機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課教學(xué)模式研究與實踐

劉 中，袁少強(qiáng)

(北京航空航天大學(xué) 自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院，北京 100191)

0 引言

新時代的發(fā)展對高等教育教學(xué)提出了全新的要求，好的教育不僅僅是知識的傳授、技能的培養(yǎng)，應(yīng)該首先從全方位培養(yǎng)人，真正以學(xué)生為本，著力推進(jìn)“三全育人”建設(shè)?！罢n程思政”是把“立德樹人”作為教育根本任務(wù)的一種綜合教育理念，在知識傳播中強(qiáng)調(diào)價值引領(lǐng)，將社會主義核心價值觀融入課程內(nèi)容[1]。

現(xiàn)場課區(qū)別于一般的實驗、實踐環(huán)節(jié)，是以體驗學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，通過參觀現(xiàn)場實物和操作流程、討論交流、互動答疑等活動來完成教學(xué)任務(wù)的一種教學(xué)方式[2]?，F(xiàn)場課能夠鞏固對書本知識的理解，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，具有理論聯(lián)系實際，提高獨(dú)立解決問題能力的特點(diǎn)[3]。國內(nèi)高?，F(xiàn)場課的開展主要是一些與生產(chǎn)實際密切相關(guān)的課程[4]，一般是采用到企業(yè)現(xiàn)場或校內(nèi)有工程實物的場所開展教學(xué)活動的方式，對提高這些課程的教學(xué)效果起到了良好的促進(jìn)作用，但也存在著學(xué)生不重視、推廣性差等問題。

國內(nèi)很多高校都成立了航空航天學(xué)院，很多也都開設(shè)了“航空航天概論”課程[5-6]。大多采用多媒體、微課等形式對航空航天領(lǐng)域的一些實物進(jìn)行展示。機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課是“航空航天概論”課程的重要組成部分，對學(xué)生建立航空領(lǐng)域的基本概念具有重要的作用。同時，現(xiàn)場課的特點(diǎn)也決定了該課程在開展“課程思政”方面的獨(dú)特優(yōu)勢。針對新時期人才培養(yǎng)的新要求，采取優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、增加互動環(huán)節(jié)、豐富實物對象、嚴(yán)格考勤制度等舉措，對機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課進(jìn)行全方位建設(shè)，包括實驗條件建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教材建設(shè)，同時探索適合現(xiàn)場課教學(xué)的教學(xué)模式。

1 平臺建設(shè)

“航空航天概論”是面向我校所有專業(yè)大一、大二學(xué)生的核心通識課，具有鮮明的航空航天特色。其中現(xiàn)場課是該課程最具特色、最受學(xué)生歡迎的內(nèi)容。機(jī)載設(shè)備部分由于涉及的知識廣、設(shè)備種類多、與實際系統(tǒng)聯(lián)系緊密，而大一、大二學(xué)生還缺乏航空航天領(lǐng)域的基本概念，單一的理論講解很難獲得良好的教學(xué)效果。所以采用實物演示與講解、實際動手操作體驗等多種形式進(jìn)行教學(xué)能取得良好的效果。通過實驗條件建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教材建設(shè)等建立了機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課教學(xué)平臺。為滿足我校學(xué)院路和沙河兩個校區(qū)辦學(xué)要求，分別新建和更新了兩個機(jī)載設(shè)備實驗室，對課程有效運(yùn)行起到了良好的支撐作用。

1.1 實驗條件建設(shè)

為了能讓學(xué)生對機(jī)載設(shè)備獲得更為直觀的了解，對理論知識在實際中的應(yīng)用建立更為清晰的概念，實驗室利用自身專業(yè)優(yōu)勢配備了實物儀表(包括拆解件)、傳感器、操縱機(jī)構(gòu)等，將課本上的理論及原理映射為看得見摸得著的實物。為建立機(jī)載設(shè)備整體概念，明確各部分的具體功能，利用學(xué)院自身在飛行仿真方面的科研優(yōu)勢，開發(fā)了人在回路飛行模擬系統(tǒng)(如圖1所示)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對地、對空攻擊，雙機(jī)編隊等功能。學(xué)生可以親自動手進(jìn)行操作，通過體驗加速知識內(nèi)化的過程，建立理論知識與實際系統(tǒng)使用之間的聯(lián)系。由于該系統(tǒng)為自主研發(fā)，包括視景、控制臺、儀表幾個節(jié)點(diǎn)都向?qū)W生開放，現(xiàn)在使用的都是本科學(xué)生在原有基礎(chǔ)上不斷開發(fā)和完善的。可以從信息采集、處理、傳遞等方面對當(dāng)前的新興技術(shù)進(jìn)行分析，拓寬學(xué)生的知識面。

圖1 自行研制的飛行模擬系統(tǒng)

為了讓學(xué)生對地平儀、空速表、氣壓高度表、升降速度表儀表，轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀等進(jìn)行更為深入的了解，經(jīng)過理論學(xué)習(xí)獲得原理性的知識以后，通過現(xiàn)場親身體驗獲得直觀感受，把理論原理與實際系統(tǒng)相結(jié)合，深化對知識的理解，建設(shè)了塞斯納飛機(jī)模擬器(如圖2所示)。可以完成主要儀表的顯示和驅(qū)動，飛機(jī)舵面的操控等功能，能夠達(dá)到體驗飛行和儀表判讀等教學(xué)要求。

圖2 小型飛機(jī)飛行模擬器

為了讓學(xué)生獲得對大型民機(jī)的直觀體驗，了解現(xiàn)代飛機(jī)座艙顯示系統(tǒng)的發(fā)展情況，對飛機(jī)建立整體的概念。新建的大型民機(jī)飛行模擬器(如圖3所示)，具備座艙電子綜合顯示系統(tǒng)、自動油門、自動駕駛儀、導(dǎo)航、飛行管理計算機(jī)等幾乎所有的配置。通過演示和實際操作，讓學(xué)生對飛機(jī)及飛行建立直觀的了解，學(xué)生通過體驗可對航空儀表及相關(guān)機(jī)載設(shè)備的功能、使用建立較為全面的概念。

圖3 大型民機(jī)飛行模擬器

另外，由于適應(yīng)兩校區(qū)辦學(xué)及教學(xué)內(nèi)容的變化，建設(shè)了多媒體教學(xué)系統(tǒng)，通過實物投影、圖片、錄像等全方位展示機(jī)載設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用等。

1.2 教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

“航空航天概論”是國家級精品課，是教育部高校思想政治工作創(chuàng)新發(fā)展中心主要建設(shè)的三門課程之一。為踐行立德樹人，推進(jìn)“三全育人”建設(shè)，探索非思政課中課程思政的教學(xué)設(shè)計方法，對機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整與更新。

原有教學(xué)內(nèi)容以原理、結(jié)構(gòu)等為主，以傳統(tǒng)的知識傳授為主要目的。而針對新時代對教育提出的要求及對教育的重新認(rèn)識，增強(qiáng)課程全方位、全過程育人的效果，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新。一方面，增加技術(shù)研制與發(fā)展背景的內(nèi)容，尤其是國內(nèi)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)、重要設(shè)備研制的內(nèi)容。另一方面，通過對本校及本學(xué)院自有資源的挖掘整理，增加如中國第一臺飛行模擬器研制、與機(jī)載設(shè)備相關(guān)的航空領(lǐng)域老一輩知名學(xué)者事跡等內(nèi)容。

通過增加這些內(nèi)容，不僅拓寬學(xué)生視野，了解技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，同時明晰歷史，了解老一輩科技工作者刻苦鉆研、砥礪前行的精神和投身革命、愛國創(chuàng)業(yè)的氣概。與枯燥的理論知識相比，這樣的內(nèi)容更能夠引起學(xué)生的興趣。大國重器的研制、技術(shù)強(qiáng)國的實踐、科技前輩的人格魅力等都能夠激發(fā)學(xué)生的共鳴，引發(fā)學(xué)生對人生觀、價值觀的進(jìn)一步思考，對愛國敬業(yè)精神的深入理解，在潛移默化中對思政勵志進(jìn)行了教育。

1.3 教材建設(shè)

由于機(jī)載設(shè)備部分涉及的內(nèi)容繁多，不同設(shè)備和系統(tǒng)的理論原理、技術(shù)本質(zhì)、結(jié)構(gòu)組成及使用方法等都不盡相同，所以在現(xiàn)場課環(huán)節(jié)很難全面講解和展示。為了滿足進(jìn)一步改善教學(xué)效果，為學(xué)生提供更為豐富的參考資料，積極進(jìn)行教材建設(shè)。編寫了相關(guān)實驗教材《航空電子設(shè)備與飛行模擬實驗》，獲批校級規(guī)劃教材建設(shè)項目。該教材從航空電子設(shè)備的功能和使用出發(fā)，逐漸引出基礎(chǔ)理論與原理，結(jié)合飛行模擬虛擬仿真實驗，讓學(xué)生從直觀上對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了解，逐漸深入理解理論原理。從深度和廣度兩個維度上對飛機(jī)的相關(guān)知識、原理和使用進(jìn)行深入淺出地介紹。以航空電子設(shè)備為主要內(nèi)容，同時介紹在實際飛行中的基本使用方法，通過虛擬仿真的方式進(jìn)行相關(guān)的實驗項目。避免了枯燥理論原理的單一介紹，通過具體使用與操作更深刻地理解設(shè)備的理論原理。目前該教材已經(jīng)由北京航空航天大學(xué)出版社出版。

2 教學(xué)過程

2.1 教學(xué)模式探索

在多年的教學(xué)實踐中，不斷研究與探索，逐步形成了以體驗為先導(dǎo)、以應(yīng)用為橋梁、以技術(shù)為主線的多維度現(xiàn)場課教學(xué)模式。

由于機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課主要面向本科大一新生，針對這些同學(xué)普遍缺乏航空航天基礎(chǔ)知識和基本概念，在教學(xué)過程中注重以體驗為先導(dǎo)，通過實物展示、動手操作等方式首先讓學(xué)生對機(jī)載設(shè)備獲得直觀的感受，建立具體的概念，讓理論知識能夠看得見摸得著。以機(jī)載設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用為橋梁，建立理論與實際的有機(jī)聯(lián)系，建立整體概念，有效避免只見樹木不見森林的問題，為今后的學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)。以技術(shù)為主線，通過技術(shù)的發(fā)展和使用引出機(jī)載設(shè)備和系統(tǒng)的功能、組成、原理等，在學(xué)習(xí)理論知識的同時了解技術(shù)的發(fā)展和理論與技術(shù)的密切聯(lián)系。

通過典型技術(shù)發(fā)展背景、重要設(shè)備研制、重要人物事例等介紹，全方位、多維度呈現(xiàn)機(jī)載設(shè)備的整體特征，同時培養(yǎng)學(xué)生愛國敬業(yè)的精神。

2.2 教學(xué)方法與教學(xué)過程改革

針對機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課學(xué)時和教學(xué)條件的特點(diǎn)，對教學(xué)過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采用多種教學(xué)方法進(jìn)行實施。

首先，通過實物儀表設(shè)備的講解和展示讓學(xué)生建立直觀概念，在講解過程中會根據(jù)重點(diǎn)和難點(diǎn)提出一至兩個問題，引發(fā)學(xué)生的思考，而問題的答案可以設(shè)置在后面的講解及實際操作中；其次，在講述設(shè)備或系統(tǒng)時增加背景及事例的介紹，配合多媒體手段，以錄像、電視新聞、報刊等形式引入教學(xué)內(nèi)容；最后，通過飛行模擬器的演示和親身操作建立理論知識與實物儀表設(shè)備的有機(jī)聯(lián)系，通過實際操作進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)思考與探究。

例如，在講述氣壓高度表和升降速度表之前，提出“采用何種方法能夠測量飛機(jī)的高度？”，“除了采用測量大氣壓力的方法以外，還能夠利用什么樣的方法對高度進(jìn)行測量？”，“為什么要測量升降速度？”等問題。分別在講述之前和之后提出，首先讓學(xué)生有一個自己的思考，可以不關(guān)注技術(shù)細(xì)節(jié)，海闊天空進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。有了思考以后，逐步對現(xiàn)有方法和技術(shù)進(jìn)行闡述，這樣有利于學(xué)生對內(nèi)容的理解。對于學(xué)生提出的一些方法，用研討的方式進(jìn)行評述，提出可能存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生去研究與思考。在介紹飛機(jī)操縱機(jī)構(gòu)時，先提出操縱桿、腳舵與三個舵面的控制關(guān)系及舵面偏轉(zhuǎn)與飛機(jī)姿態(tài)及軌跡的影響問題，通過學(xué)生操縱飛行模擬器的實際體驗，讓學(xué)生自己去體會。在介紹衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時，配合最新的新聞報道，講述北斗系統(tǒng)的概況。在講述飛行模擬器內(nèi)容時，介紹我國第一臺飛行模擬器的研制過程，展示當(dāng)年報刊的頭版新聞報道。

通過多種教學(xué)方法和手段及靈活的教學(xué)過程設(shè)計，將相對枯燥和專業(yè)性強(qiáng)的內(nèi)容以更便于接受的方式進(jìn)行呈現(xiàn)。

3 結(jié)語

對機(jī)載設(shè)備現(xiàn)場課教學(xué)平臺進(jìn)行建設(shè)，對實驗條件、實驗內(nèi)容等進(jìn)行建設(shè)與優(yōu)化，對教學(xué)方法與教學(xué)過程的不斷改革，形成了以體驗為先導(dǎo)、以應(yīng)用為橋梁、以技術(shù)為主線的多維度現(xiàn)場課教學(xué)模式，并在多年的教學(xué)實踐中不斷完善和發(fā)展。教學(xué)效果得到有效提升，得到學(xué)生的認(rèn)可。同時在課程思政及立德樹人方面進(jìn)行了有益的嘗試，并取得了良好的效果。