将航空三维建模引入课堂的教学改革研究

孙斌 张铁纯

【摘要】结合我校飞行器制造工程整体专业建设目标，从学生、本专业课程以及教师课堂教学方法等角度出发进行研究。考虑以现代民航最为常见的机型，如A320和B737NG飞机等为主要对象实现相关机构的CATIA三维建模，在已有的课程基础上，对构建更贴近工程实践的课程教学文件体系和实现专业课程教学改革进行研究。

【关键词】三维建模 CATIA 专业课程

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）03-0230-02

一、前言

根据“大工程观”的培养理念，鼓励课堂教学与工程实践相结合，课堂教学效果的好坏将直接影响学生的学习效率和主动性。随着我国现代民航技术的发展，在学校课程教学上也涉及到很多知识点的更新，据此，探讨将航空三维模型引入课堂教学，使理论讲授更贴近工程实践对飞行器制造工程专业改革也就具有一定的指导意义。

二、引入航空三维建模的必要性分析

根据目前我院飞行器制造专业的相关专业课程，结合本专业总体建设目标，通过创新教学模式和教学手段的综合应用，重点强调学生工程实践能力和自主创新能力的培养，从而使学生在毕业后能够胜任民用航空器维修、制造等相关工程技术工作。将三维建模技术引入课堂，通过对飞机具体结构与系统的基本数字模型的建立和工作原理的仿真，匹配专业课程教学内容，借助计算机交互用户界面以及动画的形式，使学生对相关课程知识点的学习和理解更加直观和透彻。

A320和B737NG飞机属于我国目前民航最主流的机型，代表着航空业的先进技术，从课程的角度也比较具有代表性。通过对相应飞机维修手册及设计资料的查询，为在CATIA中实现基本数字模型建立提供了基础数据方面的支撑。与民航实际机型的结合，也使得课程教学变得更加具有针对性及实际指导意义。

三、课程教学改革的实施方法研究

飞行器制造工程专业的相关专业课程所涉及到的知识面较广，且课程专业性、综合性较强，使得学生在学习过程中对于真正核心的专业理论理解的不够深刻，进而影响到后续专业课程的学习。为了调动学生在课程学习方面的主动性，使专业理论知识的学习和民航维修实践更好地相互结合，因此，在将三维飞机结构与系统模型引入课堂教学的基础上，需要认真探索和研究优化教学模式和提高课堂教学效果的方法。

1.结合专业特色，制定教学目标

飞行器制造工程专业是我校最具民航特色的专业之一，具备深厚的专业理论基础。在原有课程资源的基础上，结合我校特色专业的办学理念，将三维飞机结构与系统数字模型引入课堂教学，通过创新教学模式和手段的综合应用，进一步夯实学生的专业理论基础。在课程知识点的方面，使之前一些难懂的知识点通过三维模型的应用举例变得更为生动和直观，从而达到深化學生对课程知识点理解的目的。

另一方面，可以通过组建兴趣小组的方式，让学生参与到飞机三维数字模型的建立中来，以三维建模软件CATIA作为基础平台，参照飞机维修和设计相关手册，使学生在自己动手进行模型建立的过程中更进一步的认识飞机结构与系统的内部组成，包括零部件的匹配以及系统驱动原理的实现在内，进而使学生对将来工作所涉及的一些领域有初步的了解，对学生的专业学习以及毕业后的工作具备一定的实践指导性。

2.形成课程体系，优化教学资源

结合已有的课程教学体系，在此基础上，可以借鉴国内外一些相关课程先进的教学方法，对已有的专业课程知识体系进行重新梳理。以飞机三维模型的引入为基础，在有些知识点的讲解学时方面进行划分，对相关课程知识点以及应采用的教学方式进行深入的分析与讨论，制定教学及实验大纲，形成系统化、综合化的专业课程体系。

在原有课程教学资源的基础上，除了A320和B737NG飞机以外，也可适当引入目前最新机型如A350、A380及B787飞机等，结合国际民航前沿机型，对其结构与系统工作原理进行三维仿真与动画模拟，对专业课程教学资源库进行更新，保证专业课程学习能够与世界民航先进领域接轨，也为建立符合本专业教学计划要求的课程框架打下了良好的基础。同时，结合最新教学资源的引入，对相应课程的教学资源库进行整体的优化，针对每一个机型可单独建立数据库，最终形成系统完整的CBT教学资源平台，为本专业相关课程教学提供有力的教学资源支撑。

3.采用课程设计，调动学生主动性

为了使学生能够真正参与到对专业课程的学习中来，可采取结合课程设计的方式，如在课堂上某一知识模块的讲解时，对学生以班级为对象分为若干组，对应与课程设计相关的若干个题目来进行三维数字模型的概念性设计，随堂对学生进行指导，并使学生利用课下时间来完成对应题目的课程设计要求。课程结束时，学生以小组为单位分别汇报各自的工作内容，总结自己在课程设计过程中的收获，展示小组的模型设计成果，并以书面的方式提交课程设计报告。

4.实行项目引导教学，鼓励自主创新

在课程教学的基础上，借助于航空三维模型的引入，结合本专业教学资源库的建立，依据本专业教师相关教学及科研项目，以项目为主体来指导教学。学生以兴趣小组的形式参与到项目中来，组织学生进行项目设计与开发，如进行新机型三维模型教学资源数据库的建立，抑或是来自企业的一些航空维修相关课题项目，进一步形成一个稳定的教学研究梯队。在教师指导学生时，可多结合企业方面，使学生熟悉从项目题目设计，项目研究实施，项目开发与优化，到项目结题的整个流程，可很大程度上提高学生的实践能力，使其认识到所学理论知识的实用性，也对教师提升自我教学及科研水平具有很大帮助。

在学生参与飞机三维建模相关项目设计的同时，根据近年来笔者在航空企业及相关高校调研的结果，学生的自主创新能力越来越受到重视。因此，应鼓励学生在实践性很强的项目设计中，如采用三维模型模拟仿真飞机局部维修过程等，在相关维修方案的设定方面，充分发挥个人的创新能力，敢于打破常规去思考问题，在掌握专业课理论知识的同时，独立地去阅读相关书籍及参考资料，拓宽专业知识面，从而达到对学生综合能力进行全面培养的最终目的。

参考文献：

[1]任仁良，张铁纯.涡轮发动机飞机结构与系统.北京：兵器工业出版社，2006.

[2]冯锐，刘丽丽.整体论视域下的教学设计探讨[J].开放教育研究，2009（4）：69-73.

[3]张铁纯.三维仿真动画的开发技巧.中国民航学院学报，2002（8）：第20卷第4期.