具有民航特色的形象化教学方法研究

摘 要 开展形象化教学方法的设计与应用是未来该专业的教学改革的重要方向。本文结合飞行器制造工程专业的专业课程和专业知识体系论述了形象化教学的必要性，并以实例说明了形象化教学在该专业的实施及效果。

关键词 民航特色 形象化 教学方法

中图分类号：G424 文献标识码：A

On Visualize Teaching Methods Have Characteristics of Civil Aviation

LIU Yanhong， QING Guanghui， ZHANG Hongwei

（Aircraft Department， School of Aerospace Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300）

Abstract Design and application of conduct is an important teaching method to visualize the future direction of the profession of teaching reform. Combined with aircraft manufacturing engineering professional courses and professional knowledge discusses the necessity to visualize teaching and teaching examples illustrate the visualization of the professional implementation and effect.

Key words characteristics of civil aviation; visualize; teaching methods

0 引言

近年来“大工程观”的工程教育理念已在我国工程教育界得到普遍的认可，并为高等工程教育改革提出了新的要求。作为具有鲜明民航特色的飞行器制造工程专业，必须根据自身的培养目标，解决以往只强调科学化、专业化，而割裂了工程本身的问题，从而使专业课程突出民用航空器维修工程的整体性，使学生在学习过程中完整掌握飞机结构及系统的专业知识，适应民航维修领域对专业技术人员的要求。

空间想象力是人们对客观事物的空间形式（几何形体）进行观察、分析、认知的抽象思维能力。但是飞机结构及各系统本身都是非常复杂的空间系统，对于首次接触的学生来说，通常难以把握复杂的整体构成，而教材上飞机构件或系统零部件的描述比较抽象，教师讲解以及教学课件上平面原理图或结构图或简单的立体图，很难使学生建立起完整、直观、生动的具体结构概念。所以，学生和教师都希望在实体飞机上进行教学。但由于飞机大部分的内部结构和系统是封闭的，不可能从真实飞机上看到每个局部的结构或系统的空间组成。

因此，教师在课堂上应采用一些先进的方法及手段强化学生的飞机及其系统空间结构概念，可以提升学生的空间想象力，使学生轻松准确地掌握飞机结构、系统的专业知识。所以，采用形象化教学已成为飞行器制造工程专业的教学方法改革的重要任务之一。

1 形象化教学方法的探索

1.1 形象化教学问题的提出

形象化对于飞行器制造工程专业的学生是很重要的，但实现起来具有很大的难度，如果在真实的飞机上讲授专业课或经常带领学生进入飞机内部观察实际结构及各类复杂的系统分布，存在着教学空间、教学管理、其他教学手段的运用、教学记录、安全等诸多问题。同时，由于实体飞机的很多内部结构和系统是封闭的，不可能从整体的实体飞机上观察到局部的结构或系统的空间详细内容。所以教学效果不理想，可操作性不强。如果能够构建一个基于先进计算机数字建模技术的“数字飞机”，来展示一些有代表性的结构和飞机各类典型的系统，可有效提高学生对飞机的直觉感知，使学生在知识的构建与掌握等方面取得良好的教学效果。

1.2 形象化教学方法举例

在进行形象化教学的过程，我们以培养目标为基准构建“数字飞机”，并进行了围绕“数字飞机”的教学方法研究与设计，在此以几个结合专业核心课程群形象化教学方法的设计实例，阐述形象化教学在飞行器制造工程专业核心课程群中的应用。

（1）飞机结构与维修课程群形象化教学的设计与实践。应用B737结构的三维数字模型，可帮助学生多角度建立飞机结构的空间概念，以透视法观察结构的内部构造，了解各个构件在结构中的理论位置，从而全面理解和掌握结构的构造形式、构件类型和设计计算方法。另一方面，从结构的功能上讲，可以通过三维数字模型让学生更清晰了解结构基本任务：载荷类型、受力分布特征、传力路径等。这样在教学形式上，就可以使教学内容由抽象、复杂变得形象、具体了。同时，基于三维模型进行结构力学与结构强度方面的内容的教学，可充分激起学生的兴趣，从而可以减少学生对枯燥和复杂的理论推导或数值计算教学内容的排斥感。又如，从维修操作的教学方面来讲，如果能以如图1所示的数字结构为主体，教师在进行维修操作的过程和基本步骤的讲解时，辅以动画过程，不仅在教学内容上更加规范、准确;在教学形式上也更加生动，并可大大提高学生的积极性，吸引学生的注意力，从而提高教学效果。

（2）飞机系统课程群形象化教学的设计与实践。从图2的B737-700空调系统的三维数字模型中可以看出空调系统在飞机上的整体布局情况，尤其是空气分配系统，包括从混合室到客舱与驾驶舱各部位的空气分配管路的位置及其基本外形;另外，从该图还可以清晰地看出电子设备的冷却空气系统及相关管路的位置与分布。对于各部分的细节情况，可以利用相应的放大镜了解其三维情况（如图3a和图3b所示）。

（a）维修前的准备与现场          （b）基本操作过程示例

图1

图2 B737-700空调系统布局三维数字模型

（a）流量控制活门             （b）PRSOV运动仿真

图3

如果在讲授飞机空调系统的具体内容时，给学生展示如图2和图3所示的三维数字模型。讲解可以做到形象具体。口述、板书难以表达清楚的内容直接以三维的数字模型展示，使学生一目了然。图2和图3所示的三维数字模型不仅加强了学生的感性认识，形成空间的整体形象，还能在学生的脑海里建立起有效的关于空调系统的空间思维框架。然后，在进入具体的组件或部件的功能原理的介绍与分析时，就可以在很大程度上突出教学的重点，化解教学内容的难点和疑点。因为事实上，又可以通过图3进行超级链接至图3a或图3b，讲解具体组件的原理、组成与运动仿真的三维数字模型。

在介绍空调系统的各组件或部件的功能原理的同时，仍然可以再次运用空调系统整体的三维数字模型（如图2）来说明某一组件或某一部件在整个系统中的作用、地位或其重要性。

可以形象地比喻以上的教学效果：空调系统中组件或部件可比做“树木”，学生学习了系统中组件或部件的功能原理后，也就是掌握了或了解了具体的“树木”。对于一个复杂的飞机空调系统来说，是由很多的“树木”构成的“森林”。最后的教学效果就好比学生在学习的过程中不仅见到“树木”，同时也见到了“森林”。另外，值得强调是：基于三维数字模型的教学过程，除了形象具体外，还可简易地突出知识的重点，做到主次分明。

实质上，对于燃油系统，液压系统或其它系统等都可以采用形象化的教学手段。

2 结论

本文从飞行器制造工程专业的专业课程和专业知识体系特点分析着手，提出了形象化教学方法的必要，并用多个实例说明了形象化教学的优点和教学效果，同时，讨论了形象化教学与专题化和综合化的关系。

实践证明开展形象化教学方法的设计与应用，是未来飞行器制造工程专业的教学改革的重要方向，对飞行器制造工程专业特色建设有着非常重要的意义。但是“数字飞机”的建设是一个大的系统工程，任重道远，所以，需要不断努力完善，进行“数字飞机”的设计与形象化教学的研究。相信在不远的将来，形象化教学将在飞行器制造工程专业的所有专业课程中得以应用，我们的教学质量和教学效果会走上一个新的台阶。

本研究由天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目“虚拟飞机教学平台的研究与建设”的支持

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