馮佳晨　管旭　李金飛

［摘 要］ 為提高飛行力學(xué)課程建設(shè)水平，強(qiáng)化學(xué)生獨(dú)立思考、實(shí)驗(yàn)操作、綜合創(chuàng)新等能力，針對(duì)飛行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了開(kāi)放式研討法。闡述了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足與開(kāi)放式研討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，并以“無(wú)控彈道仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”為例進(jìn)行了實(shí)踐，展示了開(kāi)放式研討法從實(shí)驗(yàn)選題到成績(jī)?cè)u(píng)定的全過(guò)程。實(shí)踐結(jié)果表明，開(kāi)放式研討法非常適合于飛行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。開(kāi)放式研討法要求學(xué)生課前要做好充分的預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備，要求教師在學(xué)生討論過(guò)程中做好研討監(jiān)控，及時(shí)引導(dǎo)總結(jié)。

［關(guān)鍵詞］ 開(kāi)放式研討法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；飛行仿真實(shí)驗(yàn)；飛行力學(xué)

［基金項(xiàng)目］ 2020年度海軍航空大學(xué)岸防兵學(xué)院青年教員教學(xué)能力培育項(xiàng)目“教學(xué)骨干培育”（202006003）

［作者簡(jiǎn)介］ 馮佳晨（1984—），男，江蘇南通人，工學(xué)碩士，海軍航空大學(xué)岸防兵學(xué)院副教授，主要從事航空宇航科學(xué)與技術(shù)研究；管 旭（1992—），男，湖南永州人，工學(xué)碩士，海軍航空大學(xué)岸防兵學(xué)院講師（通信作者），主要從事航空宇航科學(xué)與技術(shù)研究；李金飛（1988—），男，湖北安陸人，工學(xué)博士，海軍航空大學(xué)岸防兵學(xué)院講師，主要從事航空宇航科學(xué)與技術(shù)研究。

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）22-0128-04［收稿日期］ 2022-07-08

“飛行力學(xué)”是高等院校航空類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，通過(guò)課程學(xué)習(xí)學(xué)生可以對(duì)飛行基本原理有全面的了解和掌握。作為對(duì)應(yīng)專(zhuān)業(yè)的背景課程，“飛行仿真實(shí)驗(yàn)”是必不可少的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，它能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和綜合創(chuàng)新能力，是正課教學(xué)的延伸，是能力培養(yǎng)的階梯，只有將其地位和作用不斷強(qiáng)化，才能真正提高課程建設(shè)的整體水平。

目前，在“飛行仿真實(shí)驗(yàn)”課程中，傳統(tǒng)的講授法偏重對(duì)基本概念和基本方法進(jìn)行理論講解和推導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)際飛行軌跡的計(jì)算、設(shè)計(jì)能力較弱，實(shí)際應(yīng)用較少，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力不足，計(jì)算機(jī)編程能力得不到鍛煉，與實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求不符。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的片面性

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，通常按照四步走的方式展開(kāi)：第一步，注入式課堂講授；第二步，臨摹式實(shí)驗(yàn)操作；第三步，機(jī)械式記錄結(jié)果；第四步，上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生在教師詳細(xì)的講解下，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的方法步驟進(jìn)行操作，基本都會(huì)得出預(yù)期的結(jié)果。這種傳統(tǒng)的教學(xué)，主要是圍繞增加感性知識(shí)、驗(yàn)證書(shū)上理論而開(kāi)展的，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)際動(dòng)手能力的提高非常有限。而且由于傳統(tǒng)教學(xué)觀念和教學(xué)習(xí)慣的影響，再加上實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)的不足及各種外部客觀環(huán)境的影響，教師為了讓學(xué)生上手快、節(jié)省時(shí)間往往采取傾注式的方法，實(shí)驗(yàn)課程一開(kāi)始就把實(shí)驗(yàn)要求、目的、內(nèi)容及操作方式都告訴學(xué)生，以求省時(shí)、省力。學(xué)生按照給定的實(shí)驗(yàn)步驟和模式糊里糊涂地做實(shí)驗(yàn)，始終處于被動(dòng)地位，離開(kāi)教師就不知所措，做完實(shí)驗(yàn)“一問(wèn)三不知”。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程往往只注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，忽略了對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)［1］。

“飛行仿真實(shí)驗(yàn)”課程不同于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，是一種綜合性實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)有利于提高學(xué)生的科學(xué)思維方法和科學(xué)研究能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，所以其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有一定的挑戰(zhàn)性和探索性，而其知識(shí)基礎(chǔ)應(yīng)為學(xué)生已掌握的知識(shí)。比較復(fù)雜的綜合性實(shí)驗(yàn)可以由多人組隊(duì)完成，以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。教師在評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)時(shí)，不僅要評(píng)價(jià)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)的認(rèn)真態(tài)度和實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量，更應(yīng)注重對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)方案及動(dòng)手能力的綜合評(píng)價(jià)。因此，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段并不適用于該種實(shí)驗(yàn)教學(xué)，本文以“無(wú)控彈道仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”為例探討一種“開(kāi)放式研討”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。

二、開(kāi)放式研討教學(xué)特點(diǎn)

在開(kāi)放式研討教學(xué)中，學(xué)生在課堂上不再是等著教師“喂”，而是自己主動(dòng)“吃”［2］。學(xué)生不是只靠教師講解學(xué)會(huì)知識(shí)，還要通過(guò)自己看書(shū)思考、討論研究、歸納總結(jié)、作業(yè)練習(xí)、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)才能將知識(shí)徹底內(nèi)化吸收。開(kāi)放式研討教學(xué)法能調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，能啟迪學(xué)生的獨(dú)立思維和創(chuàng)造性思維［3］。在培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、實(shí)際操作能力和獨(dú)立分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力上取得明顯效果。開(kāi)放式研討教學(xué)的“開(kāi)放式”主要表現(xiàn)在三方面：（1）時(shí)間放開(kāi)。把傳統(tǒng)的以講為主的教學(xué)模式改為以學(xué)為主的教學(xué)模式，學(xué)生有更多的時(shí)間自主學(xué)習(xí)。（2）內(nèi)容放開(kāi)。注重實(shí)驗(yàn)與前后章節(jié)知識(shí)的聯(lián)系，加大了知識(shí)容量，教師開(kāi)出參考文獻(xiàn)清單，鼓勵(lì)學(xué)生充分利用線(xiàn)下（如：書(shū)籍）線(xiàn)上（如：互聯(lián)網(wǎng)）資源自主學(xué)習(xí)。（3）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所及教學(xué)設(shè)備向?qū)W生放開(kāi)。由學(xué)生主動(dòng)實(shí)操，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的效益，加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。同時(shí)，吸收學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，為學(xué)有余力的學(xué)生提供一個(gè)施展自身才能的平臺(tái)，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)。

利用開(kāi)放式課堂教學(xué)方法，將其應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。開(kāi)放式教學(xué)法打破了傳統(tǒng)講解式教學(xué)法的模式，教師按照“精講和提示、自學(xué)和實(shí)驗(yàn)、討論和歸納、作業(yè)和實(shí)習(xí)”這樣一條新的教學(xué)程序施教，縮短了教師在課堂上的講解時(shí)間，大大增加了學(xué)生自學(xué)、練習(xí)及實(shí)操的時(shí)間，也提高了實(shí)驗(yàn)室的利用率。

三、開(kāi)放式研討實(shí)驗(yàn)教學(xué)探析

對(duì)于“飛行仿真實(shí)驗(yàn)”課程，開(kāi)放式研討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)理念是在現(xiàn)有的飛行軌跡設(shè)計(jì)部分內(nèi)容所占學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上加大編程實(shí)踐課及研討課的學(xué)時(shí)占比，教師用少量學(xué)時(shí)將基本方法、思路講清楚后，主要的時(shí)間留給師生之間、生生之間的集體研討，以此種方式增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，通過(guò)實(shí)際計(jì)算的過(guò)程及結(jié)果，深化學(xué)生對(duì)基本概念、基本方法的理解，在實(shí)際計(jì)算的過(guò)程中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。開(kāi)放式研討實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施的全過(guò)程分四步進(jìn)行，分別為實(shí)驗(yàn)選題、獨(dú)立探索、交流講評(píng)、成績(jī)?cè)u(píng)定，如圖1所示。

（一）實(shí)驗(yàn)選題

好的選題是實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵。教師要結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝備滿(mǎn)足教學(xué)要求，而且還要使學(xué)生運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題，并從中得到能力的鍛煉［4］。選擇的題目力爭(zhēng)涵蓋相關(guān)理論內(nèi)容，這樣有助于學(xué)生對(duì)課內(nèi)所學(xué)知識(shí)的理解、鞏固和加深。在“飛行仿真實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中，設(shè)立諸如“基于需求的方案彈道設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”“基于目標(biāo)特性的導(dǎo)引彈道設(shè)計(jì)與驗(yàn)證”的選題，不僅能夠與理論部分的內(nèi)容很好地呼應(yīng)，還能結(jié)合實(shí)際飛行器型號(hào)，貼近實(shí)際運(yùn)用。在研討過(guò)程中，為充分發(fā)揮合作學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，將學(xué)生進(jìn)行分組，學(xué)生與學(xué)生、小組與小組之間形成競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制［5］。

（二）獨(dú)立探索

學(xué)生課前查找文獻(xiàn)、消化文獻(xiàn)，在課上進(jìn)行編程仿真，一定程度上鍛煉了學(xué)生的多種能力，如文獻(xiàn)的閱讀分析能力、歸納綜述能力、邏輯思維和綜合分析能力、編程仿真能力［6］。實(shí)驗(yàn)室的全面開(kāi)放，在時(shí)間上給學(xué)生創(chuàng)造了盡可能大的自由度，在實(shí)驗(yàn)條件上為學(xué)生提供了良好的環(huán)境，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

（三）交流講評(píng)

在實(shí)驗(yàn)授課過(guò)程中，教師在學(xué)生充分自學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行精講，避免內(nèi)容上的“滿(mǎn)堂灌”，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知能力和自學(xué)情況，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)性、歸納性和綜合性講解，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)、解答疑點(diǎn)，講思路、講規(guī)律、講方法，誘其所思，解其所疑［7］。在每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，教師要簡(jiǎn)明地提出本次實(shí)驗(yàn)的綱要、在本課程所占的地位以及與前后知識(shí)的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生全面看問(wèn)題的能力。教師明確提出本次實(shí)驗(yàn)的目的要求，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中目的明確；要盡量提供研討的時(shí)間和條件，由學(xué)生主導(dǎo)，將實(shí)驗(yàn)的前期工作和心得與教師和同學(xué)進(jìn)行交流和討論。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組依次上臺(tái)發(fā)言，主匯報(bào)人介紹本組工作和收獲情況，組成員對(duì)其他組的人員和教師所提出的問(wèn)題進(jìn)行解答。教師的主要任務(wù)就是提出問(wèn)題、鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的觀點(diǎn)、組織、探討等。充分喚起學(xué)生的主體意識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的思維方法，激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的創(chuàng)新熱情。

（四）成績(jī)?cè)u(píng)定

學(xué)生的最終成績(jī)是綜合評(píng)定平時(shí)表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)操和答辯等幾項(xiàng)的成績(jī)后給出的，這樣能基本反映學(xué)生在本課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的實(shí)際情況，有利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在課程標(biāo)準(zhǔn)中，增加了實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)的比重。實(shí)驗(yàn)的考核注重考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的理解、綜合和應(yīng)用。考核方式更加注重對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力和計(jì)算機(jī)仿真能力的考查，側(cè)重考核學(xué)生的設(shè)計(jì)思路是否清晰，設(shè)計(jì)方法是否掌握，能否達(dá)到舉一反三的目的。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí)主要考慮研討交流情況、匯報(bào)答辯情況、程序質(zhì)量等因素。

四、“無(wú)控彈道仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”課堂實(shí)例

（一）課堂設(shè)計(jì)

“無(wú)控彈道仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”是“飛行力學(xué)”課程前半部分知識(shí)的綜合應(yīng)用，可以說(shuō)是“飛行力學(xué)”課程的期中檢查。

1.教學(xué)目標(biāo)。理解飛行器運(yùn)動(dòng)方程組包含的各個(gè)變量與方程的物理意義。通過(guò)編程求解飛行器運(yùn)動(dòng)方程組，繪出無(wú)控飛行器彈道，簡(jiǎn)要分析飛行初始條件等參數(shù)對(duì)彈道的影響。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，了解工程上彈道計(jì)算分析的一般方法與流程。

2.教學(xué)方法。以開(kāi)放式研討法為主，難點(diǎn)部分輔以講授法。課堂上按3個(gè)問(wèn)題逐步展開(kāi)研討：（1）飛行器運(yùn)動(dòng)方程組中含有哪些參數(shù)和變?cè)?，哪些參?shù)是已知的，哪些參數(shù)是需要計(jì)算的？（2）需要計(jì)算的參數(shù)該怎么算，如何利用教材上給出的參數(shù)表得出仿真需要的參數(shù)？（3）飛行器運(yùn)動(dòng)方程組在數(shù)學(xué)上是一個(gè)什么方程組，如何用數(shù)值方法求解該方程組？

（二）課堂實(shí)施

1.情景引入。教師講述世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)明的初衷是用于彈道計(jì)算的歷史背景，激發(fā)學(xué)生嘗試挑戰(zhàn)彈道計(jì)算的興趣。教師歸納飛行器運(yùn)動(dòng)方程組的組成，指出彈道計(jì)算的本質(zhì)是求解導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)方程組。

2.開(kāi)放式研討。通過(guò)研討課程中的問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)。（1）“飛行力學(xué)”課程很大的一個(gè)特點(diǎn)或者說(shuō)難點(diǎn)就是公式和方程變量特別多，形式特別繁雜。學(xué)生必須克服畏懼、厭煩的心理，保持清醒的頭腦，厘清飛行器運(yùn)動(dòng)方程組里各個(gè)變量的含義。（2）飛行器運(yùn)動(dòng)方程組涉及大量的空氣動(dòng)力參數(shù)，這些參數(shù)都可以從實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)表中查出。但是，這些數(shù)表都是離散的，只含有特定條件下的參數(shù)，然而本次實(shí)驗(yàn)需要的是任意條件下的參數(shù)，需要用到插值法，要求學(xué)生在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)。（3）飛行器運(yùn)動(dòng)方程組在數(shù)學(xué)上是微分方程組。研討微分方程組用什么數(shù)值方法來(lái)解，教師可提示學(xué)生用龍格-庫(kù)塔法求解飛行器運(yùn)動(dòng)方程組，編程實(shí)現(xiàn)。

3.實(shí)驗(yàn)總結(jié)。彈道計(jì)算完成后，后續(xù)的繪制彈道、分析相關(guān)參數(shù)對(duì)彈道的影響等任務(wù)可作為課后作業(yè)交由學(xué)生課下完成。教師根據(jù)學(xué)生課上的研討表現(xiàn)及課下實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

4.遷移創(chuàng)新。本次實(shí)驗(yàn)所用的飛行器運(yùn)動(dòng)方程組是假設(shè)飛行器在鉛垂平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的方程組，實(shí)際中的飛行器不一定只在鉛垂平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，教師可鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生探究如何求解在空間中運(yùn)動(dòng)的彈道。

結(jié)語(yǔ)

“飛行仿真實(shí)驗(yàn)”非常適合開(kāi)放式研討教學(xué)，這是由其知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的——理論基礎(chǔ)知識(shí)繁雜，不適合大部分學(xué)生自學(xué)；實(shí)驗(yàn)操作主要依靠計(jì)算機(jī)編程，教師沒(méi)有足夠的精力和時(shí)間兼顧所有學(xué)生，適合學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)，同時(shí)學(xué)生可充分利用線(xiàn)下線(xiàn)上資源自行解決編程過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。開(kāi)放式研討法要注意把握好學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用［8］。學(xué)生的主體地位要求學(xué)生以學(xué)為主體，課前必須做好預(yù)習(xí)，要有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，否則在研討過(guò)程中會(huì)陷入無(wú)話(huà)可說(shuō)、聽(tīng)不懂其他學(xué)生說(shuō)的是什么的窘境。教師的主導(dǎo)地位要求教師把握好講授的時(shí)機(jī)，做好研討監(jiān)控，畢竟開(kāi)放式研討的“開(kāi)放”也是有度的，不能放任自流，遇到難點(diǎn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)及時(shí)總結(jié)講解［9］。

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Application of Open Seminar Teaching in Experiment of Flight Simulation

FENG Jia-chen， GUAN Xu， LI Jin-fei

（Shore Defense Academy， Naval Aviation University， Yantai， Shandong 264001， China）

Abstract： To improve the level of curriculum construction of Flight Dynamics and promote students independent thinking ability， operating skills of experiment and innovation ability， open seminar teaching is proposed for experiment of flight simulation. A comparison is made between the shortcomings of traditional teaching and the advantages of open seminar， which is implemented in the course of the experiment of trajectory simulation of uncontrolled missile. The whole process of open seminar teaching from experiment selection to grade assessment was illustrated. It is concluded that open seminar teaching is appropriate for experiment of flight simulation. Open seminar teaching will output well only and only if the students had prepared sufficiently and the teacher had guided them punctually.

Key words： open seminar teaching; experiment teaching; experiment of flight simulation; flight dynamics