基于活化課堂的《安全性分析與適航》課堂教學(xué)改革和探索

張超 田薇 王海濤 周勇

摘? 要：從提升課堂質(zhì)量角度出發(fā)，提出了基于活化課堂的《安全性分析與適航》課堂教學(xué)改革思路，給出了兩強(qiáng)化、兩減增和兩引入等具體實(shí)施措施，在課堂教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法改進(jìn)和教學(xué)模式改革等方面進(jìn)行了創(chuàng)新探索，并在西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院進(jìn)行了三輪次的課堂教學(xué)實(shí)踐。應(yīng)用表明，該改革措施可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和綜合能力，在航空工程新工科人才培養(yǎng)方面具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：課堂質(zhì)量;安全性分析與適航;活化課堂

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）14-0078-04

Abstract： For improving the class-teaching quality， the class-teaching reform idea of "Safety Analysis and Airworthiness" based on activating classroom has been proposed. The concrete implementation measures， such as two intensifications， two increments and two introductions， have been given. And the teaching content renewal， teaching method improvement and teaching mode reform， has been carried out three rounds in School of Aeronautics， Northwest Polytechnic University. The application results show that the reform measures can effectively improve students learning interest and comprehensive ability， and have certain references in the training of new aviation engineering talents.

Keywords： class-teaching quality; Safety Analysis and Airworthiness; activating classroom

一、概述

推動課堂革命是堅(jiān)持以本為本、推進(jìn)四個(gè)回歸的重要舉措[1]。西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院開設(shè)的《安全性分析與適航》課程主要講授民用飛機(jī)系統(tǒng)安全性分析和適航性評估方法，它是面向新時(shí)代以飛行器安全適航為核心的民用航空教育的重要課程之一[2]。從活躍課堂氛圍、提高課堂三率（前排率、抬頭率和提問率）、提升課堂質(zhì)量角度出發(fā)，本文提出了西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院《安全性分析與適航》課堂教學(xué)改革的思路，通過兩強(qiáng)化更新了課堂教學(xué)內(nèi)容、兩減增改進(jìn)了課堂教學(xué)方法、兩引入改革了課堂教學(xué)模式。經(jīng)過三輪次課堂教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果，具有較強(qiáng)的推廣效應(yīng)。

二、改革措施

（一）教學(xué)內(nèi)容更新

1. 強(qiáng)化民機(jī)系統(tǒng)安全性與適航標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)。安全性是飛機(jī)一種固有屬性，是其在正常工作狀態(tài)和使用環(huán)境下不導(dǎo)致人員傷亡、不危害健康及環(huán)境、不對飛機(jī)或財(cái)產(chǎn)造成損害或損壞的能力。適航性是飛機(jī)在規(guī)定的使用范圍和限制內(nèi)能夠安全地開始、保持和完成飛行的特性，它是表明對一些標(biāo)準(zhǔn)和要求的符合性，這些標(biāo)準(zhǔn)和要求是為飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造和運(yùn)營維護(hù)達(dá)到一定的安全性水平而設(shè)定的[3]。離開了標(biāo)準(zhǔn)和要求，適航就無從談起。適航標(biāo)準(zhǔn)和要求體現(xiàn)的是飛機(jī)的“最低”安全要求，飛行器取得適航證只說明它具有安全使用的性質(zhì)，但能否安全使用還取決于使用后的其他因素。應(yīng)用適航管理方法解決飛機(jī)安全性問題也只是最低的飛機(jī)安全工作標(biāo)準(zhǔn)。飛機(jī)安全性設(shè)計(jì)可以高于適航規(guī)章所規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)，但不能低于它。雖然我國的適航標(biāo)準(zhǔn)和適航要求很多，涉及的知識點(diǎn)也很繁雜，但由于航空學(xué)院同期開設(shè)了專門的《適航理論》這門課。因此，本課程教學(xué)內(nèi)容大幅度弱化了國內(nèi)外適航管理法規(guī)，而是緊緊依托CCAR-25.1309適航標(biāo)準(zhǔn)的安全性要求，強(qiáng)化了民機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)評估與適航標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)聯(lián)，如圖1所示。

2. 強(qiáng)化基于二元決策圖的故障樹分析方法。故障樹分析法是系統(tǒng)安全性分析的重要方法之一，它是從要分析的特定頂事件開始，層層分析其發(fā)生原因，直到找出事故的底事件為止。傳統(tǒng)的故障樹是基于布爾代數(shù)的分析方法，但該方法定性分析求最小割集和定量分析實(shí)現(xiàn)最小割集不交互工作中存在著嚴(yán)重的組合爆炸問題。但Shannon分解可快速實(shí)現(xiàn)布爾函數(shù)的不交互工作，故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)通過Shannon分解后得到不交化Shannon分解樹，而Shannon分解樹可簡化為二元決策圖，繼而利用二元決策圖可以快速地實(shí)現(xiàn)故障樹的定性和定量分析，顯著降低計(jì)算復(fù)雜度，有效解決了組合爆炸問題。二元決策圖法目前已成為故障樹分析中最主流最有效的方法，并被成功地應(yīng)用到ReliaSoft和Isograph等安全性分析軟件中。因此，本課程適當(dāng)弱化了基于布爾代數(shù)的故障樹定量分析法，強(qiáng)化了基于二元決策圖的故障樹定性和定量分析方法。例如，按圖2所示，在分析完布爾代數(shù)法和二元決策圖法的基本區(qū)別后，接著講授故障樹如何快速轉(zhuǎn)換為二元決策圖，進(jìn)而講授其定性定量和模塊化分析方法，學(xué)生更容易接受。

（二）教學(xué)方法改進(jìn)

1. 減“適航法規(guī)解釋”增“案例推演”。適航法規(guī)和適航條款很多很繁雜，本課程教學(xué)過程中始終堅(jiān)持民機(jī)系統(tǒng)安全性與適航標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)原則，減少適航法規(guī)條文相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，對涉及到安全性設(shè)計(jì)相關(guān)的適航條款盡量用案例推演的方式講授。例如，講授關(guān)于飛機(jī)地面準(zhǔn)確停機(jī)的適航條款時(shí)，就直接利用2018年9月5日首航JD5716航班在南京祿口機(jī)場地面滑行入位過程中與相鄰74A機(jī)位上的東航飛機(jī)發(fā)生剮蹭事件為案例進(jìn)行推演，如圖3所示，避免了枯燥冗長的適航法規(guī)條文，使課堂氣氛更為有趣。

2. 減“教師滿堂講授”增“小組研討”。積極改進(jìn)每節(jié)課的授課環(huán)節(jié)，避免出現(xiàn)教師“滿堂灌”和“滿堂問”的情況，力爭每堂課講授的主要知識點(diǎn)都能隨堂掌握，對關(guān)鍵知識點(diǎn)和知識難點(diǎn)積極設(shè)置一些研討問題或研討練習(xí)，開展小組研討或小組共同思考，隨堂進(jìn)行思路研討和啟發(fā)，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維。例如，傳統(tǒng)的故障模式影響及危害性分析（簡稱FMECA）定量分析中一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（簡稱RPN），其計(jì)算方法是嚴(yán)重度S、發(fā)生率O和難檢度D三者的乘積，即RPN=S*O*D，但往往會出現(xiàn)雖然嚴(yán)重度S、發(fā)生率O和難檢度D三者導(dǎo)致RPN相等的情況出現(xiàn)，這種情況后就無法或者準(zhǔn)確地對故障模式進(jìn)行有效排序了，繼而影響故障診斷和維修順序，因此急需尋找新的計(jì)算方法來解決這個(gè)問題。以“新任務(wù)”“新環(huán)境”“新技術(shù)”為牽引力求實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的安全適航知識點(diǎn)講授，大力倡導(dǎo)和開展團(tuán)隊(duì)式研討，既能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，也能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，還能培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的展示表達(dá)能力。

（三）教學(xué)模式改革

1. 引入“課程思政”教育。通過講授C919適航取證、AG600水陸首飛等跟安全性和適航知識緊密相關(guān)的生動實(shí)例，闡述中國航空從“跟跑并跑”到“并跑領(lǐng)跑”再到實(shí)現(xiàn)“全面超越”的不斷進(jìn)步，在課堂教學(xué)中積極開展課程思政教育，培養(yǎng)學(xué)生為祖國繁榮和為民族復(fù)興而努力學(xué)習(xí)的愛國情懷。堅(jiān)持立德樹人，通過講授“西工大現(xiàn)象”、西工大80周年校慶活動和航空學(xué)院“一班三總師”等身邊事跡，培養(yǎng)學(xué)生為實(shí)現(xiàn)航空強(qiáng)國跨越和面向國家重大需求而努力的奮斗精神。通過川航英雄機(jī)組先進(jìn)事跡、首航風(fēng)切變事件成功處置等一系列中國航空危險(xiǎn)克服事例，說明中國航空人水平越來越高，引導(dǎo)學(xué)生的自信心，充滿對國家的信任感，以及民族自信、文化自信和技術(shù)自信。通過講述身邊的故事周洲教授領(lǐng)導(dǎo)的魅影團(tuán)隊(duì)立志科研強(qiáng)國的外場實(shí)驗(yàn)故事，鼓勵大家不忘初心刻苦學(xué)習(xí)。通過在知識講授中穿插課程思政教學(xué)內(nèi)容，努力實(shí)現(xiàn)課程思政教育和思政課程教育的協(xié)同效應(yīng)，大力培養(yǎng)新時(shí)代人才（圖4）。

2. 引入“案例分析”考核。積極開展考核模式改革，重點(diǎn)增加實(shí)際案例題來檢驗(yàn)學(xué)生知識掌握情況和應(yīng)用能力。例如，F(xiàn)MECA一般要經(jīng)過系統(tǒng)理解、繪制功能框圖和可靠性框圖、定義嚴(yán)酷度等級、填寫FMECA表格、定性分析、定量分析、繪制危害性矩陣、給出改進(jìn)建議等8個(gè)步驟?？己薋MECA知識點(diǎn)時(shí)，通過選用實(shí)際飛機(jī)系統(tǒng)（如燃油系統(tǒng)）為例進(jìn)行檢驗(yàn)和考核，使知識學(xué)習(xí)與實(shí)際案例完美結(jié)合起來，避免了考前突擊和死記硬背式的學(xué)習(xí)方式，這樣學(xué)生能真正地掌握安全性分析評估方法。

三、結(jié)束語

通過西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院近三輪次的《安全性分析與適航》課程教學(xué)評價(jià)和教學(xué)質(zhì)量評估分析，學(xué)生普遍反映課堂教學(xué)效果顯著，學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和解決問題的能力均得到明顯提升，實(shí)現(xiàn)了知識傳授與創(chuàng)新能力培養(yǎng)前沿技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，可供航空工程專業(yè)課程的課堂教學(xué)進(jìn)行參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳寶生.堅(jiān)持以本為本，推進(jìn)四個(gè)回歸，建設(shè)中國特色、世界水平的一流本科教育[C].新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會議，2018.06.21.

[2]張超，田薇，王海濤，等.面向新工科的《安全性分析與適航》課程教學(xué)模式改革與探索[J].高教學(xué)刊，2019（1）：119-121.

[3]修忠信.民用飛機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評估技術(shù)概論[M].上海交通大學(xué)出版社，2013.