摘要：叶轮机械综合实验课程是飞行器动力工程核心专业课程，该课程实施效果不仅对于学生理解理论知识具有关键作用，还对学生实践创新能力的培养至关重要。文章针对叶轮机械综合实验课的教学现状，在教学内容、教学方法以及综合评价三个方面进行了有益的改革探索，有效激发了学生的学习兴趣，提高了学生的综合实践能力和创新能力。
关键词：叶轮机械；实验教学；开放实验；创新能力
叶轮机械是航空发动机的核心部件，对发动机的性能起着决定性的作用。“叶轮机械原理”是飞行器动力工程专业一门主干专业课程，主要介绍航空压气机和涡轮两大核心部件的基本概念原理，具有较强的工程应用背景。该课程以气体动力学、工程热力学、传热学、机械设计等课程知识为基础，又对后续的航空发动机原理课程学习具有承前启后作用。同时，由于叶轮机械本身的结构复杂，内部流动看不见摸不着等特点，该课程内容抽象概念多，知识的综合性连续性强，所以学习难度较大[1]。“叶轮机械综合实验”课程设置的目的在于一方面帮助学生理解和掌握所学的原理方法，并获得实验技能的训练。通过综合性实验，使学生掌握叶轮机械的基本结构形式、运行性能与调节控制，掌握航空流体机械性能测试、流动测试、设计与仿真实验的基本方法，提高学生动手操作能力；另一方面，叶轮机械综合实验课程要成为本科生对专业仪器、实验操作、专业软件操作、数据分析等基本功训练的综合主战场。同时，开放性实验课程将实验教学上升到工程思维与理念训练的高度，作为创新型人才培养的一种不可或缺手段[2]。加强实践教学的探索改革符合《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》[3]中对强化实践教学环节的要求，体现了“基于全面发展的创新教育”理念，保持和发展了“厚基础、宽口径、重实践、求创新”的人才培养特色。本文则是介绍了我们在教学过程中对“叶轮机械综合实验”课程的教学内容、教学方法、考核方式进行的一些探索工作。
一、更新教学内容，突出专业能力培养
（一）构建现实-虚拟结合的实验教学平台
针对目前本科生培养中缺乏实践教学，学生动手实践能力不足，看的多操作少，没有在实践中发现问题、思考问题和解决问题的机会的现状，2015年在工信部教学实验示范中心的支持下，我们开始对该课程进行探索改革，建设了多功能平面叶栅等教学硬件平台，扩充实验项目，建设多套设备，极大提高学生的参与度，加强了该课程的实践教学能力，真正实现学生亲自动手实验，实现创新实践训练的效果。在教学过程针对叶轮机械概念抽象，流动复杂的问题，增加虚拟教学实验与真实实验相辅助。其中一部分是大量有专业特点的计算机动画和视频短片，包括轴流压气机、离心压气机以及多级压气机内部流动动画，以及压气机和涡轮的二次流动的CFD动画，这样把抽象的概念原理和叶轮机械内复杂的流动过程形象地表达出来，使学生对概念原理和流程的理解更清晰透彻。另一方面，也购置了数字叶型设计及数字风洞软件，可对不同的叶栅模型进行虚拟气动测试，这对实施开放实验，学生自行动手设计叶型并仿真验证提供了必要条件。“实”与“虚”的结合，降低了学生在部分真实实验过程中操作误差带来的风险，也弥补了部分昂贵单一设备学生无法全部参与操作的不足，促进知识的转化与拓展，加深学生对航空叶轮机械结构、工作原理、性能特点以及内部流动的理解。
（二）设置递进式实验题目
在叶轮机械综合实验课程建设过程中，我们建立了“基础性实验”、“综合性实验”、“设计研究性实验”三类实验内容。增加原有基础实验的新颖性和信息量，加强实验的思考性和启发性，增加学生灵活操作仪器设备和动手动脑的机会，如速度压力测量基础实验，包括五孔探针、动/静态压力传感器以及线风速仪的基本原理、校准和使用方法，学生可以在基础实验中掌握各种测试技术和仪器使用。综合性实验是为学生设计好实验方案和实验目的，让学生通过完整的实验题目训练，加深对叶轮机械理论的理解，掌握叶轮机械研究中主要的实验技术，包括压气机的性能实验、叶顶动态压力实验、进气畸变实验以及平面叶栅的性能及流动实验。设计性实验则属于开放性内容，不限制题目，学生自行设计实验目的和方案，利用教学实验平台完成自己的题目，实现闭环训练。设计性实验培养了学生全局统筹实验的能力以及在实验中学习，在实验中研究和用理论知识解决问题的能力。设计性实验的报告采用论文形式提交，培养学生的独立科学思考、查阅文献和科技写作能力。学生通过设计性实验，启发创新意识，锻炼综合创新能力，培养了初步科研能力。叶轮机械综合实验课程递进式实验构架如图1所示。
（三）建设航空特色的专业教材
在高等教育活动中，教材建设是保证教育质量的关键。“叶轮机械综合实验”课程目前使用的是自编讲义，主要以实验指导书为主，缺乏理论提升。我们在学校规划教材建设项目的资助下进行了系统的叶轮机械气动实验技术的教材编写，加入了叶轮机械测量的主要技术理论和先进的测量技术内容。围绕本科教学改革对教材建设的需要，针对飞行器动力工程专业特点，在教材中还配合给出许多航空发动机用叶轮机械气动实验的设计案例，以及工程应用案例使该教材具有突出的专业特色，同时也进行了知识高度提升和广度扩充。该教材不仅讲技术而且要使学生通过教材学习，熟悉叶轮机械实验研究中的工程思维。教材的编写理念为理论与工程并行，结合注重基础，加强实践的学生培养原则，突出实践教学在特色工科专业中的重要性。同时力求对学生创新性的培养，以丰富的实践教学内容和训练推动新一轮培养方案实施，促进相关专业的综合改革。
二、教学方法改革，提升实验教学效果
（一）开设网络大学堂
学生对知识的学习不仅在课堂，更多的时间是在课外。因此，我们建设了叶轮机械综合实验课程的学习网站，其中包含实验课讲义、授课录像、多媒体课件以及仪器使用演示录像等模块。首先，学生可以在理论课和实验课之间的空档期先进行网络学习，对实验课所用仪器和所要进行的实验程序有所了解。这样既不占用实验课总课时，又能在实验课上快速熟悉操作，展开实验甚至还有充分的时间自由摸索实验设计。另外，该网站也留有论坛模块，学生可以在论坛进行交流和疑难问题提交，教师每隔一段时间会登录解答，方便总结学生遇到的共性问题，也为教师掌握教学进度、衡量教学效果提供了有力依据。
（二）理论课和实验课教学协同发展
针对叶轮机械原理和叶轮机械综合实验教学任务往往由不同的教师担任，交流沟通不够，导致理论课讲授的知识在学生实验过程中没有对应充分的体现。本课程教师在教学过程中与理论课教师经常沟通交流，在实验项目的更新上考虑了理论教学的知识重难点，通过直观实验帮助学生对理论知识加深理解。同时协调安排实验与理论课的进度，使得实验课进行能够和理论课相关知识点讲解有效衔接，围绕某些知识点，如平面叶栅基本原理、多级压气机性能等，一堂理论紧跟一堂实验，互为补充，互为完善，做到学生对知识的高效吸收。另外，在实验课上对理论知识点对应讲解，加强理论与实践的融会贯通。实验课与理论课教师制定相铺相成的课程群发展规划，明确“学生为本”的教学目标，并提出相应的实施措施，稳步做好课程建设工作。通过理论课教师与实验课教师定期研讨交流，双方对学生的知识掌握情况都能有比较准确的了解，教学工作得到了更好的开展。
（三）教授进教学实验室
目前叶轮机械实验课都是以青年教师任课为主，但是由于叶轮机械类课程普遍都具有抽象、综合、应用强的特点，需要授课教师具有深厚的研究经历和经验，才能更好地讲授叶轮机械知识。教师不仅要对课本知识熟悉，还要对叶轮机械有研究认识，而这是大多数青年教师所欠缺的。针对这个问题我们在叶轮机械综合实验课中，邀请部分叶轮机械实验研究方面的知名教授进入课堂，切身讲授如何进行实验研究以及自身研究经验，期间穿插航空叶轮机械气动实验的专题讲座，介绍实验研究的前沿问题，不仅让学生感受到知名学者的魅力与风采，还了解到实验研究领域的最前沿发展。知名教授参与实验课教学活动，以丰富的研究经验和对叶轮机械的深层理论认识，给同学们带来了极大的知识收获，促进了本科生培养质量的提高，同时他们的教学经历和授课技巧也能帮助任课青年教师提高教学水平。
（四）构建开放式创新实践教学平台
受本科培养计划总学时限制，目前大多数实验课程的课时都比较有限，一般为16学时，部分达到24学时。这就导致学生不能深入理解和运用所学的叶轮机械测试原理和特性知识，也不能满足学生对自由创新实践的需求。因此我们改变以往的教学方式，构建开放式实验教学来提高实验教学质量和教学效率。我们在课后加入创新实验设计环节，叶轮机械教学实验室在计划外实行预约开放，学生可以实验小组（3-5人）进行预约实验台，利用课外时间尽情地进行拓展实验，为学生开辟了“第二课堂”。同时，学生可以结合创新创业、科研训练、高峰计划以及学科竞赛等本科生实践训练项目，在叶轮机械教学实验室自主进行实验创新或者实验研究活动。许多学生在开放实验教学活动中取得的科研成果都成为了大学生挑战杯、节能减排竞赛等项目的参赛素材。开放性教学活动使该门实验课程的开展已经不局限在初级层次的动手能力培养，而是能延伸到创新人才培养的新高度，给有潜力的学生提供更大的空间和平台。
三、建立综合创新的考核评价体系
合理的成绩评定方式既是公平体现学生学习的付出，也是客观评价教学质量的指标。一般的实验课程考核成绩主要由实验报告和平时考勤决定，但是这种评价方式无法全面评价学生对实验方法的掌握以及灵活运用的程度。另外从创新型实践人才培养的角度看，学生在实践过程的协作能力、创新能力通过这种成绩结构都无法体现，有实践创新潜力学生的积极性不能激发出来，创新创造活动不能得到积极肯定。围绕“给通才制定规则，给天才留出空间”的教学理念，结合该课程教学内容和教学方式的改革，叶轮机械综合实验课程设置了新的考核方式，以充分重视学生的协作创新能力水平，逐渐淡化和降低实验报告评分权重。在新的考核方式总成绩构成中，平时考勤成绩占比例为10%；实践过程成绩占比例30%，考核学生协作和灵活操作能力；创新能力，也就是学生参与开放性实验活动部分所占成绩比例为20%；实验报告比重为40%，具体实验课成绩构成比例如图2所示。改革后的考核方式避免了部分学生在实验过程搭车蒙混，在实验后抄袭报告的现象，也鼓励了能力较强的学生积极参加创新实验，开发实践思维能力，使实践能力的培养不仅仅停留在课堂中。
四、结束语
“叶轮机械综合实验”课程在教学内容、教学模式以及考核方式方面的改革探索，构建专业特色教材，提出名师实验教学、讲座式教学等多种途径，网络大课堂先导学习、开放实验结合创新创业项目等多样化教学手段，建立了“立体化”教学模式，全面提高了学生参与实践教学活动的积极性，较大地增强了实践教学的效果，提升了实践教学层次，突出了创新型实践人才培养的目标，实现了实践教学与理论教学的协调发展。
参考文献：
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作者:刘汉儒 王掩刚 单位:西北工业大学