“飞机空气动力学”课程建设与改革

［摘 要］ 针对“飞机空气动力学”课程教学中公式多、原理难等特点，提出了课程建设需要解决的几个问题。从教材编写、信息化资源建设、实验设计、实践开展及课程思政等方面进行了课程建设和改革。创新了教学方法和手段，改善了实验教学条件，提高了学员学习的兴趣和积极性，突出了知识的综合运用。结果表明，通过课程改革，教学内容更加贴近了学员的职业需要，学员对知识的理解更加清晰和深刻，创新思维能力和综合素质得到了提高，航空报国志向更加坚定，战斗精神更加昂扬。

［关键词］ 飞机空气动力学；课程建设；教学改革

［基金项目］ 2020年度海军航空大学教学成果立项培育项目“飞行原理类课程体系重构与课程建设”（海航参教〔2020〕787号）

［作者简介］ 郭卫刚（1976—），男，山东烟台人，硕士，海军航空大学航空基础学院副教授，主要从事空气动力学、飞行力学研究。

［中图分类号］ V221 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）32-0102-04 ［收稿日期］ 2023-07-10

一、课程基本情况

“飞机空气动力学”课程是海军航空大学飞行学员必修的一门专业核心航空理论课程，共50学时。该课程创建于1985年，已为海军培养了大批优秀飞行人才。课程的教学目的是使学员通过课程学习，能够理解飞机的飞行原理，掌握飞机气动力的特性和变化规律，会分析气动力的一些特殊现象，做到懂原理、能计算。

为适应我校飞行学员的飞行需求特点和未来职业发展需要，在教学内容设计上形成了从低速到高速、从翼型到飞机、从原理到实践、从陆基到舰载的教学体系，并加入螺旋桨的气动性能，使得整个教学内容紧贴学员的岗位需求，做到理论联系实际。通过航空理论指导具体飞行实践的原理和方法，培养学员分析和解决飞行实践活动问题的能力，养成科学的思维习惯和勇于实践的创新精神，为后续机型改装打下良好的理论基础［1-2］。

二、课程建设需解决的问题

“飞机空气动力学”课程主要介绍了气流的高低速流动，以及空气与飞机相对运动时气动力（升力、阻力、侧力）的产生、发展、变化及对飞行的影响。课程中有较多的公式和原理，且空气流动不易观察，导致课程内容有些晦涩难懂，尤其是对于高速部分理解较为困难。授课过程中如果实验较少，又缺少实践环节，授课效果往往不尽如人意。因此，根据课程建设和改革需要，“飞机空气动力学”课程应该主要解决以下几个方面的问题：如何引入新的教学模式、方法或手段，增加课程的趣味性，同时能够兼顾高阶性、创新性和挑战度，提高学员的学习效率和综合能力，让学员记得住、记得牢；如何在理论教学过程中融入实践环节，帮助学员在自己动手的实践过程中理解空气动力的特点及对飞行的作用和影响；如何在授课过程中更好地利用实验设备开展实验教学，帮助学员理解和掌握基本理论和基本概念［3-5］；如何开展课程思政教学［6-7］，使其与专业课程自然而然地结合，实现课程思政与课程教学的有机融合。

三、课程建设与改革的实施

针对上述问题，“飞机空气动力学”课程建设与改革主要从教学资源建设和教学模式改革两个方面展开。教学资源建设中，根据新版人才培养方案重新编写了教材，建设了与之配套的慕课课程，开发了动画、视频等信息化教学资源，升级了实验教学条件。教学模式的改革主要依托飞行技术与飞行安全俱乐部开展教学实践活动，同时引入空气动力学发展前沿知识和新的航空装备，并实时开展课程思政的相关教学。课程的建设与改革主要体现在以下几个方面。

1.遵循高素质新型人才培养的基本原则和基本规律，精心统筹、合理规划，优化课程的教学体系内容。注重学员科学思维、创新理念、工程实践能力的培塑，突出课程建设的技术含量，加强岗前任职教育，使学员能够更好地胜任未来的工作岗位。2017年，我校由原来的两所院校调整合并为现在的海军航空大学，根据新的人才培养方案，“飞机空气动力学”作为新方案中一门重要的专业背景课程，对教材的内容也做了相应的调整。增加课程设计的实践和实验性教学内容、学术和科研相结合的研究性教学内容以及能够反映空气动力学的前瞻性的教学内容，针对飞行原理在航空装备上的应用进行具体分析，实现理论上的融会贯通与飞行实际的完美结合，关键是要突出飞行员的培养特点，强化学员综合运用所学知识分析和解决问题的能力。飞行学员属于技术应用型人才，因此要避免课程的力学化和工程化，其目的就是让学员能够更好地认识飞行、理解飞行，掌握飞行驾驶技术，提高技战术水平，确保飞行安全。整合后的课程内容体系将更加注重紧密结合新型航空装备，强调知识的综合运用和飞行实践训练，注重专业前沿知识，体现加强素质教育的教育理念。

根据新的培养要求，配套建有《飞机空气动力学课后习题详解与章节自测》辅导手册，编排顺序与教材完全一致，主要内容包括：气流的基本概念和运动特性、飞机高低速空气动力学特性、螺旋桨的气动特性及典型飞机的气动布局等。习题详解主要是针对教材课后的复习思考题及每章节需要自测的选择题。在课程考核模式上，也由原来的课终考试方式改为形成性考试方式，增加了单元测试和机试环节。在单元和课终考试及机试时，题目类型主要以辅导手册为主，这样学员就会从一开始注重课程学习，边上课边进行复习和问题解答，有了疑问主动查阅辅助手册，并及时与教员联系寻求帮助。学员学习的积极性和主动性明显提高，一人一本手册，有空就可以翻阅，因此学员对教材及课堂所授内容掌握得更加牢靠，学习效果也极大提高。

2.采用以“任务驱动”为牵引的探究式教学模式。鼓励学员多动手、勤实践、善思考，综合运用启发式、研讨式、案例式等多种教学手段和方法，使学员独立自主学习和相互协同学习的能力均得到较大的提高。同时，通过多种现代信息技术不断创新教育教学手段、丰富教学实践条件。采用多媒体信息融合、虚拟现实技术等手段，实现形象逼真的沉浸式教学情景，提高学员的学习兴趣和积极性。

为进一步深化慕课、微课等教学模式改革，使教学手段由以前传统的单一知识灌输向师生间和谐宽松的交互式教学方式转变，建设了与之配套的“飞行原理基础”慕课课程。该课程已在军事职业教育平台上线，包含47个视频，共计6小时40分钟。同时配有讲义、习题和综合测试题，目前已上线运行了4期。为更好地利用网上教学资源，开展线上线下混合式教学，学校加大了投入，为学员配置了平板电脑，真正实现了人手一台。上课前，教员会根据下节课要讲授的内容，提前为学员推送相关的教学资源，要求学员自学慕课和教学资源中的相关内容。教员根据教学特点可以开展翻转课堂教学或对分课堂教学，在上课时要求学员全程或部分参与其中某些问题的讨论，并分享、交流自己的收获。课后学员通过平台完成作业，或提出问题，或解答别人提出的问题，学员之间可以互相点评，教员根据答题结果给出指导，这样能及时了解学员的学习情况，并根据学员的掌握情况改进教学方法和授课内容。这种教学方式改变了传统教学模式中教师的主导地位，秉承“学为主体，教为主导”的教学理念，将教与学有机融合在一起，改变了学员被动学习的局面，使学员成为课堂的主角。教员通过引导，留给学员进一步主动探索的空间；学员可以根据个人的学习特点和理解程度，以自己的节奏和方法完成内化吸收，从而更加全面地掌握和理解教材内容。这样，学员会更加积极主动地参与到学习中，使“飞机空气动力学”课程教学发生质的改变，使以前单调的课堂教学变得形式多样、内容丰富起来，学员的学习兴趣得到了更大的提高，提升了学习的效率和效果。

3.对“飞机空气动力学”课程内容进行整合优化调整，突出系统性、前瞻性、科学性、实践性、创新性和挑战度。构建了硬件实验+线下虚拟仿真实验+线上虚拟仿真实验的“软硬结合、虚实互补”的实验教学体系。结合我校实验室专项建设和“双重”建设项目，购置了空气动力学实验台（伯努利实验模块、边界层测量模块、雷诺实验模块等）、流线流谱显示仪、开口式回流低速风洞、闭口式直流低速风洞、闭口式直流演示风洞和闭口式回流超音速风洞等设备，同时增加了实验的种类和数量。实验的开展可以更好地帮助学员理解授课中的基本原理和概念，把空洞抽象的理论变得可感知和可触摸。实验室除了满足本专业的本科生、研究生学习使用的需求外，也可面向全校所有师生开放，为机型改装的培训人员开展实验验证工作提供条件。改造升级后的实验室更符合人才培养需要，真正实现了“理实一体，夯实基础，开放共享”的设计理念，形成理论和实践相辅相成的航空专业教学体系。

为了更好地配合“飞机空气动力学”课程教学，提高学员对基本概念、基本原理的理解，根据课程章节内容的不同，开设了演示性、综合性、设计性、创新性等实验内容，如流线流谱演示实验、伯努利方程实验、空速管测速实验、边界层测量实验、翼型表面压强分布测量实验、全机气动力测量实验、激波膨胀波演示实验以及飞机的失速和反区操纵等。实验过程中，以学员能力培养为主线，以创新驱动为核心，以素质提升为目标，根据不同的教学内容设置不同的实验。实验的开展极大地加深了学员对空气动力学特性的理解和掌握，学员对飞机飞行过程中空气动力的产生和变化及对飞行性能的影响有了更深的认识，为学员科学的飞、安全的飞、满怀信心的飞提供了技术保证。

4.依托我校飞行技术与飞行安全俱乐部，教员通过引入空气动力学发展的前沿知识和新的科研成果，以及对先进武器装备的介绍，激发学员学习的兴趣和主动性，引导其自己设计、计算、绘制、制作飞机模型［8-10］。学员在制作过程中，会将空气动力学的基本理论、基本概念及气动布局等内容，如伯努利方程、翼型的形状和几何参数、升力阻力的产生及变化、螺旋桨的性能［11-12］等，自然而然地融入制作和飞行过程中。例如，黏性对飞机的阻力有什么影响？飞机的姿态对升力有什么作用？偏转副翼、方向舵等为什么能够改变飞机的运动状态？等等。为了能够很好地解释这些问题，学员会主动查阅教材或资料并理解这些概念，甚至课堂上讲授的一些空气动力学原理也可以通过飞机模型的制作和试飞去验证，真正实现了学员由“要我学”变为“我要学”。学员在此过程中既收获了快乐也增长了知识，“飞机空气动力学”课程也变得不再枯燥，反而会非常有趣。

俱乐部还购置了多机型综合飞行仿真系统和两轴360度综合仿真系统，学员可以通过模拟飞行，体验各机型的飞行原理特性，感受特技飞行（盘旋、斤斗、横滚等）。飞行数据可通过显示系统对飞行任务生成的飞参数据、音频和视频数据进行综合处理和分析，并以曲线、图标等方式实时展现给飞行人员。学员在体验飞行的过程中，能够更加直观地感受空气动力的产生和变化，对空气动力特性的理解也更加深刻。此外，依托教研室创新实践活动和飞行技术与飞行安全俱乐部，我校连续开展了五届航空知识竞赛。航空知识竞赛旨在夯实学员的理论根基，铸就其飞行本领，传承弘扬浓厚独特的航空文化传统，凝聚奋飞远航的昂扬热情，砥砺逐梦海天的强大力量。

5.积极开展课程思政的相关教学内容，建设了思政案例库。根据“飞机空气动力学”课程的教学内容，主要从空气动力学学科的发展历史、英雄人物案例、原理的辩证关系以及国内外热点报道中提炼思政元素。空气动力学本身就是一部人类不断自我超越的历史。因此，空气动力学的发展为空气动力学的课程思政提供了丰富的德育资源。当今社会，外来的各种思潮良莠不齐，个别学员可能会迷失在崇洋媚外的不良思想中。通过挖掘国内空气动力学前辈的奋斗事迹，坚定学员的文化自信，同时在对空气动力学发展的介绍中，引导学员融入人文思考，提高科学素养，增强民族自豪感与文化自信，坚定学员对中华优秀传统文化和社会主义核心价值体系的认同与尊崇。此外，紧紧围绕价值塑造、知识传授、能力培养“三位一体”的研究目标，在课程中寻找家国情怀、精武与战斗精神等德育的切入点和融合点，通过设计与运用典型故事和案例等教学素材，将这些元素轻松且自然地融入课堂教学中，以润物无声的方式将战斗精神、精武精神、家国情怀等传递给学员，使其在课程的学习过程中，不知不觉地增强责任意识、战斗意识和使命担当。这样，既不显得生硬，又能非常自然地达到教育人、感化人的目的，看似无心之举，实则教师背后做了大量工作，让理想信念与专业学习紧密结合，使看似平常的课堂教学起到教人育人的作用。