军队院校研究生课程中翻转课堂模式的探索

［摘 要］ 针对军队院校学生课余时间有限的特点，采用了基于学科竞赛的多层次形成性评价方法，以“冲压发动机原理与设计”课程为例，探索建立了一种将翻转课堂教学模式应用于军校研究生专业课程中的方法。通过将难度较高的飞行器创新大赛任务分解为三个阶段性任务：课程汇报、校级竞赛和国家级竞赛，设计出一条切实可行的发展路径，帮助学生克服畏难情绪。同时，在翻转课堂的实践过程中融入同伴互评，增强学生和教师之间以及学生之间的交互，提高翻转课堂的参与度。实践表明，该课程的教学效果有了明显改善，并在“中国研究生未来飞行器创新大赛”中取得良好成绩。

［关键词］ 研究生；军队院校；翻转课堂；学科竞赛

［基金项目］ 2021年度湖南省教育厅湖南省学位与研究生教学改革研究项目“互联网+教育背景下工科研究生专业课程思政教育实践与探索”（2021JGSZ007）

［作者简介］ 张家瑞（1993—），男，山西运城人，博士，国防科技大学空天科学学院讲师，主要从事高能颗粒点火燃烧理论与燃烧诊断技术研究；黄利亚（1982—），男，湖南醴陵人，博士，国防科技大学空天科学学院教授，主要从事固体冲压与组合推进技术研究；陈斌斌（1990—），男，河南信阳人，博士，国防科技大学空天科学学院副教授，主要从事固体火箭冲压发动机研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）49-0095-04 ［收稿日期］ 2023-06-25

引言

在20世纪80年代兴起于美国的教学方法改革浪潮中，传统的“灌输式”教学方法逐渐被启发式、探究式、讨论式、参与式等教学方法取代。进入21世纪，随着以电子文档、科普视频、慕课等为代表的信息化教学辅助手段的发展，翻转课堂（Flipped Classroom或Inverted Classroom）教学模式席卷全球。英特尔全球教育总监布莱恩·冈萨雷斯（Brian Gonzalez）将翻转课堂的内涵概括为：施教者为了赋予学生更多的自由，把知识传授的过程放在教室外，让学生通过信息技术辅助的方式学习新知识，而把知识内化的过程放在教室内，以便学生之间、学生和教师之间有更多的沟通和交流［1］。

翻转课堂提出的初衷，是为了让学生由消极的聆听者转变成积极的学习者，从而帮助他们充分参与高级批判性思维及问题解决［2］，这种教学模式在地方高校已得到成功应用，并取得丰硕的成果。近年来，翻转课堂在军队院校中也逐渐得到推广［3-4］，与地方高校相比，军队院校研究生专业课的学情最显著的特点为：学生不仅要完成培养方案中规定的文化课程任务，还需要参加军事技能训练、基础体能训练，以及承担值班站岗、活动保障等临时任务，导致学生可利用的课余时间紧张、可投入课堂外学习任务的精力有限，这对翻转课堂的实施提出了新的挑战。

本文以国防科技大学“冲压发动机原理与设计”课程为例，采用基于学科竞赛的多层次形成性评价方法，探究军校研究生专业课程中翻转课堂教学模式的实施方法，以期获得军校教学模式和教学方法上的创新。

一、“冲压发动机原理与设计”课程概述

“冲压发动机原理与设计”课程开设于2010年，起初课程名称为“冲压推进技术”，共计36课时，授课内容主要包括：课程概述、冲压发动机性能参数与总体设计、超声速进气道、亚燃冲压发动机、超燃冲压发动机和固体火箭冲压发动机等［5-6］。2023年课程更名为“冲压发动机原理与设计”，并扩充至56课时，其中课堂讲授48课时，课程实践8课时。除了补充超燃冲压发动机方面的内容外，还增加了以翻转课堂为主要授课模式的新概念冲压发动机部分内容。

学生通过学习本课程，可以了解冲压发动机的发展历程和趋势；了解冲压发动机的基本概念、结构组成和工作过程；掌握冲压发动机推力和阻力的计算方法；掌握冲压发动机主要性能参数的定义和计算方法；了解进气道的定义、结构、功能等基本概念；掌握进气道设计的配波理论，能够应用进气道设计方法开展进气道设计；了解亚燃冲压发动机、超燃冲压发动机和固体火箭冲压发动机的基本概念、结构组成、研究进展和关键技术；掌握并应用发动机热力计算方法。

二、学科竞赛驱动的翻转课堂实践探索

“冲压发动机原理与设计”课程教材第七章为《新概念冲压发动机》，通过本章的学习，学生可以了解新概念冲压发动机的设计思路、发展现状和趋势，理解不同类型新概念冲压发动机的关键技术问题及蕴含的科学问题。本研究利用翻转课堂教学模式开展《新概念冲压发动机概述》的教学内容，旨在通过学生自主开展冲压发动机系统设计，加深其对冲压发动机概念、结构体系、工作原理和关键技术等知识的理解，了解冲压发动机研究领域的前沿热点，增强学生的实操能力。在翻转课堂的实施过程中，针对军校学生课余时间有限的问题采用了基于学科竞赛的多层次形成性评价与激励方法，最大限度地调动学生参与翻转课堂的积极性，增强学生在学习过程中的获得感。

（一）研究生未来飞行器创新大赛

“中国研究生未来飞行器创新大赛”（以下简称大赛）是“中国研究生创新实践系列大赛”主题赛事之一，截至目前已成功举办8届。2022年大赛共吸引了来自111个培养单位的2300余名研究生报名参赛，是航空航天类、能源动力类、机械类和力学类等专业方向研究生最热门的竞赛之一。

（二）实施方案

如前所述，军校学生可投入课堂外学习任务的时间和精力相对有限，因此，面对传统翻转课堂，军校学生的参与积极性一般，课外学习的效果有限，难以在课堂上形成高效的“翻转”。为解决该问题，本研究采用基于学科竞赛的多层次形成性评价与激励方法，具体实施方案如图1所示。

第一步，概念解析、任务下达。授课教师通过1课时的《新概念冲压发动机概述》帮助研究生了解目前常见的几类新型冲压发动机，如：粉末燃料冲压发动机、凝胶冲压发动机和跨界质冲压发动机等的概念，以及它们的结构组成和功能特点，明确翻转课堂的任务目标，提高研究生课后研学的效率。

第二步，小组合作、开展设计。研究生通过分组协作，利用课余时间开展选题立项、文献调研、飞行器结构设计、数值仿真计算或实验验证等工作，在授课教师的指导下形成方案设计报告。

第三步，小组汇报、综合评价。在课程结束前，组织各小组进行汇报，为了充分调动研究生的主观能动性，避免传统翻转课堂可能造成的学生差距增大的情况［7］，小组汇报人由任课教师在汇报前三天随机抽取。每个小组的汇报成绩由授课教师和研究生组成的评审小组给出，研究生的汇报成绩以20%的比例计入总成绩。

第四步，校级竞赛评审。根据课程汇报的评价意见，各小组进一步完善作品，并推荐其中优秀的团队参加校级“研究生未来飞行器创新大赛”。随后，经过校级答辩评审，遴选出参加全国竞赛的队伍。

第五步，国家级竞赛评审。根据校级竞赛的评价意见，为各小组配置指导教师，对参赛作品有针对性地修改完善，最终代表学校参加国家级竞赛评审。

（三）教学效果评价

本研究通过将难度较高的飞行器设计大赛任务分解为三个阶段性任务：课程汇报、校级竞赛和国家级竞赛，设计出一条切实可行的发展路径，帮助学生克服畏难情绪。在翻转课堂的汇报讨论环节，本研究未采用毛遂自荐的方式产生小组汇报人，而是在课程汇报前三天随机抽取的方式，将为小组全体组员争取好成绩的压力传导至每一个学生，充分调动学生的积极性和责任感。同时，在翻转课堂的实践过程中融入同伴互评［8］，设立由学生和教师联合组成的评委，增强学生和教师之间以及学生之间的交互，提高翻转课堂的参与度。利用课程汇报、校级竞赛和国家级竞赛三个阶段的激励机制，充分调动了学生的主观能动性。指导教师及时总结经验，将每次的评审结果转化为多层次的形成性评价，帮助学生进一步提高作品质量的同时，不断提升个人综合素质。

经过课程汇报、校级竞赛评审和国家级竞赛评审三个阶段难度依次递增的翻转课堂，研究生对本课程以及飞行器设计相关专业知识的理解和应用能力进一步增强，同时，通过多次评审汇报，学生的团队协作和表达交流能力得到了提升，工程实践能力和综合素质得到了培养。

（四）优秀作品展示

在2022年“中国研究生未来飞行器创新大赛”中，我校学生共获全国一等奖两项、二等奖一项、三等奖四项。图2展示了我校获得全国一等奖的参赛作品：“深蓝”号——硼基冲压推进跨介质飞行器。

该作品的设计初衷是为了提升我国远海探测和侦察能力。“深蓝”号——硼基冲压推进跨介质飞行器的主要结构包括：空化器、辅助舱段、燃气发生器、弹出式尾舵、分离机构、燃烧室及尾舱段等。该作品的具体设计理念体现为：第一，采用回转体外形设计，飞行器无需改变几何构型，就能够实现在空、水两种介质环境中航行。第二，采用冲压发动机为动力系统，在空中能够实现超声速飞行，在水中辅以空化装置，实现≮200节的高速度航行。第三，采用空气/水冲压发动机，能够以介质环境中的空气与水作为氧化剂使用，有效提升飞行器航程。第四，采用硼基推进剂，实现快速响应的同时，兼具燃料点火可靠、燃烧稳定、能量密度高等优点。第五，采用燃料流量调节、多级结构、多次进水、再生冷却等设计，实现飞行器工作状态智能调节和工作模式智能切换。

该作品将共享理念贯穿整个设计之中，采用回转体构型设计和冲压推进系统，实现跨介质飞行器构型、跨介质动力方案共享；利用空气冲压燃烧室放置助推药、利用燃气发生器作为水冲压发动机补燃室实现空间共享；利用高温燃烧产生的尾气加热水冲压模态下用于燃烧的水，实现能量共享。

该作品创新地将固体火箭发动机和水冲压发动机相结合，通过一体化设计，能够在空中以超声速飞行，再通过超低空掠海下潜入水，在水中继续超高速航行，最终实现对目标的快速抵近。它集空中高速飞行与水下高速航行的特性于一身，相比单一介质航行器而言，具有空中飞行速度快、水下隐蔽效果好的特点，可有效增强飞行器的机动性和灵活性，适合执行各种复杂任务，可广泛用于中远程海洋反潜以及海洋资源勘探等，具有非常广阔的应用前景。该作品体现了参赛学生对冲压发动机原理课程理论的深刻认识与理解，并能结合飞行器总体设计等方面的知识进行综合创新，反映了本研究中采用翻转课堂取得的较好成效。

结语

翻转课堂作为一种新兴的教学模型已广泛应用于地方高校的研究生课程中，本研究针对军队院校学生的特殊情况，以国防科技大学“冲压发动机原理与设计”课程为对象，采用了基于学科竞赛的多层次形成性评价方法，探索了翻转课堂教学模式在军校研究生专业课程中的实践方法，通过随机抽选汇报学生、分阶段设置考核与奖励机制和多层次形成性评价等方法，使翻转课堂的教学效果有了明显改善，并在“中国研究生未来飞行器创新大赛”中取得良好成绩。

参考文献

［1］张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究［J］.远程教育杂志，2012，30（4）：46-51.

［2］张萍，DING Lin，张文硕.翻转课堂的理念、演变与有效性研究［J］.教育学报，2017，13（1）：46-55.

［3］于江飞，马立坤，朱家健，等.双一流军校《燃烧理论》翻转课堂模式和差异化教学的思考与探索［J］.高教学刊，2020（14）：23-27.

［4］郭雨岩，王安成，李建胜，等.军队院校翻转课堂授课方式探讨［J］.测绘通报，2022（S1）：170-172.

［5］胡建新，黄利亚.《冲压发动机》虚拟实验教学研究与实践［J］.实验科学与技术，2013，11（6）：97-100.

［6］黄利亚，罗振兵，邓雄.“新工科”背景下研究生实践创新能力培养的探索［J］.高教学刊，2019（25）：39-41.

［7］代思师，周芬芬，李小花，等.翻转课堂的现状与局限性［J］.当代教育实践与教学研究，2016（12）：2.