在北航，有这样一位老师，他在航空发动机领域深耕多年，将中国哲学思想融入工科课堂，被学生评价为“一反工科课程的常态”，以科研为舟，以教学为桨，将看似晦、繁、难的理论知识，以明、简、易的方式传授学生，为摘取“工业皇冠上的明珠”培养更多拔尖创新人才。“格物致知、知行合一”是他别具一格的教学特色。他是北航2024年“立德树人卓越奖”获奖者桂幸民。
桂幸民长期主讲本科生必修课《航空发动机原理（1）》（原《叶轮机械原理》《航空叶片机原理》），研究生学位课《叶轮机高等气动热力学》，从教30余年来，直接或间接培养硕博士研究生80余人，发表论文百余篇。他将长期积累的知识与技能服务于国家的航空发动机事业，将科研合作的工程实践及时提升至原理、机理层面，并纳入本科生、研究生的教学工作之中。
寓创新于传承 打造一门好课
航空发动机被称为“工业皇冠上的明珠”，其设计难度之大，研制周期之长，超乎想象。按国际研制周期，一款大推力全新航空发动机的成功研制通常需要30年左右，因此，在应用中寻求改型研制是现代航空发动机得以长足进步的重要途径。但是，更为困难的是，迄今没有人看到过航空发动机内部的真实流动。改什么？怎么改？发动机性能指标的提升靠的是什么？是否存在恶化或失配灾变的临界？这是航空发动机自主改进研制过程中必须首先回答的问题。
为此，桂幸民收集了风扇、增压机、高压压气机、高低压涡轮等航空叶轮机公开数据，并通过长期的工程实践和知识积累，为航空发动机的自主改进研制提供了宝贵的思路和方向。作为教师，他则将工程实践中总结的各类经验贯穿于专业教学。
桂幸民长期主讲的《航空发动机原理（1）》开设于北航建校之初，是一门历史悠久的专业基础课程，以其航空动力特色与工程复杂性，成为航空、动力和叶轮机领域的优势课程。在课堂上，桂幸民通过讲解不同航空叶轮机的历史演化、最新发展和案例分析，不断以现代设计理念更新课程内容、不断反思学生所提的问题、不断将科研调整到航空发动机应用和改进，培养了一批能够将基础理论和工程实践高度融合的本科生、研究生和年轻教师。2023年，他完成了《航空叶轮机原理及设计基础》，作为工信部“十四五”规划教材出版。
从业近三十年来，虽然对讲授的内容已烂熟于心，但桂幸民每次总要花大量时间进行充分备课，以达到最好的教学效果。谈及原因，他道出心声：“一堂好课一定是高效率的，教学效率高的课程一定会受到学生的欢迎。”这一授课风格来源于北航老一辈教师们的言传身教。桂幸民回忆起自己在北航学习这节课时，主讲教师彭泽琰的每一次授课都伴随大量的工程案例，将复杂的概念讲授得易于接受。其中关于端弯的工程案例至今仍令他记忆犹新，“以至于近年开展叶轮机二次流控制研究，我首先想起的是端弯和端削流动控制，我认为这个教学效率就是100%。”
因此，在备课时，桂幸民往往会根据学生对既授内容的理解和接受程度、教授进度、课程设置等因素，重新修改PPT，补充基础知识、组织工程案例、协调细节顺序，即便这些工作需要投入大量的备课时间，他也甘之如饴。“没有等量的备课时间，断不敢上讲台面对学生。”正是因为充分的课前准备，坐在桂老师的教室中，不由自主地就会被他那充满热情的授课和生动的情景描述深深吸引。
讲授“喘振”基本原理所用的课件，左图为2022年、右图为2023年
寓科研于教学 让科研服务教学
《航空发动机原理（1）》以航空发动机应用为主要平台，探讨通识性基础认知和专业化产品设计之间的认识论问题。然而，不是每一个学生都有机会亲历航空叶轮机工程的实践过程，如果弱化了工程对象，很难为学生构建出性能特性和流动规律的密切关联，这是桂幸民在授课过程中发现的最大难点。为此，桂幸民在教学过程中大量引入工程和科研案例，将复杂工程问题解耦升华到原理层面。
“每一个故障都蕴含着我们对原理、机理的再认识，非常适合作为原理的教学内容。”在桂幸民的课堂上，经常能看到他口述故障现象、配合图片介绍故障所体现的基本原理的场景，由此将基本概念与设计结果、故障现象联系起来，使学生为了解除心中的好奇而学习到了最基础、最枯燥的专业知识。
讲授压气机性能特性时所用的故障案例
桂幸民认为，课程内容一定要随着时代的变迁、产品的进步而产生变化。“现代教学中大量引入了三维数值仿真的结果，使学生能够更为直观地认识到叶轮机复杂几何边界条件下所具有的流动特征，但却不利于培养学生建立从科学理论基础到工程技术实践的逻辑关系。”为此，桂幸民在讲课过程中，非常注重将课程的工程设计思维建立在科学理论的基础之上，强化工程技术实践对理论基础的逻辑依赖。
2021级本科生孙先震说：“ 作为工科的学生，相比于探究物理现象背后的原理，有很多时候我们会对套公式和计算数据更加‘情有独钟’，当我们能够通过套公式解决一个又一个问题之后，对于公式背后的原理与推导也就逐渐漠视和淡忘，表现在做题上就是做过的一看就会，没做过的一脸茫然。然而桂老师的课程却一反工科课程的常态，对于叶轮机背后的数学和物理原理极为重视，当我们真正认真理解了桂老师想要传达给我们的思维方式，在遇到全新的问题时，就能够试着用原理进行分析，这对于一名工科学生而言是非常难得而可贵的。”
桂幸民的教学理念图解
寓思辨于格物 让客观重于主观
“格物致知、知行合一”是桂幸民的教学特色。“格物致知”出自《礼记·大学》中曾子的“致知在格物”“物格而后知至”，目前普遍理解为探究事/物道理/原理而获得知识。桂幸民作为工科教育者，在此基础上将“格”字理解为定量化解耦，“格物致知”就是以定量化解耦的方法探究工程对象的原理，进而获得工程设计与应用的基础知识。知行合一，即培养学生以定量化认知为先导的工程实践能力。
格物之后所得到的知识是否适应系统的匹配呢？如何从简化模型洞察复杂系统的变化？桂幸民回答道：“对学生而言，格物致知、知行合一的目的就是致良知。”良知是不虑而知，是学习到一定程度对知识的直观反应，是知识积累到高度专业后的有效应用。桂幸民说：“航空发动机的自主研制只能建立在这样一种专业良知的基础上。”定量化的思辨和逻辑过程是解决格物致知的最有效手段，看似晦、繁、难，实则明、简、易。
2021级本科生龙相丞说：“ 桂老师的叶轮机课是我大学生涯中最宝贵的收获之一，在他的课堂上能领略到学术大师的风采，严谨深入又儒雅深邃，‘形而上者谓之道，形而下者谓之器。’这句话深刻地烙印在我的脑海里，桂老师从叶轮机这一“器”物中总结提炼本质的“道”，让我们不仅学到了叶轮机的专业知识，更重要的是，获得了对科学、乃至对人生更深一层的理解和感悟。”
工程设计始终离不开设计思想、设计工具和设计精度的高度统一，以航空发动机改型研制为例，在解耦过程中，需要定量化解决环境、几何边界等的影响，建立了这些完备的知识才具备设计的基本能力，这也是格物致知的内容。因此，桂幸民一直努力引导学生重视优势继承、逻辑思辨以保证创新的有效性，最终通过定量手段提高认知精度，这样才能适应复杂工程的正确解耦和正向设计。
寓学习于质疑 让疑问多于接受
传统教学过程中侧重于记忆，逻辑引导不足。通常告诉我们“是这样”，但为什么就不是那样？针对这一问题，桂幸民通过主动提问和预设错误，引导学生质疑，力争培养学生“问一得三”的能力，强化学生将工程问题升华为科学理论的思维能力。
例如，叶轮机效率问题，传统教材和教学中均没有明确其为什么要采用总对总温比和总对总压比。桂幸民通过长期思考和教学实践，发现效率的定义源自于广义伯努利方程，并且对不可压与可压流存在全压和总对总压比的逻辑关系。于是，他将问题留给学生，引导学生去质疑为什么要采用总对总效率的定义式，什么时候这样的应用会偏离真实的能量利用，进而讨论螺旋桨、风扇和压气机在能量转换上的差异。
“作为一名专业教学的老师，会接收到学生很多天马行空的问题和质疑，任何一个问题、一个质疑都是老师再学习的机会，我在三十年教学过程中，就是为了回答学生的问题，才研究了很多计划外的问题，有些还写入了教材。”桂幸民坚信，教学不仅仅是传授知识，更是一种相互学习和成长的过程。
寓知识于实践 让理论指导工程
如今，为了能够更好地开展教学工作，桂幸民的主要科研工作逐步地转向面向航空发动机和地面燃气轮机的工程实践。近年来，在北航江西研究院的支持下，他积极推进11D涡扇发动机改进研制和1MW燃气轮机冷热电联供的研制工作。经过多年努力，逐步建立起以试验调试为先导、以数值仿真为工具的航空发动机调试过程。这一过程将会以参考教材、案例分析的方式融入教学过程，使学生身临其境地体会到航空发动机工程设计与基础知识之间密切的逻辑关系。
在与工程结合层面，北航研制的WP11发动机是唯一由高校研制并列入国家型号的发动机，体现了工程实践和理论知识高度结合的能力。桂幸民继承了北航特色的优秀衣钵，历经近十年的科研工作，努力将WP11以现代设计理念和完全自主建立的设计软件，通过团队合作，改进为涡扇发动机和燃气轮机发电系统，并希望能将研制过程中的知识积累转化为教材，为后继者提供一个可以站得上去的知识肩膀。
在教育科研过程中，桂幸民不断深耕，以开放包容、教学相长的心态与学生平等交流，让理论与实践在每一次课堂碰撞中绽放出璀璨的光芒，在学生心中埋下探索思辨的种子，不断生根发芽。
（素材来源：能源与动力工程学院 采写：鲁睿婷 冯浩 张峻彩 摄影：冯浩）
（审核：李建伟）
编辑：贾爱平
