飞行器制造工程专业的项目式教学方法探索与实践

［摘 要］随着航空航天制造业对人才具备创新力、国际竞争力、实践能力、科学思维的需求不断凸显，传统的知识灌输式教学模式已无法满足培养背景清晰的飞行器制造工程专业“卓越工程师”人才的需求。专业教育水平影响行业发展潜力，因此亟须开展工程教学改革，强化产教融合、科教融合，开展具有启发性、探索性，激发学生主动性的项目式教学。文章分析了飞行器制造工程专业本科教学中存在的问题，总结了航空航天制造类专业产教融合的项目式教学一般过程，并以钣金成形原理与工艺专业课程为例，介绍了项目式教学方法的探索和实践。以学生为中心，通过多个关联课程教学内容与方法的协调，结合产教和科教深度融合的实战项目，引导学生在学中做、做中学。通过理论课上研讨为主、实践课上项目实施的教学方法，培养学生解决复杂问题的综合能力和创新思维。

［关键词］飞行器制造工程；项目式教学；产教融合；钣金成形；超塑成形

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2025）02-0068-07

以飞行器设计与工程、飞行器制造工程、飞行器动力工程等专业为代表的航空航天类专业，围绕航空航天事业，开展飞行器设计、运动、制造、控制、运维等方面专业人才的培养，具有科技含量高、体系庞大复杂、功能繁多、综合性强等特点，是典型的事关国家战略、国家安全的新工科专业。其中，飞行器制造工程专业聚焦现代飞行器机体零部件和整机制造技术及装备需求，培养基础扎实和创新能力强，能够在飞行器制造领域从事设计、制造、研究、开发与管理等工作的高素质技术人才[1]。现代航空航天制造业呈现出探索性、创新性和战略性强，高技术、高投入、高风险和高效益并存，系统工程性强等特点。国内外新型号飞行器的研制周期短、研制难度大，尤其是商业航空航天事业的蓬勃发展，加剧了航空航天制造领域内的竞争，要求航空航天制造专业人才专业知识过硬、有胆识、抗压能力强、心理素质过硬、能解决实际问题，这也倒逼了本科生和研究生培养质量的进一步提高。为满足航空航天领域各类飞行器的高效率、高质量、高性能、高精密等制造要求，显著提升飞行器制造工程专业本科人才培养水平、助推我国航空航天制造事业，已成为航空航天院校亟须解决的重要任务。针对人才培养背景清晰、与工程应用联系紧密、知识面广、教学进度紧、学科交叉、技术迭代快等专业特点[2]，传统的知识灌输式教学模式已无法满足飞行器制造工程专业卓越工程师培养的需求。

杜威认为经验是教育的核心，教育不应只是传授知识，而应是学生通过亲身活动获得直接经验的过程，通过这种方式，学生不仅获得知识，还能培养良好的社会生活能力和道德品德。根据构建主义理论，知识是由认知主体主动建构的。学习不能脱离认知主体，不能不考虑认知主体的经验和学习意向而进行知识的简单灌输，学习应发生于真实的学习任务之中。哈佛大学首先开展了案例式教学，通过具体的案例，让学生直接参与具体问题，教师组织学生进行分析、讨论、学习和表达等，锻炼学生主动探索意识，提高学生获取知识和解决问题的能力。随着科教融合、产教融合战略的深入，我国大力推进大学生科技创新项目和竞赛，引入项目式教学法，即一种以学生为中心、以任务为导向，通过实施一系列完整的教学项目，引导学生通过解决实际问题来获取知识的教学方法，具有实践性、体验性等特征[3-4]。项目式教学以场景学习推动理论体系学习，激发学生兴趣，培养学生“发现—提出—分析—解决—总结问题”的能力，引导学生在实践中提出内在理论问题、主动钻研学习，感悟“理论源于实践、理论引领实践、理论超越实践”，尊重科学发展规律。

面向航空航天制造业的新产品、新技术、新成果，飞行器制造工程专业尤其适合开展项目式教学。借助专业优势，坚持聚焦前沿技术，遴选典型“产教融合、科教融合、专创融合、虚实融合”的项目案例，以项目为引线贯穿课程教学，让学生在做中学、学中做，鼓励学生“反客为主”，开展启发性、探索性、主动性学习，为提高本科生综合利用所学知识解决工程问题的能力提供了一种思路。本文以钣金成形原理与工艺课程为例，探索其项目式教学方法。

一、专业课程教学现状

南京航空航天大学（以下简称南航）自诞生起就为国培养红色航空工程师，始终是卓越工程师培养基地，师生们通过“真刀真枪”开展教学，研制出了“南航一号”靶机、超声速靶机、1015B雷达伞靶、长空一号无人机、延安二号直升机等。学校的教学科研有明确的产业背景，“三航特色”鲜明，产教融合的项目式教学已成为学校人才培养的鲜明特色。

飞行器制造工程专业是南航的核心专业，先后经历了飞机设计与制造专业、飞机工艺专业、飞行器制造工程专业的变革，培养了一批批优秀的本科生和研究生。随着航空航天制造业迅速发展和知识爆炸性增长，专业知识“半衰期”明显缩短，新型飞行器制造要求培养的学生既有知识广度又有知识深度、既掌握传统工艺又领悟新技术、既深刻理解制造工艺的严谨性又富有创造力。然而，现有的部分课程存在重知识轻能力、重技巧轻体系、重理论轻实践、重演绎轻创造、综合训练不足等问题，教学团队在改革课程内容及教学方法时，发现一些迫切需要解决的问题。

（一）总分关系和前修后续课程知识体系不清晰

南航航空航天类专业采用“2+2”大类培养方式，将飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程、飞行器环境与生命保障工程、航空航天工程和飞行器控制与信息工程6个专业的一、二年级学生合并至长空学院，进行“贯通式”大类培养，到了三、四年级再分流至各专业学院，促进学生们全面地认知航空航天类专业，了解学科、知晓行业。针对大类培养改革，学校对应调整了各专业三、四年级课程，但难免存在前修后续课程系统性及协调性不足、飞行器总体结构与零部件制造总分关系不清，以及部分课程知识点零乱、重点不突出等问题。例如，航空航天类专业大类培养教学改革后，飞行器制造工程专业原有的金属塑性成形原理、冲压工艺学和飞机钣金成形技术三门必修课程被合并为钣金成形原理与工艺这一门必修课程，教学内容却直接沿用，导致各内容之间逻辑性不足，且缺少了现代飞行器先进钣金制造工艺相关的内容[5]。

（二）教学方法需要改进，学生学习主动性未能激发

当前，专业课程的教学方法多以知识单向传授为主，导致部分学生对教学内容和教学方法难以提起兴趣，学习主动性未能激发。尽管学生的课程考核成绩不错，但一些学生仍然停留在被动获取知识、考前突击学习的低端学习层次，考后就忘，未能形成深刻的知识体系，更不知道为何而学、学后怎么用。为此，迫切需要改进教学方法，通过“翻转课堂”等形式，培养学生“发现—提出—分析—解决—总结问题”的能力，激发学生学习主动性，增强学生的学习获得感。

（三）存在一定程度的“学术漂移”问题

飞行器制造工程专业为行业背景清晰的工程教育专业，近些年却表现出一定程度的“学术漂移”问题，即在“科学—技术”中偏向科学一端，在“研究—实践”中偏向研究一端，在“大学—产业”中偏向大学一端。师生更注重学术研究和论文发表，出现培养体系学术化、教师教学“重学轻术”、课程设置“重理轻实”、学业评价“重考轻练”等问题[6]。为培养卓越工程师，应回归工科专业工程属性。

（四）基于产教融合的实践教学体系不完善

飞行器制造工程专业属于典型的工程教育专业，建校时教师多选拔于一线企业，师生全程参与型号研制，深度的产教融合培养了一批具有较强自学能力、创新能力、工程能力、全局思维的优秀毕业生。然而，随着老教师退休，在专业细分、学科交叉等改革中，青年教师们的航空航天制造实际工程经验不足、对产业技术难点缺乏了解、专业知识面窄、对飞行器整机结构制造全局把握不足等问题日益凸显。事实上，飞行器制造工程专业的课程内容与航空航天企业密切相关，适于采用理论和实践密切结合的项目式案例教学方法，例如通过直接将C919等型号制造技术引入课堂、聘请一线专家来到课堂授课等方式，融入最新科研成果和企业需求，兼顾知识传授和解决问题能力培养，完善实践教学体系，将产教深度融合，大幅提高教学质量。

二、飞行器制造工程专业的项目式教学过程

以飞行器制造工程专业为例，南航与成都飞机工业（集团）有限责任公司共同搭建了工信部“智汇蓝天”产教融合平台，通过企业发布实践课题、教师组织学生承接课题的模式，构建了“企业出题、高校解题、学生答题”的产教融合的项目式培养方法。项目式教学的一般范式可总结为7步。

（一）提出问题

根据飞行器机体结构特点、主机厂实际情况、新型号发展趋势，提出零部件研制中有现实意义、能引起学生兴趣的问题。这类问题需具有上手容易、有一定深度和难点、开放性答案、能引起有价值的思考等特点。提前给出题目，引导学生进行针对性讨论，引发学生发散性思维和爆炸性思考，激发学生创新意识。

（二）明确要求

为学生提供必要的概念、关键词等知识基础，列明挑战和呈现形式，如调研报告、设计方案、演讲展示、图纸模型、数值仿真、视频制作、实物研制等。为促进学生深入思考，需明确考核指标，真实模拟科研项目。

（三）文献调研

学生根据所提问题和要求，课下主动查阅资料、调研企业，拟定初步思路。以某薄壁筒形件拉深工艺和模具设计项目为例，要求材料为10号钢，精度等级为IT13，产量为5万件/年。学生需从制造工艺的定义及分类、基本原理、工艺流程、参数控制、典型缺陷、常用设备及构成、新技术及发展趋势等方面开展全方位调研，弄清项目的基本状况、理清需解决的问题，全面把握项目难点。

（四）确定方案，设计制作

学生基于调研情况，参考以往优秀项目案例，细化目标、制定计划，包括人员安排、时间安排、阶段性任务、考核节点、成果形式等。此阶段，学生在动手设计、理论推导、模拟仿真、样件试制等过程中发现问题、挑战困难、逐步解决问题，从而锻炼综合能力，领略飞行器制造专业文化。项目执行过程中，教师需及时指导，避免因学生方向错误、能力不足等问题导致项目实施失败。

（五）阶段讨论，团队协作

组织各小组在课堂上进行阶段性总结，其他小组则进行针对性讨论、提问和评价，暴露问题、给出建议、指明方向。教师从学术角度给予专业评价，相关企业给出针对实践的建设性指导。通过阶段讨论，学生强化长处、找寻短板，不断完善自我、开阔视野，提高个人素质。

（六）回顾初始问题，优化迭代

根据阶段性讨论成果，学生回顾和思考初始问题，纠偏完善，优化方案和设计制作，并感悟变化。优化迭代过程中，学生逐渐进入融会贯通、举一反三的学习阶段，经过反复思考、多次实践，在主动探索、研究、讨论中掌握知识，最终实现项目目标。

（七）总结评估

学生在迭代优化后，撰写项目总结报告。教师对项目结果作出全面深刻的评析，指出项目蕴含的理论原理，剖析学生的分析思路和方法，注重对学生分析能力、决策能力和创新能力的培养。通过总结思考，锻炼学生的开放意识、创造精神和批判性思考能力，使学生能够培养解决实际问题的综合素质，并明确终身教育理念。

项目式教学中，教师可以更多地站到学生的中间，使教学与实际问题的距离缩短，是一种准实践的教学方式，也是一种研究性学习。事实上，飞行器制造工程专业的项目式教学促进了学生、教师和企业三方共同进步，学生获得知识与能力、了解企业急迫问题，教师不断丰富项目式教学案例、理解学生的思维习惯、提前介入和引导学生，企业以实际问题提前培训、选拔学生，同时解决实际问题。

三、专业课程的项目式教学方法探索

钣金成形原理与工艺课程是飞行器制造工程专业第六学期的专业核心课，围绕钣金成形开展教学，主要介绍金属塑性变形物理机制和塑性力学等基本原理，冲裁、弯曲和拉深三大基本工艺，以及飞行器制造中的管材弯曲、旋压、拉弯、橡皮囊、热成形、超塑成形/扩散连接、渐进成形、喷丸成形等工艺。课程与机械工程材料、材料力学等先修基础课程中晶格结构、位错与滑移、应力、应变、应力应变关系和屈服准则等内容密切相关，又与航空航天概论课程中飞机、直升机、发动机、火箭等飞行器的轻质结构设计互相关联，课程内容不仅讲述理论原理，也重视工程实践，内容呈“多、散、专”特点。为了强化学生对课程知识的综合运用能力，本课程配设了为时一周的钣金成形原理与工艺课程设计和48学时的钣金模具综合实验两门同步必修实践课程，希望通过这些课程培养学生分析和解决飞行器钣金成形工艺问题、合理地制定飞行器钣金零件的工艺方案和设计工装模具的能力。但教学过程中发现教学效果一般，存在的主要问题有：钣金成形原理与工艺、钣金成形原理与工艺课程设计和钣金模具综合实验三门课程衔接不足，缺少连贯性主线，关联性、系统性差；零碎的知识点学习不容易让学生获得成就感，学习积极性差；课程设计和实验课程中案例的可操作性不强，与航空航天制造企业需求融合不足；理论课程中的蒙皮拉弯成形、旋压成形等大型综合实验无实际操作条件，而在综合实验课程中未体现“钛合金热成形、超塑成形/扩散连接、渐进成形”等科研优势；课程中教学工艺过于传统，先进性不足，与钣金成形技术的数字化、智能化发展方向偏差较大。本课程的教学效果直接影响了学生对飞行器钣金成形技术的印象和态度，关系到行业发展，迫切需要进行教学改革。

为此，提出“产教融合、科教融合”的实践教学模式，选取典型零件案例，邀请航空航天钣金厂的一线专家共同制作微课视频，形成生产任务表、材料性能、零部件结构、模具设计、有限元仿真、设备装置、制造工艺、工艺规程卡等全套资料，结合工程实际讲述飞行器零部件制造中的问题和难题，为学生营造身临其境的学习环境。同时，筛选出平板类、蒙皮类、拉深类、管材类、带筋壁板类和中空薄壁类等6个类型的多个飞行器典型零件，给定零件三维模型，请学生分组选题，在同步开设的钣金成形原理与工艺课程设计和钣金模具综合实验实践课程中，按照“材料性能分析—模具设计—有限元仿真—迭代优化—实物试制”的思路，开展项目式教学。设计基础实践项目和综合实践项目两部分，其中基础实践项目包括单轴拉伸、金相分析、冲裁、管材弯曲、拉深等，操作简单，所占课时少，为必修项目；综合实践项目包括钛合金热成形、渐进成形、微成形和超塑成形/扩散连接，为四选一选修项目，锻炼学生综合能力。以“超塑成形/扩散连接”综合实践项目为例，项目式教学过程可以描述为以下步骤。

（一）产教融合，确定项目

根据飞行器轻质合金和轻质中空结构需求，说明中空薄壁结构的必要性，请学生思考材料轻量化、结构轻量化对现代飞行器减重的意义，给出典型飞行器中常见的钛合金复杂整体空心壁板、钛合金舵翼、钛合金空心叶片，以F-15战斗机后机身和B-1B大型轰炸机的壁板舱门等作为案例。为学生展示典型的轻量化结构（如图1所示），请学生讨论制造方法，确定“钛合金复杂薄壁中空轻量化结构的制造工艺”的项目。

（二）明确要求，给定制造工艺指标

给出某飞机钛合金双层整体空心壁板结构件（如图2所示），轮廓尺寸约1000 mm×700 mm×60 mm，且整个零件质量不超过3.0 kg，尺寸精度优于0.3 mm，并为学生提供三维模型，如图2所示。基于学生的爆炸式开放讨论，给出潜在的铸造、点焊、钎焊、增材制造等多种制造工艺方法。提出低成本、高强度、高质量和高效率制造需求，引出超塑成形/扩散连接技术，讲述四层空心结构超塑成形/扩散连接的基本原理（如图3所示）。

第一步，在板材2与3之间的指定位置涂覆止焊剂，将四块板封焊，将板材间抽真空，放入模具和设备中；第二步，加热至指定温度，向板材1和2间、板材3和4间充入氩气，使板材1和4完全贴模，板材2和3未涂覆组焊剂区域扩散焊合；第三步，排出板材1和2间、板材3和4间的氩气，向板材2和3间充氩气，使得板材2和3也完全贴模；第四步，保持板材2和3间氩气压力，使板材2与1、板材2与3、板材3与4充分扩散焊合，降温取件。为学生提供某飞行器舵翼的研制案例参考，强调项目实施过程中需掌握的能力。

（三）查阅资料，调研制造工艺细节

学生根据工艺基本原理和飞机空心壁板的制造需求，查阅工艺细节，包括材料性能、模具材料及设计、模具制造、工艺参数及控制、设备构成及控制等。学生利用先前课程经验、书籍资料、网站资源等，自主学习三维造型软件、有限元仿真软件。考虑到材料参数和工艺参数较复杂，教师可初步给定范围。

（四）课程设计，制定方案

根据调研资料和零部件制造需求，开展原始轧板选择、理论计算、模具设计、有限元仿真、制造方案制定等工作，组员分工，按照时间节点撰写实验方案。

（五）阶段报告，团队讨论

组织各小组汇报项目方案，开展团队讨论，确认项目中的难点和卡点，让学生感受哪些能力需要加强，如理论基础、三维设计软件、模具设计方法、有限元仿真等。教师引导各小组之间相互提问、评价和提供解决问题方法，并基于阶段性讨论结果，给出企业超塑成形/扩散连接工艺制造的工艺路线图和模具设计初步结果（如图4、图5所示）。教师根据科研经历，解答工艺生产中的细节问题，如进气和排气管道设计加工、模具热成形、密封、尺寸精度、压机吨位、模具定位、模具成本及轻量化、放件与取件、气压法扩散连接细节、零件研制常见缺陷、防氧化、质量检测等，请学生进行针对性讨论。

（六）回顾初始问题，优化迭代方案，实物试制

基于讨论，请学生回顾初始问题，进一步优化、细化项目方案，感受从知识学习到能力提高、从理论学习到工程实践、从思考问题到解决问题的微妙变化。待学生完成项目优化后，由教师带领开展缩比件的实验实践，直至成功研制出零部件和完成零件质量检测。

（七）总结评估，发散思考

待实验结束，请学生思考图1中其他结构的超塑成形/扩散连接可行性及潜在方案，锻炼学生举一反三的创新能力，并为学生展示试制的不同样件（如图6所示）。最后，学生对项目教学过程中的理论计算、模具设计、实验方案、实验过程、零件质量及检测等环节开展项目总结，撰写总结报告，完成课程考核。

通过航空航天制造特色的“产教融合、科教融合”项目式教学，能使学生参与运用知识和技术的全过程，实现知识的构建和迁移，而开放的、创新的、打开思维限制的爆炸式讨论可以让学生形成知识边界意识、积极学习理论知识，探究式、启发式、互动式的教学方法促进学生养成自我管理、自主学习和团队合作意识。通过多课程联动，避免课程之间知识链条的断裂或重叠，强化了学生对钣金成形内涵、外延、先进技术和前沿科学的认识，紧密贴合飞行器制造工程的数字化、智能化发展方向。通过深入航空企业进行充分、扎实的调研，在基础理论和基本方法的教学中，融入丰富的钣金成形项目案例，充分体现飞机制造工程的专业特色，并通过创新性、设计性、综合性的实验，培养学生解决复杂问题的综合能力和创新思维。

四、结语

教学团队针对内容量大、知识面广、教学进度紧、学科交叉、科技含量高、技术迭代快的飞行器制造工程专业，探索了产教和科教深度融合的项目式教学法，总结了提出问题、明确要求、文献调研、确定方案和设计制造、阶段讨论和团队协作、回顾初始问题和迭代优化、总结评估的7步范式；以钣金成形原理与工艺课程为例，采用必修基础实践项目和选修综合实践项目结合的方法，与课程设计、综合实验课程密切关联，探索了综合实践项目中的超塑成形/扩散连接工艺项目式教学过程。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：雷 艳］