航空发动机原理结构与系统课程教学改革探索

摘  要：为提高人才培养质量，发挥课堂教学在人才培养中的主渠道作用，针对航空发动机原理结构与系统在目前教学中存在的问题，探讨课堂教学改革的思路和措施。在教学内容上，整合和更新理论教学内容，重新设计实验教学内容，融入课程思政，提供课外补充资料等；在教学方法上，采取讲解与互动相结合，通过提问、讨论、随堂练习等方式引导学生积极思考，通过实验加深学生对基本概念和发动机结构的理解。经过一个学期的教学实践，同学们给予积极的评价，取得良好的教学效果。

关键词：航空发动机；教学改革；理论教学；实验教学；课程思政

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）18-0144-04

Abstract： In order to improve the quality of talent training and give full play to the role of classroom teaching as the main channel in talent training， this paper discusses the ideas and measures of classroom teaching reform in view of the problems existing in the current teaching of Aeroengine Principle Structure and System. In terms of teaching content， it integrates and updates the theoretical teaching content， redesigns the experimental teaching content， integrates the curriculum ideology and politics， and provides extracurricular supplementary materials; in terms of teaching methods， the combination of explanation and interaction is adopted to guide students to actively think through questioning， discussion， classroom practice and other ways， and to deepen students' understanding of basic concepts and engine structure through experiments. After a semester of teaching practice， the students gave positive comments and achieved good teaching results.

Keywords： aeroengine; teaching reform; theoretical teaching; experimental teaching; curriculum ideological and political education

为深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要指导思想，加快推进教育现代化、建设教育强国，提高人才培养质量，山东省教育厅决定在全省普通本科高校推动课堂教学改革，充分发挥课堂教学在人才培养方面的主渠道作用。

航空发动机原理结构与系统作为山东交通学院（以下简称“我校”）山东省一流本科专业飞行器制造工程的重要课程积极参加了课程教学改革。航空发动机被誉为工业领域的皇冠，但是，我国航空发动机的研制起步晚、经验少，因此发展慢。近年来，随着我国正式实施燃气轮机和航空发动机重大专项，航空发动机的自主设计上升为国家战略，航空发动机的研制取得了突飞猛进的发展[1]。2021年，珠海航展上我国空军宣布本届航展是歼-20配装国产发动机后的首次公开亮相，这说明我们的航空发动机已经在军用领域有了巨大的进步。

2022年，中国商用飞机有限责任公司在第十四届中国国际航空航天博览会上发布了《中国商飞公司市场预测年报（2022—2041）》。依据经济发展数据，年报预测，我国民航业的发展质量会不断提升，布局会不断优化。未来二十年，我国航空运输市场将接收喷气客机9 284架，到2041年，我国的机队规模将达到10 007架，占全球客机机队21.1%，我国将成为全球最大的单一航空市场[2]。同年，C919大型客机获得中国民用航空局颁发的型号合格证，并且全球首架C919飞机交付中国东方航空，2023年上半年C919国产客机已载客运营。未来，随着C919飞机运营的不断成熟以及民用涡扇发动机技术的不断发展，民航领域也将会逐步使用我国自己研制的航空发动机，我国民航领域对航空发动机人才的需求会不断增加。

基于人才培养的要求和社会发展的需要，本文对航空发动机原理结构与系统的课程教学改革进行探索。

一  课程教学分析

航空发动机原理结构与系统是我校航空类专业的重要课程，其可以使相关专业的学生了解航空发动机的类型和特点、理解航空发动机的总体结构和工作原理、认识航空发动机的主要部件，为以后的工作打下良好的基础。

根据本次课程教学改革的要求，结合近年的教学实践和教学反馈，发现该门课程的内容还需要进一步补充和完善。首先，讲解航空发动机原理结构的教材有多种，但是，侧重点各不相同，这需要根据专业要求在教学中以一本教材为主，同时吸收其他教材中的精彩部分。其次，由于专业特点，动手操作真实的航空发动机实验难于开展，目前的实验教学主要以观察和讲解为主，为了提高同学们对航空发动机的认知以及动手能力，在本次课堂教学改革中引入虚拟仿真实验和航空发动机模型，使同学们动起来。再次，以前的授课内容中虽然也包含课程思政，但没有对内容进行系统梳理，本次课程教学改革中对课程思政部分进行整理、补充和完善，使其更好地与专业知识相融合，达到润物细无声的效果。最后，在教学方法、学业评价方式等方面也需要进行改革，以提高教学成效，实现教学模式从注重知识传授的“以教为中心”到“知识+思维方式+想象力”并重的“以学为中心”的转变，培养方式从灌输式到探究式的转变。同时给学生以适当的压力，开展学业全过程评价，学业评价从死记硬背、“期末一考定成绩”到独立思考、“全过程学业评价”和“非标准答案考试”的转变，从而达到培养基础知识扎实，富有创新精神，胜任岗位需求的高素质人才。

二  课程目标与改革思路

航空发动机原理结构与系统结合民航典型机型，分别介绍航空发动机的类型和特点、民航发动机的典型总体结构、发动机的主要部件和发动机的主要工作系统等[3]。通过本课程的学习，学生能够了解民航发动机各主要组成部件的功用、类型和构造，掌握发动机主要工作系统的组成、功用和工作原理等。

本课程的目标是传授航空发动机原理结构与系统的基础知识；培养学生运用所学知识理解航空发动机的结构和工作原理；培养学生用辩证的思维分析航空发动机结构设计的思路；激发学生的爱国情怀和投身航空发动机事业的兴趣。

为实现课程的教学目标，在教学内容的组织与安排上坚持三项原则：①突出一个主线，以航空发动机的总体结构为主线；②坚持两个统一，即理论与操作、知识与能力的统一；③实现三个结合，即教与学、学与练、课内教学与课外资料自主学习相互结合。

根据课程教学目标以及教学中发现的问题，课程改革的思路是，在教学体系的设计上，先对航空发动机的基本类型和总体结构进行讲解，再对压气机、燃烧室、涡轮和排气装置展开分析，这有利于学生更好地理解航空发动机的工作原理和结构设计特点。在教学时间的安排上，全面体现“两个统一”“三个结合”的原则，合理安排理论教学与实践教学。建立理论与实验两大教学体系，使理论与实验教学的总时数比例达到3∶1，这样安排的目的在于实现理论知识与实践能力的有机结合。在课程思政的融合上，选择与课程知识衔接性好的思政点，以达到知识学习与思政教育的良好配合。在学生课程成绩考核的实施上，调整平时成绩与期末考试成绩的比例，增加平时成绩的比重，避免平时不努力，期末突击复习的学习现象，使学生在日常学习中脑用起来、手动起来。

三  课程建设与改革措施

根据课程改革思路，在教学过程中主要对理论内容、教学和考核方法、实验内容、线上教学资料和课程思政内容进行了改革。

（一）  完善理论内容

整合和更新教学内容，删除重复、陈旧的部分。所选教材侧重结构与系统的讲解，原理介绍较少，将航空发动机原理的内容补充到教学中，主要包含以下几个方面。

1）航空燃气涡轮发动机为什么要有这样的结构？先从同学们熟悉的活塞式发动机开始讲解，活塞式发动机有四个冲程，它们相辅相成缺一不可，但是活塞式发动机的四个冲程中只有一个冲程做功，因此做功不连续，不适合制成大功率动力装置。于是人们试图对活塞式发动机进行改进，但核心的工作原理是必须要遵循的，经过不断地尝试人们研制成功了燃气涡轮发动机，其结构既保持了活塞式发动机的工作原理，又克服了其一些不足之处。

2）没有压气机和涡轮行不行？结合工程热力学中燃气涡轮发动机理想循环的热效率进行讲解，使学生明白压缩气体的目的是为了提高燃气轮机的热效率，而压缩气体需要消耗极大的能量，用电能显然不太现实，于是设计了涡轮从燃气中吸收一部分能量来传递给压气机，这是一个巧妙的设计。

3）涡扇发动机为什么比涡喷发动机省油？这个问题作为课外作业，让学生去查阅资料，课上通过自由发言的方式鼓励学生说出自己对该问题的理解。根据学生的理解情况，引入涡扇发动机质量附加原理，通过质量附加原理的推导，使学生理解涡扇发动机比涡喷发动机省油的原因，引导学生进行探究式学习。

4）压气机叶片为什么是交错排列的方式，为什么不全是转子？从中学中速度的合成讲起，引导学生先分析压气机叶片入口处气流速度的方向，再分析压气机叶片出口处气流速度的方向。通过比较出入口速度的方向让学生明白压气机为什么不全是转子，并进一步分析压气机静子叶片应该如何设计出入口气流的速度方向。

5）发生喘振的原因是什么？所选教材中详细介绍了防止喘振的措施，但没有说明喘振发生的原因。补充多级轴流式压气机喘振本质上的原因是当发动机在非设计状态工作时，压气机前面增压级和后面增压级的流通能力不匹配，因而造成了“前喘后涡”或“前涡后喘”的现象[4]。

6）燃烧室的工作原理。所选教材中详细介绍了燃烧室的类型和燃烧室的各个部件，通过前面几轮的授课效果看，学生对于燃烧室各个部件的功能理解不够透彻。在教学反馈中了解到学生开始燃烧室部分的学习时，对燃烧室的总体结构和工作特点不了解，导致后续的理解出现困难，只有完全学习这一部分后再回顾和总结才能慢慢理解。因此，为使学生较好地理解燃烧室的相关知识，本次课堂教学改革中决定在燃烧室部分，先对燃烧室的工作环境和特点进行讲解，以便学生更好地理解燃烧室中为什么要设计相应的部件。

7）将科研成果融入课堂教学，结合教学内容，向学生介绍学术研究的最新成果，开拓学生的科学视野、启发学生的科学思维。

（二）  改进教学和考核方法

通过教学方法的改革，提高学生学习的主动性和积极性，推动教育教学主体从“以教为主”转换为“以学为主”，实现学生在教育教学工作中的主体地位。采取多样化、信息化的教学手段，充分利用多媒体课件、教学影像资料和网络教学平台等现代教育技术，以及提问、讨论、随堂测试等互动方式开展教学活动，打破枯燥乏味的满堂灌式教学，营造轻松的学习环境，让学生更加生动、形象、专心、认真地学习专业知识，提高学生的学习兴趣。

加强过程性考核，提高平时成绩在总成绩中的权重，使平时成绩占50%，期末考试成绩占50%。其中，平时成绩包括实验、讨论、提问、作业、随堂练习、阶段测验和小论文等内容。考试采用闭卷考试的方式，主要考察基础理论的掌握程度和知识的综合运用能力。

（三）  重新设计实验

对实验教学进行重新设计，将以往在机库中以讲和观察为主的实验方式，改为以学生动手操作为主，老师讲解为辅的方式，提高同学们的学习兴趣和动手能力。

1）实物航空发动机的装拆实验具有一定的危险性，且难度较大、需要的课时数较多，在目前的培养计划安排下，不适合开展。为此，购买了两台涡扇发动机模型，指导同学们进行拆装实验。发动机模型为半剖结构，包括风扇、压气机的转子和静子、燃烧室、涡轮的转子和静子、排气装置以及机匣等航空发动机的主要部件。学生在组装前需要熟悉发动机的部件和结构，这可以加深同学们对航空发动机总体结构的认知，同时通过亲自动手，还可以帮助同学们更好地理解和掌握理论内容。