“航空发动机原理”一流本科课程建设的探索与实践

［摘 要］ 课程建设质量对于提升人才培养质量至关重要。在对比国内各高校“航空发动机原理”课程差异的基础上，分析了空军工程大学“航空发动机原理”课程教学目标特点。秉承“以学生为中心、聚焦高阶思维、为战教战”教学理念，结合军校高等教育人才培养的特点，围绕“航空发动机原理”一流本科课程建设，分析了“航空发动机原理”课程在基于军队院校精品课程“四性一度”标准的教学内容设计、基于信息技术的教学资源建设和以学生为中心的教学方法改革方面开展的探索与实践。

［关键词］ 航空发动机原理；一流本科课程；教学改革；“四性一度”

［基金项目］ 2021年度陕西省教育厅陕西本科教学改革研究项目“航空发动机原理类一流课程陕西区域教学联合体建设探索与实践”（21BG057）

［作者简介］ 于锦禄（1981—），男，山东蓬莱人，博士，空军工程大学航空工程学院副教授，主要从事航空发动机性能评估与先进燃烧技术研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）16-0092-04 ［收稿日期］ 2023-02-16

引言

课程是人才培养的核心要素，学生从大学里受益的最直接、最核心、最显效的是课程［1］。在教育部发布的《关于一流本科课程建设的实施意见》中，要求高等学校在新时代高等学校教育改革精神的指导下，积极建设具有中国特色的一流本科课程，打造“金课”，淘汰“水课”，深化课程改革，推动我国新时代高等教育人才培养体系大跨步发展，为现代化建设积蓄中坚力量［2］。

作为培养军事人才的军事高等院校，空军工程大学在一流本科课程建设方面开展了一系列卓有成效的工作。2018年，“航空发动机原理”课程由“飞机推进系统原理”更改为此名。课程在已经建成国家精品课程、国家精品资源共享课的基础上，于2020年建成国家线上一流本科课程和首批国家虚拟仿真一流本科课程。2022年，课程组牵头，联合国内20余所航空航天类院校，建成教育部“航空发动机原理”课程虚拟教研室［3］。“航空发动机原理”课程是飞行器动力工程本科专业核心课程，掌握发动机基本原理对于学生构建专业知识体系、全面深入理解装备的核心原理具有重要作用。针对课程的重点及难点，结合军队高校高水平军事人才培养的具体要求和培养计划，围绕课程核心目标在内容设计、教学资源建设、教学方法改革等方面开展了研究实践，探索并实践了一流课程建设的具体举措，并在课程建设中检验了其有效性。

一、地方高校“航空发动机原理”课程教学内容

航空发动机是飞机的心脏，被誉为工业界“皇冠上的明珠”，是我国工业发展的“卡脖子”技术之一，研发过程极为艰难。“航空发动机原理”课程以航空发动机为研究对象，主要讲授航空发动机的基本工作原理与特性、各主要部件之间的匹配工作及整机性能变化规律，旨在为我国航空动力产业发展以及军队航空装备使用维护培养专业化人才。课程对于振兴和促进我国高端装备制造业发展具有重要意义。

全国许多高校的航空工程类专业都广泛开设了“航空发动机原理”课程。通过对比各高校“航空发动机原理”课程的教学内容，可以将“航空发动机原理”课程分为以下三类，即设计类课程、应用类和通识类课程。设计类课程主要在北京航空航天大学、西北工业大学、南京航空航天大学等高校开设，各高校结合基础发动机理论原理，依据不同的专业方向，侧重深入分析相关航空发动机部件的动力学特性。针对航空发动机核心部件的运行原理、工作原理及设计，分为“叶片机原理”“燃烧学”“传热学”“进排气系统”等多门课程进行详细讲授，使本科生牢固掌握航空发动机各个核心部件的动力学特性，熟练运用相关理论知识开展核心部件设计方面的计算，为其成长为专业的航空发动机设计人才提供有利条件。应用类课程主要在空军工程大学、海军航空大学、中国民航大学等高校开设，课程囊括了航空发动机基本理论、航空发动机部件的结构和动力学特性以及紧贴装备应用的专业化知识。通过全面系统性的教学以及专业实践，使学生在了解发动机运行过程基本原理的基础上，熟练掌握发动机各个部件运行特性，结合主要先进装备，成长为发动机保障的专业人才。通识类课程主要在浙江大学、清华大学、上海交通大学等高校开设，教学内容着重于航空发动机的基本理论原理，教学体系主要以发动机运行过程中涉及的核心基础知识为课程重点，使本科生对基本的航空发动机工作过程形成整体认知，为其进一步学习其他专业课打下基础。空军工程大学“航空发动机原理”课程教学内容属于应用类课程，紧贴部队维护需求，结合航空发动机在外场使用过程中遇到的故障，讲授航空发动机的基本原理，以提升学生的航空发动机外场保障能力。

二、“航空发动机原理”课程教学目标

军校核心课程的设置既要符合高等教育的普遍要求，也要结合军事人才培养特点，为国防和军队现代化建设培养顶尖军事科技人才。

“航空发动机原理”课程组紧盯新型军事人才能力素质培养，树立了“以学生为中心、聚焦高阶思维、为战教战”的教学理念，借鉴布鲁姆教育目标分类理论，着眼学生的高阶思维培养，重构以三代、四代机小涵道比涡扇发动机动力为主，兼顾二代机涡喷发动机，前瞻五代机变循环动力装置的教学内容体系，与现役装备作战运用深度结合。教学目标是使学生掌握发动机整机特性变化规律，具备分析发动机性能故障的能力。不仅要求学生全面掌握现有装备的原理认知，具有特性分析及应用实践能力，而且要培养学生的自主学习和创新思维，面对日新月异的新技术和新装备，能够迅速掌握其原理特性并应用到新技术装备的排故保障中，实现具有军校特质的专业化高等教育人才培养目标。

三、“航空发动机原理”教学内容设计

“航空发动机原理”课程组在内容建设方面，以理念为先进行系统设计，聚焦学生的高阶思维培养建设课程的教学内容。布鲁姆按认知领域将教育目标分为六个维度：记忆、理解、应用、分析、评价和创造［4］。一般认为，记忆、理解、应用属于低阶思维，分析、评价和创造归属于高阶思维。传统教学过程的时间分配基本呈金字塔状，体现分析、评价和创造类高阶思维的教学活动非常有限，高阶思维训练匮乏。本课程组强调学生的高阶思维能力培养，更加关注分析、评价和创造这三个维度。教学内容具有很强的理论性、应用性和实践性，体现了军队院校精品课程“四性一度”（铸魂性、为战性、创新性、高阶性、挑战度）标准的教学内容设计。

其中，铸魂性教学内容体现在对学生听党指挥和战斗精神培养上，坚持为党育人、为国育才，利用鲜活的课程思政案例培养学生“极端负责、精心维修”的航空机务精神。为战性教学内容体现在教学内容与现役装备作战运用深度结合上，从历年航空发动机故障数据中，精选与发动机原理紧密相关的故障案例，建设了航空发动机典型故障案例库，提高学生的航空发动机排故保障能力。高阶性教学内容体现在学生综合应用基础知识解决复杂问题的能力和高级思维培养上，对应布鲁姆教育目标分类的分析、评价和创造三个维度。在本课程中，发动机安装推力评估就是典型的高阶性内容，要求学生在理解推力计算公式的基础上，不仅要掌握发动机各部件的原理与特性，还要会分析飞机前后体对推力的影响。创新性教学内容具有前沿性和时代性。线上课程紧随装备的发展，更新了四代涡扇发动机原理，增加了变循环新概念发动机、压气机防喘新技术等前沿性知识。线下课程则聚焦变循环发动机在不同作战任务剖面下工作方式的选择等探究性和个性化的作战使用问题。挑战度教学内容要有一定的难度，增加研究性、综合性内容，但是要确保学生“跳一跳能够得着”。课程的挑战度内容主要包含发动机战训使用案例、故障机理分析、发动机气动热力计算。

四、“航空发动机原理”教学资源建设

教学资源是深化“航空发动机原理”课程建设的关键基础，其丰富程度对于学生能力的提升至关重要。基于信息化教学、学生碎片化学习的需求及多个知识点之间的内在联系，系统开发了“航空发动机原理”课程慕课。“航空发动机原理”慕课于2019年被评为陕西省精品在线开放课程，2020年被评为首批国家一流本科线上课程。针对学生缺乏工程实践经验和互联网上航空发动机专业资源分散的现状，课程组自主开发了分类清晰、内容丰富的航空发动机数字化资源系统。该系统是全面展示与航空发动机相关的数字资源系统，包括590个视频、2500张图片等，有力支撑了课程的教学和学生在线学习。

降低实验设备的建设和使用成本，加深学生对气流在发动机各部件内部复杂流动的理解和对工作条件变化引起的发动机性能变化的认识，从而提高学生的实验操作能力，是“航空发动机原理”课程建设和学生学习的迫切需求。课程组瞄准主流发动机，秉持“虚实结合、以虚补实”理念，以小涵道比加力混排涡扇发动机为对象，利用虚拟仿真技术研发了航空发动机特性虚拟仿真实验系统。按照发动机“部件—整机—装机”的认知规律和突出重点核心部件的基本原则，开发了发动机部件工作原理演示、压气机流量特性、发动机地面节流特性、发动机飞行特性四个实验模块。通过实施“四式导引”（沉浸式体验、交互式练习、自主式设计、反思式评价）的实验教学方法，延伸实验内容的深度与广度，为学生提供不受时空限制的实验平台，彻底解决“航空发动机原理”课程部分实验受高难度、高风险、高成本制约难以经常性开展的现实性难题。航空发动机特性虚拟仿真实验系统于2018年被评为陕西省虚拟仿真实验教学项目，2020年被评为首批国家一流本科虚拟仿真实验项目。

五、“航空发动机原理”教学方法改革

“航空发动机原理”采用线上线下相结合的混合式教学，融合线上、线下两种模式的优点［5］。课程组秉承以学生为中心的教学思想，实现基于雨课堂、学堂在线慕课、虚拟仿真实验等线上学习环境与线下课堂的有机结合和优势互补。

经过多年教学研究实践，课程组探索实践了适合本课程的课前、课上和课后三阶段的混合式教学。课前主要学习低阶性和新概念内容，包括课程知识的记忆、部分理解和简单应用。课上主要围绕高阶性内容开展精讲和研讨，重点关注综合应用、分析评价和创造的能力。首先，由教员根据线上学习情况进行重点及难点精讲，对学生提出的疑难问题进行解答，并进行封闭性问题讨论。然后，开展小组出题讨论、开放性问题讨论/辩论、同伴互教，教员则进行课堂巡视实施差异化教学。课后主要提高学生对知识的分析、评价能力，培养学生的创新能力，要求学生完成具有挑战度的学习任务，绘制思维导图、完成课后作业、阅读相关文献等。通过课前、课上、课后三阶段的教学组织实施，实现了低阶高阶、线上线下的对接融合。本课程于2021年被评为陕西省线上线下混合式一流本科课程。

为研究揭示课程教学方法改革质量，我们将一流课程的标准要求细化分解为易操作可评价的指标体系，具体包括学生自学、思辨、表达、实践、团队合作和创新六个能力，并精心设计了关于学生对自身能力提升认可度的调查问卷。调查问卷表明，大部分学生认可课程教学对自身能力的提高，其中对自学和实践能力的提升认可度最高，均超过90%。通过课程的教学方法改革，学生在航模设计、机器人竞技、机械创新设计等学科竞赛中屡次获奖，高素质专业化的一流本科人才培养成效显著，验证了课程组一流本科课程建设的正确性和有效性。

六、辐射带动作用

在一流本科课程建设的过程中，本课程组丰富的教学经验和系统性的教学方法为专业领域其他相关课程，甚至相关领域的课程建设提供了一定参考，形成了辐射带动作用，带动了本专业建成7门慕课、6门虚拟仿真实验系统。在本课程开发的航空发动机数字化资源系统的基础上，建设了飞机与发动机数字化资源系统，支撑建成了国家级实验教学示范中心和省级一流专业。

“航空发动机原理”课程慕课自2017年在清华大学学堂在线平台上线以来，累计超过2万人选课学习。除本校学生选课学习外，西安交通大学、浙江大学等20余所军地院校师生用于辅助教学，部队用于官兵军事职业教育，企事业单位用于员工业务培训。承办了全国高等学校航空航天类专业“航空发动机原理/结构”课程交流和教员培训，组织来自全国42所高校的140余名课程负责人和一线教员进行培训活动，辐射形成由一门课程到军队院校、国内高校的航空发动机原理类课程协同育人共同体，起到了良好的示范引领作用。2022年，课程组建成了教育部“航空发动机原理”课程虚拟教研室，共建了“航空发动机原理”课程教学共同体，并在共建共享优质教学资源，提升航空发动机原理类课程教师的教学能力，服务于国家重大需求方面发挥了重要作用［6］。