空氣動力學(xué)及飛行原理考核模式改革與實踐*

韓 偉 ， 牟紅剛

（江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134）

空氣動力學(xué)及飛行原理是江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空發(fā)動機(jī)維修技術(shù)、飛機(jī)機(jī)電設(shè)備維修技術(shù)等多個航空航天專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在學(xué)生能力培養(yǎng)和知識結(jié)構(gòu)體系中起著承上啟下的重要作用。但由于該課程較為抽象，公式定理繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大，教學(xué)效果往往不甚理想。近年來，為提高教學(xué)質(zhì)量，各高校紛紛開展課程改革，而目前的課程改革研究大多是集中在教學(xué)改革方面[1-4]，如翻轉(zhuǎn)課堂、“線上”+“線下”混合式教學(xué)、項目化教學(xué)等，對于課程考核模式的討論則相對較少[5]。本課題組就此展開探討。

1 考核模式現(xiàn)狀

江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2016 年成立，辦學(xué)定位為民航特色高等職業(yè)院校，存在師資力量缺乏，且以35 歲以下年輕教師居多，以及實驗室建設(shè)剛起步，教學(xué)資源不足等問題。因此，在進(jìn)行課程考核方式改革時，不能盲目追求“高大上”的效果，而應(yīng)根據(jù)該校實際情況，結(jié)合航空發(fā)動機(jī)維修技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，探索一套符合該校特點的課程考核模式。

在此前的空氣動力學(xué)及飛行原理課程考核中，該校采用“平時成績+期中考試+期末考試”的方式進(jìn)行，其中平時成績占30%，期中成績占20%，期末成績占50%。平時表現(xiàn)主要依據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況等進(jìn)行評定，期中期末成績則針對學(xué)生所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行考查。盡管目前考核方式考慮了學(xué)生的平時表現(xiàn)，但其考核結(jié)果仍然無法全面反映學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力?，F(xiàn)行考核方式主要存在以下問題：

1）高職專科的學(xué)生學(xué)習(xí)普遍學(xué)習(xí)自主性較差，且學(xué)習(xí)興趣不濃，迫于平時成績的壓力，人雖然到了課堂，但基本上不聽講，聊天玩手機(jī)情況較為普遍。

2）由于平時成績參考作用不大，容易使學(xué)生重視考試環(huán)節(jié)，而忽視平時的學(xué)習(xí)過程，考前突擊、考后遺忘的現(xiàn)象十分普遍，導(dǎo)致學(xué)生的考試焦慮感增加，但學(xué)習(xí)獲得感卻嚴(yán)重不足。

3）考試內(nèi)容以課本中的基本概念、基本定理等理論知識為主，缺乏對于學(xué)生知識運用能力的考查，存在著明顯的“重知識、輕能力”的導(dǎo)向。

2 課程考核改革措施

針對上述的傳統(tǒng)考核方式所存在的問題，結(jié)合江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院的辦學(xué)定位以及航空發(fā)動機(jī)維修技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，空氣動力學(xué)及飛行原理課程考核方式需進(jìn)行一定程度的改革。課程考核方式改革基本思路是摒棄傳統(tǒng)的重知識、輕能力以考試為中心的模式，采用靈活多樣的考核方法，注重考查學(xué)生的知識運用與創(chuàng)新能力，并將考核貫穿整個教學(xué)過程，更加全面客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和真實水平。

2.1 權(quán)重分配調(diào)整

根據(jù)考核改革基本思路，首先對原有的“平時+期中+期末”的考核形式進(jìn)行擴(kuò)充和拓展，并對各項權(quán)重分配進(jìn)行調(diào)整，筆者認(rèn)為可以將期末考試在總評成績中的權(quán)重（現(xiàn)狀期末成績占50%）降低至30%，避免因為期末考試成績權(quán)重過大而導(dǎo)致學(xué)生過于依賴期末考試成績，從而引導(dǎo)學(xué)生均勻用力，將期末考試的壓力分散在平時的學(xué)習(xí)過程中，也避免了考前臨時抱佛腳、考后迅速遺忘的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。期中考試的權(quán)重依然保持20%不變，平時成績權(quán)重則相應(yīng)增加至50%，更加注重過程性考核。

2.2 考核內(nèi)容優(yōu)化

平時、期中、期末考核權(quán)重調(diào)整后，筆者對各部分的考核內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，具體方案如下。

平時考核：此前主要根據(jù)學(xué)生出勤率、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況進(jìn)行評定，而對于學(xué)習(xí)自主性較差的高職學(xué)生而言，高出勤率和工整美觀的作業(yè)并不能客觀真實反映學(xué)生的平時表現(xiàn)，因此要弱化學(xué)生出勤率和作業(yè)，重點強(qiáng)化對于課堂表現(xiàn)的考核，并增加對于實驗和創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的考核[6]。

1）課堂表現(xiàn)考核。筆者在課堂教學(xué)中一般采用問題啟發(fā)+項目引導(dǎo)式的教學(xué)模式，即：先給出飛機(jī)與大氣作相對運動有關(guān)的力學(xué)現(xiàn)象，再提出問題，引導(dǎo)同學(xué)們進(jìn)行討論，接著引入相關(guān)知識教學(xué)點，最后完成前述問題的理論解釋。此過程可依托超星學(xué)習(xí)通的互動討論和隨機(jī)選人功能進(jìn)行，區(qū)別于傳統(tǒng)的課堂提問覆蓋面窄的特點，在超星學(xué)習(xí)通的互動討論功能模塊中要求每一位同學(xué)都要積極參與發(fā)表自己的觀點，教師可以隨機(jī)抽取學(xué)生提問并實時查看其他同學(xué)的觀點，然后給出相應(yīng)的評分。這樣充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，能夠在很大程度上避免課堂走神的情況發(fā)生。筆者在一些重要知識點講解完之后，會通過學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布適量的隨堂練習(xí)，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成，并根據(jù)后臺大數(shù)據(jù)及時反饋學(xué)生的掌握情況。

2）實驗考核?？諝鈩恿W(xué)及飛行原理課程的實驗包括：不可壓縮流體恒定流能量方程實驗、不可壓縮流體恒定流動量定律實驗、畢托管測速實驗、雷諾流態(tài)轉(zhuǎn)捩實驗與流動顯示、翼型壓強(qiáng)分布測量、飛行操縱實驗。這些實驗通常需要一些專業(yè)的設(shè)備，由于實驗設(shè)備少，而分組實驗學(xué)生人數(shù)較多，學(xué)生親自動手做實驗的機(jī)會很少，因此學(xué)生積極性和參與度不高。而這些實驗都可以在機(jī)房通過數(shù)值仿真模擬軟件實現(xiàn)，且不受時間、地點等客觀條件的限制，教學(xué)效率高。實踐表明，現(xiàn)有的流體仿真軟件有較高精度，其仿真模擬結(jié)果與風(fēng)洞實驗結(jié)果相似。例如在模擬翼型氣動特性隨迎角的變化關(guān)系時，筆者以E307翼型為例，用OpenFOAM 軟件模擬不可壓翼型繞流。利用開源網(wǎng)格生成程序 Construct2D 生成 E307 翼型C 型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并在 OpenFOAM 中設(shè)置相應(yīng)的邊界條件。設(shè)定來流速度為35 m/s，翼型弦長為1.2 m，動力黏度ν = 1.5×10-5m2/s。迎角從0o增加到20o。部分模擬結(jié)果如圖1至圖4所示。

圖3 0o迎角流線分布情況

圖4 20o迎角流線分布情況

應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行模擬實驗既可以作為一部分演示性、驗證性實驗的預(yù)演，又可以進(jìn)行一些現(xiàn)有條件無法實現(xiàn)的綜合性實驗。在此過程中，學(xué)生理論聯(lián)系實際，運用數(shù)字化工具分析、解決工程問題的能力得到切實提高，也為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和更深入科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。

3）創(chuàng)新實踐考核。學(xué)習(xí)的最終目的是學(xué)以致用，將所學(xué)理論知識與工程實踐相結(jié)合，形成一定的創(chuàng)新實踐能力。筆者在這一環(huán)節(jié)依托學(xué)校的航模創(chuàng)新工作室設(shè)置了一些開放性實踐項目，例如，讓學(xué)生分小組合作設(shè)計制作一架滿足特定性能要求的飛機(jī)模型并進(jìn)行試飛。學(xué)生在方案論證、氣動外形設(shè)計、材料選擇、制作試飛、氣動性能試驗等一系列環(huán)節(jié)中，推理、演算、動手操作、團(tuán)隊協(xié)作能力都得到了很大的提高[7]。筆者根據(jù)最終的作品性能并結(jié)合制作過程中學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評分。

4）期中、期末考試。此環(huán)節(jié)仍然沿用閉卷考試形式，考查學(xué)生對空氣動力學(xué)及飛行原理的基本概念、基本原理和基本方法的掌握情況，例如：大氣基本物理性質(zhì)、流體靜力學(xué)基本方程、連續(xù)性定理、伯努利定理、低速翼型氣動特性、增升裝置及增升原理、飛行穩(wěn)定性和操縱性等。在試題的設(shè)置上除了傳統(tǒng)的選擇、填空、判斷和計算題外，適當(dāng)加入一些工程應(yīng)用型等開放性試題，答案并不是唯一的，評分標(biāo)準(zhǔn)也不僅僅依據(jù)最終的結(jié)果，而是看在答題過程中的方法是否運用得當(dāng)，能否體現(xiàn)出理論聯(lián)系實際、解決工程實際問題的能力[8]。

改革后的考核模式貫穿整個學(xué)習(xí)過程，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，更加注重對于知識運用和創(chuàng)新實踐能力的考查，更加全面客觀地反映學(xué)生知識水平和能力素養(yǎng)。各部分考核權(quán)重分配如表1所示。

表1 課程考核方式及權(quán)重分配

3 效果反饋

為了進(jìn)一步了解和評估學(xué)生對新的考核模式接受程度和效果，筆者對2019 級航空發(fā)動機(jī)維修專業(yè)學(xué)生開展了多次問卷調(diào)查。調(diào)查結(jié)果如表2所示。

表2 問卷調(diào)查結(jié)果

從表2 可以看出，大多數(shù)同學(xué)都能夠適應(yīng)新的考核模式，對新的考核方式更加全面客觀反映學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)能力表示認(rèn)可，且主觀能動性得到了充分的調(diào)動，學(xué)習(xí)效果有了明顯的提升。部分同學(xué)對于考核模式的突然轉(zhuǎn)變還不能及時適應(yīng)，導(dǎo)致該部分學(xué)生在課堂互動討論、實驗以及創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的參與度不夠，最終考核成績受到一定程度的影響。通過對考核分?jǐn)?shù)較高學(xué)生的訪談發(fā)現(xiàn)，這些學(xué)生認(rèn)為在新的考核模式弱化了考試，強(qiáng)化了對能力素養(yǎng)的考查，使得他們的考試壓力得到了緩解，知識運用和創(chuàng)新能力得到了較為充分的展現(xiàn)，學(xué)習(xí)獲得感和自信心也得到了一定的提升。

4 結(jié)論

空氣動力學(xué)及飛行原理作為航空發(fā)動機(jī)維修技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，有著舉足輕重的地位。筆者針對該課程傳統(tǒng)考核方式的弊端進(jìn)行了剖析，提出了具體的改革優(yōu)化方案。新的考核模式將考核環(huán)節(jié)貫穿于整個教學(xué)過程，實現(xiàn)了從集中考核向過程考核的遷移，更加注重學(xué)生知識運用和創(chuàng)新實踐能力的考查。實踐表明，新的考核方式能夠充分調(diào)動學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，更加全面、真實地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，得到了大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可，但一小部分同學(xué)還需要逐步適應(yīng)。