民航机务专业航空材料与腐蚀课程的教学实践与探索

吕双祺 李梦 尚永锋 左渝钰 魏武国

[摘 要]民航行业的快速发展使其对机务技术与管理人才的理论和技能要求逐渐提高。而航空材料类课程是民航机务相关专业学生必修的专业基础课程。中国民用航空飞行学院航空工程学院的航空材料与腐蚀课程，在一般机械工程材料课程的基础上突出航空领域材料部分，贴近机务维修工作，重视双语教学和实验环节。围绕目前的教学方法和教学内容现状，学校对其进行了初步的改革，即采用翻转课堂、微课设计等方法促进学习效果的提升，改善教学和考核中的知识点难易分布，拓展完善腐蚀与防护部分的教学内容等。

[关键词]航空材料;机务维修;翻转课堂;教学内容;教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）02-0001-03

近年来，我国航空领域技术和产业发展迅速。国产大飞机、航空发动机和燃气轮机等重大专项依次启动，进展顺利。在民航领域，运输航空和通用航空日益发展;在军事国防方面，空军力量成为现代军队的重要组成部分。国家对于航空类相关专业的人才需求逐年加大，许多高等院校相继开设了飞行器及动力装置的设计、制造、维修、适航等相关专业，并逐年扩大招生规模，但仍然很难满足现实需要。航空产业的快速发展离不开航空材料科学的不断进步，先进材料的研发与应用为航空结构设计提供了更多的选择，起到了巨大的推动作用[1]。在高等院校，航空材料类课程成为相关专业学生的重要必修基础课程。针对不同专业，如何开展此类课程的教学研究和教学改革工作，以培养更加优秀的、符合国家和市场需求的学生，是相关院校授课教师的重要工作之一。中国民用航空飞行学院作为国内培养民航机务人才的一支重要力量，长期致力于相关学科和专业的课程建设和教学研究工作。其所开设的航空材料与腐蚀课程对于机务专业学生而言，既打开了了解航空产业发展的一扇窗口，又为往后的专业核心课程和维修技能培训学习与实践打下了重要基础。因此，学校有必要经常性地对本门课程的教学内容、教学方法、教学过程加以思考和改进，以促进学生的成长成才。

一、课程内容与性质

航空材料与腐蚀课程是中国民用航空飞行学院面向飞行器制造工程、飞行器动力工程等本科专业以及飞机机电设备维修等专科专业于大学二年级开设的一门必修专业基础课程。课程主要分为“航空材料学基础”和“航空材料腐蚀与防护”两个部分，在教与学的过程中紧紧围绕“化学成分—加工工艺—组织结构—性能—应用”之间的相互关系及变化规律这一大纲来展开。“航空材料学基础”部分主要包括工程材料的晶体结构、使用和工艺性能、结晶与相图、塑性变形与再结晶、强化与热处理原理以及常用工程材料类型与特点等知识，在一般机械工程材料知识基础上强调航空领域结构材料的应用和发展情况[2]。“航空材料腐蚀与防护”部分主要包括航空材料腐蚀的机理、类型、特点以及检测、预防、维护的方法等知识，内容深入联系机务工作实际。

本课程是一门理论联系实践的专业基础课程，在整个学科和专业体系中起到承上启下的重要作用，既有大一学年的理化课程作为本门课程的基础，又可以为后续飞行器及动力装置的结构、强度、制造和维修工艺等课程做好铺垫，也能联系维修技能培训环节的具体操作。本课程在教授学生专业理论知识的同时，突出航空材料研制与应用在航空工业中的重要地位和作用，拓展学生在航空领域新材料、新技术应用方面的视野，强调航空材料及结构的腐蚀防护在保障运行安全中的重要意义。本课程教师通过建立材料科学与工程知识体系帮助学生自主学习与思考，通过联系民航机务一线工作情况培养学生的民航情怀、事业心和责任感。

二、课程的教学特色

（一）突出航空领域材料应用

和大多数理工科院校机械类专业开设的机械工程材料等课程有所区别，在航空机械类专业教学中，讲授类似知识的课程一般被称为航空材料学，以突出航空特色，本课程亦是如此。“一代材料，一代飞机/发动机”是业界公认的规律，这也说明现代航空材料具有自身独树一帜的特征以满足装备发展需求[3]。因此，课程教学中会突出介绍一些航空领域所使用的材料及其特点。比如，运输航空和通用航空飞机越来越多地采用的各类树脂基复合材料，航空燃气涡轮发动机中必须采用的高温合金材料等。在教学过程中，也大多会从航空领域的应用背景或零部件等方面的知识进行展开，比如由航空活塞发动机电嘴中的主电极引出陶瓷材料的用途，由飞机蒙皮材料的演变和发展过程引出铝合金、复合材料及其性能特点。在专业核心课程学习之前，学生可以通过学习本门课程预先了解到与行业相关的基础知识和应用场景，以利于今后的学业和工作。

（二）联系机务维修职业需求

民航院校的飞行器制造工程、飞行器动力工程等本科专业培养方向都侧重于培养学生未来从事飞行器及动力装置的维修技术与管理工作，而非主要面向设计、研发、制造等岗位。因此，在教学内容方面，课程中也适当地增加了一些维修技术资料及出版物、航材使用与管理等和机务工作相关的知识，在扩展知识面的同时加深职业情怀。与此同时，“航空材料腐蚀与防护”也作为教学和考核的另一部分主要内容，此部分重点讲授航空机械维修中常见的材料腐蚀类型、原理、特点以及腐蚀的检测、预防和修理等知识，侧重于维修基础知识和技能方面的拓展，而不在于较深入地探讨理化方面的成因，要做到详略得当，使学生学之有益，而不过多地增加其学业负担[4]。

（三）逐步开展加强双语教学

在航空材料类课程中重视并开展双语教学，不仅能够提高学生的英语水平和应用能力，同时也能够加强学生对于专业英语的掌握，以便于提高其学习专业文献资料、把握国际前沿动态的能力。从行业现状来看，在民航领域中，飞行、空管、机务、乘务、勤务等各个岗位都需要足够高的外语综合应用能力和水平。在工作中，学生既要接触和使用用英语撰写的各类资料，也要能够流利地使用外语进行交流和沟通。航空材料与腐蚀课程双语教学以材料科学与工程专业英语为基础，既涉及英语科技文体的语法特征和学科相关文献的语言特点，又涉及一定的专业技术内容和科技信息交流[5]。在民航机务专业的课程教学中，要逐步将教材教案、多媒体课件、影音素材等進行双语化编制，授课时也要逐步推进英语词汇拓展、英语问答交流直至全英文教学，并在考核中安排一定比例的英语试题加以评价。

（四）开设实验环节加深理解

为了使学生能够更加直观地学习和掌握相关知识点，课程在理论授课之外，也增加了实验课时，通过开设一些基础实验来增强学生的体验感和兴趣，加深对重点难点的理解[3，6]。例如，在学习弹性、强度、硬度等材料力学性能指标方面的内容时，开展低碳钢拉伸实验、硬度测量实验;为了更好地学习金属材料晶体结构、相、组织组成物等知识点，开展金相制备与观察实验，通过光学显微镜观察钢铁材料的晶粒、晶界、相和组织等形貌特征;在学习热处理原理时，通过观察对比热处理前后的金相特征，更加直观地感受热处理对组织结构产生的影响，以及其与力学性能之间的联系。通过实际操作与观察，使学生对抽象难懂的知识点形成直观感受和认知，同时还能提高学习的积极性。

三、教学方法探索与反思

在航空材料与腐蚀这门航空机械类专业学生必修的专业基础课程中，材料科学与工程方面的基础理论知识占比较大，通常教师都是以讲授法为主来布置和开展教学活动。由于各类材料和生产、生活的方方面面息息相关，教师在教学过程中可以利用的教学素材和参考资料非常广泛，相比于后续的专业核心课程，其绝大多数教学知识点也是较为容易被学生理解和吸收的。而在教学方法方面，除了越来越多、越来越好地利用多媒体手段之外，长期以来并没有太大的变化。但是，随着航空领域技术日新月异的发展，其对于知识点的深度和广度有了更高的要求，同时学情也在随着时代的变迁发生着变化，因此，有必要在教学方法方面开展新的探索。

（一）主动探究，翻转课堂

从学生的角度出发，将“教”与“学”的角色做合理、有限的融合。教师可预先就某些重点、难点设置疑问或给出案例，布置给学生个人或小组，推动其在课前主动利用各种教学资源进行探究式学习，包括搜集资料、学习讨论、列出观点和论据、分析案例等，将被动学习转变为主动学习[7-8]。与此同时，课堂上教师可以扮演“教练”“裁判”“主持人”等多种角色，而将原本“教师”的角色交给学生个人或小组，由他们组织逻辑思路和语言，尝试向其他学生讲解某一知识点，教师可以进行评判、答疑、指导。这样有助于学生自主建立相关知识点的逻辑框架和思维导图，也有助于综合自主学习能力的提高。

（二）微课设计，凝练要点

本课程的知识点和考核点非常多，虽然按照“化学成分—加工工艺—组织结构—性能—应用”这一贯穿于始终的大纲展开教学活动，学生很大程度上可以将知识点加以联系，但其对于本、專科二年级的大多数学生而言还是有一定难度的。因此，可以考虑将一些重点、难点单独提出，以微课的形式进行教学设计。围绕某个知识点将重点概念、因果关系、影响因素、变化规律等以较短的教学视频形式呈现，辅以合适的图文影音素材，便于学生反复观看和理解。这样既能提高课程的生动性，促进有效学习，也能够将教学视频作为翻转课堂所用的教学素材之一。

在教学过程中可以逐渐尝试这种“翻转课堂”的教学手段，但也要注意在课堂上由教师主导节奏和控制时间。民航事业对于机务专业人才的需求不断扩大、要求不断提高，但由于四年本科、三年专科的培养方案对于理论知识部分的学分和课时不断压缩，教师要真正做到课堂时间的有效利用，而非简单地缩减知识点范围。

四、教学内容改革初探

（一）基础与进阶要求有所区分

“航空材料学基础”部分的内容是以材料科学与工程学科入门知识为基础和主体的，涉及范围较广，既包含材料、冶金、制造中或浅或深的大量知识点，也有和力学、热力学、物理、化学等密切相关的知识点。从学生的角度看，学习内容十分繁杂且难懂。教师必须有针对性地对教学知识点根据难易水平、重要程度等进行区分，便于学生学习。同时，民航机务专业的培养方案还需要顾及147部合格证培训大纲和66部执照考试大纲的要求，教学内容上也需要注意哪些是和考试大纲密切相关的重点。

但是，从学生知识、能力和视野培养的角度看，课程教学不可能只局限于有限的教学内容，还有必要往更加深入的方向稍做扩展。因此，内容上也涵盖了材料科学与工程一些较深的问题，例如强韧化原理的力学阐释、相图中特定合金的组织转变过程等。尤其值得注意的是，飞行器及动力装置在结构材料的选用上由各类合金材料的广泛使用转向复合材料的大量运用，而目前在147部大纲、66部大纲和实际工作中尚缺少对复合材料维护知识的要求和能力的培养，因此有必要在教学内容中加以拓展和突出，这也能加强课程与后续复合材料相关课程之间的联系。

（二）航空材料及结构损伤的检测、预防、维护

“航空材料腐蚀与防护”部分目前主要讲授腐蚀防护的重要性，腐蚀的机理、类型、特点，腐蚀的检测、预防、修复的方法等内容。腐蚀是以运输航空、通用航空运行为主的民航飞机及其发动机结构遭受的重要损伤之一，也是造成故障和事故的原因之一。但是，从更广的角度来看，民航机务工作遇到的损伤情况类型很多、情况也很复杂。飞行器及其动力装置除了腐蚀损伤之外，通常还可能遭受外物冲击、疲劳裂纹、涂层剥落、燃气冲蚀等各类损伤，其成因既有力的因素，也有环境的因素（如温度、湿度、介质等），通常又是多种因素的耦合。为了能够更加全面地介绍航空材料及结构可能遇到的损伤情形，教师要在教学材料准备上拓展这部分内容，并且相应地增加检测、预防、维护等方法和技能知识介绍。这是目前在教学内容方面开展改革的一个思路。但是由于培养方案中总的课时和学分逐渐压缩，造成了一定的矛盾，需要结合调整方案综合考虑解决的办法。

五、结束语

本文围绕面向民航机务专业学生开设的航空材料与腐蚀课程，主要介绍了近年来该课程在教学实践过程中展现的显著特色，同时针对教学方法和教学内容方面的改革进行了思考和讨论，给出了相应的改革方案以供参考和后续实践。航空材料与腐蚀课程是航空机械类专业一门重要的专业基础课程，开展教学研究和教学改革十分必要，有助于弥补行业人才缺口，提高人才培养质量，促进民航事业的蓬勃发展。期望后续通过改革实践，形成一种更好的教学模式，以利于学生的成长成才。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 徐吉林，罗军明.航空材料类课程的教学内容整合及教学方法探讨[J].大学教育，2013（4）：59-60.

[2] 聂祥樊，李军，何卫锋.面向航空装备体系的航空材料学课程教学创新[J].大学教育，2019（2）：42-44.

[3] 汪涛，周克印.航空类专业“工程材料学”课程教学改革浅议[J].教育教学论坛，2017（4）：124-126.

[4] 邓岚，刘逸众，李敏，等.基于能力进阶的航空工程材料与腐蚀防护课程教学改革与实践[J].长沙航空职业技术学院学报，2017（3）：33-36.

[5] 潘蕾，郭训忠，陶海军.航空航天方向材料科学与工程专业英语教学改革[J].教育教学论坛，2016（40）：92-93.

[6] 陶海军，梁文萍，顾冬冬.非材料学专业“工程材料学”的教学问题思考[J].科教文汇，2015（3）：58-60.

[7] 郭晓潞，黄加宝，杨君奕，等.翻转课堂教学模式在材料检测技术课程中的探索[J].教育现代化，2018（43）：222-223.

[8] 周章文，姚东野，杨竹芳.飞行器动力工程专业航空材料学教学改革与实践[J].高等教育研究学报，2012（3）：98-99.

[责任编辑：刘凤华]