0 引言
支脚
近年来，社会经济发展和科技革新给人们的日常生活带来了巨大的变化，高校作为培养高层次人才、主导科技发展的主要机构，对发展和革新尤为敏感。智能终端普及化、学生获取信息方式的多样化、信息的爆发式增长、外界诱惑不断增大且难以监管等，这些变化给教学工作带来挑战的同时也带来了改革契机，要求高校教师扬长避短，打破固有的教学模式，积极探索智慧教育理念驱动的新型教学模式。 新型工科专业的“新”可以体现在人才培养全过程中。航空宇航制造工程专业（本科为飞行器制造工程专业）是我国培养飞行器技术研究高层次人才的重要基地，属于典型的新型工科专业。近年来，航空宇航制造技术飞速发展，互联网等新兴技术发展迅猛，传统的教学模式下，教 智慧教育理念驱动的
“新工科”专业课程教学模式探索与实践
齐振超，田 威，王 珉
（南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016）
【摘要】 基于“新工科”专业课程特点，分析新时代背景下的人才素质需求，以智慧教育理念为驱动，将移动互联
网终端、智慧教学工具、虚拟现实技术等新兴技术应用到课程教学中，探索教学模式、教学方法、教学资源、师生关系、考核方式等发生的改变。打通科研、教学、实操实验、虚拟实验之间的壁垒，形成有专业特的培养模式，解决传统课程教学中出现的教学内容与智能制造新发展相脱节、教学和科研相脱节、教学手段与“互联网+”时代新技术相脱节、课堂教学和实验教学相脱节的问题。
半轴螺栓【关键词】智慧教育；“新工科”专业；虚拟现实；教学模式
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-5065（2021）01-0020-08
收稿日期：2020-1-1
作者简介：齐振超（1987—），男，河北沧州人，博士，副教授，研究方向为飞机装配技术； 田威（1977—），男，湖北黄冈人，博士，教授，研究方向为智能装配技术；
王珉（1975—），男，山东蓬莱人，博士，讲师，研究方向为飞机装配技术。
基金项目：2018年国家级“新工科”研究与实践项目“面向‘新工科’建设的教师跨界发展与评价激励机制探索与实践”（项目编号：教高厅函〔2018〕17号）；2018年教育部人文社会科学专项任务研究项目（工程科技人才培养研究）“基于教师跨界发展的工科优势高校卓越师资队伍建设研究”（项目编号：1
8JDGC022）；2019年江苏省研究生教育教学改革课题“智慧教育理念驱动的‘新工科’专业课程教学模式探索与实践”（项目编号：JGLX19_013）；2019年江苏省教育教学改革课题“基于虚拟仿真实验平台的‘互联网+’‘新工科’专业教育新模式探索”（项目编号：2019JSJG268）；2018年南京航空航天大学教师教学能力提升研究课题“走好智慧教学改革的最后一公里——新时代工科教学模式探索实践”（项目编号：1801JF0501）。
学内容、教学手段能否跟得上技术的发展？教学目标能否满足新时代对人才的要求？这些都是新型工科专业在发展中亟须思考和解决的问题。“飞机装配技术”是飞行器制造工程专业最重要的专业必修课，笔者以该课程作为新型教学模式的实践与验证对象进行了研究。
1 “新工科”人才素质需求牵引的
教学体系改革
将智慧课堂与虚实结合等新技术应用在“新工科”专业课程教学中，简单的叠加或者替换肯定是行不通的。需要结合新技术的优势和特点，从顶层设计开始对整个教学体系进行梳理。需要系统地考虑教学目标、内容、手段，使教学与科研、虚拟实验与实操实验两两相关，形成有“新工科”专业特的培养模式，从而为培养新时代航空航天人才做出贡献。因此，笔者探讨了“新工科”背景下专业课程教学可能面临的变化，对教学目标、教学内容、教学手段进行了评估和革新。
合成皮革在“新工科”背景下，飞行器制造工程专业需要培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才，人才素质需求如图1所示，分为知识、能力、道德3个层
面。目前，传统教学模式已难以满足新时代工程实践所需的人才素质要求，需要在教学目标上进行观念上的革新。以学生为核心，面向新时代航空航天领域对高端人才的需求，尊重学生成长规律，重新整理并规划多层次的教学目标，除了开展专业知识和先进装配技术的学习，还要鼓励学生积极思考、自由探索、勇于创新，注重道德品质的提升，培养出实践能力强、创新能力强、德才兼备的高素质复合型“新工科”人才。
为实现新的人才培养目标，在教学方法方面，以提高学生学习的独立性和自主性、提升教学过程中的信息交互效率、重视教学数据采集与应用为目标，推动智慧教学模式改革，推动虚实结合的实验教学，让学生沉浸在虚拟的飞机装配环境中，掌握飞机装配过程中的难点和重点知识。在教学资源建设方面，将精品课程资源、海量的网络资源及科研资源进行统一地教学资源信息化处理，根据课程需求，将资源进行多级分布、分类与管理，构建教学资源的多维度体系，以服务于课程教学体系建设。
2 “新工科”背景下的课程教学方法
“新工科”背景下，教学方法注重两个结
道德素养、航空报国、专业荣誉感
良知水平
道德层面
能力层面
知识层面
兴趣生态
协作能力
学习能力
工程认知
理论体系
认识有趣的人，去做有趣的事
行业情况、实践能力
理解、表达、分工、大局意识
知识体系、知识点、术语、考试
学习方法和习惯、专注能力
图1 高素质复合型人才素质需求
合：教学与实验相结合，虚拟与实物相结合。以互动感知为特征的智慧教育能提升课堂教学的效率，以虚拟现实技术为基础的虚实结合实验教学能够更好、更全面地帮助学生巩固专业课程的知识点。在新技术的冲击下，教学模式的灵活改进，是取得优秀教学成果的前提。
2.1 以互动感知为特征的智慧课堂教学
智慧教育是指在教育教学领域全面深入地运用现代信息技术来促进教育的改革与发展，基本特征是开放、共享、交互、协作。将智慧教育理念应用于课程教学过程中，能够显著提高教学中的信息交流效率，实现过程化考核，促进能力培养。
智慧课堂是体现智慧教育的实体空间，建设智慧课堂是针对高校教学场所的一次革命性升级和改革，其核心特性是使教学具有互动性和感知性。
首先，在教学设计方面，根据课程知识点的关联性和侧重点，利用先进的信息技术将知识点快速地分类并整理为了解、掌握、研究性拓展3个类型，形成知识地图，并将多维度的教学资源与每个知识点相结合，进行合理的课程教学规划与设计。“飞机装配技术”课程教学内容包括概述、产品数字化设计技术、装配工艺设计、定位技术与装备等内容，如图2所示。其中，装配工艺设计内容如图3所示。
其次，在课堂教学方面，充分利用先进的智慧教学工具。以雨课堂为例，学生使用手机即可随时随地学习教师通过相关智慧教学工具推送的教学资源，对难点进行标记供课后复习，课堂上还可以开启弹幕功能，学生实时发布弹幕，方便师生、生生间的相互了解。此外，这些工具还可以帮助教师对教学过程进行跟踪监测和评估，了解学生的学习效果，把握学生的学习轨迹，从而调节课程进度，更好地提高课堂教学效果和学生学习质量。
最后，在教学考核方面，利用智慧教学工具，学生在课堂上完成测试，根据对测试结果的数据分析，对错误率较高的知识点重新温习，让学生充分掌握所学习的知识，重视过程考核。基于雨课堂的过程考核如图4所示。将考核与学习有效结合起来，使考核对学生能力提升产生良性影响。具体到“飞机装配技术”课程教学中，采集线上线下教学的全部数据，根据综合考勤、随堂测试、活动参与情况形成平时成绩，占课程总成绩的50%；结课后进行考试，考试成绩占课程总成绩的50%。此外，利用科学数据法统计并分析学生学习效率和知识掌握的情况，对教学和管理模式进行科学决策并及时调整。从而保证学生的学习效率及知识掌握程度，合理分配教育资源，实现教育资源利用的最大化。
2.2 虚实结合的航空制造实验教学
预制箱梁针对“飞机装配技术”课程中的知识点，利用实物实验平台和虚拟现实技术建立一个高逼真度的集沉浸式、交互式、构想性于一体的飞机装配实验教学环境，虚实结合的实验平台如图5所示。首先，在总体规划方面，综合评估场地、经费、实验安全性、可视化等因素，将课程与实验相结合，并分为实物实验、虚拟实验和虚实结合实验，将实物实验与虚拟实验相结合，提升学生的认知能力。其次，在实物实验平台方面，根据课程需求，构建典型的、零件数目少、成本相对较低的部件装配实验平台（如部件装配定位、叠层制孔、铆接等），学生可以在相对有限的实验学时内完成实验，提高学生的专业知识理解和实践能力。最后，在虚拟现实方面，对高成本、先进的飞机装配实验进行三维虚拟现实场景建模（如大部件柔性对接、装配协调等），使学生利用虚拟现实技术沉浸在飞机装配的虚拟环境中实现信息交流与交互操作，展示并检查出飞机在生产过程中出现的设计及工艺问题，开拓学生的创造性思维，对所学知识实现从理性认识到感性认知的升华。
①定义②总装关键技术
③麦克纳姆轮
④数字化移动技术
⑤飞机总装对接技术
⑥总装线布局
①飞机工艺装备概述
②传统装配工艺装备
羽毛球拍穿线机③柔性装配工艺装备
④辅助工艺装备
⑤装配工装设计
①数字化测量技术
②无损检测技术
③装配质量控制
①精密制孔
②机械连接
③胶接
④焊接
①内涵
②装配单元划分
③飞机装配准确度
④装配尺寸链传递原理
⑤数字化预装配
⑥主要工艺文件
①概述
①课程开始之前
②为什么要学这门课
③这门课要学什么④关于飞机制造的两三事
⑤这门课要怎么学
⑥飞机装配的概念
⑦飞机装配的5个阶段
⑧飞机装配的一般内容
⑨传统飞机装配的模式
⑩现代飞机装配的模式
!进一步理解飞机装配-纸飞机
②数字化产品定义
③基于模型的定义技术（M B D ）
④数字样机技术
⑤产品数据管理
⑥数字化产品设计规范
①定位中的基准
涂料用润湿分散剂
②传统装配定位方法
③数字化柔性定位方法
④典型装配夹持方法及机构
⑤数字化定位系统与装备
0 导论
图2 “飞机装配技术”课程教学内容
飞机制造工艺流程设计
①内涵
②装配单元划分
③飞机装配准确度
④装配尺寸链传递原理
⑤数字化预装配
⑥主要工艺文件
装配工艺设计的作用一般内容
概念辨析
装配准确度的要求装配补偿方法
装配尺寸链的概念互换与协调
保证协调互换准确度的基本方法
装配误差分析与控制关键装配特性容差分析与优化
主要任务
装配过程仿真
装配单元划分的依据装配单元划分的目的分离面的概念
飞机装配的组织形式图3 装配工艺设计内容
图4 基于雨课堂的过程考核
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