飞行器动力工程专业核心课程教学改革初探——以“航空发动机控制...
飞行器动力工程专业核心课程教学改革初探——以“航空发动机控制原理”课程为例
周文祥，潘慕绚，黄金泉，张天宏
（南京航空航天大学能源与动力学院，江苏 南京 210016）
【摘要】“航空发动机控制原理”课程是飞行器动力工程专业的核心主干课程。以“航空发动机控制原理”课程为例，系统地探讨了“新工科”及大类通识教育背景下，线上与线下、课内与课外的融合式教学方法在工科非热门专业核心课程教学过程中的探索，供相关专业课程建设参考。
【关键词】线上与线下；混合式教学；教学改革；飞行器动力工程
【中图分类号】G642  【文献标识码】A  【文章编号】2095-5065（2021）06-0011-04
0 引言
南京航空航天大学（以下简称“南航”）飞行器动力工程专业是国家级特专业、教育部“卓越工程师教育培养计划”专业、江苏省品牌专业，2020年入选教育部国家级一流本科专业建设试点，专业建设整体水平处于国内前列。目前，国家和地方发展战略都对飞行器动力工程专业的创新型人才培养提出了强烈需求。2017年，国家级航空发动机及燃气轮机重大专项开始实施，其核心目标是实现我国航空发动机研制
方式从测绘仿制向自主设计的彻底转变，建立航空发动机和燃气轮机自主创新的基础研究、技术与产品研发和产业体系。控制系统是航空发动机的“大脑”，是保障发动机安全、可靠、高效运行的关键，发动机控制技术是亟待突破的核心技术。“航空发动机控制原理”课程是培养航空发动机控制研究方向创新型人才的关键环节，是培养发动机控制系统总体及部件设计技术人才的必修课程。
笔者以航空发动机控制原理为例，系统阐述了“新工科”及大类通识教育背景下飞行器动力工程专业核心课程教学改革的建设思路与措施，供同类高校参考[1-6]。
收稿日期：2021-4-1
作者简介：周文祥（1980—），男，江苏南京人，博士，副
教授，研究方向为航空发动机建模与控制；
潘慕绚（1977—），女，江西九江人，博士，副教授，研究
方向为航空发动机控制与故障诊断；
黄金泉（1963—），男，江苏泰兴人，博士，教授，研究方
向为航空发动机建模、控制与故障诊断；
张天宏（1968—），男，江苏仪征人，博士，教授，研究方
向为航空发动机控制与测试。
基金项目：2020年南京航空航天大学教师教学能力提升研究
课题“面向发动机智能控制与制造的平衡型交叉团队建设探
索”（项目编号：20JF0202）；2019年南京航空航天大学教
育教学改革研究项目精品课程建设专项“航空发动机控制原
理”（项目编号：2019JG0254K）。
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1 “航空发动机控制原理”课程概述
“航空发动机控制原理”课程前身是“发动机控制元件”与“发动机控制系统”两门专业选修课，这两门专业选修课程的授课历史可追溯至南航建校初期。2014年，为适应飞行器动力工程专业行业人才培养需求和国家“新工科”人才培养的指导思想，“发动机控制元件”课程与“发动机控制系统”课程自2018年起正式
合并为“航空发动机控制原理”课程，成为飞行器动力工程专业的一门必修课，目前也是南航飞行器动力工程专业核心课程。
“航空发动机控制原理”课程知识体系围绕发动机控制中的部件原理、系统原理、综合与试验3个核心内容构建。部件原理内容包括发动机控制系统的组成元件及子系统，系统原理包括发动机控制计划、数学模型、控制功能等，综合与试验环节内容包括FADEC系统、飞/推综合控制、健康管理和试验技术等。部件为系统的实现提供硬件支持，系统原理环节实现传统意义上的发动机控制功能，综合与试验在部件和系统的支撑下，进一步实现飞/推综合、健康管理等发动机先进控制功能。
2 “航空发动机控制原理”课程教
学过程中存在的问题
南航飞行器动力工程专业的人才培养目标是培养具有良好的科学、文化和工程素养，具有高尚的职业道德和敬业精神，具有高度的国家意识和社会责任感，较系统地掌握飞行器动力工程的专业基础知识、基本理论和基本技能，具有较强的创新意识、团队合作精神、工程实践能力和一定的国际化学术视野，具备一定的自主设计能力，能够在航空航天及相关领域从事技术研发、工程应用、工程管理、使用维护、科学研究或教育教学等工作的高素质专门人才。对标飞行器动力工程专业的人才培养目标，“航空发动机控制原理”课程传统的教学方式与方法不能充分满足以上人才培养目标需求，主要问题
体现在以下5个方面。①航空发动机控制领域科技成果日新月异，虽然课程组每年都会根据教学反馈及时更新课程教学内容，定期对教材进行修订与完善，但是依然不能很好地满足课程教学需要；②在课程教学方式、方法方面，虽然课程组通过集体备课、交叉听课、定期研讨等方式努力提高课堂教学水平，积极探索实践雨课堂等新型教学方式，但是课堂教学气氛仍然不够活跃，学生的学习积极性没有得到充分的调动；③部分实验教学覆盖面不够，虚拟仿真实验项目需要加强，实验教学资源有待进一步拓展和开发；④课程全媒体数字化资源不足，缺乏系统完整的教学资料库，尚未建立课程网站；⑤课程考核方法传统、单一，过程化考核偏弱，学生课后习题答题同质化现象普遍存在。
3 “航空发动机控制原理”课程教
学改革具体措施及效果
根据前期梳理出的“航空发动机控制原理”课程教学过程中存在的问题，课程组统一思想，通过召开一系列课程教学座谈会、研讨会，广泛征求意见，逐渐形成了一批有特、有内涵、操作性强的课程教学改革建设思路和措施，“航空发动机控制原理”课程改革方案如图1所示。
（1）对标航空发动机控制领域国内外一流大学课程教学资源及方法，搜集整理具有国际水准、融入国内外学科最新发展成果的优秀教学资源，梳理更新教学大纲。课程组先后引进美国航空航天学会（AIAA）电子图书系列教材、德国施普林格（Springer）出版社教材及国内高校的优秀教材和教学资
源，丰富和扩充了课程教学资源。在此基础上，根据历届学生的课程学习反馈建议，修订了课程教学大纲。新版教学大纲摈弃了过去先讲授“控制部件原理”课程后讲授“控制系统原理”课程的教学思路，按照“系统—部
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件—系统”的思路，深入浅出地讲述航空发动机控制系统的工作原理和方法，两年的教学实践证明，新版教学大纲更符合学生的学习规律，教学效果反馈良好。
（2）合理运用现代信息技术手段，积极探索雨课堂、MOOC等线上线下混合式教学方式，充分调动学生在课前、课中、课后等环节的学习积极性，引导学生自我管理、自主学习、合作学习[7]。雨课堂、MOOC、超星学习通平台等线上教学方式扩展了课程教学的时间与空间。课程组通过超星学习通搭建课程学习平台，将课程各种学习资源放在互联网上，学生可利用碎片化时间随时学、随地学，提高了学习效率。课程组利用雨课堂组织课堂教学，充分发挥雨课堂的课前预习、课上签到、课中考核、课后作业等功能，提高了课程教学效率，通过合理地设置课堂习题，强化了过程考核；课上随机点名、课程弹幕等环节的精心设计及运用，提高了课堂教学气氛。疫情防控期间，超星学习通、雨课堂等线上学习方式的组合使用，保障了课程教学效果。
（3）修订完善课程实验大纲和内容，注重因材施教，开设系列创新性、设计性、综合性强的实验项目，
积极打造实验金课。近年来，课程组根据课程教学目标与飞行器动力工程专业人才培养需求，积极探索了高标准实验教学环节的设计与培养实践，先后参与并完成了航空发动机装配与试车虚拟仿真教学实验、微型涡轮发动机台架试车教学实验系统的建设与开发。航空发动机装配与试车虚拟仿真教学实验获批2018年国家虚拟仿真实验教学项目，微型涡轮发动机台架试车教学实验系统获2018年第五届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛二等奖。这些实验项目和实验仪器的开发，丰富了课程实验教学内容，提高了学生的实践动手能力，对课堂教学起到了很好的辅助和促进作用，实现了实验育人。
（4）课程组充分利用南航校内网络资源，建设课程在线学习网站，不断丰富和拓展课程在线教学资源；积极利用南航校园云盘、精品课程（在线教学）平台等网络平台，汇聚、分享课程优秀教学资源；采用积分制，充分调动课程组和学生的积极性，收集整理国内外优秀全媒体课程教学资源（如图片、动画、视频、文字等），为
MOOC
航空发动机原理超星学习通
雨课堂
国外一流大学AIAA图书Springer图书
国内高校
创新性设计性
综合性虚拟仿真
“航空发动机控制原理”
课程教学改革课程在线学习网站校园云盘
微课视频
强化过程考核课前、课中、课后考核探究性、综合性、挑战度
研究所专家
理论知识大讲堂
周末讲座
工程实践知识
聘请名师
来校讲课
完善实验
教学环节
现代信息
技术手段
拓展优秀
教学资源
改革课程
考核方式
利用校内
网络资源
图1 “航空发动机控制原理”课程改革方案
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课程教学和学生学习服务，形成课程教学课件库、习题库、资料库、试卷库，统一保存在校“航空发动机控制原理”课程在线教学网站上。除了搜集互联网上已有的教学多媒体资料，课程组还将课程大纲中的难点知识点整理录制成5~8分钟的微课短视频，这些微课短视频构思巧妙、制作精良，已成为学生攻克课程难点知识点的重要法宝。2019—2020年，课程组教师录制的微课短视频先后获得江苏省高等学校微课教学比赛二等奖、一等奖。
（5）改革课程考核方式，强化过程考核。课程组充分利用雨课堂、超星学习通等智慧教学平台，在每个教学单元授课过程中引入课前、课中及课后测试环节，全面掌握学生的学习情况。增加过程性考核结果在总成绩中的占比，课程期末成绩在总成绩中的比例由80%降至50%。此外，课程组还尝试改革课后习题内容及考核方式，增加探究性、综合性、有挑战度的课后习题“大作业”。例如，针对学有余力的学生，教师发布了多个涉及航空发动机数学建模及控制系统设计的“大作业”，学生组队顺利完成这些任务，培养了学生合作意识和协同解决复杂问题的能力。
（6）聘请国内知名专家担任课程兼职导师，定期举办课程理论知识大讲堂，让学生有机会接触国内工程前沿的重大关键技术问题和解决方案，增强航空报国、追求卓越的使命感和责任担当。理论来源于实践，并最终服务于实践。课程组为了开阔学生的学术视野，聘请了中国航发控制系统研究所的3位技术专家担任课程的兼职导师。利用周末时间，兼职导师分批次受邀来南航，与学生面对面，零距离分享专家自身在航空发动机控制系统型号研制过程中的心路历程，这样的课外讲堂场场爆满，学生既巩固了课程专业知识，又了解了行业最新的发展动态，增长了才干，爱国主义、集体主义素养得到培养，为学生今后顺利走上工作岗位打下了基础。
综上所述，通过上述6个方面举措的实施，有力地丰富和拓展了课程教学资源，全媒体教学资源已系统建成；采用线上与线下相结合的现代化教学方式，配合课内、课外专兼职导师制，初步实现了翻转课堂，学生学习方式由过去的被动学习逐渐转化为主动学习，课程教学方式也从单纯的课堂教学转变为课内课外、线上线下融合教学，突破了时空的界限，朝着全员、全过程、全方位的育人格局又迈进了一步。
4 结语
以“航空发动机控制原理”课程教学改革为例，系统阐述了“新工科”及大通识教育背景下飞行器动力工程专业核心课程教学改革的思路与方法，分析了传统教学方式存在的问题，给出了6条具体的解决措施，供相关专业课程建设参考。
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