标准引领、教研协同的课程构建与探索

［摘 要］ “机载系统环境防护设计与验证”涉及基础理论知识，又涉及民航机载设备适航取证相关业务知识，具有多学科交叉和工程应用的特点。立足民航行业发展和航空器适航审定专业建设需求，以适航标准应用落地为导向，以提高学生专业能力为目标，将机载系统适航取证的工程问题演化为对基础理论知识的解析，激发学生深入发掘和探讨身边的科学工程问题，从课程建设目标、建设内容、实施路径以及质量评估与改进等方面开展了课程建设探索与实践。

［关键词］ 适航；环境防护；课程建设

［基金项目］ 2020年度中国民航大学研究生教育改革与研究项目“‘机载系统环境防护与验证’行业特色课程开发”（2020YJA026）；2023年度天津市高等学校研究生教育改革研究计划“‘两业融合’背景下行业特色专业研究生‘共性+特性’差异化培养模式探索与实践”（TJYG135）

［作者简介］ 马振洋（1985—），男，山东肥城人，博士，中国民航大学安全科学与工程学院副研究员，主要从事航空器电磁环境效应适航审定研究；史春蕾（1985—），女，广东汕头人，博士，中国民航大学安全科学与工程学院讲师，主要从事航空器电磁环境效应适航审定研究；段照斌（1989—），男，河南南阳人，硕士，中国民航大学安全科学与工程学院讲师，主要从事航空电子系统研究。

［中图分类号］ G642.3 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）12-0063-04 ［收稿日期］ 2023-01-03

引言

随着我国ARJ21、C919等国产民机投入商用运行，将会极大地促进机载设备国产化替代进程。机载设备进入民用航空市场，必须通过适航审定。中国民航适航体系、适航审定和适航标准的制定工作起步较晚，与欧美相比，我国的适航人才、能力与技术差距较大。因此，随着中国民航业的快速发展，相关民机产品、民用发动机产品陆续开始进入投产、验证阶段，国内对航空产品环境防护适航相关技术的研究和人才需求极为迫切［1-3］。

2017年，天津市教委印发文件通知，中国民航大学作为天津市共建高校，被遴选为天津市高水平特色大学建设行列。2018年，中国民用航空局、天津市人民政府、教育部签署《关于共建中国民航大学的意见》，中国民航大学正式成为局市部三方共建高校。根据共建意见，重点支持中国民航大学特色一流建设和发展，学校要坚持应用型人才培养道路，坚持应用科学和应用技术研究，创新应用型人才培养理论和培养模式，丰富高等教育理论体系。在这一大背景下，学校的专业建设和课程建设迎来了机遇与挑战。

航空器适航审定工程硕士专业作为学校的特设学科和重点建设学科，已经开展了卓有成效的学科建设工作，构建了航空器适航审定、航空发动机适航审定、机载系统与设备适航审定3个课程群。在航空器适航审定和航空发动机适航审定两方面，课程设置较多，课程体系较全面。而在机载系统与设备适航审定课程群方面，由于专业跨度较大，课程设置难度较大，合理性、与行业需求的匹配性需要进一步优化提升。一直以来，RTCA DO-160G《机载设备环境条件和试验程序》都是整个民航行业开展机载设备环境防护适航验证的重要标准之一［4］。然而，对于标准的相关技术背景，尤其是原理性的理论知识还没有形成较为系统的课程教授内容，仅在有关适航条款解读方面展开，学生对机载系统环境防护也仅知其然而不知其所以然。

鉴于机载设备环境防护适航相关课程建设的重要性和急迫性，本文围绕“机载系统环境防护设计与验证”课程，结合我国机载设备环境防护和适航取证的现在和未来发展，以RTCA DO-160G为参考标准，对该门课程建设和教学展开研究，着重探索课程的内涵目标、教学内容及教学模式，以满足当前航空器适航审定工程的培养目标，适应国家和民航行业的发展需要。

一、“机载系统环境防护设计与验证”课程内涵及目标

（一）机载系统环境防护的范畴

民航领域的机载系统环境防护涉及温度、高度、湿度等气候类环境防护，闪电、高强辐射场、静电环境等电磁环境防护，振动、工作冲击、坠撞安全等机械类环境防护，以及爆炸大气、火等特殊类环境防护。同时，结合国内民用航空领域的发展现状，单粒子效应防护也已经在适航审定工作中予以考虑，因此本文也纳入该类环境。这些防护试验的目的是提供确定机载设备在实际工作环境中的特性的实验室方法。此处涉及的标准环境试验条件和试验程序可以和适用的设备性能标准一起作为该环境条件下的最低规范，以保证设备性能在操作过程中具有足够高的可靠性。

（二）课程内涵

本课程主要针对航空器适航审定工程专业及相关专业的硕士研究生设置课程，课程内容侧重航空机载系统的闪电环境、高强辐射场环境、静电环境、单粒子效应以及设备间电磁兼容环境等复杂电磁环境，主要内容包括：《机载设备环境条件和试验程序》（RTCA DO-160G）简介；单粒子效应及最新进展；电磁兼容原理；机载电子设备闪电防护及验证技术，包括闪电环境、闪电防护技术、闪电防护符合性验证方法；机载电子设备高强辐射场防护与验证技术，包括高强辐射场环境、防护技术、符合性验证方法；机载电子设备静电防护与验证技术，包括静电环境、防护技术、符合性验证方法。

（三）课程目标

面向航空器适航审定工程及相关专业的硕士研究生，开展民航急需的闪电防护及验证、静电防护及验证、高强辐射场防护及验证、单粒子效应防护及验证、设备间电磁防护与验证的适航审定技术与要求讲授，了解机载系统环境防护技术以及符合性验证方法，掌握防护验证方法的基本概念和原理，了解机载设备环境的发展趋势。具体目标包括如下3个方面：（1）传授机载系统环境防护设计基本知识，重点讲解防护方法和符合性验证方法，理解其背后的基本原理。（2）培养和提高学生运用所学的基础知识分析和解决实际工程问题的能力；培养学生对机载系统安全性与适航的工程思维，让学生树立辩证的工程哲学观。（3）激发学生对航空器适航专业的责任感及投身航空发动机适航事业的兴趣。

二、“机载系统环境防护设计与验证”教学内容设计

根据航空器适航专业有关课程的整体设计和安排，“机载系统环境防护设计与验证”课程设计32学时，安排在第2学期；结合前述教学目标，“机载系统环境防护设计与验证”课程教学内容及基本逻辑如图1所示。

课程共包括3个部分内容，包括航空机载设备环境防护试验程序、环境防护基础理论及设计方法、机载系统环境防护适航符合性验证方法，三部分内容设计层层递进，相互支撑。在学时安排上，前3个部分内容逐渐递增。（1）航空机载设备环境防护试验程序知识部分。由于学生在前期“机载软硬件设计与验证”课程中已有初步了解，此处安排学时最少，共6学时，概述气候类试验、机械类试验、特殊试验、电磁兼容试验、单粒子效应试验的基本试验内容和分类方法等。该部分将重点放在环境的分类原则、试验类别选择方法、组合试验的注意事项等方面，侧重对当前机载系统环境试验整体框架和未来发展技术发展的介绍。（2）环境防护基础理论及设计方法知识部分。尽管学生在前期课程中对适航和安全性概念接触较多，但分析对象上更侧重于飞机、发动机整机。此处将重点放在各类环境基础理论上，着重介绍机载系统试验环境涉及的基础理论，包括环境形成机理、航空领域考虑因素、防护设计一般方法等，重点讲述闪电、高强辐射场等电磁环境效应环境模块，结合案例介绍如何开展典型机载设备的环境试验方案设计及防护技术设计讲授，此处安排10学时。（3）机载系统环境防护适航符合性验证方法部分。该部分为课程核心，也是该课程最终的目的，共安排16学时。先依照环境组成依次介绍单粒子效应、雷电防护标准、闪电直接效应、闪电间接效应、飞机HIRF防护、静电防护等方面的符合性验证方法，课程讲解时不局限于对符合性验证方法的具体分析，深入讲解其背后的基本原理；在此之上，结合典型机载系统环境防护适航取证案例，梳理其符合性验证的设计思路和策略；该阶段最后再次专门设计2学时用于专家授课，2学时用于实验室现场授课，加深学生对机载系统环境防护设计与验证的认识。

在上述内容中，航空机载设备环境防护试验程序知识部分和环境防护基础理论及设计方法内容对应前文所述课程目标（1）和（2），机载系统环境防护适航符合性验证方法部分内容对应前文所述课程目标（2）和（3）。

三、“机载系统环境防护设计与验证”课程教学模式

在授课过程中，综合应用多种教学方法和手段，保证教学质量，使学生在学习具体知识的同时，锻炼工程思维，提高自主学习能力等，切实实现教学目标。具体方案如下。（1）多种模式相配合的教学方法。由于“机载系统环境防护设计与验证”课程的特殊性和专业性，仍然以传统的课堂教学模式为主，但针对每一部分课程内容设计了讨论、案例分析等环节。在讨论环节中，运用翻转课堂模式［5］，根据讨论课确定的具体方向，将学生分组，每组分工围绕所选主题开展课下文献调研、具体案例分析、学生讨论，最后教师总结发言。在案例分析环节，加强与学生的互动，锻炼学生综合运用所学知识解决具体问题的能力。（2）在课堂讲授具体知识过程中，注重运用BOPPPS教学模型等方式［6］，将常规的45分钟课堂教学划分为课堂导入、课堂目标、课堂前测、课堂参与、课堂后测及课堂总结6部分，避免“灌输式”的授课方式，加强授课效果。（3）多样化综合的考核手段。在上述授课方式下，配套相应的多样化综合考核手段，依托分组讨论情况、案例分析、平时授课参与度和最后的成绩测评进行综合评估，给出学生成绩。（4）在授课过程中，特别是分组讨论和案例分析环节，穿插对我国机载设备研发现状、发展动态和有关重要人物、事件的介绍，实现课程思政的实施和对学生工匠精神和爱国主义情怀的培养。

结语

在我国航空装备快速发展的背景下，增设机载系统环境防护适航的有关课程，完善机载系统与设备适航审定培养体系，成为中国民航大学航空器适航审定工程培养方案的改革优化目标。为此，笔者在新一轮的适航专业培养方案中开设“机载系统环境防护设计与验证”课程。在机载设备环境试验程序、设计方法概念和内涵解读的基础上，确定了课程内涵及授课目标，制定了课程的教学内容，初步给出了相应的教学方案。未来将在教学实践中不断修改和完善课程内容和授课方式，形成更具航空和适航特色的“机载系统环境防护设计与验证”课程。

参考文献

［1］赵长啸，王鹏.面向国家大飞机产业需求的适航专业核心课程建设与探索［J］.工业和信息化教育，2021（8）：67-72.

［2］于平超，陆中，陈果，等.航空器适航技术专业“航空发动机结构与安全性”课程建设与教学研究［J］.工业和信息化教育，2021（6）：67-70+76.

［3］杨坤，王伟.航空发动机适航验证技术课程建设研究［J］.高教学刊，2021，7（17）：59-62.

［4］田毅，史春蕾，赵长啸，等.机载电子硬件研制实验教学设计与探索［J］.教育教学论坛，2021（34）：139-142.

［5］张芬，程鸿，章权兵，等.基于翻转课堂模式的“电子设计自动化”课程实验教学改革探索［J］.工业和信息化教育，2020（8）：71-74.

［6］向模军，岐世峰.学习通辅助BOPPPS教学模型的有效课堂教学探析［J］.工业和信息化教育，2021（4）：34-38.

Construction and Exploration of Environmental Protection Design and Verification of Airborne Systems

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MA Zhen-yang， SHI Chun-lei， DUAN Zhao-bin