陈亚军,王付胜,宋肖肖
(中国民航大学中欧航空工程师学院,天津 300300)
当代民航精神,是中国民航在长期发展实践中形成的优良传统和精神文化的升华,即“忠诚担当的政治品格、严谨科学的专业精神、团结协作的工作作风、敬业奉献的职业操守”。本文以“课程团队协同育人模式”为目标,以民航精神的思政元素为指引,在培养学生工程创新能力方面,梳理核心创新要素,以课程改革创新为牵引,培养方案对标课程思政,同时以“实践教学体系改革”“本科毕设模式创新”和“校企协同双创指导等内容为切入点。深入研究“民航精神引领+能力培养”新模式,既为创新人才能力培养提供坚强的政治保证,也为思政建设提供了新载体和新途径。
中欧航空工程师学院作为对外合作项目,在课程体系的建设过程中既要注重法国航空工程师教育体系,同时又要兼顾我国卓越计划的教学目标要求,这就需要学院坚持以社会主义核心价值观为引领,考虑我国航空产业发展对各类人才的需求以及学校学科建设的需要,在课程体系建设时从教学内容、资源以及教学模式等方面进行充分调研、沟通和探讨,并在此基础上制定既符合法国航空工程师教育体系要求,又满足学校现有教学条件和卓越计划培养目标的课程大纲、教学方案和教学考核体系。
“金属结构材料”是卓越航空工程师的培养计划中的专业基础课程,理论课程大纲参照法国工程师的培养体系制定,形成金属材料工艺、结构、性质和性能四位一体的知识体系。未来可将2020 版人才培养方案中12 个一级毕业要求指标与“金属结构材料”课程的9 个教学目标对标。将课程思政元素融入专业教学过程中,如针对“工程与社会”这一人才培养指标中,通过讲解复杂工程失效对结构安全影响教学内容,让学生理解工程与社会的关系,在工程实践与解决复杂工程问题时能够具备勇于承担社会责任的政治品质。而面向“环境和可持续发展”人才培养指标,通过讲解飞机结构与材料领域的前沿科研成果和行业发展趋势,让学生坚定社会主义核心价值观,通过自己的刻苦学习,以民航的科技创新为原动力,积极推动行业的可持续发展。
“爱岗敬业”是教师最基本的职业道德和核心内容之一,体现在教师认真负责、精心施教的工作态度和敬业精神上,更重要的是体现在教学理念和教育观念的更新上。聚焦行业人才需求,以学生能力培养为中心是课程组进行课内实验、实践教学体系建设和改革的最基本、最核心的教育理念。“金属结构材料”实验、实践教学体系的构建,作为学生培养的组成部分在航空工程师专业培养方案中占据重要的地位。目前“金属结构材料”课程初步形成了理论教学、实验和实践三位一体的实践教学体系,使理论教学、实验和实践三位一体贯穿在学生培养过程中。课程的实践化改革具体分为两个阶段:课内配套实验课程开发阶段和校内配套实践课程开发阶段。下面将分两个部分加以说明。
该项目是在理论课大纲知识点的范围内,与法方飞机结构与材料专业责任教授充分沟通后,结合当时学院现有实验平台的情况,按照理论课知识点的展开顺序和学生的认知、实操能力,逐层递进开设的,首先根据学院实验平台的建设、完善程度和学生实操能力的反馈情况,采取逐年递进式的开设方式,逐步加大实验内容难度、学生参与度及综合分析度。总体思路是从微观组织分析实验逐步递进到宏观力学性能测试实验,即2013年开设“材料金相实验”、2014年开设“材料硬度实验”“材料拉伸实验”、2015年开设“材料疲劳实验”,在宏观力学分析实验阶段又分为了静载荷分析实验和动载荷分析实验,形成了难度上的渐进。
通过与毕业生的交流,学生也认为,如果能在理论、实验两个环节的基础上再增加贴近工程实际的实践实操环节,将大大缩短从理论到工程实践之间“最后一公里”的距离。根据调研结果,课程团队分析发现,学生做课内实验采用的是材料级别的标准件,对实际工程上的结构件外形尺寸、设计构造和应力分布认知上有一定差距,较难将课上理论与工程实际有机结合起来。在整个学习过程中,学生对材料微观组织结构、材料加工工艺、材料性能、材料的失效分析有了理论概念,并通过课内配套实验对材料级别的标准件测试有了现场实操认知,但从材料标准试验件到工程实际结构件之间还有“最后一公里”的实践认知差距,这就需要在理论、实验的基础上再进一步,开发与之配套的实践课程项目。
2016年底,课程组进行了“金属结构材料”实践课程项目的开发,在与法方教师和中方工程训练中心教师充分沟通的基础上,采取了整合校内外优质工程实践资源联合开发的方式,即在现有理论和实验教学环节的基础上,与工程训练中心合作,开发与课程相匹配的实践课程项目“飞机机身部件模拟件设计、制作和装配”和“飞机结构模拟断面抗冲击性能验证”。通过这种方式既实现了校内资源的共享和人员的交流合作,同时使学生真正做到了理论、实验、实践三位一体的教学模式培养。这个思路也受到了学校教务处和设备处的支持,相关改革内容分别在教务处取得了《基于卓越计划的“金属结构材料”课程实践化改革与建设》的教研项目立项,开发的2 个实践项目也被设备处列为校级实验室开放项目。截至目前,“金属结构材料”课程已开设10年,授课学生778 人,目前开设课内实验4 门,开设实践项目2 项,面向全校开设实验室开放项目2 项。
本科毕业设计是高等院校培养具有创新和创业型高素质人才的重要环节,是高校人才培养计划的重要组成部分。在“严谨科学的专业精神”的启发下,在本科毕业设计指导过程中穿插渗透科学道德、学风建设和科研诚信的内容,将知识产权和学术道德规范有机引入日常论文指导中。抓住学院飞行器动力工程专业2020 版培养方案修订的契机,课程团队于2020年申报获批了“基于‘OBE+精英工程师’理念的本科毕业设计教学改革研究——以中欧学院飞动专业为例”校级教育教学研究项目,课程教师在指导本科毕业设计的过程中进行了如下的改革实践:
强化与行业需求相匹配的工程能力、工程素养、工程知识锻炼。将毕业设计(论文)实践教学环节重点关注的能力与“金属结构材料”课程知识匹配,形成知识链的延续,并在论文指导过程中注重强调严谨的科学逻辑和专业的行业精神。以课程组指导的天津市普通高等学校本科优秀毕业设计论文《航空铝合金载荷谱模拟实验研究》为例,该论文选题聚焦飞机结构服役疲劳损伤问题,对于某型民航运输类飞机,地—空—地循环所造成的疲劳寿命影响占总损伤的80%以上。毕业设计学生采用运输类飞机下翼面标准载荷谱TWIST 真实数据为主要研究基础,分别从理论、程序模拟和实验验证三个角度分析航空铝合金疲劳寿命预测问题。
深厚的数理基础是中欧航空工程师学院人才培养的特色之一,即本科四年中,前三年数理基础课程占比较大,第四年采用专业课为主的“基础平台+专业模块”培养模式,这也塑造了中欧飞行器动力工程专业学生特有的“基础科学+专业能力”知识结构体系。这就需要基础课教师和专业课教师“打破”原有上课年级的时间节点限制。在跨专业融合思想的指导下,共同协作指导学生的毕业设计。
以2021年本科毕业设计为契机,尝试“1+N+N”跨专业融合指导模式,即1 名预科基础教师加上电子、发动机和材料任意N 个方向专业教师自由组合,组成毕业设计指导教师团队,共同指导N 名本科毕业生。
“物理教师+结构材料教师”团队指导的本科论文《飞机蒙皮表面激光除漆过程模拟及热力学分析》,融合理化课程体系的热化学、光学和电磁学和“金属结构课程材料”中的力学、表面技术和测试表征等教学内容。“数学教师+机载电子教师”联合指导的2 篇本科论文《基于几何代数理论动态Delaunay 剖分算法研究》和《基于几何代数理论的区域侵入预警技术研究》,将数学学科中的空间几何、图轮和矩阵论与机载电子方向的卡尔曼滤波、监视技术和空中交通管理知识在本科毕业设计论文中实现了融合与重构。
中欧航空工程师学院2020 版培养方案中将原来2016 版安排在第八学期暑假的蓝领实习提前到第六学期暑假。可以将本科毕业设计第六学期暑假企业实习内容与第七学期本科毕业设计选题相结合,由指导教师与企业同时进行毕业设计课题的拟定,依托于企业实际存在的项目与问题,解决实际问题,可有效提高课题与现实的联系性与创新性,有效调动学生的积极性。企业的项目灵活多变,可有效避免选题多年重复、缺乏新意的问题,让优秀的科研成果转化为实实在在的生产力和丰富的教学资源,也是学校打造新工科,提升人才培养质量的重要途径。
工作作风包含个人和团队两种表现主体,它关系着学生、教师和团队的发展,团结协作的工作作风即体现了个人的成长,又体现了团队的协作力和凝聚力。在建设民航强国和教育科技创新的战略背景下,课程组在学生创新能力培养方面的协同工作,包括如下三个方面:
2017年课程组成员作为天津市优秀企业科技特派员,受聘于中国航天科工集团航天精工有限公司研究院,在派驻期间,除了与企业共同承担科研开发项目,解决技术难题之外,还积极充分整合企业专业资源,聘请高水平的企业技术专家担任大学生创新创业项目和工程硕士研究生的指导教师,协同培养学生的创新能力,相关项目选题紧密围绕企业工程技术问题。截至目前,共从企业聘请4 位高级工程师和研究员,共指导大学生创新创业项目8 项,其中国家级项目2 项,天津市级项目2 项,优秀培养项目2 项,共同指导研究生5 人,发表中文核心期刊以上级别文章6篇,申请专利3 项,软件著作权1 项,来自中航科工集团的2 名企业专家获评首批“全国万名优秀创新创业导师称号”。
学生培养和科研创新是一个持续过程,需要不同年级、不同层次学生的连续不断的接力奋斗,在这个过程中实现“校企融合、学生培养和教师成长”三方面的同步发展。
以“V2500 发动机燃烧室紧固件银镀层”研发工作发展路径为例:2018年暑假课程组带领学生赴珠海摩天宇航空发动机维修公司(MTU)实习,在一次V2500 发动机大修拆解过程中发现了燃烧室固定隔热陶瓷片的紧固件银镀层失效剥离,从而导致外螺纹与内螺纹在高温下粘连咬合,维修时无法拆卸或损坏相应结构本体的问题,该技术问题刚好涉及“金属结构材料”课程中“航空表面工程”章节相关的知识点,课程组判断该失效行为与飞机复杂服役环境相关,即沿海腐蚀气氛环境下所导致的银镀层应力腐蚀开裂和高温服役环境下的氧化和磨损失效。返校后课题组从学生培养角度,2019年以“发动机燃烧室紧固件银镀层失效机理研究”为题确立了一个本科毕业设计题目,开展研究工作,该论文2019年获评校优秀本科论文。2020 以“氯离子对发动机燃烧室紧固件银镀层失效影响研究”为题申报获批国家级大学生创新创业项目1 项,该项目已经于2021年顺利结题。
在“当代民航精神”的引领下,团队近年在人才培养和教育、教学和科研方面取得如下成果:团队培养校十佳教师1 人,天津市优秀企业科技特派员2 人,天津市工程专业学位优秀指导教师1 人;先后获得天津市第八届教学成果二等奖1 项,校级教学成果一等奖1 项,主持校级教育教学改革项目3 项;获中国航空运输协会民航科学技术奖一等奖1 项,校级科技成果二等奖1 项;团队学生项目参与率100%。通过课程团队协同育人模式创新实践,希望能够为课程建设和人才培养起到一定示范作用,引导师生树立正确的政治方向、价值取向、人才培育导向。