【首批国家级一流本科课程】“空气动力学”

点击数:    |    加入时间:2021-05-17

“空气动力学”是我校飞行器设计工程专业的核心基础课程,是继高等数学、理论力学、材料力学之后的一门专业基础课程。其总体定位是:通过理论教学、实验教学和创新实践三大环节,重点培养学生航空航天意识、提出和解决问题的能力、综合利用所学知识进行创新实践的能力。

课程始建于1952年,其创始人是哥廷根应用力学学派的代表人物、近代流体力学之父普朗特大师的女弟子陆士嘉先生,是我国最早成立的“空气动力学”专业的核心课程,由我校陆士嘉、徐华舫、吴礼义等老一辈科学家亲自授课。该课程起点高、历史沉淀深厚。第二代主讲教授由张炳喧、陆志芳、钱翼稷(精品教材编著者)、沈遐龄(北航优秀主讲教师)等教授组成。现任课程组属于第三代,依据该课程深厚的历史底蕴,课程组长期坚持哥廷根应用力学学派的思想,坚持理论联系实际,发扬我校空气动力学的优良传统并不断改革,使该课程的教学水平、教材建设和实验设备等综合指标一直处于国内外同类课程的领先水平。

该课程于2005年获北京市精品课程。2010年获批国家级精品课(全国唯一一门空气动力学)。课程教学实验室于2009年获批国家级航空航天实验教学中心。2018年,“面向现代工程的空气动力学课程体系建设与实践”获得北京市教学成果二等奖。2019年,中国空气动力学学会设立了全国《空气动力学》教学指导组,刘沛清教授任组长。

文革期间课程表

获奖证书

教师团队

“空气动力学”课程教学团队有理论课教师10人。其中,教授3人:刘沛清(课程负责人,北京市教学名师),张华(北京市教学名师),潘翀(教育部青年长江学者);副教授5人:屈秋林、郭昊、高振勋、吴宗成、郭辉;讲师2人:胡天翔、肖应超。实验课教师3人:周越、胡天翔、肖应超。

课程负责人刘沛清教授:1982年在华北水利水电学院获学士学位,1989年在河海大学获硕士学位,1995年在清华大学获博士学位。1997年至今,在北京航空航天大学流体力学研究所工作;2000年至今,任教育部流体力学实验室责任教授,博士生指导教师;2003年至2012年,任航空科学与工程学院副院长。现为空气动力学国家级精品课负责人,国家级航空航天实验教学中心主任,国家航空科学技术实验室大型飞机高级人才培训班负责人,中国空气动力学学会第七届理事会理事,第十届流体力学专业委员会工业流体力学专业组组长,《空气动力学学报》和《气体物理》编委。全国“空气动力学”教学指导组组长,被中国科协聘为空气动力学专业全国首席科学传播专家。

2000年获“全国100篇优秀博士论文”称号,2003年获全国国防系统百名优秀博士、硕士先进工作者称号,2005年获国家教学成果二等奖(排名第4),2009年获北京市优秀教师,2009年获北京市教学成果一等奖。2011年获北京市教学名师。2014年刘沛清负责的“先进飞行器高级人才联合培养基地”获全国示范性全日制工程硕士专业学位研究生联合培养实践基地称号。2018年“面向现代工程的空气动力学课程体系建设与实践”获得北京市教学成果二等奖(排名第一)。

特色经验

鉴于空气动力学是一门理论与实际紧密结合的专业基础课程。在教学过程中,注重理论与实际、科学与技术、数理与应用密切结合是哥廷根学派的治学理念和学术风格,强调科学知识的综合应用、科学与工程的紧密结合和集成创新实践的培养,瞄准空气动力学教学实践中的人文情怀、专业基础、综合实验、创新实践等方面的教学改革,在教学过程中突出空气动力学的“专业性、工程性和综合性”特色。

1.加强人文情怀和工程素养教育

在理论教学课堂上结合空气动力学的发展历程,注重将大学精神和空气动力学大师成就有计划地引入课堂教学中,为便于学习和参考,刘沛清教授除了编著《空气动力学》教材外,还专门编著了《流体力学通论》著作,深受国内工科大学欢迎。大力弘扬陆士嘉先生的精神,为后来者起到示范作用。

教材

2.强化启发式教学,不断提高教学效果

按照知识创新的思路和理念展开教学活动,努力尝试和推进由问题而来(发端于问题),到问题而去(终结于问题),实现在思考解决问题的过程中激发学习兴趣、传授新知识、提高新认识,在探讨问题中学会发现规律、提出理论并指导实践和应用。

低速翼型与机翼绕流的升力产生机理探索

3.更新教学内容,不断提高教学质量

针对理论、实验和创新实践教学环节,多次审定教学大纲,更新教学内容,有效地加强新知识的学习与应用。在理论教学中,适当介绍现代空气动力学的发展需求与最新研究成果,激发学生兴趣、开阔学生视野、提高学生的创新意识;在实验教学中,综合利用现代流动显示技术和CFD数值模拟技术,适当将一些空气动力学中复杂流动现象清晰地呈现给学生,使学生在学习过程中,不仅能够充分利用现有理论分析物理过程,而且能够获得新知识;在创新实践教学过程中,重视理论与实践的结合,特别是将各种新的测量技术手段应用实践环节中,注重新概念、新技术的应用与开发。

4.建设一流的空气动力学教学实验室,保证实验教学的先进性

以建设一流空气动力学实验室为目标,在沙河校区实验室建设中,充分借鉴国际著名大学空气动力学实验室的建设经验,结合现代空气动力学教学内容和新型的测试技术,在学校和工信部的大力支持下,投入1000多万建设费用,购置测力、测速、测压、测声等国际先进测量设备,在沙河新校区建成了包括风洞和水槽设备在内的全套新型的现代化教学实验室,也是我校国家级航空航天实验教学中心的主体实验室。

空气动力学实验

5.突出创新实践教学,不断提高创新意识的培养

将学生的创新意识与课外科技活动紧密结合并纳入到实践教学体系之中,突出创新实践教学环节,是加强现代高等工程教育理念的重要环节。针对本课程特点,对实践教学环节进行了大胆的改革,注重理论、实验、实践教学的紧密结合,借鉴国家级航空航天实验教学中心的教学平台,构建了现代空气动力学创新实践教学的层次化、综合化、创新性的递进式实践教学体系,对提高学生的创新能力与意识的培养起到了重要作用。

6.创建微信教材,加强学生的自学能力培养

利用微信公众号“空气动力学教学平台”和“风流知音”,创建微信教材,将空气动力学的理论知识、风洞和水洞实验知识、飞行原理等首次编制成系列的微信教材(50多篇),面向国内外传播,受到同行和广大学生的高度好评,极大地提高了学生的自学能力。学生可通过评论与教师交流,提高了学生课内和课外的学习效果,激发了学生的学习兴趣。

空气动力学教学辅助材料

北航的空气动力学课程国防特色鲜明、国家需求重大、历史传承深厚,因此课程团队注重将钱学森、陆士嘉等国家航空航天事业先驱和空气动力学奠基人的生平事迹揉入授课内容,从而激发学生爱国热忱,鼓励他们继承老一辈科学家的志愿、学好专业、航空报国。在课程教学方面,坚持哥廷根应用力学学派的思想,弘扬陆士嘉先生坚持的空气动力学教学要“理论与实验结合”的教学方法和治学精神,突出现代高等工程教育理念,强调科学与技术并重的教育模式,获得了很好的教学成效。

在未来的教学中,我们希望结合现代空气动力学最新发展,以气动设计的前沿进展牵引课程内容革新,对课程内容继续进行更新和整合,体现课程内容的前沿性和时代性。通过基础、应用、工程相关知识的组合教学,培养学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维。

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