以行業(yè)需求為導(dǎo)向的“飛行器總體設(shè)計與適航”課程建設(shè)探究

徐兆可，楊士斌，楊建忠

(中國民航大學(xué) 適航學(xué)院，天津 300300)

0 引言

長期以來，全球民用客機(jī)市場主要是空客和波音之間的超級競爭，已形成勢均力敵的“AB雙寡頭”局面，中國的民機(jī)市場也主要是由空客和波音長期割據(jù)。中國民用航空行業(yè)飛速發(fā)展，中國民用航空局發(fā)布《2019年民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》[1]，2019年運輸總周轉(zhuǎn)量1293.25億噸公里，比上年增長7.2%；旅客運輸量65993.42萬人次，比上年增長7.9%；貨郵運輸量753.14萬噸，比上年增長2.0%，民用航空市場對民航客機(jī)的需求量進(jìn)一步增加。我國要實現(xiàn)從“民航大國”向“民航強(qiáng)國”的跨越，國產(chǎn)大飛機(jī)的加入成為其不可或缺的一項先決條件。截止2020年6月10日，ARJ21已經(jīng)累計向成都航空、天驕航空和江西航空三家商業(yè)用戶交付28架，累計開通55條航線，55個通航城市，安全運送旅客超過86萬人次[2]；C919也在緊鑼密鼓地進(jìn)行飛行試驗，以驗證相關(guān)性能[3]。民航客機(jī)進(jìn)入民用航空市場，則必須通過航空器的適航審定，中國民航適航體系、適航審定和適航標(biāo)準(zhǔn)的制定工作起步較晚，參照美國逐步建立了與美國FAR相當(dāng)?shù)倪m航標(biāo)準(zhǔn)體系。然而與歐美相比，中國的適航人才、能力與技術(shù)都還有很大的差距。因此，隨著中國民航業(yè)的快速發(fā)展，飛行器設(shè)計與適航方面的人才需求也必將進(jìn)一步擴(kuò)大。

國內(nèi)開設(shè)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的高校共有26所[4]，還有不少高校也在計劃開設(shè)該專業(yè)，可以預(yù)見，畢業(yè)生的就業(yè)壓力和競爭將會越來越大。在這些高校，“飛行器總體設(shè)計”課程是飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的一門專業(yè)課、必修課；而在中國民航大學(xué)，它是飛行器制造工程專業(yè)的一門專業(yè)課、選修課。需要結(jié)合院校和專業(yè)特色，對飛行器設(shè)計課程的定位、目標(biāo)、內(nèi)容和授課方式進(jìn)行深入研究，以提高學(xué)生就業(yè)和工作的競爭力。目前大多“飛行器總體設(shè)計”課程的授課內(nèi)容主要針對軍用飛機(jī)，且缺少適航模塊和飛行器設(shè)計與適航關(guān)系的相關(guān)內(nèi)容。

本課程建設(shè)旨在突出“民航”特色，課程包括“設(shè)計”與“適航”兩部分內(nèi)容，學(xué)生的目標(biāo)就業(yè)領(lǐng)域是民用飛機(jī)設(shè)計、適航和維修等相關(guān)工程技術(shù)工作。本文以行業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合民航特色，針對機(jī)務(wù)維修專業(yè)，通過添加適航模塊優(yōu)化課程內(nèi)容，基于“雨課堂”教學(xué)工具，通過模塊化教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)、多維度考核評價等方式對“飛行器總體設(shè)計與適航”進(jìn)行課程建設(shè)，幫助學(xué)生深刻理解設(shè)計、適航與維修的關(guān)系并構(gòu)建系統(tǒng)知識，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計、適航與維修的工程技術(shù)能力，滿足設(shè)計、適航與維修等部門的人才需求，提高學(xué)生就業(yè)競爭力。

1 行業(yè)需求

通過實地考察和問卷調(diào)查等方法，詳細(xì)研究了民航領(lǐng)域飛機(jī)設(shè)計、適航與維修部門崗位的招聘以及人才知識能力的需求，發(fā)現(xiàn)不同類型單位對飛機(jī)設(shè)計與適航人才均有較大需求，但是側(cè)重點有所不同。民用航空產(chǎn)品制造商及適航部門關(guān)注總體性技術(shù)指標(biāo)、對總體性能影響較大的參數(shù)選擇以及總體設(shè)計與適航之間的關(guān)系；維修部門則更加關(guān)注設(shè)計和適航中對飛行安全影響較大的細(xì)節(jié)性因素?？傮w而言，設(shè)計與適航部門需要人才掌握飛機(jī)設(shè)計與適航的總體性知識；而維修部門需要人才掌握飛機(jī)設(shè)計與適航環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)性知識。

以行業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合課程性質(zhì)與目標(biāo)，深入研究課程內(nèi)容設(shè)置與教學(xué)方法，將飛機(jī)設(shè)計、適航與維修三部分內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，以培養(yǎng)滿足行業(yè)知識和能力需求的人才。

2 課程性質(zhì)與目標(biāo)

“飛行器總體設(shè)計與適航”是飛行器制造工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。通過該課程教學(xué)使學(xué)生對民用飛機(jī)總體設(shè)計方法、適航技術(shù)有比較全面的了解，對現(xiàn)代民用客機(jī)總體設(shè)計和適航中的核心技術(shù)有明確的認(rèn)識和理解，培養(yǎng)分析和解決系統(tǒng)工程問題的能力。為學(xué)生畢業(yè)后從事民機(jī)設(shè)計、適航、維修等方面的工作奠定必要的專業(yè)理論基礎(chǔ)。

本課程的教學(xué)目標(biāo)是通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解飛行器設(shè)計過程知識體系；民用飛機(jī)設(shè)計與適航的關(guān)系；掌握飛機(jī)的常見總體布局設(shè)計及總體參數(shù)(重量、推重比和翼載)的估算及相互間關(guān)系，理解機(jī)翼尾翼的設(shè)計和氣動特性估算方法，了解機(jī)身設(shè)計方法；掌握飛機(jī)各部件重量重心估算方法；理解飛機(jī)性能分析方法和適航要求，包括起飛著陸性能、爬升下降性能和巡航性能；了解操穩(wěn)特性概念及適航要求，了解飛機(jī)操縱系統(tǒng)設(shè)計與分析方法。能進(jìn)行民用飛機(jī)的總體設(shè)計及性能分析。使學(xué)生能夠勝任民用飛機(jī)設(shè)計、適航和維修相關(guān)工程技術(shù)工作，重在培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力和分組協(xié)作能力。

3 課程內(nèi)容

以行業(yè)需求為導(dǎo)向，合理安排課程內(nèi)容。課程內(nèi)容的設(shè)置緊緊圍繞飛機(jī)總體設(shè)計過程(見圖1)，在達(dá)成課程目標(biāo)的同時，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中能對飛行器設(shè)計過程有更深刻的理解。課程內(nèi)容包括：(1)總體布局；(2)機(jī)身設(shè)計；(3)總體參數(shù)；(4)飛機(jī)氣動布局設(shè)計；(5)重量與平衡；(6)性能分析；(7)操穩(wěn)特性；(8)飛機(jī)操縱系統(tǒng)設(shè)計與分析。其中飛行器設(shè)計的基本要求和適航性條例是飛行器的設(shè)計依據(jù)，作為飛行器總體設(shè)計的輸入；總體布局階段確定飛機(jī)的構(gòu)型；機(jī)身設(shè)計階段確定飛機(jī)駕駛艙/客艙布置以及前中后機(jī)身外形，機(jī)身參數(shù)會影響到總體參數(shù)的確定和尾翼外形的設(shè)計；然后確定總體參數(shù)，包括起飛重量，推重比和翼載荷等；再依次確定發(fā)動機(jī)、機(jī)翼外形和尾翼外形，包括發(fā)動機(jī)的推力特性和油耗特性、機(jī)翼的翼型和平面形狀，以及尾翼的面積和外形數(shù)據(jù)；最后形成初步方案并對相關(guān)特性進(jìn)行分析與評估，以驗證其是否滿足設(shè)計和適航要求。若滿足要求，則完成總體設(shè)計過程；若不滿足要求，則分析原因，返回對應(yīng)環(huán)節(jié)重新設(shè)計優(yōu)化。

圖1 飛行器總體設(shè)計過程

如圖1所示，適航是飛行器總體設(shè)計的輸入，同時在方案分析與評估階段，重量特性、氣動特性、動力特性、性能分析、操穩(wěn)特性等需要滿足適航要求，若某項特性不能滿足適航要求，則需要返回對應(yīng)環(huán)節(jié)重新設(shè)計優(yōu)化。在涵蓋了傳統(tǒng)的飛行器設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的同時，梳理對應(yīng)的適航知識，添加適航模塊，突出民航特色。

維修部分屬于前續(xù)課程內(nèi)容，添加維修與設(shè)計的關(guān)系、維修與(持續(xù))適航的關(guān)系相關(guān)內(nèi)容，幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)性的知識。

4 教學(xué)方式的設(shè)計

以行業(yè)需求為導(dǎo)向，采用模塊化教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，可有效提高學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜工程分組協(xié)作的能力，滿足行業(yè)需求，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。利用雨課堂教學(xué)工具，以線上線下混合式教學(xué)的模式，提高模塊化教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)的教學(xué)效率和效果。

4.1 以學(xué)生為中心的模塊化教學(xué)

圖2 課程模塊

以行業(yè)需求和學(xué)生職業(yè)規(guī)劃為導(dǎo)向，基于“寬基礎(chǔ)、活模塊”的教育模式，從以人為本，全面育人的教育理念出發(fā)，在全面掌握本課程中總體設(shè)計與適航知識與能力的基礎(chǔ)上，根據(jù)行業(yè)不同領(lǐng)域所需知識與能力劃分模塊[5]，不同模塊與不同需求相對應(yīng)，同時又有機(jī)統(tǒng)一。課程模塊構(gòu)成如圖2所示。課程主要分為設(shè)計和適航兩大模塊，其中設(shè)計模塊包含總體性設(shè)計(總體布局、總體參數(shù))和部件設(shè)計(機(jī)身、機(jī)翼、尾翼)模塊，總體性設(shè)計模塊對應(yīng)設(shè)計與適航部門的需求，部件設(shè)計模塊對應(yīng)維修部門的需求。適航模塊包含初始適航和持續(xù)適航模塊：初始適航是適航管理部門對飛機(jī)的設(shè)計和制造環(huán)節(jié)所進(jìn)行的審查、鑒定、監(jiān)督和管理，初始適航模塊對應(yīng)設(shè)計與適航部門的需求；而持續(xù)適航是針對飛機(jī)使用和維修環(huán)節(jié)的審查、鑒定、監(jiān)督和管理，持續(xù)適航模塊對應(yīng)維修部門的需求。

利用雨課堂教學(xué)工具，調(diào)研分析學(xué)生對課程的期望以及針對行業(yè)需求的職業(yè)規(guī)劃，基于行業(yè)和學(xué)生需求，對課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化教學(xué)，在教學(xué)過程中不同模塊知識點各有側(cè)重。每節(jié)課前推送預(yù)習(xí)課件，同時了解學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容所涉及模塊和內(nèi)容的興趣和疑問；課堂教學(xué)過程中，結(jié)合授課內(nèi)容在雨課堂工具上實時提問，鼓勵學(xué)生發(fā)送彈幕主動提問；課后對雨課堂數(shù)據(jù)報表進(jìn)行分析，以了解學(xué)生對本節(jié)課知識的掌握情況；每一模塊結(jié)束后，充分利用雨課堂習(xí)題集和討論區(qū)功能，深化該模塊知識與能力的掌握；在全面理解飛行器總體設(shè)計過程的基礎(chǔ)上，重點掌握求職意向行業(yè)/部門所需的知識模塊，并在大作業(yè)任務(wù)中承擔(dān)該模塊對應(yīng)的工作。

以學(xué)生為中心，以行業(yè)需求為導(dǎo)向，基于雨課堂教學(xué)工具，開展模塊化教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高教學(xué)質(zhì)量。同時通過各模塊的串聯(lián)，有助于學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)性知識。

4.2 “兩主一線”任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)

采用“兩主一線”即“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體、任務(wù)為主線” 的教學(xué)模式[6]，布置民用飛機(jī)總體設(shè)計大作業(yè)作為本課程主要任務(wù)，學(xué)生分組協(xié)作，合力完成民用飛機(jī)的設(shè)計工作，培養(yǎng)學(xué)生的復(fù)雜工程能力和協(xié)作交流能力。根據(jù)飛行器總體設(shè)計的過程，大作業(yè)主要分為兩個部分——概念設(shè)計部分和方案分析與評估部分?？刹捎媒y(tǒng)計數(shù)據(jù)、經(jīng)驗公式、工程估算公式、參數(shù)敏感分析、地毯圖、總體分析軟件等方法，最終提交初步方案的三面圖和可行性論證報告。設(shè)計與分析評估有機(jī)結(jié)合，共同構(gòu)成飛行器總體設(shè)計的循環(huán)回路。設(shè)計為分析評估提供參數(shù)輸入，分析評估為設(shè)計反饋性能滿足情況。需要成員之間有良好的溝通交流，才能保證設(shè)計任務(wù)的完成效率與效果。

由學(xué)生自行分組，每組3～5人，各有一個組長，組長由組員共同選定，組長統(tǒng)一協(xié)調(diào)各組內(nèi)的任務(wù)分配。分組完成后，將分組情況及各組員工作任務(wù)輸入到雨課堂，方便統(tǒng)一管理。作業(yè)根據(jù)課程內(nèi)容細(xì)化成飛行器設(shè)計中的問題，逐步完成飛行器設(shè)計任務(wù)；教學(xué)過程中，每一模塊內(nèi)容結(jié)束后，學(xué)生即可進(jìn)行該部分飛行器的設(shè)計工作任務(wù)，同時可將作業(yè)任務(wù)完成過程及時展示在雨課堂。如果碰到問題，可通過雨課堂討論區(qū)或其他方式隨時與老師同學(xué)溝通交流。通過任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力，加深學(xué)生對飛行器設(shè)計與適航的理解，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

同時在課堂開始之初將大作業(yè)任務(wù)發(fā)布于雨課堂教學(xué)工具的習(xí)題集模塊，并詳細(xì)介紹任務(wù)安排，使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中根據(jù)模塊教學(xué)內(nèi)容自行進(jìn)行任務(wù)分解。大作業(yè)任務(wù)安排一直存在于雨課堂習(xí)題集中，學(xué)生可隨時查看，以任務(wù)為主線，結(jié)合課程內(nèi)容完成相關(guān)任務(wù)。

以行業(yè)需求和學(xué)生職業(yè)規(guī)劃為導(dǎo)向，通過作業(yè)任務(wù)細(xì)分，與教學(xué)模塊對應(yīng)，由學(xué)生在小組內(nèi)選擇自己感興趣的模塊和任務(wù)，將任務(wù)驅(qū)動式和模塊化教學(xué)有機(jī)結(jié)合，從而提高教學(xué)質(zhì)量，滿足行業(yè)知識和能力需求。

5 角色扮演答辯，多維度考核評價

采用多維度的考核評價機(jī)制，根據(jù)平時表現(xiàn)、作業(yè)任務(wù)完成度和答辯情況等，從知識學(xué)習(xí)、溝通交流、發(fā)現(xiàn)問題解決問題能力、組織協(xié)調(diào)等多個維度對學(xué)生進(jìn)行評價考核。

考核內(nèi)容包含平時成績(占比30%)和大作業(yè)成績(占比70%)兩部分。平時成績由任課教師主要依據(jù)考勤、作業(yè)、平時表現(xiàn)等進(jìn)行評定；平時表現(xiàn)主要包括遇到問題與老師的交流情況和交流后對問題的理解情況以及雨課堂報表的反饋，屬重點考核內(nèi)容。大作業(yè)考核主要包括最終設(shè)計方案、分析報告和答辯情況。飛行器設(shè)計方案需要滿足設(shè)計要求和適航要求，分析報告合理。分小組答辯，組長對大作業(yè)的情況做整體答辯，每位組員(包含組長)對各自的工作做詳細(xì)答辯。最終大作業(yè)成績由以下幾部分組成：對作業(yè)的整體評定，按一定權(quán)重分配給所有組員；對各組員(包含組長)的匯報進(jìn)行評定，按一定權(quán)重分配給所有組員；對組長的評定，由老師按一定權(quán)重分配給各組長；組長對組員的評定，由組長對本組成員平時表現(xiàn)、工作量和難易程度進(jìn)行評定，由老師按一定權(quán)重分配給組員。

在答辯過程中，3個小組再組成一個考核大組，每個小組輪流扮演“工業(yè)方”“審查方”和“維修方”，由“審查方”和“維修方”作評委，“工業(yè)方”進(jìn)行答辯?！皩彶榉健笨己恕肮I(yè)方”的大作業(yè)設(shè)計方案是否滿足適航要求，“維修方”考核“工業(yè)方”設(shè)計方案是否滿足維修性。角色扮演答辯方式，讓學(xué)生身臨其境體驗飛機(jī)適航審定的過程，同時深化對“設(shè)計”和“適航”模塊知識的掌握與理解，更進(jìn)一步構(gòu)建學(xué)生的知識體系。

基于角色扮演的答辯方式和多維度的考核評價機(jī)制，充分地調(diào)動了學(xué)生的自主性、積極性和參與感，使學(xué)生獲取知識的同時對未來職業(yè)發(fā)展有更明確的認(rèn)識，以滿足行業(yè)相應(yīng)的知識和能力需求。

6 結(jié)語

本文在現(xiàn)有飛行器設(shè)計課程內(nèi)容基礎(chǔ)上，以民航領(lǐng)域行業(yè)需求為導(dǎo)向，添加適航模塊，優(yōu)化設(shè)置課程內(nèi)容，利用雨課堂教學(xué)工具，通過以學(xué)生為中心的模塊化教學(xué)和“兩主一線”任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方式和多維度考核評價機(jī)制，探討“飛行器總體設(shè)計與適航”課程教學(xué)與考核新模式，充分發(fā)掘?qū)W生的自主性、積極性和參與感，在完成飛行器總體設(shè)計的同時，對設(shè)計、適航和維修三者關(guān)系有更深入的了解，從而有利于構(gòu)建完整的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計與適航的復(fù)雜工程能力和溝通協(xié)作能力，滿足民航領(lǐng)域和飛行器設(shè)計部門的人才需求，提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。