获奖等级：国家级
课程类别：虚拟仿真实验教学一流课程
完成单位：机电学院
课程负责人：田威
课程团队其他主要成员：金霞、王珉、李泷杲
一、课程概况
飞机大部件装配虚拟仿真实验是飞行器制造工程专业按照体系化设想，面向“飞机装配技术”“钣金成形原理与工艺”等专业核心课程的关键知识点而建设的产教融合实践课程。课程根据飞机制造过程特点，以飞机零部件为主线，开展探究性虚拟仿真实验，具体包括飞机蒙皮成形工艺设计实验、飞机壁板自动钻铆工艺设计实验和飞机翼身对接实验，实验涵盖由毛坯通过成形实验制造飞机蒙皮，再通过钻铆实验完成壁板装配，最后进行翼身对接装配而成飞机大部件这一飞机制造过程。通过本课程的实践学习，使学生系统地掌握飞机主流先进制造技术和装配技术原理、零件成形工艺和装配工艺设计方法以及实验分析方法，培养学生面向工程问题的分析和解决能力。
二、课程建设与改革举措
1.课程思政方面：坚持立德树人，由于飞机装配对飞行安全和飞机寿命以及国家发展的重要性，在教学过程中，与思政同行，通过国内外差距、身边老师攻坚克难的研发过程、以及实验过程，激发学生的航空报国的精神，培养学生严守规范、严谨认真的职业素养，在深刻理解和掌握翼身对接基本原理的基础上，培养其分析和解决复杂工程问题的能力。
2.教学资源建设：通过互联网技术构建高校数字化教育资源，通过课题组及相关教师将教学知识点内容逐步整理完善，建设内部的资源共享库，经过讨论完善后，发布到微信公众号和其它校内外资源平台上（1+N发布模式），可以在授课过程中，通过课程微信群在课前、课中和课后与学生进行互动。目前已建设完成教学PPT、在学校教学网络平台建课、制作了部分教学视频，建设了服务与教学的内容资源公众号“航空智能制造与智能装配”（该公众号有大量成飞、西飞、上飞及兄弟院校的教师和同学关注），课程组老师合作编写了教材，已交付出版社，2024年将出版。
3.教学内容：根据飞行器制造工程专业培养方案和飞机装配技术特点，按照体系化设想，以飞机零部件为主线，以飞机大部件为目标，根据知识结构，由毛坯→蒙皮成形实验→钣金零件→部件装配实验→装配部件→翼身对接实验→飞机大部件，构成一个飞行器制造工程专业教学知识体系。该体系涵盖了《飞机装配技术》《钣金成形原理与工艺》《飞机自动钻铆技术》《飞机装配工装设计与制造》等课程，梳理出飞机蒙皮成形工艺设计实验、飞机壁板自动钻铆工艺设计实验和飞机翼身对接实验三个典型的探究性实验项目，从而使学生系统地掌握主流先进制造技术原理、工艺设计方法、实验分析方法。
4.教学设计：依据专业人才培养需求，对课程知识点进行分类整理，以整个课程为对象进行教学设计，突出技术方法的先进性，强调知识体系的系统性，同时注重先进装配技术的同步性，按照体系化设想，以飞机零部件为主线，根据知识结构，按照飞机制造流程，由毛坯→蒙皮成形实验→钣金零件→部件装配实验→装配部件→翼身对接实验→飞机大部件，设计出三个典型的探究性虚仿实验模块。利用线上虚拟仿真试验，将真实的工程场景展示在学生面前，使学生在明晰的应用背景前提下，对探索实验的工艺参数进行优化，并激发相应的验证欲望。在此基础上，由于学生已获得基本准确的工艺参数，可以避免实操实验大多数不合理参数，变更原来的重复认知型实验为探索验证型实验，从而显著提升实验的效果和价值。
5.教学方法：采用“立体化探索式”实验教学方法（图1）：“以学生为中心”的个性化任务分配、基于“探索式”实验过程设计、“多元化”的能力培养。
图1 “立体化探索式”教学方法
6.考核评价：本实验是探究性实验，通过个性化任务避免了抄袭偷懒的现象，评价体系采用多元化考核方式，考核由过程性考核和实验报告两部分构成，实验过程中嵌入了各工艺过程的工艺参数的设计，需要学生线下结合所学知识并查阅相关资料方可完成，旨在考察学生对该实验项目对应知识点的掌握情况和灵活应用能力，不同工艺参数获得实验结果也不同。实验结束后，学生需按要求完成并上传实验报告，报告中应包含对实验结果的分析和提出的改进措施，以考察学生对实验相关知识的掌握情况。
三、课程主要特色
1.实验设计突出技术方法的探究性、知识体系的系统性和先进技术的同步性。
学生自主设计工艺，计算合理工艺参数进行仿真实验，根据结果优化工艺，这一探究过程体现了面向工程问题探索最优工艺的工程实践能力和创新能力的培养；本实验涵盖了从零件成形、组件部装、最后到大部件对接(总装)的飞机制造的完整过程中的典型环节，技术体系系统完整；实验中各零件、设备、工艺装备等数模均来源于实际中的某新型号飞机，三个实验模块反映了当前国际最先进的飞机制造技术，实验过程中先进制造工艺和先进制造装备紧密结合，充分体现航空智能制造技术的方法和原理。
2.应用立体化探索式实验教学方法实现学生“基本原理、综合设计、探索实践”能力的综合培养。
立体化探索式实验教学方法体现在探究性实验模式促进理论与实践更紧密的结合，不再强调唯一正确的参数和结果，促进学生通过应用所学知识设计不同工艺参数从而得出不同的结果，并进一步分析获得更理想的工艺方案；个性化的任务分配使得“以学生为中心”的教学理念得以开展，一人一题的方式使得实验过程转为学生根据学到的知识，自主分析和解决问题，并且由于在实验过程体现“成本”的概念，激发同学采用更合理的试验方案，获得最佳的试验结果；多元化培养学生知识的掌握能力、工艺的探索优化能力、问题和结果的分析总结能力等工程实践能力，从而进一步满足学生的创新学习的需求满足创新学习的需求。
3.从对知识的系统掌握能力、工艺方法的探究能力、工程问题的分析能力等多方面进行考核评价，实现多元化考核，满足课程需要。
四、课程建设成效
飞机大部件装配虚拟仿真实验填补了当前我国飞行器制造工程专业在飞机装配虚拟仿真实践教学平台方面的空白，成为2019年教育部组织的中国慕课大会上唯一的大会现场展示项目，中央电视台新闻频道对此进行了重点报导，包括新华网、人民网和爱奇艺等网络媒体均对大会进行了现场直播，包括中央电视台、中央教育电视台等约94家媒体进行了报导。
实验开设以来，服务于飞行器制造工程专业核心实践课程“飞机装配工艺综合实验”和“钣金模具综合实验”，每年面向本校飞行器制造工程专业本科生开设，同时服务于本科生大创项目和航空宇航制造工程研究生。
同时，针对中西部一些地方高校的航空航天制造类专业缺乏专业实验条件和指导教师等难题，进行了虚拟仿真实验平台的应用和推广工作，目前，已在贵州理工学院等4所高校的相关专业进行了应用，年覆盖学生约五百余人，效果良好。