空气动力学基础课程助力“低空经济战略性新兴产业”教学改革探索

［摘           要］  为了响应国家“低空经济战略性新兴产业”发展战略，培养航空航天专业学生在eVTOL（电动垂直起降飞行器）、无人机（消费级、工业级）、直升机等装备空气动力学原理及总体设计意识，以空气动力学基础课程为对象，通过课程改革和思政教学双向结合的方法，围绕机翼基本原理、飞行器气动外形设计及低空低速情形下的空气动力学基本原理，探索完善航空航天专业学生进入“低空经济战略性新兴产业”必备基础知识和专业素养提升途径。

［关    键   词］  空气动力学；低空经济战略性新兴产业；课程思政

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2024）33-0101-04

由工业和信息化部等四部门印发的《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035年）》提出了在2025年实现eVTOL试点运行的提议，将eVTOL纳入综合立体交通网络中，提倡打造绿色航空制造体系，以此来推动绿色经济、安全便捷城市空运体系的构建[1]。空气动力学基础是新工科专业“航空航天工程”的核心专业基础课，南京航空航天大学通过提出“冯如”“欧拉”“雷诺”特色融合教学、“竞讲”“竞演”“竞赛”全面打擂强化课堂的教学创新，围绕“冯如”-飞行器空气动力学鲜明特征，打造“欧拉”-理论空气学、“雷诺”实验空气动力学等理论与实践相结合的课程教学体系；通过自研的典型流动实验平台、飞行器气动设计平台和全面打擂形式课堂等，让学生在实践中掌握空气动力学相关知识，最终达成本课程的培养目标：化气成器——让学生成为飞行器先进气动结构设计工程师，具有理论底蕴、实践技能和工程思维。

一、“低空经济战略性新兴产业”概述

2024年是低空经济发展的元年，低空经济作为新质生产力，呈现出广阔的发展前景，可以看作是拉动未来经济增长的关键动力。低空经济指的是垂直高度在1千米以内，最高不超过3千米的低空空域范围，主要通过低空飞行的方式来实施多种公共、商业服务活动的总称[2]。低空经济战略性新兴产业链主要涉及四大领域，分别是低空飞行保障、低空运营服务、低空飞行器制造以及低空基础设施，整个产业链条相对较长，应用场景复杂，具有主体多元、涵盖领域广等特征，且拥有丰富的投资机会。当下，中国低空经济战略性新兴产业已初具规模，实现了数字化、信息化管理技术赋能，通过开展一系列产业创新工程，极大地完善了产业生态，衍生出一种容纳并推动多领域协调发展的综合经济形态，激发了新时代社会经济发展活力，为众多行业带来了全新的发展机遇。

二、开展空气动力学基础课程改革的重要性

低空经济对空气动力学基础课程教学提出了全新的要求，立足市场和行业发展需求，开展空气动力学基础课程改革工作已成为必然的趋势，具有重要的理论和现实意义。首先，高校结合时代发展需求，积极开展空气动力学基础课程改革工作，可以将更多有关无人机智能控制、飞行器平台设计、一体化继承和应用软件等知识和技术融入课程教学内容中，进一步丰富和充实教学资源，实现了教学与科研的有效衔接，提升了学生的科学思维、创新意识[3]。其次，激发学生的学习兴趣，提升学生的综合能力和素养。高校积极开展空气动力学基础课程改革工作，转变传统的课程教学方式，结合实际教学需求，灵活整合运用多媒体教学、情景教学、案例教学和项目任务等教学方式，能够通过音视频、图片等全新的方式将理论知识讲述给学生，激发学生的学习兴趣，使学生主动参与到理论、实验等各类教学活动中，帮助学生养成良好的自主学习习惯，让学生成为课堂学习的主体。再次，空气动力学基础课程改革助推低空经济新兴产业的发展，推进制造业强国建设。在国家以低空经济为契机，全面开启产业转型升级新篇章的背景下，大力推进空气动力学基础课程改革，转变传统教学理念，切实提升课程教学效果，帮助学生深入了解低空经济、感受低空经济、走进低空经济，为全面推进低空经济做好人才和技术储备[4]。最后，空气动力学基础课程改革还建立了产学研沟通交流渠道，推进了教育与低空经济新兴产业的深度融合，鼓励学生参与创新创业项目，构建出适应市场个发展需求的人才培养体系，成功培育出更多具备无人机相关知识和技能的专业人才，为大力开展科技创新提供有力的支持，有利于推进“低空经济战略性新兴产业”的健康、持续发展，加快了制造业强国建设目标的实现。

三、空气动力学基础课程教学存在的问题

就高校空气动力学基础课程教学现状进行分析，受传统教学理念和模式影响，在实践教学过程中仍存在教学方式单一、理论教学和实践教学相脱节、与思政课程融合程度有待加深等一系列问题，达不到理想的课程教学目标，无法助力低空经济新兴产业的发展。

（一）课程教学方式有待创新

高校在开展空气动力学基础课程实践教学工作时，由于课时有限、学生数量较多，所以普遍采用大班式的教学方式，即由教师统一讲述空气动力学知识、理论公式等内容，学生被动参与学习活动，师生间缺少有效的互动，整体课堂教学氛围相对沉闷，无法保证学生的学习效果。受传统课堂教学方式影响，学生很难透彻、扎实地掌握空气动力学知识，降低了课堂教学效率。作者所在的空气动力学基础基层教学组统计，本门课25.4%的学生反馈课程难度较大、课堂枯燥，影响了本门课的学习效果。

（二）理论教学与实践教学相脱节

空气动力学基础课程是一门理论与实践紧密结合的课程，要求在开展课堂理论教学工作之外，还要适当安排实践教学活动，做到理论与实践教学的有效整合，以此培养学生的专业素养和能力。但是很多高校仍存在重视理论教学而忽视实践教学的状况，出现教条化、空洞化的教学状况，无法将理论教学环节与低空经济产业实践应用和发展结合起来，不能引导学生将所掌握的理论知识有效转化为科技创新成果，很难激发学生的学习兴趣和创新意识[5]。在理论和实践教学相脱节的情况下，学生无法接触到无人机工程实践新成果、新知识，不能将课本理论知识与无人机设计制造、气动特性、运行问题的解决联系起来，缺少参与实践锻炼和应用的机会，限制了学生探索无人机技术和应用的能力，达不到培养高素质应用型技术人才的目标。作者所在的空气动力学基础基层教学组统计，部分学生提出应增加层流/湍流特点、伯努利方程等试验课程，受限于培养方案，相关的实验课程推进滞后。

（三）未实现与思政课程的同向同行

在新时代高校“三全育人”的格局下，为了积极响应党中央课程思政建设的号召，有效发挥空气动力学基础课程的育人功能，高校应积极推进课程思政建设工作。但当下高校在开展空气动力学基础课程教学的过程中，普遍将关注点放在学生学习成绩上，侧重对学生空气动力学知识掌握、原理应用等的考察，并没有结合教学内容深入挖掘隐藏的思政知识，未将思政元素全面渗透、融入课堂教学过程中，忽视了对学生学习情感、态度和价值观等的培养，无法实现专业课程与思政课程的同向同行。虽然部分高校在空气动力学基础课堂中阐述了树立远大理想信念、家国情怀等思政知识，但仅停留在表面层次上，存在课程思政形式化的问题，无法潜移默化地借助专业空气动力学知识帮助学生形成正确的“三观”和良好的政治素养，所培养出的人才也满足不了低空经济产业的实际发展需求。2022年和2023年，课程督导均提出，空气动力学基础课堂中基本数学原理与时事思政热点联系不紧密。

四、空气动力学基础课程助力“低空经济战略性新兴产业”教学改革路径

南京航空航天大学作为“低空经济战略性新兴产业”的排头兵，为深化空气动力学基础这一课程改革，以产业发展需求为导向，从实施课程思政、构建线上线下混合式教学模式等方面入手，落实高质量课程教学工作，培养出综合素质高、专业能力强且具备创新意识的高层次技能人才，依靠优秀人才助力低空经济在数字转型浪潮中稳健迈向繁荣的未来。

（一）构建线上与线下混合式教学模式，丰富教学方式

在新时代背景下，为了解决传统空气动力学基础课程教学方式单一化的问题，高校应积极对线上空气动力学基础课程教学平台进行构建，与线下课堂教学形成良好的互动，打造混合式教学模式，丰富课堂教学方式。在依托混合式教学模式开展空气动力学基础课程教学工作中，教师可以设计多媒体课件，通过视频、动画的方式，生动地演示无人机翼流动分析的形成过程，帮助学生理解空气动力学知识；或者，教师也可以结合飞机飞行过程中脱落涡与机翼升力的关系、层流和湍流基本物理性质，引入eVTOL的实践应用案例，通过具体化的案例引申出库塔茹科夫斯基定理和环量基本概念，使教学内容更加生活化、趣味化，让学生了解空气动力学知识与日常生活的联系，在相应的情境中全身心投入学习活动中，使学生能够透彻地掌握知识[6]。此外，教师也可以依托线上教学平台，开展空气动力学基础课程翻转课堂、雨课堂教学，将课前—课中—课后三个教学环节紧密结合起来，调动学生的学习主动性，动态化掌握学生的学习状况，提高课程教学效果。在课前预习环节，教师可以提前发布预习任务，了解飞机机体几何外形和参数、分析飞机机体坐标等，让学生登录平台查看教学课件，自主进行预习、资料搜索，熟悉飞机机体几何外形和作用在飞机上的空气动力，大致掌握飞机重心和坐标，为更好地参与课堂教学做好铺垫；在课堂教学中，教师在阐述飞机飞行时气体流动规律、飞机所承受的外荷载及平衡方程时，可以设置启发性问题，应用线上课堂的弹幕功能，促进学生与教师、其他学生间的充分沟通，在互动讨论中总结教学重难点知识；而在课下，教师可以在平台中布置课后作业，要求学生及时完成有关飞机低空低速飞行特点的随堂检测，动态化掌握学生的学习状况，及时解答学生提出的问题，迎合学生的学习需求，完成符合低空经济产业发展需求的高质量课程教学工作。通过上述教学创新，学生综合能力得到显著提升，涌现出获评中国大学生年度人物的优秀学生代表；学生科创团队获得包括中国“互联网+”金银奖、世界大学生立方星挑战赛中国赛区“特等奖”等国家级奖项；学生自主研制的“锦囊一号”立方星载荷成功入轨。教师团队也获得了2项国家级、9项省部级荣誉。

（二）提高实践教学所占的比重，实现“教学做合一”

鉴于空气动力学基础课程具有专业性强、实践要求高等特点，为了达到理想的教学目标，在开展理论教学工作的同时，还要适当增大实践教学所占的比重，强化对学生实践操作能力的锻炼，引导学生积极、主动思考，从实践训练中获得灵感、凝练知识，实现“教学做合一”，让学生获得新知识和创新实践能力。

一方面，教师可以结合课程教学内容，让学生以小组形式参与到教具制作中，锻炼学生的动手能力，激发学生的空间想象能力，从而使其成为课堂学习的主体，运用知识解决实践问题。例如，教师可以引导学生通过3D打印技术设计飞机模型，体会飞机操纵性、稳定性知识的实践应用，并鼓励学生通过制作的飞机模型来演示飞机的滚转、偏航、俯仰等多种不同的飞行姿态，让学生的实践创新能力得到培养和全面发展。2024年3月，《科技日报》三版头条“聚焦新质生产力”栏目刊发《企业高校联袂“奏响”航空航天产业新乐章》一文，报道了我校国际创新港多措并举厚植新质生产力，取得了显著成效。

另一方面，高校还应同参与低空经济产业的企业建立良好的合作关系，整合校内外教学资源，积极对实训基地进行搭建，结合低空经济产业前沿科学项目，组织学生参与到仿真模型试验中。在实训基地中，教师要发挥VR技术、人工智能等技术的优势，创设相应的教学情境，给学生提供更多参与eVTOL、无人机或直升机等装备的设计项目及气动学原理探究实验的机会，让学生身临其境地进行动手操作，在软件中完成模型设计任务，对所学的理论知识进行验证。学生通过在实训基地中参与各项实践科研项目，不仅能够扩大知识面，了解更多的空气动力学知识、低空经济产业最新技术，还可以加深对相关知识的掌握、应用，全面提高问题分析、解决能力。南京航空航天大学已引入5个全国重点实验室、6个省部级创新平台、8个校企联合实验室，集聚各类高端人才150余名，引进培育了73个人才和产业化项目，一批航空航天产业关联项目正加快落地，不断推动区域新质生产力发展。南航低空经济建设引发关注，聚焦南航开展低空经济创新技术研究、服务低空经济产业建设，新华社、江苏电视台、东方卫视、中国江苏网等多家媒体纷纷前来邀约采访，近期将邀请南航多位专家解读低空经济发展布局。