不能及时融合，导致学生学习兴趣不高，对所学内容不能灵活掌握，这种教学模式不能最大限度地调动学生的积极性和主动性，没有充分体现以学生为本的现代教育理念，为此我们在该门课程的实践教学模式和理论教学模式改革方面进行了有益的探索与实践，显著提升了教学效果。

1 课程特点

“飞行器结构设计原理”课程教学目标是使学生理解飞行器结构设计的基本原理，初步掌握结构设计过程和设计计算的基本方法，培养学员分析和解决飞行器结构设计问题的能力。课程特点主要体现在以下三个方面：

1.1 课程内容知识面广

现代科技提倡创新，但创新首先是基于对传统知识的深入领会与掌握，该课程包含了大量经典飛行器结构设计内容，学习过程中要分析大量的实际工程案例，使学生充分汲取前人的设计经验，结构设计知识还涉及力学、材料、工艺、使用维护、优化设计、计算机软件等多学科知识，还要了解飞行器设计规范与准则，其内容涉及知识面很广。

1.2 知识点之间逻辑关系弱

“飞行器结构设计原理”的课程知识大多来源于工程实践经验的提炼总结，知识点多且并不具有严密的逻辑关系，比如飞行器各种结构形式，其具体构造差异较大，在飞行器上的应用也有较大区别，各种结构形式之间关联性不多，因此学生在学习过程中不容易将课程内容梳理形成清晰的脉络体系，不利于记忆与复习。

1.3 工程实践性强

工程实践性强体现在一方面该课程内容和工程实际结合紧密，是结构设计实践过程的理论升华，在理论学习中就要通过分析大量实际案例获取间接的实践经验;另一方面，工程实践内容仅依靠理论学习难以达成教学目标，还要通过贴近工程实际的实践训练，如课程实验、课程设计等方法，深入地体验实践过程，分析解决实际问题，才能将所学知识与飞行器结构设计实践有效地结合起来，从而将知识融会贯通。

2 建立“梯进式”理论教学模式

针对“飞行器结构设计原理”课程理论繁杂、联系工程实践紧密的特点，在课堂理论教学中创建了“理论认知、实装展示、仿真模拟”循序渐进的“梯进式”教学模式，有效提高了教学质量。

2.1 理论认知

理论认知主要应用“启发式”“参与式”“案例研究式”等多样化的教学方法。以培养学生的思维、创新能力。“启发式”教学是本课程理论教学主要应用的方法，结合介绍背景知识、设置悬念等方法，在课堂讲解中不断将复杂的飞行器结构设计中的问题抛出来引导学生主动思考，实现课堂师生互动，比如多种功用的舱段如何选择其结构方案，学生会有各种回答，再进一步组织学生讨论各种方案优缺点及针对各种飞行器的适用性，加深了学生对课程内容中不同结构方案的理解。此外，为了调动学生的学习积极性，在授课过程中采用“参与式”方法，该方法参照翻转课堂模式的思想，学生在课前自学课程内容，自学中可利用互联网查阅资料，并借助已制作的微课及录制的上课视频进行学习，课堂上教师简要讲述知识要点后，对学生进行答疑，也可以由学生进行讲解，教师进行补充，由此使学生成为课堂教学的主体，学生学习由被动接受转为主动钻研，激发了学生的学习兴趣。针对飞行器结构设计中的一些难点、热点问题，应用“案例研究式”教学方法，让学生主动在课下通过自学、资料查询等途径寻求解决方法，比如设立“飞行器防热结构设计”等研究活动，对这些问题进行深入分析，鼓励学生大胆创新，也可以采取论文或者讨论的形式举行报告会进行讨论，丰富的教学方法保证了在向学生传授知识的同时，培养了学生思考问题、分析问题及创新意识。

2.2 实装展示

“飞行器结构设计原理”课程与实际设备结合紧密，通过设备展示可以加强学生感性认识，我们通过多方努力，新建和完善了飞行器结构陈列室，充分利用飞行器部件实物，安排现场参观教学，要求学生通过参观飞行器部件实物，仔细观察各类飞行器结构实物及实物解剖结构，教学过程中多采用“启发式”和“对比式”教学方法，启发学生利用所学理论知识现场分析并对比各种结构的特点，理解其设计思想，并结合现代飞行器的发展，提出自己的改进建议。比如分析整体式结构的特点，思考其受力元件如何结合舱段实际功用进行布置，随着飞行器速度不断提高及飞行时间不断延长如何改进以适应现代飞行器需求，通过讨论与分析使学生将所学的载荷分析、方案设计、元件布置、剖面形状确定等知识进一步联系起来，将枯燥的理论知识有机的结合起来，也进一步丰富了学生所掌握的结构设计资料。

2.3 仿真模拟

在该门课程课堂教学中通常需要结合实践案例开展教学，对案例的烦琐计算过程在课堂短时间内难以完成，以往讲解只是说明计算思路，并直接展示不同设计情况的计算结果，而只讲设计思路和结果，学生对设计方法与模型理解不深，因此在课堂教学中，用我们开发的飞行器结构快速设计软件调用事先建立的仿真数据文件进行课堂教学现场演示，只需在软件上进行简单的操作即可展示设计过程，这样使学生既能深入了解设计过程，又能直接看到计算结果，这种方式通过引入工程实践的案例，结合结构快速设计软件在课堂上对案例直接快速演示，使学生将设计理论直接和工程实践尽早结合，晦涩艰深的知识点更加清晰易懂。再者教学内容中有很多的结构内部构造、工作原理等难以展示清楚，所以就运用了动画和实际教具模拟实际结构。对难度较大的内容制作多媒体动画，通过三维显示使学生对实际结构能直观地进行分析;积极制作实物教具，如舵的操纵机构组成复杂，工作过程复杂，我们指导学生制作的“飞行器舵面控制操纵系统”教具，直观形象，使学生加深了对课程内容的理解，提升了设计能力。

3 应用“三结合”的实践教学模式

“飞行器结构设计原理”是一门和工程实践联系非常紧密的课程，我们在课堂理论教学中注重将工程实践的案例引入，加强学生理论与实践的联系能力。同时在课程实践教学中应用“三结合”的实践教学模式，对学生的实践能力和主动探索精神的培养起到了促进作用，有效提升了实践教学效果。

3.1 开发实验系统与仿真软件

“飞行器结构设计原理”课程与工程实践贴合紧密，而以往教学中实验设备及实验项目与设计内容针对性不强，偏于结构基础力学实验，为提高设计理论内容教学效果，我们考虑将飞行器结构设计过程通过软件与硬件实现转化为便于开展的实践教学项目，通过调研发现，国内相关院校极少有该类实践教学项目，没有成熟经验可以借鉴。教学团队根据自身专业教学的目标和教学特点，通过技术攻关，开发设计了与课程教学配套的实验设备与软件，实验设备与软件构思新颖、内涵丰富，实验对象既有模拟部件，也有实装部件，实验设备既有通用实验设备，也有专用实验设备，可进行多种自主性、综合性、设计性实验，丰富了飞行器结构设计教学的实践手段。实验系统与软件主要有“飞行器薄壁结构静力实验系统”“飞行器部件静强度实验系统”“飞行器结构动态试验系统”“飞行器结构快速设计软件”等系统与软件。以“飞行器结构快速设计软件”为例，该软件对飞行器结构设计过程中的流程、技术、方法、模型、数据等进行了系统集成，学生可以通过友好的交互界面自行设计各种典型飞行器结构方案，能够快速完成飞行器结构设计与校核，烦琐的计算过程由软件执行，学生集中精力评估方案，大大提高了结构设计的实践教学效果。

3.2 “三结合”实践教学模式

为提高学生的创新实践能力，我们创建了自主与指定实验项目相结合、课外与课内实践结合、实践与职业技能培养相结合的“三结合”实践教学模式。

3.2.1自主与指定实验项目相结合

在实际教学中，我们发现，该课程以往的课程实验项目单一，不能满足因材施教和学生个性发展的需要，也不能充分发挥学生的潜力，学生的综合能力和创新能力也得不到锻炼，因此实践教学过程中，课程实验除了完成指定课程实验项目外，增加了自选实验项目，同时鼓励学生自行设计一些研究性的实验，这样实现实践教学形式多样化。比如翼面的结构设计实践项目，有学生选择翼面结构设计，有学生选择舵面结构设计，也可选择同一结构的不同设计情况进行设计;翼面振动实验，学生可以选择正弦振动试验，也可以选择随机振动试验;自行设计实验可以思考结构设计中的问题，构思形成实验项目，然后进行实验验证，实验室的硬件软件均可以进行不同设置及组合以实现多种实验项目;复杂实验可以以小组进行，锻炼学生团队协作能力。指导老师在学生探究实验的基础上，组织学生讨论实验所获得的结果，可以充分激发学生实践学习的兴趣，体现以学生为本的学习过程。

3.2.2课内与课外实践相结合

指定实验由教师根据理论教学内容的进度及时安排实验教学内容，要求在规定的课堂时间内完成，这些属于课内实验，对于由软件完成的综合性、设计性实验及自选实验项目，仅用课内时间一般不能完成，因此对此类实验采取课内和课外自主完成相结合的原则进行，软件实验也不存在设备损耗及安全等问题，不需要教师的指导与管理，学生只需进行预约，就可在实验室独立进行实验，这样能使学生能灵活安排自己实验时间，也弥补了课程实践教学学时不足的问题，并将学生自主实验情况纳入实践考核成绩，以激发学生自主实验的动力。

3.2.3实践教学与职业技能培养相结合

设备实训课程是培养飞行器相关专业职业技能的重要途径，我们在授课中发现，相当一部分学生对实训课程的重要性认识不足，因此在“飞行器结构设计原理”课程实践教学中，我们安排一部分与设备实训课程内容联系紧密的课程设计题目，通过此类课程设计一方面锻炼了学生理论与实践结合的能力，同时增强了学生对设备实训操作严格要求的意识，使学生认识到精准的操作对保证飞行器性能的重要影响，为后续实训课程学习打下良好基础，从而提高了职业技能培养质量。

4 结束语

我们结合课程特点和针对职业技能需求，在“飞行器结构设计原理”课程教学中实施了“梯进式”理论教学模式和“三结合”实践教学模式，通过教学实践表明，这两种教学模式的综合运用能有效提高教学效果，很大程度上调动了学生学习的积极性，并能培养学生的创新思维，契合当前高等教育的发展趋势，我们需要持续深入地进行教学模式改革，全面提高学生的综合素质。

参考文献

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