火炮設計理論教學新體系探索

劉寧 張相炎 楊國來

摘 要：火炮設計理論采用傳統(tǒng)的教學模式已不能適應新時期的需求。本文構(gòu)建以研究型教學模式為理念的教學新體系，闡述了具體實施方法和目的，通過新教學模式培養(yǎng)了學生研究性學習習慣，激發(fā)學生的學習主動性，有效鍛煉了學生的研究能力和創(chuàng)新精神，提高了火炮設計理論的教學效果。

關(guān)鍵詞：火炮設計理論；教學模式；研究型教學

火炮專業(yè)作為兵器科學與技術(shù)學科的二級學科，是南京理工大學的特色專業(yè)、優(yōu)勢專業(yè)。火炮設計理論是火炮專業(yè)的骨干課程之一，具有實力雄厚的師資隊伍和系統(tǒng)先進的實驗教學設備，為我國兵器行業(yè)輸送了大量優(yōu)秀的人才。根據(jù)近些年對我校畢業(yè)生在用人單位工作情況的回訪，了解到軍工企業(yè)越來越重視技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新，我?；鹋趯I(yè)畢業(yè)生也越來越多地被安排在技術(shù)研發(fā)崗位，對畢業(yè)生的綜合素質(zhì)提出了較高的要求，要求學生不僅具備扎實的基本功，還要有較強的研究能力和創(chuàng)新意識。這對火炮專業(yè)的教學模式提出了新的要求。新的教學體系將以學生為主體， 提倡帶著問題學習的理念， 強調(diào)理論與實踐、教學與科研、理論講授與實踐操作三結(jié)合，進而培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、專業(yè)面寬廣、創(chuàng)新設計能力強的火炮專業(yè)復合型人才。

一、傳統(tǒng)教學模式

火炮不同于其他機械系統(tǒng)，其工作狀態(tài)一般處于高溫、高壓、高速的極端條件，相應的設計理論也有別于傳統(tǒng)機械系統(tǒng)，具有專業(yè)性強、理論難度大、知識點多的特點。傳統(tǒng)的火炮專業(yè)系列課程的教學模式是以課堂教學為主，教學實驗、課后作業(yè)則為課堂講授內(nèi)容服務，課程考核一般采取卷面考核為主的方式，主要考查學生對書本知識的掌握程度。因此，傳統(tǒng)的教學模式是單純的知識傳授，是教師的“灌輸式教學”和學生的“接受式學習”，不利于學生創(chuàng)新意識和實踐能力的提高，也不符合軍工專業(yè)本科教育“寬口徑、厚基礎、能力強、素質(zhì)高”的創(chuàng)新型人才發(fā)展方向。而我?；鹋趯I(yè)具有雄厚的科研創(chuàng)新能力，承接大量的基礎性和工程性科研項目，具備先進的教學設備和實驗儀器，這是火炮專業(yè)教學的寶貴資源。

二、教學新體系的構(gòu)建

火炮專業(yè)是一門不斷發(fā)展的學科，伴隨著各種新原理、新結(jié)構(gòu)、新方法的出現(xiàn)，火炮設計理論也在不斷充實發(fā)展。為了提高學生的研究能力和創(chuàng)新精神，需要建立以經(jīng)典火炮設計理論為基礎的研究型教學模式新體系。研究型教學模式， 也稱研討式教學模式，是指教師以課程內(nèi)容以及學生的知識積累為基礎，引導學生主動參與、主動探究， 并在探究中積累知識、鍛煉思維、培養(yǎng)能力，以使學生具有“研究性學習”本領(lǐng)的一種新型教學模式。經(jīng)典火炮設計理論是火炮專業(yè)人員必須掌握的基本理論，是本課程研究型教學模式的立足點。根據(jù)火炮結(jié)構(gòu)組成，一般可將火炮設計理論分為四大部分，分別為炮身設計、反后坐裝置設計、自動機設計和炮架設計。每一部分自成體系，又相互制約、相互影響。為了充分鍛煉學生在研究性學習中的各種能力，研究型教學模式在火炮設計理論各部分內(nèi)容上有不同的側(cè)重點，如圖1所示。

炮身設計部分要求學生要掌握身管內(nèi)部應力應變的分布及規(guī)律，能夠進行身管彈性強度極限的計算。這一部分以厚壁圓筒理論為基礎，以火炮身管為對象，根據(jù)強度理論進行身管結(jié)構(gòu)設計。在新教學模式下，精簡理論部分講解，增加學生課后自學內(nèi)容，新增利用現(xiàn)在廣泛使用的有限元方法求解某型火炮身管內(nèi)部應力應變的內(nèi)容，通過一個真實的科研課題，強化學生對炮身設計理論知識的理解掌握，還可以培養(yǎng)學生利用數(shù)值方法研究工程問題的能力，學會通過不同的方法途徑去解決同一科學問題。

反后坐裝置設計要求學生掌握火炮發(fā)射動力學基本知識，理解反后坐裝置的作用，設計出符合要求的反后坐裝置。該部分理論公式較多，各參數(shù)之間相互影響，存在參數(shù)優(yōu)化問題。傳統(tǒng)教學模式容易造成理論孤點，不利于學生真正理解反后坐裝置設計過程，不利于培養(yǎng)其整體思辨能力。在新教學模式下，教師指導學生參與到課題研究中，針對某型火炮反后坐裝置，開展人工后坐和實彈射擊實驗，編寫程序進行后坐運動諸元計算，鍛煉學生利用所學知識解決實際工程問題的能力。

自動機設計部分主要研究利用復雜的機構(gòu)實現(xiàn)不同的自動動作，是學生學習的重點和難點。由于課堂授課的局限性，自動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和工作原理需要學生發(fā)揮空間想象能力，教學效果并不理想。為了配合實施研究型教學理念，學校新建了一批自動機結(jié)構(gòu)透明教具，建立了火炮自動機拆解與組合實驗室。學生通過拆解組合自動機，了解自動機各部分的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，通過直觀感受學習領(lǐng)悟各類自動機的設計方法，既鍛煉了學生動手實踐能力，又激發(fā)了其機構(gòu)創(chuàng)新設計意識。

炮架設計部分要求學生了解火炮各部分架體的結(jié)構(gòu)形式、特點，設計時注意因素，掌握強度校核方法。在新的教學體系下，簡要介紹典型火炮的架體主要結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合具體的火炮架體結(jié)構(gòu)參數(shù)，要求學生進行強度校核計算，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

在學完火炮設計理論的基本知識后，安排一次現(xiàn)代新型火炮和新概念火炮的討論會。教師通過介紹目前世界上新型火炮的發(fā)展趨勢和典型代表及各種新概念火炮的工作原理和特點，引發(fā)學生綜合運用所學知識對典型火炮設計思想和特點進行分析討論，培養(yǎng)學生研究性學習的意識。

通過火炮設計理論教學新體系的建設，實現(xiàn)了授課方式由傳統(tǒng)的課堂講授向研究型教學模式的轉(zhuǎn)變，教學效果明顯，目前火炮設計理論已被評為“國家精品課程”和“國家級精品資源共享課”。

三、結(jié)語

培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、競爭能力強的創(chuàng)新型人才是教師義不容辭的責任；構(gòu)建火炮設計理論研究型教學新體系，對培養(yǎng)火炮專業(yè)高級專門人才進行了有益的探索；通過研究型教學模式的探索實施，對學生的綜合能力進行了系統(tǒng)的鍛煉。新的教學體系同時要求教師緊跟學科發(fā)展前沿，熟悉行業(yè)發(fā)展動態(tài)，能夠?qū)⒆陨淼目蒲谐晒c教學內(nèi)容緊密結(jié)合起來，不斷提高教學水平。

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作者簡介：劉寧，講師； 張相炎，教授，國家精品課程負責人，江蘇省教學名師；楊國來，教授。