飞行力学在线课程建设与项目式课堂教学改革研究

苗楠 王晓璐 刘战合

摘 要：本研究基于学校面向飞行器设计与工程专业开设的专业必修课程飞行力学，对授课现状、教学及考核方法等进行了分析，并以此为基础，提出了在线课程建设与项目式课堂教学相结合的教学改革方法。此外，在线课程建设方面基于两类知识点、以微课为主体开展，课堂教学方面以扩展学生知识面和培养其基本科研素质为目标、以项目式教学为主线进行设计。

关键词：在线课程;微课;项目式教学;飞行力学;课堂教学改革

飞行力学是飞行器设计与工程专业的重要必修课程，该课程以空气动力学、刚体力学、结构力学、控制理论、发动机原理、应用数学和计算机技术等作为主要的理论基础，研究飞机在不同环境下的飞行规律，从而直接为飞行器设计和使用服务。在飞机设计与研制中，飞行力学是沟通理论与实践的桥梁。

根据郑州航空工业管理学院飞行器设计与工程专业现有培养方案（2016级至2019级）安排，该课程开设于第七学期，是该专业的最后一门力学类课程。因此，为使学生在掌握本专业基础理论、基本知识和技能的基础上顺利完成毕业设计，本研究提出了在线课程建设与项目式课堂教学相结合的教学改革方法，力图在实现授课效率和课堂效果有效提升的同时，培养学生的基本科研素养和科研能力，为毕业设计环节的顺利开展奠定基础。

一、课程现状分析

（一）授课对象学习基础和状态参差不齐，授课效率受影响

飞行力学的先修课程主要包括航空航天技术基础、理论力学、空气动力学、飞行器总体设计等。在该课程的授课过程中，会涉及先修课程中的诸多相关概念、基本理论、计算方法和重要结论等。

从近两个学年的授课经验来看，大四学生的学习基础和学习状态参差不齐，在一定程度上出现了两极分化现象。学习基础较差的部分学生先修课程基础较为薄弱、必要的知识储备不足，为照顾其学习状态，往往需要教师在讲授课程内容之前补充介绍先修课程中已经学习过的相关知识。对于学习基础较好的部分学生，上述基础知识回顾往往略显拖沓，影响授课效率，且该部分学生的考研比例较高，课堂积极性和参与度总体偏低，若教师保持原有授课方式，难以调动该部分学生的学习状态和兴趣。

（二）课堂教学及考核方法单一，过程性考核不完善

在2018—2019学年的飞行力学教学过程中，课题组基本上采用了教师讲授、学生听课的授课方式。虽然教师在授课过程中保持了与学生的频繁互动，并辅以学生做主体的习题讲解，但总体而言，课堂的吸引力不足、学生的积极性不高。该课程依然采用闭卷考试的考核方法，对过程性考核的重视程度不足。因此，由于在教学形式及考核方法上没有创新，该课程整体授课效果有很大的提升空间。

为改善这一情况，2019—2020学年第一学期，教师尝试在讲授课本内容的基础上，补充分享相关科研和前沿内容。比如，课题组在第三章“飞机的机动飞行”的讲授中，适时地引入了失重飞机飞行剖面设计的应用实例，对失重飞机的原理、进行单次及连续抛物线失重飞行的剖面设计方法进行了讲解，并结合自身科研方向和最新成果分享了失重飞机内的流体动力学行为分析等内容，同时引入了一定的课程思政元素（如图1所示）。在第三章课程中，学生表现出了很强的好奇心、很高的积极性和较高的参与度。

二、改革内容

基于上述分析，为进一步提升授课效率和课堂效果，本研究提出了在线课程建设与项目式课堂教学相结合的教学改革方法，其内容主要包括以下两方面：

（一）基于知识点、以微课为主体的在线开放课程建设

在線开放课程以现有网络教学平台在线课程资源为基础，以知识点为单元，以微课为主要形式。每一章节的微课内容主要聚焦两类知识点：先修课程中与本章节相关的重要基础知识，本课程本章节中的重点与难点。

重要基础知识相关知识点的微课建设，对于基础较差的学生来说，将在其课程内容的预习和复习中起到重要作用，在课堂讲授过程中，将大大减少先修知识回顾所占用的时间，避免内容拖沓而影响授课效率和基础较好学生的积极性，同时，可节省更多课堂时间，便于项目式课堂教学改革活动的开展。重、难点类知识点的微课建设，对于不同学习程度的学生来说，都可以起到很好的补充和强化作用，让学生在有限的时间和精力下，学习有所侧重，增强学习效果。在进行该课程微课建设的同时，也将进一步完善在线开放课程其他内容的建设，如习题库、讨论区的建设等。

（二）扩展知识面、以项目式教学为主线的课堂教学改革

在接下来的课堂教学中，在以微课为主体的在线开放课程建设基础上，教师可开展以扩展学生知识面、培养学生基本科研素质为目标、以项目式教学为主线的课堂教学改革。在基于以现有教材讲授基本教学内容的基础上，教师可结合之前授课过程中的相关科研内容经验分享，通过对每一章节相关项目的适当选择和设计，开展以项目为主线、教师为引导、学生为主体的课堂教学改革探索实践。

合理设计的项目在扩展学生知识面、提高学生基本科研素质的同时，还可提高学生的专业知识综合运用能力和软件使用能力，从而为毕业设计环节的顺利开展奠定基础。此外，教师在课堂教学中增加翻转课堂环节，让学生在进行文献调研、用所学知识完成初步科研内容的基础上，在课堂中进行成果展示，并将此作为最终成绩考核依据的一部分，进一步丰富过程性考核内容和依据。与此同时，通过文献查阅、科研软件学习与应用等内容，可提高考研学生的课堂兴趣、参与度及成就感，从而进一步提升授课效果。

三、实施方案

（一）提炼知识点，完善在线开放课程建设

针对每一章节，教师提炼与先修课程密切相关的基础知识点、该章节的重点与难点，并针对上述两类知识点完成微课视频的录制、后处理与上传工作。

以第四章“飞机的续航性能”为例，对微课建设的思路进行说明。根据教学大纲要求，本章需介绍与续航性能相关的基本概念、性能指标、关系式以及喷气式飞机的续航性能计算等。其中，对于航程、航时、可用燃油量等概念，在先修课程中已经多次设计，部分学生已较为熟悉，可归为重要基础知识点;对于小时耗油量、千米耗油量的概念、表示形式及二者之间的联系，久航速度、远航速度、久航高度、远航高度等概念的理解和变化趋势分析，喷气式飞机续航性能的影响因素等，需归为本节的重、难点内容，在微课中进行知识点的详细讲解。

（二）预先设定项目供学生选择，并根据情况动态调整

在2020—2021学年课程开始前，完成对重要章节相关项目的适当选择和预先设计。在课程开始时，教师将所有预先设定的题目向学生公布，供学生选择和分组。随着课程内容的开展，在某一章节内容结束后，教师选择对应章节项目的学生及小组通过文献调研、编程或仿真计算、结果展示等环节进行项目式研究，并根据学生的实际完成情况和真实反馈，对项目式教学改革的开展情况进行分析，从而对预先设定的项目进行动态调整，实现内容和难度上的优化。

以第四章“飞机的续航性能”为例，结合习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的重要讲话和黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略，教师可带领学生开展以黄河流域生态监测无人机为对象的续航性能计算及相关设计研究。

以第五章“起飞和着陆性能”为例，教师在对影响喷气式飞机起飞和着陆性能的因素进行讲解后，可要求学生以小组为单位、基于Matlab程序完成影响因素的定量计算和分析，并完成GUI界面制作和分享。由于大多学生缺乏编程经验，为保证完成度，教师可事先分享如图2所示的飞机起飞离地速度分析的简单演示示例及制作过程。此类项目的顺利开展可初步培养学生变成能力，对毕业设计的完成和提升起到促进作用。

基于授课对象学习基础和状态参差不齐、课堂教学及考核方法单一的教学现状，课题组针对飞行力学课程提出了在线课程建设与项目式课堂教学相结合的教学改革方法。这一改革以提升授课效率、改善课堂效果为目标，同时着力培养学生的基本科研素质和科研能力。改革内容包含以微课为主体的在线开放课程建设和以项目式教学为主线的课堂教学改革两个方面。基于改革内容制定了总体实施方案，并以该课程的多个章节为例进行了方案细节的初步探索和可行性分析。

参考文献：

[1]王晓璐，刘战合，赵辉.飞行器设计专业人才培养模式研究[J].河南教育（高教），2017，（8）.

[2]匡江红.飞机飞行力学[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3]马杰，柳伟续.以项目为导向的科学研究和课程教学的结合方式探讨[J].河南教育（高教），2018，（8）.

[4]劉战合，田秋丽，王菁.面向实践能力提升的科研反哺教学方法初探[J].河南教育（高教），2019，（12）.

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