立足为战育人的专业基础课程改革与实践——以“飞机飞行动力学”课程为例

苏新兵，张艳华，王超哲

（空军工程大学 航空工程学院，陕西 西安 710038）

2019年11月27日，习近平主席在全军院校长集训时明确指出：“新时代军事教育方针，就是坚持党对军队的绝对领导，为强国兴军服务，立德树人，为战育人，培养德才兼备的高素质、专业化新型军事人才。”［1］当前，军队院校实战化教学已成为教学改革和实战化训练的重要组成部分。为提高我校实战化教学水平，突出“为战而教，为战而学”使命任务和“打赢型”人才培养目标，在专业基础课程“飞机飞行动力学”中开展实战化教学的探索和实践，力求为专业基础课实战化教学探索出一条符合新时代军队院校教育教学的新路子。

“飞机飞行动力学”是我校飞行器动力工程专业的首次任职专业平台必修的基础课程，主要研究低层大气内飞机受力后，在空间的姿态及轨迹的运动规律并改变其运动特性的力学与控制的综合性科学，贯穿飞机设计、试飞与使用的全过程，在人才培养中占有十分重要的地位［2］。课程实战化教学实践着眼于军用飞机的作战使用与效能最佳发挥，内容体系紧密结合装备实际，分析固定翼作战飞机如何飞行、能否安全飞行、可否有效作战飞行的基本理论与原理，解决飞行性能服务作战、飞行品质保证安全、飞行控制提升效能等问题，服务于飞机的需求论证与总体设计、故障分析与飞行安全、作战使用与效能评估等，是学生认识、走近、熟悉和应用飞机的桥梁［3］。

一、确立实战化的教学目标

本课程坚持以习近平强军思想和新时代军事教育方针为指引，牢记立德树人、为战育人使命任务，注重基础理论、专业素质和德育教育相统一，戮力培养新时代服务作战与保障飞行的新型高素质军事人才。对接学员任职岗位需求，确立本课程紧贴实战的教学目标是：使学员全面系统掌握飞行原理、数学建模、性能分析和作战运用等专业知识，为理论知识应用打下坚实基础；全面提升学员岗位任职能力，使其具备良好的自主学习、逻辑思维、探究辨析和解决实际工程实践问题的能力，为保障航空装备平台完好和作战完好奠定基础；着力培育学员运用现代信息技术开展科学研究的信息素养、良好的专业素养、勇于探索的创新意识和敢打必胜的战斗精神，使其具备“精心维修、极端负责”的航空机务职业道德并养成服务装备严谨细致的机务作风，树立“对国家财产负责、对战友安全负责、对战斗胜利负责”使命责任意识［4］。

二、重构实战化的教学内容

当前，军队院校教育“以战领教，为战教战”的氛围愈加浓烈。为此，本课程突出备战打仗的根本指向，主动适应新时代航空装备更新，在保留传统经典理论的基础上，对“旧、缺、浅、散、虚”的教学内容进行体系重构和动态更新。将课程内容划分为飞行性能、飞行品质、飞行控制三大知识模块，对每一模块进行优化并设置了遵循认知规律、紧盯装备发展与对接作战保障的实战化教学内容。

（一）基于作战运用进行飞行性能分析

传统的飞行性能知识模块主要讲授军用飞机气动布局特点、几种常用坐标系及8个欧拉角、飞机质心运动方程、简单推力法分析基本飞行性能、平飞包线、飞机的过载与机动性能、起飞着陆性能和续航性能等内容，很少涉及航空装备使用维护和作战运用等内容，因此，从认知规律入手对课程内容进行梳理和重构，将飞行性能分析充分融入作战运用。首先，将飞机简化为一个可控质点，确定飞机的方位（线位移和角位移）和优化的运动轨迹，为武器攻击提供精确的坐标定位服务；其次，分析飞机的飞行性能与作战运用的密切联系，包括利用飞行包线制订作战计划、机动性能确定战术动作运用、续航性能影响作战半径、敏捷性能影响快速占位与精准打击、维护保障工作影响起飞/着陆性能、飞行性能影响因素涉及其环境适应性与再次出动能力等。重塑的课程内容体系力求厘清性能与作战的内在逻辑关系，实现飞行性能分析到装备作战运用的融会贯通。

（二）基于安全保证进行飞行品质分析

飞行品质是指飞机的稳定和操纵特性，直接影响飞机的飞行安全。这个知识模块主要讲授静态飞行品质及静操纵性故障的分析与排除、刚体飞机运动方程及其动态飞行品质等。确定飞行品质保证飞行安全的整体思路，设置由浅入深、由简单到复杂、由质点到刚体、由静态到动态的教学内容。在讲述时，以刚体飞机运动方程为基础，全面确定飞机的方位和姿态，服务于武器的精确瞄准与打击；以品质保证安全为主线，从静态和动态两个角度分析飞机的稳定特性和操纵特性，深入剖析因结冰、大气紊流等极端环境下引起操稳故障的发生而导致飞行事故的原因及机理，确定具体故障部位并给出排故方案和维护注意事项，同时注重培养学员“极端负责、精心维修”的机务作风，实现飞行安全评估理论到确保飞机飞行安全的延伸。

（三）基于效能提升进行飞行控制分析

飞行控制知识模块主要讲授飞机闭环控制的基本原理，主动控制技术改善飞行性能，增稳、控制增稳和电传飞机的控制律及其对飞行品质的影响等内容。从开环控制到闭环控制设置教学内容，使其更加符合课程的教学规律和学员的认知规律；从闭环控制基本原理和飞机操纵系统发展历程入手，依次深入剖析不可逆助力、增稳和控制增稳等现代飞行操纵系统对飞机飞行品质的影响及改善，最后紧密结合新型作战飞机和新技术发展特点，分析电传操纵系统改善飞行品质、提升飞机总体效能的途径。在授课中，适时增加主动控制、推力矢量等新技术提高飞机升阻比、改善机动性和敏捷性、增大航程和缩短起飞着陆距离、突破失速限制，以及提高近距格斗能力、提高隐身能力和突防能力等对飞机性能和品质影响的内容，以实现从闭环控制基础理论到提升飞机性能品质及总体效能等工程实际应用的延伸。

三、实践多样化的教学组织

本课程秉承“学为主体、教战为战”的教学理念，采取线上自学、精讲理论、案例分析、航模设计等多种教学组织形式，构建了适应本课程教学的一套完整教学方法，有效提高了教学效果。

（一）运用基于任务驱动的教学方法

本课程既有知识理论性强和逻辑推理严密等特征，又有与空战关联密切和战训飞行案例众多等特点。针对不同的内容和学员特点，运用任务驱动式教学以突出学员综合能力和素质培养，按照“知识综合运用、航模竞技提升”的能力生成思路，在强化理论授课效果的同时，密切联系飞机飞行，结合学员的兴趣爱好，以“航模设计”任务贯穿教学全程，通过布置航模3D打印、数字仿真、飞行器设计、制作与试飞等课外实践任务，以学员独立自主学习和分组研讨为基本范式，按照在线预习—任务驱动—问题探究—故障分析和使用维护等环节实施，促使学生从任务出发了解飞机的设计、制造、组装和调试相关程序操作，从设计师、工程师、飞行员和机械师等沉浸式角色体验中充分认识“人—机—环”复杂系统，锻炼团结协作能力，养成在解决实际工程问题时善于运用辩证思维对任务背后的原理进行深入探究的良好习惯［5］。

（二）实现基于形象化的混合式教学

本课程内容理论性强、复杂抽象，加之课程教学学时有限、教学手段相对单一、难点内容不易突破，为了提升教学效果和顺应装备发展趋势，针对现代飞机气动布局多样、数学模型抽象、可视性差、难以理解、飞机飞行包线大、火/飞/推综合控制复杂等问题，及时将线上MOOC、数字仿真软件和虚拟实验系统等资源应用到课堂教学中，丰富素材以弥补课堂教学的局限性，将讲授为主的教学模式转变成“学为中心、教为引导、线上线下有机互动”的混合式教学模式；充分运用信息化技术手段，制作二维、三维动画形象化素材，拍摄教学微视频，丰富教学资源，并运用到教学实践中；自主建成“飞机飞行动力学”MOOC，通过多媒体制作、视频录制、线上自学、在线答疑、自主测试、论坛交流等推进混合式教学“进备课、进课堂、进辅导、进考核”，使其成为提升教学效果、提高教学质量的有效手段；打造飞机与发动机数字化资源平台拓展线上资源，开设数字航空博物馆，包括飞机大全、飞行原理、故障维护、飞行事故等航空特色栏目，不仅有助于拓展学员的知识面，激发他们自主学习的积极性和内动力，而且能够拓宽师生互动交流的渠道［6］。

（三）开拓学以致用的第二课堂

成立航模俱乐部，组建航模队，开展教学实践运用和理论知识转化应用等创新设计活动，使教学环节从课堂内向课堂内外、从“被动接受学”向“自主创新学”结合转移。基于“以赛促学、以赛促教”，利用新概念飞行器创新设计和航模飞行表演活动，让学员在“做中学、研中学、交流中学”，达到感受飞行乐趣、培养学习兴趣、激发创新意识、锻炼动手能力、培养机务作风、提高综合素质等目的。指导学员积极参加未来新概念飞行器设计大赛，增强创新思维和崇尚荣誉意识，加强对外交流学习，提升知名度；要求学习计算机辅助设计软件、建立模型并仿真，提高软件使用和编程水平；鼓励参与科研项目，申报创新计划项目，以提升学术水平，实现课堂教学和工程实践的无缝对接，提高学员的创新思维和工程实践能力。

（四）实践虚实互补的实践教学

由于飞机实装飞行试验成本高、风险大，导致学员知识应用条件不足，需要加强理论讲授与直观教学的结合，促进抽象理论与工程实践紧密联系。针对学员掌握基础理论后不能很快用于实践的问题，课程组开发了飞机飞行动力学虚拟实验系统、空战仿真训练系统，形成了理论与实践结合、传统方法与现代技术融合的虚实结合实践教学特色。在相关虚拟实验中，使用可视化人机交互方式实时显示飞机视景，通过设定不同的输入条件，输出仿真数据和飞行参数，实时绘制出实验中关键参数变化曲线；自主进行“空战对抗”演练与战法研究，做到虚拟/半实物仿真到实装演练，化解教学难点，帮助学员将理论知识转化为应用能力。

四、取得教学双赢的教学效果

经过几年系统的实践与改革，本课程在教学相长等方面取得了优异成绩。

（一）学员学习效果稳步提升

经过教学模式改革创新，学员课程考试平均成绩由78.6 分提高到83.7 分；毕业设计优良率由82%提高到87%。据反馈，多数毕业学员理论功底扎实，知识面宽，第一任职能力强，发展后劲大。学员参加各类飞行器创新设计大赛屡获佳绩，在增强创新思维和崇尚荣誉意识的同时，锻炼了动手能力，培养了严谨的机务作风；利用航模飞行表演、机械创新设计等竞赛活动，加强了对外交流学习，提升了综合素养。近3年，参加飞行器创新设计等竞赛获国家级奖项50余项，申请授权发明专利20余项，5人的论文被评为军队优秀硕士学位论文。

（二）教员教学能力不断增强

近年来，教学团队成员不断更新教学理念，在催生实战化的教员队伍的同时，打造了一批精品课堂。近三年，为战育人效果凸显。主讲教员授课质量评定优良率100%，获军队教学成果一等奖1项，被评为学校首届“课改先锋”，多人获校级教学优秀奖，在各种教学比赛中多次获奖；通过组织教学研讨和教育理论研究，撰写发表10余篇教学研究论文，教员的教研水平不断提升；多名教员被评为优秀学位论文指导教师，学员对教员授课满意度持续上升。

（三）教学资源建设成效显著

课程建设成果丰硕，本课程为2011年军队院校优质课程、2019年陕西省线上线下混合式一流本科课程、2021年陕西省线上一流本科课程，目前已通过军队院校精品课程评审，并报教育部进行国家一流本科课程认定。自主建设的课程MOOC在清华大学学堂在线平台上线，面向全社会开放，很大程度提升了课程建设的影响力；开发了一整套飞行仿真虚拟实验系统，打造了飞机与发动机数字化资源平台，结合航模俱乐部等第二课堂平台，构建了与时俱进的完整教学资源生长链。

在“飞机飞行动力学”课程实战化教学探索与实践中，以“飞行性能服务作战、飞行品质保证安全和飞行控制提升效能”为主线，构建了“突出整机特性，强化作战适用”的教学内容体系，搭建了虚拟实验仿真、第二课堂平台的实践教学平台，创设了“知识综合运用、航模竞技提升”的能力生成模式，使学员能在繁杂的数学模型中梳理出本课程研究的要点和纲目，抓住飞机的性能、品质与控制这一核心脉络和骨架，提高学员对整机特性与作战运用飞行品质保证飞行安全的认知能力，有助于学员迅速适应航空机务岗位，更好地协助飞行人员充分发挥飞机的总体效能。