卓越教学|传承交大航空精英教育

2023-04-03 3655

 

刘洪 第十届卓越教学奖获得者 

上海交通大学航空航天学院长聘教授,博士生导师。上海交通大学飞行器设计学科负责人。主要从事飞行器非定常复杂流动机理及控制基础理论和应用方法等领域的研究。先后获得航空工业总公司、中国空气动力学会以及上海市科学技术奖励一等奖4项。主讲《高等空气动力学》《航空航天概论》等专业基础课,并分别获得上海交通大学“致远荣誉博士课程”“新华思政示范课程”建设支持。曾获上海市教委优秀教师、新华思政优秀名师、上海交通大学“凯源十佳”教师、卓越教学奖等荣誉。

 

     

上海交通大学于1935年首开中国航空高等教育先河,在创立之初的280余名毕业生中,先后涌现出钱学森、顾诵芬、吴自良、王希季等近180位获得杰出成就的航空精英人才,他们也成为了航空教育史上人才培养的典范代表。获得2020年度国家最高科学技术奖的顾诵芬院士曾回忆交大求学岁月,对航空航天课程“严格的工程训练和教会学生如何解决工程问题”的特点印象最为深刻,这对他后来科学研究思想的形成产生了深远的影响。迈入新世纪,2006年国产大飞机首次进入公众视野,国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,“大型飞机工程”被确定为16个重大科技专项之一。2008年,上海交通大学航空航天学院成立,为配合国家重大专项“大型飞机工程”落户上海而开设的民用飞机设计特班同时举行了开学仪式。与此同时,如何培养好具有交大特色的新一代空天学子成为了学院教育教学需要解决的重要问题。

作为交大航空航天工程专业启蒙教学课程,《航空航天概论》被寄予较大期待。经过课程教师团队十多年的实践探索,逐步形成了秉承久久为功,圆梦精英教育的教学理念,这不仅是对交大老校长唐文治“第一等人才”教育观的传承,也是为助力“航空强国”建设培养航空人才的一种创新性实践。美国著名教育家本杰明·布卢姆曾提出“教育增值”理念,认为“基于学生进步幅度的评价是增值评价的根本点,即一所成功的学校是对学生发展有增值作用的学校”。我认为,对于当代航空教育,“教育增值”不是新教育理念,而是对上个世纪航空人才教育本质的重温和升华。在对交大航空精英教育深刻理解的基础上,我在教学实践中总结出三个教学理念空天情怀、总师引导、专业启蒙通过对交大航空精英教育的传承与创新来提升新时期航空精英教育的增值效果。

一、空天情怀——动之以情

《航空航天概论》从第一课到最后一课都贯穿了“空天情怀”这一主线,对学生“动之以情”,实现以情促教。具体采用的教学方式是将世界航空史和我国航空史自然地融入教学内容中,达到“动之以情”的学习效果。以讲故事的方式述说航空史,使得课堂生动鲜活起来,有利于激发学生的学习热情;通过对航空发展历程的回顾、对航天事业杰出人物事迹的感悟,引导学生厚植空天报国情怀。

在世界航空史方面,首先介绍航空航天学科自诞生之初便是一门挑战人类极限的学科。以希腊神话和鲁班造木鸢的故事作为导入,讲解人类千年来的飞天梦,人类在征服大自然的漫长岁月中,早就产生了翱翔天空、遨游宇宙的愿望。从1903年莱特兄弟首次实现载人飞行,标志着人类摆脱了地面物种所无法克服的引力问题,到如今人类作为这个星球中一个平凡的物种开始雄心勃勃进军火星,期间也不过是百年的时间,相比于人类5万年的历史也只是沧海一粟。通过对世界航空史的了解,让学生感受到航空航天是一门新兴且富有挑战的学科,从而产生浓厚的学习兴趣。

在我国航空史方面,中国的航空航天学科诞生于“积贫积弱,饱受战火”的旧中国,因此被赋予了更加光荣而神圣的使命,那时的航空是“航空救国”。新中国成立后,中国航空工业进入新的发展时期,实现了跨越式发展,取得了瞩目的成就,这个阶段的航空是“航空报国”。2019年阅兵仪式上,歼-20领衔,“空军三剑客”首次飞过天安门,标志着中国正逐步迈向世界“航空强国”。通过对我国航空史的介绍,可以将枯燥的知识概念以历史故事的方式讲授,既能引起学生的兴趣,同时也让学生感受到作为新时期航空人所担负的责任感、使命感和荣誉感。

二、总师引导——晓之以理 

为发挥航空总师的榜样与引领作用,本课程采用“请进来”与“走出去”相结合的模式,让学生认识到精英航空人的历史传承精神,达到“晓之以理”的学习效果。

请进来在课程中讲到飞机设计时,会邀请上一辈知名航空总师给学生讲解飞行器设计,如唐长红院士(运20总师)、顾诵芬院士(“歼八之父”)、吴光辉院士(C919总师)等,由总师带领学生领略飞行器设计的艰难过程,包括时代背景、遇到的困难以及关键技术突破。通过总师讲授与引导的形式,学生既可以深刻体会老一辈航空人真挚的报国情怀与久久为功的科学素养,也能够意识到自己作为航空新青年所肩负的时代使命。

走出去在课程之余会组织学生走出课堂,深入空天产业第一线。如带领学生参观卫星发射中心、中国商飞、中国商发等国内重点单位,这种“走出去”的实践教学方式让学生对航空的认识更为深刻,激发他们在心里种下一颗航空报国的种子。2012届大飞机特班的毕业生孔博在经历了参观实践之后,决定投身于我国航空产业。孔博现工作于中国商飞上飞院试飞部,参加了ARJ21及C919在各种恶劣条件下年复一年的试飞工作,就在2022年国庆前夕,他们艰苦的试飞工作开花结果,我国国产大飞机C919历时15年适航取证完成。

三、专业启蒙——授之以渔

本课程的第三个核心教学理念是专业启蒙,通过问题导向式思维训练以及科研引领教学的方式,培养学生的问题解决能力与科研思维,达到“授之以渔”的学习效果。

问题导向思维训练:由于本课程是面向大一新生的,学生还未完全从高中输入式学习的惯性思维中脱离,科学研究的思维尚未形成,正是对学生进行科研启蒙的最佳时期。在授课过程中通过设置一系列与授课主题紧密相关且充满趣味的思考题,驱动学生自主思考,探究问题的根本。例如,在讲解飞机结冰与防冰章节时,提出思考题“过冷/非过冷水滴结冰有何本质差异?”在讲解大飞机C919减阻章节时,追根溯源至1936年英国生物学家提出的Gary疑题,即“生物如何仅仅利用1/7的身体能量实现减去多余的6/7阻力?”在讲解高超声速推进章节时,提出问题“为什么美国人半个世纪前就可以造出以三倍以上声速飞行的“黑鸟”侦察机?”通过精心设计的问题串引导学生自主探究,逐渐脱离输入式学习的惯性思维,形成以关键问题导向的创造性学习思维。

以科研引领教学:虽然这是一门概论课,但不能仅限于让学生了解20年前的航空航天基本概念。因此,在课程教学设计中引入前沿基础科学问题及课题研究内容,以科研引领教学,引导学生找到个人兴趣点,从而开展沉浸式自主科研学习。例如,这门课结束后,一批优秀的学生进一步开展了“䇹政项目”,研究“鸟的扑翼飞行如何实现高效减阻”这一课题,研究成果将有利于解决大飞机减阻设计的相关问题。总之,这门课结课时不是简单的课程结束,而是每位未来可能成为航空人的学生的学术起点,是他们踏入魅力学术大门的第一步。要达成这样的教学效果,需要授课教师以久久为功的精神指引学生,让学生在毕业后的职业生涯中始终觉得这是一门有用的大学课程。

结束语

诗人叶芝曾经说过:“教育不是灌满一桶水,而是点燃一把火”。对于航空航天这样一门具有独特背景的学科,我希望能够像老一辈航空人一样,上好交大航空航天工程学科专业启蒙“第一课”,点燃学生心中航空报国的“星星之火”。

编辑:张兴旭