“空氣動力學與飛行原理”課程教改研究＊

沙 磊，孫 雯，薛 蓮

（昌吉學院航空學院，新疆 昌吉回族自治州 831100）

“空氣動力學與飛行原理”是航空航天類院校本科交通運輸專業(yè)的專業(yè)必修課，課程開設于第3學期，學生已修完“大學物理”和“高等數(shù)學”課程，掌握了大學物理基本原理和微積分計算方法，該課程既涵蓋空氣動力學基本理論知識，還具備較強的飛行原理相關實踐內(nèi)容，是一門理論與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)課。通過本課程的學習，使學生熟悉并掌握流體力學基礎、飛機的空氣動力、空氣動力學應用及飛機的操縱，更好地認識飛機，了解飛行基本原理理論知識，為今后學習相關專業(yè)課程打下基礎[1]。針對“空氣動力學與飛行原理”近年來的教學現(xiàn)狀和學生反饋，課程組在課程授課方式、理論與實踐教學搭配、線上線下混合教學及課程思政建設方面進行改革創(chuàng)新，以期在課程建設和學生創(chuàng)新實踐能力方面取得更好的教學效果。

1 課程現(xiàn)狀及存在問題

本課程主要使學生掌握空氣動力學的基本概念、文化知識，在學習理論知識的基礎上培養(yǎng)學生創(chuàng)新學習思維能力和實踐動手能力，提高學生的理論與實踐結(jié)合的綜合能力素質(zhì)。通過本課程的學習，使學生較全面地掌握空氣動力學的基本理論和基本方程以及這些理論在飛機飛行中的應用[2]，能夠分析飛機飛行的原理、升力、阻力的計算，掌握飛機操縱的基本方法，并能運用其空氣動力學方法解決相關的實際問題，培養(yǎng)學生利用所學理論知識系統(tǒng)分析問題、解決問題的能力。為有效提升學生的綜合能力，需要將專業(yè)基礎教育與工程實踐能力的培養(yǎng)有機結(jié)合起來[3]，在實際教學過程中，面對現(xiàn)有教學的條件和教學效果反饋，加之后疫情時期線上線下混合教學以及課程思政建設的要求下，目前教學還存在以下問題。

1.1 教學方式單一，缺少實踐教學

近年來隨著招生規(guī)模的逐漸擴大，在生師比逐年上升的情況下，為保證教學質(zhì)量，目前，昌吉學院“空氣動力學與飛行原理”課程的教學仍為單班授課，考慮到該課程的課時僅為32學時，緊湊的課時安排使得教師不得不利用所有的課堂時間進行教材內(nèi)容講解和理論公式的推導，這種填鴨灌輸式的教學方法造成了教學仍以教師為中心，教學過程仍以教授理論知識為主，教學方式單一，忽略了學生作為課堂主體的角色，課堂參與度下降。在有限的課時范圍內(nèi)無法開展實踐教學環(huán)節(jié)，學生的實踐鍛煉機會和探究精神的培養(yǎng)受到了一定的限制，學生的學習主動性難以有效被激發(fā)[4-5]，學生只能采用死記硬背的方法記憶原理及公式，采用做習題的方式檢驗所學知識是否掌握，缺乏對書本原理及生活現(xiàn)象進行觸類旁通和舉一反三的能力，理論知識和實踐應用存在脫節(jié)。

1.2 教學方法和手段不靈活

教學方式過于傳統(tǒng)，教師大部分講課時間依然采用黑板作為知識傳播的媒介，課堂缺乏公式原理驗證的實驗環(huán)節(jié)和以問題為導向的探究性教學方法，學生在這種教學方式下普遍反映學習難度較大。教學手段沒有跟上技術發(fā)展趨勢，在課堂中不注重借助多媒體等現(xiàn)代教學媒介將與課程內(nèi)容相關的幻燈片、視頻及動畫等資料作為教學的補充和輔助。另外，缺少教具的使用，課堂上教師無法將抽象概念具體化也增加了學生對課程內(nèi)容的理解難度。除此之外，授課過程局限于課堂有限的課時，教師沒有有效利用線上教育平臺開展線上教學和線上師生互動環(huán)節(jié)來擴展學習內(nèi)容，延長學生學習時長及培養(yǎng)學生自學能力[6]。導致學生學習該門課程渠道單一，知識內(nèi)容抽象難懂，知識來源途徑受限。

1.3 課程思政內(nèi)容沒有嵌入課堂

“空氣動力學與飛行原理”課程的內(nèi)容和特點決定了該門課程非常適合植入課程思政內(nèi)容，應該利用該課程課堂教學這個主渠道，弘揚中華文化，提高學生思政理論。但在實際上課過程中教師往往不注重課程思政內(nèi)容的滲入[7]，忽略了課程思政的重要性，沒有將課程內(nèi)容與思政內(nèi)容相結(jié)合，沒有在潛移默化中將正確的理想信念和家國情懷有效傳遞給學生，未幫助學生形成正確的政治方向和政治素養(yǎng)。

2 教學措施

秉承以學生為中心，以問題為導向的原則，針對以上3個方面的問題，“空氣動力學與飛行原理”課程教學進行了一系列的創(chuàng)新，旨在適應當前疫情下的線上線下混合式教學需要、提高學生的課程實踐能力和有效開展課程思政進課堂活動，達到擴充教學內(nèi)容、授課方式多元化和加強學生能力培養(yǎng)等方面的目標。

2.1 擴充教學內(nèi)容，增加實踐教學環(huán)節(jié)

實踐教學作為理論教學的有利支撐和重要補充，對培養(yǎng)學生探究創(chuàng)新和動手實踐能力發(fā)揮著至關重要的作用。為了增加“空氣動力學與飛行原理”課程實踐教學內(nèi)容，提高學生實操動手能力，課程組教師利用學生課余時間，針對空氣動力學原理的應用、流體運動規(guī)律、飛機結(jié)構(gòu)和操縱原理等內(nèi)容，自行制作了煙風洞模擬裝置和飛機模型，學生可利用自制的煙風洞觀察煙道內(nèi)煙流通過不同迎角的翼型表面的流動規(guī)律，并對理論知識進行實驗驗證，模擬飛機飛行時氣流的流動和升力的產(chǎn)生原理。通過制作飛機模型，熟悉飛機的氣動外形和各操縱面的安裝位置和工作原理。另外，課程組購買了波音737飛機模擬操縱系統(tǒng)軟件，將授課教室改造成理實一體教室，在講授飛機操縱原理章節(jié)內(nèi)容時，教師可一邊講述理論知識，一邊帶領學生利用軟件演示飛機操縱過程，在此過程中，學生不僅學習了理論原理，同時還能第一時間將原理進行應用。此外，為擴充教學內(nèi)容，激發(fā)學生對課程內(nèi)容的驗證和探究興趣，昌吉學院專門開設了為期1周的“飛行原理課程設計”實踐課程，學生利用Design Foil翼型設計軟件，設計不同參數(shù)的翼型并進行模擬風洞試驗，通過改變不同翼型參數(shù)，主動探究和驗證機翼參數(shù)對升力和阻力大小的影響規(guī)律，并形成驗證報告，在此過程中，學生的課程參與度被充分調(diào)動，實踐探究能力也得到提高。

2.2 豐富教學方法，多種教學手段共用

2．2．1 重視運用視頻資料輔助講解

“空氣動力學與飛行原理”的理論概念較為抽象難懂，教師很難通過板書將其具體呈現(xiàn)在學生面前，因此，講解時應穿插運用視頻動畫資料輔助授課，在素材積累過程中形成與課程內(nèi)容配套的視頻資料庫，幫助學生更好理解原理知識。如在講授翼尖渦的形成過程這部分內(nèi)容時，學生無法理解什么是上洗氣流和下洗氣流，利用視頻資料，讓學生直觀觀察飛機飛過后翼尖渦的產(chǎn)生及翼尖處氣流的流動方向，有助于將抽象的理論原理具體化，由此還可引出大雁利用上洗氣流而排成“一”字形和“V”字形飛行的氣動學原理，這種利用視頻的直觀呈現(xiàn)和舉一反三讓學生發(fā)現(xiàn)由空氣動力學原理產(chǎn)生的現(xiàn)象就發(fā)生在自己身邊，激發(fā)他們對日常生活中出現(xiàn)的空氣動力學現(xiàn)象的探究。

2．2．2 線上線下混合教學

受疫情因素的影響，線上教學平臺應運而生，當傳統(tǒng)的線下面授課程無法進行時，線上線下混合式教學模式逐漸成為主流教學模式，利用好線上教學平臺，不僅能夠擺脫面授課程對時間和空間的限制，還能夠充分利用網(wǎng)絡教學特點和資源，豐富教學手段。本課程組教師利用“雨課堂”平臺進行課程教學設計、微課制作、課程思政素材整理和平臺功能的探索及使用，形成了一套基于“雨課堂”平臺的具有專業(yè)特色和課程特點的“空氣動力學與飛行原理”課程的“雨課件”并上傳平臺，學生可在任何時間登錄平臺進行自主學習。教師還可利用“雨課堂”平臺發(fā)布課前預習任務和課后測驗，督促學生按時預習復習，全程掌握學生學習狀態(tài)和學習效果。學生還可利用“雨課堂”彈幕功能，在課堂上通過彈幕及時反饋知識點掌握情況，同時還可利用彈幕將疑問拋出，開展在線互動式的師生答疑，及時為學生解決困惑，最終實現(xiàn)通過“雨課堂”線上課程體系實現(xiàn)線上線下教學相互嵌入，完善課程體系建設，提高教學效果。

2．2．3 教具的制作和使用

教具是課堂教學中教師教授知識的重要道具和載體，教具演示可以在極大程度上幫助教師將所講的抽象內(nèi)容具體化地呈現(xiàn)給學生，教具的演示不僅提高了教師的講課效率，也有利于吸引學生的注意力，幫助學生更好理解和想象[8]。根據(jù)“空氣動力學與飛行原理”的課程需要，在教師的帶領下，學生借助3D打印技術[9]，自行分組制作課堂教具。教師和學生可以根據(jù)課程需要，自主為課堂設計制作教具，如在講授飛機操縱性和穩(wěn)定性內(nèi)容時，教師可提前帶領學生制作飛機模型，并在課堂上利用飛機模型為學生演示飛機的俯仰、滾裝和偏航等飛行姿態(tài)，幫助學生提高空間想象能力。學生親手制作教具既鍛煉了動手能力也增強了課程參與度，體現(xiàn)了以學生為中心，從學生中來到學生中去的教學理念。

2.3 課程思政內(nèi)容有機嵌入

課程中思政素材豐富多樣，適合開展多種主題的思政教育?？諝鈩恿W研究對象大至各類航空器，小至基本氣體微團，包含生活生產(chǎn)中的許多現(xiàn)象。由空氣動力學產(chǎn)生的新知識和新原理應不斷用于生活和生產(chǎn)中，改變了人們生活方式和思想觀念。空氣動力學理論和飛行原理是科學家們堅持不懈、探索創(chuàng)新的成果，他們的奉獻精神、科學精神和家國情懷是人們學習的榜樣，也為人們詮釋了科學無國界，科學家有祖國的深刻道理。因此，“空氣動力學與飛行原理”課程中包含有豐富多樣的課程思政素材，便于在課程中因利乘便地嵌入各種主題的思政教育[10]。例如，講激波的產(chǎn)生和超音速時，順勢介紹中國超音速飛機從無到有、躋身世界先進行列的輝煌成就，激起學生的愛國意識和民族自信。

“空氣動力學與飛行原理”課程中思政素材真實自然，有助于提升課程思政的實效。空氣動力學理論來自于對自然流體的研究，其揭示的新知識和開發(fā)的新技術改變著人類生活方式和思想觀念，空氣動力學理論服務并促進人類社會的發(fā)展，人類社會生活與該學科發(fā)展息息相關，相互通融。因此在講授空氣動力學和飛行原理知識時，總會給學生介紹知識背后的實際應用，就會牽扯到社會生活和人物事件，這些社會生活和人物事件往往包含有若干思政要素，需要教師深入挖掘，并提取其中的思政元素，因勢利導地將這些課程思政元素滲入課堂，使學生的思想能自然而然地受到感化、陶冶和升華。這種將社會生活與人物事件搬進課堂的課程思政方式會自然深刻、潛移默化地影響學生的思想。它有效避免了說教、填鴨和喊口號式課堂思政教育，而是將那些美好有教育意義的思政理念潤物細無聲地栽植于學生內(nèi)心并指導他們的實際行動。例如，講超臨界翼型時，自然可引入中國的運-20戰(zhàn)略運輸機案例；講飛機操縱性時，自然會引入中國自行研制的大飛機C919等。此時此刻相信每一位學生內(nèi)心的民族自豪感和自信心一定會油然而生。

3 總結(jié)

“空氣動力學與飛行原理”是交通運輸專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，概念抽象，公式繁多，理論知識的學習需要與實踐應用緊密聯(lián)系，且隨著教育理念的快速轉(zhuǎn)變和授課媒介的不斷豐富，課程內(nèi)容和授課方式也在不斷更新迭代，以純理論授課和應試為主的傳統(tǒng)培養(yǎng)模式，已經(jīng)很難調(diào)動學生的學習主動性、培養(yǎng)學生的探究精神，無法達到良好的教學質(zhì)量，最終將不利于學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和全面發(fā)展。本次課程創(chuàng)新通過對“空氣動力學與飛行原理”課程在有限的課時條件下將理論與實踐教學相結(jié)合并進行探索，擴充教學內(nèi)容，增加實踐教學環(huán)節(jié)，將創(chuàng)新意識和動手實踐貫穿教學始終。豐富教學方法，將多種教學手段用于課堂教學，開辟線上線下混合教學新局面，豐富學生獲取知識的渠道，與此同時，結(jié)合教學內(nèi)容，將課程思政內(nèi)容有機嵌入課堂，激發(fā)學生愛國情感和家國情懷。