固體推進(jìn)劑燃速測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

周星 鮑桐 鄧?yán)?/p>

摘要：采用主體式教學(xué)的方法，開(kāi)展了靶線法測(cè)試固體推進(jìn)劑藥條燃速的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由學(xué)生負(fù)責(zé)該實(shí)驗(yàn)設(shè)備的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)過(guò)程講解，教師對(duì)學(xué)生提實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)材料，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試指導(dǎo)、講解要點(diǎn)補(bǔ)充和檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)注重培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的思路，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：含能材料;固體推進(jìn)劑;實(shí)驗(yàn)教學(xué);燃速

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）06-0246-02

一、前言

隨著高等教育體制改革的逐步深化，要求高校培養(yǎng)出來(lái)的人才在知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力上都具有較高的素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育中培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、高素質(zhì)人才的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，越來(lái)越受大家的關(guān)注。

含能材料應(yīng)用于陸、海、空及二炮各類武器系統(tǒng)，是完成發(fā)射、推進(jìn)和毀傷的能源材料。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)武器裝備性能要求的進(jìn)一步提高，對(duì)炸藥、推進(jìn)劑和發(fā)射藥等含能材料的性能提出了更高的要求。國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)軍事化學(xué)與煙火技術(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)了《含能材料及性能測(cè)試》課程，主要介紹含能材料的配方特點(diǎn)、性能測(cè)試的基本原理及測(cè)試方法，為碩士論文的研究工作及今后從事含能材料研制工作打下良好的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)手段，已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注[1，2]。固體推進(jìn)劑燃速測(cè)試是《含能材料及性能測(cè)試》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容之一，為提高教學(xué)效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行了改革探索。

二、主體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)驗(yàn)教師提前把實(shí)驗(yàn)所用的儀器設(shè)備準(zhǔn)備好，由教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容。然后學(xué)生操作，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在這種教學(xué)模式下學(xué)生思維只能跟教師走，學(xué)生雖然參與了實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，但實(shí)質(zhì)上是處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，這導(dǎo)致許多學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力較差，而動(dòng)手能力差又使學(xué)生畏懼實(shí)驗(yàn)課[3]。學(xué)生的主動(dòng)性、積極性都受到一定的限制，創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)思想等各方面能力也無(wú)法得到訓(xùn)練。無(wú)法滿足培養(yǎng)研究生的自主動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)能力和今后從事科研工作解決問(wèn)題的能力的要求。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革主要是改變不顧學(xué)生的個(gè)體差異，忽視學(xué)生的個(gè)性、能力、興趣，按同一模式進(jìn)行教學(xué)的方式。深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)員動(dòng)手能力、知識(shí)運(yùn)用能力、分析解決問(wèn)題能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中必須體現(xiàn)學(xué)員的主體地位，以此作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)。

教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行分組，本組人員共同準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，并由擔(dān)任組長(zhǎng)的同學(xué)負(fù)責(zé)該實(shí)驗(yàn)設(shè)備的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)過(guò)程講解。教師對(duì)學(xué)生提實(shí)驗(yàn)要求、提供實(shí)驗(yàn)材料，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試指導(dǎo)、講解要點(diǎn)補(bǔ)充和檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果。使學(xué)生自己有目的、有步驟地去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，不再是簡(jiǎn)單、被動(dòng)地驗(yàn)證基礎(chǔ)知識(shí)，而是激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，充分發(fā)揮了想象力和創(chuàng)造力，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析和處理能力，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗或測(cè)試數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的現(xiàn)象。此時(shí)，要鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)討論、分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，通過(guò)思考找出解決問(wèn)題的方法。雖然實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，但正是這些問(wèn)題的出現(xiàn)，提高了學(xué)生綜合處理問(wèn)題的能力。

三、固體推進(jìn)劑燃速測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程

燃速[4]是表征固體推進(jìn)劑燃燒性能的一個(gè)重要參數(shù)，有兩種表示方法，即線性燃速和質(zhì)量燃速。線性燃速是指垂直于推進(jìn)劑燃面的方向上，單位時(shí)間內(nèi)推進(jìn)劑被燒掉的長(zhǎng)度。燃速壓強(qiáng)指數(shù)是評(píng)定推進(jìn)劑燃燒穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一，代表壓強(qiáng)對(duì)推進(jìn)劑燃速的影響程度。

靶線法測(cè)試原理是將包覆的試樣鉆孔穿入靶線，在規(guī)定的試驗(yàn)壓強(qiáng)和溫度下，記錄試樣在氮?dú)庵腥急M靶距長(zhǎng)度所需的時(shí)間，計(jì)算出燃速。根據(jù)一定溫度下不同壓強(qiáng)下的燃速，可以計(jì)算出燃速壓強(qiáng)指數(shù)。

首先由主講教師在課堂上集中講授固體推進(jìn)劑靶線法燃速測(cè)試實(shí)驗(yàn)的目的、原理、注意事項(xiàng)，試樣的制備方法和要求。根據(jù)研究生人數(shù)，分組，每組3～4人，分組輪流實(shí)驗(yàn)。

采用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室方式，對(duì)定時(shí)、定人、定內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。學(xué)生分組后，可以與教師預(yù)約實(shí)驗(yàn)室，利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作包括推進(jìn)劑試樣的包覆、壓強(qiáng)傳感器的標(biāo)定、燃速儀燃燒室氣密性的調(diào)試、燃速儀控制系統(tǒng)的操作等。這些工作需要運(yùn)用多種課程知識(shí)，如推進(jìn)劑試樣的包覆涉及高分子化學(xué)的知識(shí)，壓強(qiáng)傳感器的標(biāo)定涉及機(jī)械、控制相關(guān)知識(shí)，燃燒室氣密性調(diào)試涉及機(jī)械知識(shí)，控制系統(tǒng)的操作涉及計(jì)算機(jī)軟件、自動(dòng)控制的相關(guān)知識(shí)，可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、集成和測(cè)試能力。

在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中，教師按照GJB770B-2005《火藥試驗(yàn)方法》的要求指導(dǎo)，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。教師設(shè)計(jì)一些科研活動(dòng)中與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行思考，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)達(dá)到對(duì)基本知識(shí)、技能的系統(tǒng)化和完整化。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，由各組學(xué)生負(fù)責(zé)介紹實(shí)驗(yàn)的基本原理、操作步驟、注意事項(xiàng)等內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生介紹不全面的內(nèi)容或介紹有錯(cuò)誤的內(nèi)容，教師進(jìn)行補(bǔ)充。教師指導(dǎo)學(xué)生的操作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)給予原理性或方法性的引導(dǎo)。提倡同組學(xué)生間的溝通與合作，解決遇到的問(wèn)題和難題。例如采用靶線法測(cè)試富燃料推進(jìn)劑的燃速時(shí)，第一靶線和第二靶線的低熔點(diǎn)絲同時(shí)熔斷，可能是由于燃燒后的殘?jiān)袈洌斐蓪?shí)驗(yàn)測(cè)試失敗。針對(duì)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生分析原因。學(xué)生通過(guò)小組討論，認(rèn)為由于富燃料推進(jìn)劑中氧化劑含量低，金屬含量高，燃燒后有大量熾熱的金屬殘?jiān)?，金屬殘?jiān)赡芡瑫r(shí)熔斷兩個(gè)靶線;另外，燃燒產(chǎn)物具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性，造成測(cè)試系統(tǒng)采集的信號(hào)有干擾。采用絕緣膠布保護(hù)第一靶線和第二靶線的低熔點(diǎn)絲，有效防止了金屬殘?jiān)瑫r(shí)熔斷兩個(gè)靶線，提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。通過(guò)這種主體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅鍛煉了學(xué)生的專業(yè)技能，也提高了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、理論聯(lián)系實(shí)際的能力，從而提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，由實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)共同完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)定除了考核具體的諸如實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否準(zhǔn)確，重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)的思考與討論上，因?yàn)檫@部分最能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，體現(xiàn)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。每一小組實(shí)驗(yàn)方案不完全相同，最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也會(huì)有所不同，這就避免了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的雷同現(xiàn)象。實(shí)踐表明，這種考核方式能明顯地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)思考和團(tuán)隊(duì)合作的能力。

四、主體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

以能力培養(yǎng)為核心的主體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是創(chuàng)新的教學(xué)方式，學(xué)生能夠親自動(dòng)手操作，現(xiàn)場(chǎng)親身感受;進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)固體推進(jìn)劑燃速測(cè)試知識(shí)的理解與掌握，較好地鞏固了專業(yè)理論課程的教學(xué)效果;實(shí)驗(yàn)綜合性強(qiáng)，很好地鍛煉了學(xué)生綜合利用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力;擴(kuò)大了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的空間和想象，激發(fā)了學(xué)生的自主思考與創(chuàng)新意識(shí);實(shí)驗(yàn)需要多人共同協(xié)作完成，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。主體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有以下優(yōu)勢(shì)。

1.教學(xué)與科研實(shí)踐密切結(jié)合。通過(guò)科研項(xiàng)目中涉及的不同燃燒性能的固體推進(jìn)劑藥條燃速測(cè)試，加深學(xué)生對(duì)固體推進(jìn)劑燃燒性能測(cè)試基本原理和概念的認(rèn)識(shí)與理解，培養(yǎng)理論和實(shí)際相結(jié)合的良好作風(fēng)，在鍛煉學(xué)員動(dòng)手能力的同時(shí)，訓(xùn)練其科研思路。

2.促進(jìn)學(xué)員主動(dòng)探索和分析問(wèn)題。不同配方固體推進(jìn)劑在相同壓強(qiáng)下的燃速不同，同一配方固體推進(jìn)劑在不同壓強(qiáng)下的燃速也不同，促使學(xué)生進(jìn)一步深入思考引起燃速差異的原因，激發(fā)他們進(jìn)行深入研究和進(jìn)一步探索的積極性。提高他們獨(dú)立分析、歸納、總結(jié)的能力，激發(fā)他們繼續(xù)探索的熱情，培養(yǎng)各方面分析問(wèn)題的能力。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的拓展性強(qiáng)。此實(shí)驗(yàn)教學(xué)可起到啟發(fā)的作用，學(xué)生可以通過(guò)自學(xué)或交流，更深入地了解與燃燒性能測(cè)試相關(guān)的知識(shí)，如壓強(qiáng)傳感器的標(biāo)定原理、靶線計(jì)時(shí)原理、恒壓原理和機(jī)械密封原理。極大地拓寬了學(xué)生的知識(shí)面。

深入研究和大力推廣主體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于提高研究生課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

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