面向航空裝備體系的航空材料學(xué)課程教學(xué)創(chuàng)新

聶祥樊 李軍 何衛(wèi)鋒

[摘 要]隨著軍隊(duì)改革的深入推進(jìn)，軍隊(duì)院校教學(xué)職能正在向裝備實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)轉(zhuǎn)變，要求教學(xué)內(nèi)容能夠緊貼軍事裝備、戰(zhàn)場環(huán)境和服役情況。航空材料學(xué)課程是飛行器與動力工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)類必修課。根據(jù)航空材料學(xué)課程內(nèi)容、特點(diǎn)以及目前存在的教學(xué)問題，筆者探索出一種問題牽引式案例教學(xué)方法，將航空材料學(xué)知識和空軍實(shí)際裝備及其服役情況高度融合，在了解掌握飛機(jī)、發(fā)動機(jī)相關(guān)材料學(xué)專業(yè)知識基礎(chǔ)上，促進(jìn)專業(yè)知識向?qū)嶋H裝備使用與維護(hù)技能轉(zhuǎn)變，提高學(xué)員未來航空兵機(jī)務(wù)崗位的裝備維護(hù)技能和任職能力。

[關(guān)鍵詞]實(shí)戰(zhàn)化教學(xué);航空材料學(xué);案例教學(xué);問題牽引;裝備體系

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）02-0042-03

伴隨國防軍隊(duì)全面深化改革的步伐，軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力生成模式和軍隊(duì)院校教學(xué)職能正在悄然變化，軍隊(duì)院校教學(xué)職能正在向緊貼裝備、緊貼戰(zhàn)場的實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)轉(zhuǎn)變[1]，這要求軍校教員在教學(xué)過程中必須將課本知識與實(shí)際裝備及應(yīng)用狀況等緊密結(jié)合，同時(shí)要求軍校學(xué)員將對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為對實(shí)際裝備的使用與維護(hù)技能的掌握。航空材料學(xué)課程是空軍工程大學(xué)飛行器與動力工程專業(yè)本科生的一門學(xué)科基礎(chǔ)類必修課，是后續(xù)金工實(shí)習(xí)、飛機(jī)與發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、飛機(jī)與發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等專業(yè)課程的基礎(chǔ)和鋪墊[2]，更是空軍航空兵機(jī)務(wù)專業(yè)技術(shù)軍官急需掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識。

但是，由于航空材料學(xué)課程知識寬泛、學(xué)科交叉、復(fù)雜抽象、晦澀難懂，導(dǎo)致出現(xiàn)學(xué)員學(xué)習(xí)積極性和效率不高、教學(xué)效果不理想、整體教學(xué)質(zhì)量不高等諸多問題[3]。另外，以材料知識體系為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)員與實(shí)際航空裝備體系脫節(jié)，難以支撐學(xué)員畢業(yè)后在航空兵機(jī)務(wù)崗位的裝備維護(hù)技能培養(yǎng)和任職能力發(fā)展。因此，急需針對航空材料學(xué)課程內(nèi)容、特點(diǎn)、教學(xué)要求和目標(biāo)以及目前存在的教學(xué)問題，探究有的放矢的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)積極主動性，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

本文將航空材料學(xué)知識與空軍實(shí)際裝備體系相結(jié)合，提出問題牽引式案例教學(xué)方法，在案例分析中講授材料學(xué)專業(yè)知識，在問題解決中傳授實(shí)際裝備技能，從而有效提高課程趣味性和整體教學(xué)質(zhì)量，為空軍航空兵部隊(duì)培養(yǎng)具有扎實(shí)知識基礎(chǔ)和較強(qiáng)實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才。

一、航空材料學(xué)課程性質(zhì)與特點(diǎn)

航空材料學(xué)課程是空軍工程大學(xué)本科飛行器與動力工程專業(yè)于大學(xué)三年級開設(shè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)類必修課，主要研究材料晶體結(jié)構(gòu)、相圖、位錯(cuò)理論、塑性變形理論、熱處理原理、蠕變理論以及航空常用材料（金屬/合金材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料等）的成分、組織結(jié)構(gòu)、性能、工藝、用途及其相互關(guān)系，是一門理論和實(shí)踐并重的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)專業(yè)課程打下基礎(chǔ)，在整個(gè)學(xué)科體系中起到承上啟下的重要作用。

航空材料學(xué)課程內(nèi)容涉及的基礎(chǔ)理論微觀且抽象，其中微觀可至晶胞中原子排列，而且這種晶體結(jié)構(gòu)難于直觀感受;涉及的基本術(shù)語、圖表和工藝方法多，記憶和理解任務(wù)重;跨越物理、化學(xué)、力學(xué)、材料等多個(gè)學(xué)科，所需知識寬泛且相互交叉。該課程內(nèi)容具有概念多公式少、定性多定量少、敘述多推理少的“三多三少”特點(diǎn)。由此使得教學(xué)難度較大，學(xué)員學(xué)習(xí)困難較多，部分學(xué)生在整個(gè)課程學(xué)習(xí)過程中往往達(dá)不到預(yù)期效果和目標(biāo)要求。此外，該課程不僅理論知識寬泛難懂，而且具有很強(qiáng)的操作實(shí)踐性，需要與實(shí)際航空裝備使用與維護(hù)緊密關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)員崗位任職能力。因此，在實(shí)際課程教學(xué)過程中需要將理論知識與航空裝備體系緊密結(jié)合，形成理論與實(shí)踐并進(jìn)的教學(xué)方法。

二、教學(xué)現(xiàn)狀與問題分析

（一）知識結(jié)構(gòu)抽象難懂，挫傷學(xué)員學(xué)習(xí)積極性

講授基礎(chǔ)理論知識時(shí)，雖然教員通過理清知識邏輯架構(gòu)，并按照其內(nèi)在邏輯關(guān)系進(jìn)行知識講授，可以幫助學(xué)員在腦中搭建理論知識體系，但是由于學(xué)員材料學(xué)知識基礎(chǔ)較為薄弱，往往缺乏全局理解能力，加上理論知識抽象難懂，使得學(xué)員接收的知識碎片化，理解不透徹，嚴(yán)重打擊學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性。

（二）講授偏于灌輸教學(xué)，堆積學(xué)員眾多學(xué)習(xí)問題

目前這種講授灌輸式教學(xué)方法下，教員雖然能系統(tǒng)、清晰地講述課程知識，但學(xué)員接受能力有限，往往只能理解部分內(nèi)容，對知識掌握的深度不夠，甚至未能掌握其重點(diǎn)和難點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)員學(xué)習(xí)問題逐漸積累增多，知識掌握率不高。

（三）過多偏重理論知識，忽視學(xué)員學(xué)以致用技能

雖然目前教學(xué)內(nèi)容已涵蓋了飛機(jī)、發(fā)動機(jī)的大部分航空材料類別，但在講授合金鋼、高溫合金、輕合金（鋁、鎂、鈦）、高分子材料、復(fù)合材料和隱身材料時(shí)，常常只針對某種或幾種常用牌號材料進(jìn)行詳細(xì)講述，但有些牌號材料雖常用但已過時(shí)甚至不再使用，未考慮當(dāng)前實(shí)際航空裝備的材料體系，導(dǎo)致所學(xué)材料學(xué)專業(yè)知識不能有效支撐裝備維護(hù)技能的培養(yǎng)和發(fā)展。

三、探究問題牽引式案例教學(xué)方法

本文提出的問題牽引式案例教學(xué)方法是針對上述教學(xué)現(xiàn)狀及問題提出的一種組合式教學(xué)方法，主要借鑒了案例式和問題牽引式教學(xué)方法，將航空材料學(xué)專業(yè)知識與實(shí)際裝備體系相結(jié)合，以裝備實(shí)例為依托進(jìn)行相關(guān)航空材料學(xué)知識講授。

（一）案例式教學(xué)方法

基本思路是以實(shí)際案例為基礎(chǔ)，通過教員收集相關(guān)案例信息，總結(jié)分析案例中涉及的課程知識點(diǎn)，將知識點(diǎn)嵌入案例流程中，完成總體架構(gòu)設(shè)計(jì);然后在案例教學(xué)過程中鼓勵(lì)學(xué)員積極參與討論，激勵(lì)學(xué)員獨(dú)立思考和創(chuàng)造，促進(jìn)雙向交流，引導(dǎo)學(xué)員變注重知識為注重能力，從而在案例學(xué)習(xí)和理解中掌握相關(guān)知識點(diǎn)的同時(shí)，完成知識向能力的轉(zhuǎn)變[4-6]。

（二）問題牽引式教學(xué)方法

基本思路是以精心設(shè)計(jì)的問題為牽引，引導(dǎo)學(xué)員積極思考探索問題的內(nèi)在原因;尋找并提出解決問題的方法，進(jìn)行解決方案的可行性論證，并優(yōu)化解決方案;最后引出科學(xué)合理的解決方案，獲得更好的實(shí)施效果[7-8]。教育心理學(xué)研究結(jié)果表明，學(xué)生的創(chuàng)造性思維和積極應(yīng)對方案都是由問題開始的，并在問題解決過程中得到顯著發(fā)展。問題牽引式教學(xué)方法通過提出問題、思考分析和解決問題來鍛煉學(xué)員思維能力，能激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣和熱情，促進(jìn)學(xué)員主動思考、執(zhí)行和創(chuàng)造，在相互討論交流中加深對問題的認(rèn)識和理解，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)效率和創(chuàng)新能力[9]。

（三）裝備化教學(xué)

基本思路是以現(xiàn)役空軍航空裝備體系為基礎(chǔ)，通過調(diào)研了解實(shí)際裝備所用航空材料，根據(jù)所用航空材料種類和牌號整理相關(guān)航空材料學(xué)知識，形成與裝備體系相對應(yīng)的航空材料知識體系[10]。另外，根據(jù)航空兵部隊(duì)反饋的裝備服役情況和故障數(shù)據(jù)，分析總結(jié)故障失效原因及其解決措施，讓學(xué)員在航空裝備體系及相關(guān)案例中學(xué)習(xí)材料學(xué)專業(yè)知識，從失效原因及解決措施中掌握航空機(jī)務(wù)崗位技能。

（四）問題牽引式案例教學(xué)方法

基本思路是綜合采用上述“兩種方法、一種結(jié)合”，對航空材料學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、形式、方法進(jìn)行大膽創(chuàng)新嘗試，從實(shí)際航空裝備出發(fā)，反向設(shè)計(jì)航空材料學(xué)知識體系，以裝備案例為總體架構(gòu)，將相關(guān)材料學(xué)專業(yè)知識有機(jī)地嵌入裝備案例中，形成一個(gè)承載微型材料學(xué)知識體系的裝備案例[11-12]。在案例教學(xué)過程中，又將有關(guān)知識嵌入的微型知識體系進(jìn)行分解，在重點(diǎn)和難點(diǎn)位置進(jìn)行問題設(shè)置，通過課堂上提問和交流討論將知識點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，從而讓學(xué)員在思考、回答問題過程中將知識點(diǎn)轉(zhuǎn)化為自己的知識體系。

這種教學(xué)方法一方面可以讓學(xué)員在實(shí)際裝備案例中學(xué)習(xí)專業(yè)知識，提高教學(xué)趣味性，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)積極性;另一方面通過提出問題、分析原因、互動交流討論、提出解決方案等進(jìn)行知識點(diǎn)講授，有效防止學(xué)員問題的積壓，顯著提高學(xué)員學(xué)習(xí)效率和整體教學(xué)質(zhì)量;最后，由于教學(xué)內(nèi)容涉及的航空材料學(xué)知識點(diǎn)都來自實(shí)際航空裝備體系，而且從裝備服役情況和失效數(shù)據(jù)中讓學(xué)員了解掌握航空材料服役過程中具體故障失效原因及解決措施，大大促進(jìn)了學(xué)員內(nèi)在專業(yè)知識向崗位技能的轉(zhuǎn)化。

四、問題牽引式案例教學(xué)方法的實(shí)例

為了更好地理解問題牽引式案例教學(xué)方法，本文以“不銹鋼”章節(jié)作為實(shí)例進(jìn)行說明。首先，“不銹鋼”章節(jié)內(nèi)容主要包括不銹鋼概念、類型、化學(xué)成分、力學(xué)性能、用途及應(yīng)用問題等知識點(diǎn)。下面就依據(jù)問題牽引式案例教學(xué)方法進(jìn)行“不銹鋼”內(nèi)容講授，具體教學(xué)步驟如下：

（一）導(dǎo)入環(huán)節(jié)，引出航空裝備實(shí)例

某型航空發(fā)動機(jī)上大量使用不銹鋼材料制造導(dǎo)管、作動筒等部件，其中有一種燃?xì)鈱?dǎo)管經(jīng)常在導(dǎo)管出氣口釬焊部位發(fā)生裂紋故障，每年最少發(fā)生10起，嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)可靠性，甚至影響飛行安全。航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)鈱?dǎo)管故障的提出必然可以引起學(xué)員濃厚的興趣，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性，從而營造良好的教學(xué)氛圍。

（二）講授環(huán)節(jié)，介紹知識架構(gòu)體系

根據(jù)航空發(fā)動機(jī)燃?xì)鈱?dǎo)管涉及的不銹鋼材料，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，將“不銹鋼”章節(jié)所涉及的所有知識點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，依據(jù)知識點(diǎn)內(nèi)在邏輯建立不銹鋼知識微體系，并搭建出整個(gè)微體系的各級知識架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不銹鋼概念、類型、化學(xué)成分、力學(xué)性能、用途等知識點(diǎn)的有機(jī)整合。

（三）設(shè)問環(huán)節(jié)，建立問題邏輯鏈

根據(jù)不銹鋼知識微體系和各級知識架構(gòu)，明確重要知識點(diǎn)和邏輯主線，針對重要知識點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)問題，并通過邏輯主線進(jìn)行各個(gè)知識點(diǎn)的串聯(lián)。例如：什么是不銹鋼？為什么稱之為不銹鋼？不同種類不銹鋼不同之處在哪里，它們的特點(diǎn)及用途是什么，在航空裝備服役中存在什么問題？此外，這些問題在上一節(jié)課需要提前告訴學(xué)員，讓他們課前可以積極思考，查閱資料，主動預(yù)習(xí)。

（四）提問環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)員思考討論

課堂講授過程其實(shí)就是對上述問題進(jìn)行一一解答的過程，當(dāng)然是有順序有邏輯性地依次串聯(lián)解答。例如，什么是不銹鋼這個(gè)問題就可以從概念角度講述，并與一般合金結(jié)構(gòu)鋼對比;為什么稱之為不銹鋼這個(gè)問題則從腐蝕原理和抗腐蝕措施進(jìn)行講授;不銹鋼種類則結(jié)合不銹鋼化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行對比、分析;裝備服役中的問題就可以呼應(yīng)一開始的燃?xì)鈱?dǎo)管實(shí)例，進(jìn)行裂紋故障原因分析和討論，充分調(diào)動學(xué)員進(jìn)行發(fā)散思考和解決方案擬定，最后結(jié)合裝備實(shí)際維護(hù)措施及其內(nèi)在原理進(jìn)行問題解答。

（五）鞏固環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)員深化拓展

傳統(tǒng)講授型教學(xué)方法只是通過課后作業(yè)讓學(xué)員對重要知識點(diǎn)進(jìn)行回顧和強(qiáng)化，知識碎片化，學(xué)生難于在腦中形成知識體系，導(dǎo)致最后掌握程度不高、印象不深。問題牽引式案例教學(xué)方法則不同，課后布置的是一個(gè)案例式的分析任務(wù)，這將促使學(xué)員按照知識微體系進(jìn)行問題分析和提出方案，相當(dāng)于腦中重新將重要知識點(diǎn)和邏輯主線走了一遍，在腦中再次搭建“不銹鋼”知識微體系，從而大大提高學(xué)習(xí)效率和成效。

五、問題牽引式案例教學(xué)方法的實(shí)施成效

（一）圍繞實(shí)際裝備案例開展教學(xué)，激發(fā)學(xué)員興趣與學(xué)習(xí)積極性

在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，以航空兵部隊(duì)實(shí)際裝備案例為依托，可以大大激發(fā)學(xué)員的興趣和好奇心，引導(dǎo)學(xué)員積極探索，主動尋求答案，促使學(xué)員在心中建立起學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識的渴望。這種教學(xué)方法不但使學(xué)員學(xué)習(xí)熱情和主動性得到顯著提高，整個(gè)教學(xué)氛圍和教學(xué)質(zhì)量也會得到大幅提升，而且可以增強(qiáng)學(xué)員對航空裝備的客觀認(rèn)識和了解。

（二）通過問題牽引優(yōu)化知識架構(gòu)，在思考討論中提升學(xué)員學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量

教員巧設(shè)問題，將知識體系分解為若干重要知識點(diǎn)，并通過其內(nèi)在邏輯關(guān)系將所有問題進(jìn)行串聯(lián)，達(dá)到“消支強(qiáng)干，突出重點(diǎn)，明確邏輯，建立體系”的目的。通過環(huán)環(huán)相扣問題的交流討論，學(xué)員學(xué)會關(guān)鍵知識點(diǎn)的邏輯串聯(lián)，加深了對知識點(diǎn)的理解掌握，不僅提高了學(xué)員學(xué)習(xí)效率，同時(shí)提升了學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力。教學(xué)效果不僅體現(xiàn)在課堂交流討論上，也體現(xiàn)在課前預(yù)留問題促進(jìn)學(xué)員主動查閱資料、思考問題上，還體現(xiàn)在課后案例分析任務(wù)幫助學(xué)員進(jìn)行微知識體系重構(gòu)和鞏固上，從課前、課堂、課后三個(gè)階段共同提高教學(xué)質(zhì)量。

（三）緊密結(jié)合航空裝備體系，有效促進(jìn)專業(yè)知識向崗位技能轉(zhuǎn)化

結(jié)合航空裝備的實(shí)際案例，使問題牽引式教學(xué)實(shí)效更加凸顯，進(jìn)一步增強(qiáng)問題討論的針對性和實(shí)用性，讓問題和知識體系更加直觀、易理解，利于學(xué)生對相關(guān)專業(yè)知識的掌握。通過裝備故障失效分析和解決方案討論，真正將掌握的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際裝備使用和維護(hù)技能。

綜上，通過實(shí)際裝備案例激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，通過問題牽引提高學(xué)員思考分析和交流討論的能力，整個(gè)教學(xué)過程給學(xué)員留出了充分的思維空間。通過科學(xué)設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)員去想、去學(xué)、去研究，掃除過去講得過多、過全，學(xué)生不用動腦筋的弊端，真正培養(yǎng)學(xué)員學(xué)習(xí)能力和專業(yè)技能素質(zhì)。

六、結(jié)束語

問題牽引式案例教學(xué)方法以裝備案例為總體架構(gòu)，綜合采用了案例式和問題牽引式教學(xué)方法，將相關(guān)航空材料學(xué)專業(yè)知識有機(jī)地嵌入裝備案例中，形成一個(gè)承載微型材料學(xué)知識體系的裝備案例。問題牽引式案例教學(xué)方法從實(shí)際裝備案例中學(xué)習(xí)專業(yè)知識，提高教學(xué)趣味性，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)積極性;從提出問題、交流討論、分析原因、提出解決方案中進(jìn)行知識點(diǎn)講授，顯著提高學(xué)員學(xué)習(xí)效率;從裝備服役情況和失效數(shù)據(jù)中掌握航空材料服役過程中具體失效原因及解決措施，促進(jìn)學(xué)員內(nèi)在知識向崗位技能的轉(zhuǎn)化;有力支撐軍隊(duì)院校裝備實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)軍官的專業(yè)知識素質(zhì)和崗位任職能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]