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摘要：当前传统的“知识导向型”教学模式已无法满足新工科建设对飞行器结构设计课程多学科融合和学生创新能力的培养要求。在此背景下，本文分析了面向新工科的飞行器结构设计课程教学模式新要求，并探讨了线上、线下混合式教学改革内容、实施方案和具体实施方法，特别提出了面向航空维修的典型工程案例建设方案，为相关课程改革提供了一定的参考。
关键词：新工科；工程案例；混合式教学
本文引用格式：李国举,等.面向新工科的《飞行器结构设计》课程混合式教学模式探索[J].教育现代化,2020,7(50):106-109.
Exploration on Hybrid Teaching Mode of“Aircraft Structure Design”Course for New Engineering
LI Guo-ju,LIU Zhan-he,WANG Xiao-lu,HAN Fei-fei
（Zhengzhou University of Aeronautics,Zhengzhou Henan）
Abstract:The current traditional"knowledge oriented"teaching mode has been unable to meet the requirements of the new engineering construction for the multidisciplinary integration of aircraft structure design course and the cultivation of students'innovation ability.In this context,this paper analyzes the new requirements of aircraft structure design course teaching mode for new engineering,and discusses the content,implementation scheme and specific implementation method of online and offline hybrid teaching reform,especially puts forward the typical engineering case construction scheme for aviation maintenance,which provides a certain reference for the related curriculum reform.
Key words:New engineering;Engineering case;Mixed teaching
一 概述
“新工科”建设是应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战，是响应国家创新驱动发展对工程技术人才需求号召，着眼高等教育改革发展全局，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人的重要举措。目前，我国高校主流的教学方式是班级授课制，这种齐步走的教学方式不利于教师因材施教以及学生的个性发展，迫使我们探索混合式教学模式进行教学[1]。国内高校所开展的混合式教学改革实践中，通常是在传统教学的基础上，借助慕课、微课、翻转课堂等开展混合式教学[2-4]。当前混合式教学模式的兴起和地方高校转型的需求对高校教师也提出了更高的挑战，教师不仅扮演传统的知识传授者、控制者、组织者等角色，将向设计者、引导者、整合者、协助者、学习者等多元化角色演变[5]。
新工科要求在人工智能、大数据等技术的兴起背景下，培养具有创新型、应用型、复合型优秀人才。而传统的工科专业课程以讲授学科的知识为中心，学生以学习知识为主。课程提供在该学科领域内认识事物和解决问题的一般原则与方法，缺乏针对性，无法满足新工科要求。为此，重庆大学的谢志江教授研究了案例法在新工科教学中的应用，探讨了在工科教学中引入案例教学法的必要性[6]。案例教学法很早就应用于法学和医学专业的教学，后期在管理设计领域也得到了较多应用[7,8]。当前，很多工科专业也开始开展案例式教学方法的研究[9,10]。
《飞行器结构设计》是飞行器设计与工程专业的核心专业课程。随着现代航空航天技术的飞速发展，飞行器结构越来越复杂，机载设备不断更新，新材料、新工艺、新结构不断出现，使得当前以理论知识传授为主的《飞行器结构设计》课程内容远远落后于实践发展，无法满足新工科建设对多学科融合和创新能力的培养要求，也无法从根本上发挥学生的积极性和创造性[11-13]。本文通过分析新工科建设对飞行器结构设计教学模式的新要求出发，探索面向新工科的《飞行器结构设计》线上、线下混合式教学新模式，实现以学生学习为主体的教学思路，以理论联系实际工程案例为主线的高效课堂。
二 新工科建设对《飞行器结构设计》课程教学模式新要求
（一）多学科融合和创新能力培养新要求
飞行器结构设计课程所包含的其它相关课程如图1所示，与理论力学、材料力学、结构力学、空气动力学、机械设计、飞行器总体设计等课程密切相关，是多个学科融合的综合体。因此，对于飞行器结构设计的掌握需要综合各个学科的相关知识，需要对上述课程内容的总结和升华。就当前我国高校教育现状来看，尽管一些双一流院校和职业技术学校设立了相关学科和专业，但存在教学方法和学科单一、实践教学与理论教学脱节、教学内容宽泛零散等问题，无法满足新工科建设对多学科融合和创新能力的培养要求。
（二）对教师从知识传授者到教学资源整合者和引导者的新要求
当前《飞行器结构设计》课程主要沿用以教师讲授为主体，课堂教学内容以理论知识为中心的教学模式，教学常常陷入“教师缺乏工程经验→课程知识内容陈旧→教学内容落后于实践发展→教师不愿意更新知识”循环模式，无法满足新工科建设对培养复合型应用型人才的培养要求。在面向新工科的混合式教学模式下教师所扮演的是不仅是传统单一的知识传授者、控制者、组织者等角色，将向设计者、引导者、整合者、协作者、多维评价者、跨界学习者、反思实践者等多元化角色演变[5]。授课教师不再是单独的某个人而是一个教学团队，需要教师本人从事飞行器结构设计相关的科研项目和到地方航空公司和机场进行工程调研，不断更新理论知识的应用范围和应用形式。
（三）教学内容从理论知识为主到解决典型工程问题的多学科知识融合为主
新工科背景下各高校要培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才。当前飞行器结构设计课堂内容以理论讲解为主，辅以利用多媒体增加图片及视频形式增强学生对理论知识的掌握，但是对学生来说，印象不深，且无法理解理论知识的实际工程应用价值，更加锻炼不了学生分析和解决实际工程问题的能力。因此有必要将课堂内容重新设计，开展以解决工程案例为主的多学科知识融合的系统学习。
（四）考核内容从单一的期末理论考试为主到过程性评价为主的考核新要求
新工科要求发挥学生学习的主体性和积极性，而当前飞行器结构设计课程的考核方式主要是平时成绩（20%）+期末理论考试成绩（80%），无法体现学生平时的参与学习讨论情况，也无法体现对学生分工协作、分析问题和解决问题的能力的考核。因此，有必要引入过程性评价机制，将平时学生参与问题讨论、分析和解决问题过程纳入考核范围并给出定量分数，以此激励和引导学生积极主动参与课堂讨论，保障案例式教学内容能充分为学生消化吸收。
三 新工科背景下《飞行器结构设计》线上线下混合式教学模式的探索
面向航空工程学院飞行器设计与工程专业大四上学期开设的《飞行器结构设计》课程，具有打通面向新工科建设对多学科融合和创新能力以及理论指导工程实践“最后一公里”的重要作用。在学生系统学习掌握航空航天技术基础、高等数学、画法几何、机械设计等理工科背景知识和空气动力学、飞机总体设计、飞行器结构力学等专业化知识基础上，针对以上存在的难点问题，结合课程开设定位，有必要对《飞行器结构设计》课程从教学内容和教学方法两方面开展建设性和探索性研究。为改善学生理论学习与实践脱钩严重，提升学生对多学科融合和创新能力，本文探索采用线上、线下混合式教学方式，通过线上建立融合多学科知识和跨平台的在线开放课程，使学生不受时间、地点限制掌握每一个专题相关理论知识，线下以案例引导学生将多学科理论知识与工程实践紧密结合，锻炼学生自主学习新知识的能力，提升教学效果。
（一）改革内容
面向新工科的飞行器结构设计线上线下混合式教学改革内容如图2所示。根据新工科要求，通过跨平台的多学科模块化课程内容创新、线下面向航空维修的案例内容创新以及线上线下有机结合的教学方法创新打破当前课程教学的瓶颈和问题。在实施过程中需要教师在线下为学生进行重点内容和工程案例背景讲授，并引导学生积极在线上自主学习和掌握面向某一工程案例问题的基础理论知识和相关研究方法并组织开展分组讨论总结，从而最终实现培养立足航空维修产业的高素质复合型应用人才的要求。
（二）《飞行器结构设计》线上线下混合式教学实施方案
面向新工科的飞行器结构设计线上线下混合式教学实施方案流程图如图3所示。本文通过调研航空维系制备相关产业的人才能力需求，调查飞行器结构设计相关的专著、教材、资料，并借鉴相关学科如飞行器结构力学、飞行器总体设计等航空宇航类专业课程教学思路和方法，结合线上、线下混合式教学模式和翻转课堂及案例化教学方法研究建立面向新工科的飞行器结构设计课程教学设计和改进方案，并应用于飞行器设计与工程专业的具体教学活动中。
四《飞行器结构设计》线上线下混合式教学模式实施方法
（一）面向航空维修制备的工程案例资源库建设
通过调研与飞行器设计与工程专业有紧密合作的武汉凌云科技集团有限责任公司航空维修培训中心以及学生就业航空相关单位，同时深入调查飞行器设计与工程专业培养方案和课程体系，建立适合我专业学生能力的包含民航CCAR-147部航空器维修内容和大学生飞行器设计创新创业比赛的工程案例[14]。同时借助互联网技术，建设数据库并将工程案例添加到数据库内，使得教师能够随时更新、删除、调用工程案例，保证教学实践的顺利实施。
（二）多学科、专题化和跨平台的线上理论模块课程内容建设
当前飞行器结构设计课程的主要内容包括飞行器的分类、组成和设计的一般过程，飞行器结构设计的思想与技术，飞行器的外载荷和设计情况，飞行器机体结构的特点、结构分析与设计的基本概念，设计原理、准则与方法，飞行器起落装置的形式及其结构特点、基本原理和设计方法，复合材料结构的形式和设计原理、方法等。在此基础上，通过积极调研双一流航空类院校西北工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学飞行器设计与结构课程的理论教学内容和西安航空学院、长沙航空职业技术学院等航空地方特色院校并结合我专业学生基础水平，整理面向航空维修制备的工程案例涉及的相关理论，并按照案例意义对应方式重新整合跨学科和专题化的理论模块课程内容。并参考相关高校的在线开放课程建设模式，利用泛雅平台上进行建设，建立与工程案例逐一对应的专题化的多学科理论模块在线开放课程。基于此，飞行器结构设计在线开放课程将以飞行器结构的分析和设计为中心内容，对航空飞行器与航天飞行器结构分析和设计进行全面系统的阐述。
（三）线下案例模块和线上理论模块的混合式教学方法探索
为了引导和鼓励学生自主学习积极性，必须建立过程性评价机制，通过组织，引导学生开展以解决工程案例问题导向的线上课程理论知识的自由学习，线下组织学生以小组分工共同讨论和解决工程问题的教学设计，配合老师最终评价考核打分制，使得线下案例模块和线上理论模块的有机结合，最终培养学生多学科知识的融合和解决实际航空维修相关工程问题的能力。
五 结语
在“新工科”的大背景下，对高校的人才培养提出了更高的要求，因此本文针对传统教学的不足，对《飞行器结构设计》线上线下混合式教学改革方案进行了广泛的调研，并进行了深入的思考，最终提出了一些教学改革的思路、方法和手段。结合线下案例式教学内容和翻转课堂教学方式，让学生更多的参与教学中，培养学生的自我学习能力，提高课堂的学习效率，最终达到预期的教学目标。
参考文献
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