含能材料及性能測(cè)試的教學(xué)改革探討

鄧?yán)? 周星 鮑桐

摘要：含能材料及性能測(cè)試是軍事化學(xué)與煙火技術(shù)專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，本文根據(jù)課程教學(xué)的特點(diǎn)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)課程等方面對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行了探索，使教學(xué)更符合新型軍事人才的培養(yǎng)要求，從而提高學(xué)員分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、實(shí)際操作的能力，可有效提升課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：含能材料；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）37-0094-02

軍事院校是高素質(zhì)新型軍事人才培養(yǎng)的重要基地。目前，軍事院校教學(xué)和人才培養(yǎng)要緊跟世界軍事科技發(fā)展潮流，適應(yīng)打贏信息化局部戰(zhàn)爭(zhēng)要求，緊緊圍繞培養(yǎng)學(xué)員利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力為中心。近年來(lái)，院校教育通過(guò)教學(xué)改革，改善了教學(xué)環(huán)境，但與部隊(duì)作戰(zhàn)需求、崗位任職能力要求方面還存在一定的差距[1]。含能材料應(yīng)用于陸、海、空及二炮各類(lèi)武器系統(tǒng)，是重要的能源材料。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)推進(jìn)劑和發(fā)射藥等含能材料的性能也提出了更高的要求。《含能材料性能與測(cè)試》作為軍事化學(xué)與煙火技術(shù)專(zhuān)業(yè)的核心課程，主要介紹含能材料的配方、性能測(cè)試的基本原理及測(cè)試方法，是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性非常強(qiáng)的課程，該課程包含理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分，實(shí)踐教學(xué)是理論學(xué)習(xí)過(guò)渡到實(shí)踐應(yīng)用的橋梁，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新工程能力的切入點(diǎn)[2，3]，對(duì)學(xué)員了解部隊(duì)作戰(zhàn)的武器裝備，培養(yǎng)其軍事科研創(chuàng)新能力具有重要作用。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

《含能材料及性能測(cè)試》課程是含能材料研究方向的專(zhuān)業(yè)課程之一，理論部分主要介紹固體推進(jìn)劑、火炸藥等軍用含能材料的配方特點(diǎn)和性能表征方法。學(xué)員通過(guò)掌握本課程的知識(shí)，能了解含能材料各主要性能的表征方法、性能調(diào)節(jié)及測(cè)試技術(shù)，這將對(duì)其今后從事含能材料研制工作打下良好的基礎(chǔ)。根據(jù)學(xué)科發(fā)展及軍隊(duì)院校人才培養(yǎng)的需要，《含能材料及性能測(cè)試》課程對(duì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置方面，更注重基礎(chǔ)理論知識(shí)與先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)代科技發(fā)展的銜接，及時(shí)將含能材料、推進(jìn)劑研制和應(yīng)用方面的新技術(shù)、新方法融入到課程教學(xué)中。例如，將第一原理量子化學(xué)計(jì)算方法、分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算等方法作為附加的知識(shí)介紹給學(xué)員，讓他們了解含能材料性能測(cè)試方面新的研究手段和方法。同時(shí)，除了介紹基本的理論和方法，還結(jié)合教師多年的科研實(shí)踐，將理論知識(shí)、分析手段與具體的含能材料性能研究實(shí)例相結(jié)合，通過(guò)對(duì)黑索金（RDX）、奧克托今（HMX）等常見(jiàn)含能材料性能進(jìn)行分析，使學(xué)員真正掌握如何通過(guò)各種分析測(cè)試方法了解含能材料性能及如何借助理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)性能調(diào)節(jié)的能力。通過(guò)這樣的教學(xué)內(nèi)容改革，不僅增強(qiáng)了學(xué)員對(duì)含能材料分析測(cè)試的感性認(rèn)識(shí)，也使原本枯燥的理論學(xué)習(xí)變得生動(dòng)和豐富。通過(guò)學(xué)員在課堂上對(duì)性能分析過(guò)程進(jìn)行討論，加深了他們對(duì)典型含能材料性能特征的記憶。同時(shí)，通過(guò)及時(shí)不斷地更新和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，也可以確保課程教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性、科學(xué)性。

《含能材料及性能測(cè)試》課程要求學(xué)員具有“現(xiàn)代儀器分析”和“固體火箭推進(jìn)劑”課程基礎(chǔ)，但由于上課學(xué)員多來(lái)自地方高校非含能材料專(zhuān)業(yè)，大多缺少含能材料和固體推進(jìn)劑的相關(guān)知識(shí)，因此在理論課程內(nèi)容教學(xué)中，增加了含能材料及推進(jìn)劑相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹，適當(dāng)豐富固體推進(jìn)劑、火炸藥等軍用含能材料的概念、分類(lèi)等理論知識(shí)的講授內(nèi)容，從而提高學(xué)員對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。

二、教學(xué)手段改革

在教學(xué)手段上采用實(shí)驗(yàn)講解與多媒體、分子模型模擬等輔助教學(xué)手段相結(jié)合的方式來(lái)提高授課的效果。以往的教學(xué)手段只是通過(guò)文字、公式等方式介紹含能材料，展示性能測(cè)試分析的方法，很難讓學(xué)員形成深刻印象。因此，根據(jù)課程特點(diǎn)，應(yīng)用視頻演示，例如彈藥爆炸、固體推進(jìn)劑藥柱燃燒的視頻等，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)含能材料燃燒、爆炸等特征的感性認(rèn)識(shí)，結(jié)合對(duì)炸藥威力、猛度、爆速等性能參數(shù)測(cè)定的講解，加深了學(xué)員對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，使其對(duì)含能材料的研究及部隊(duì)武器裝備有更為直觀的認(rèn)識(shí)。在介紹含能材料基礎(chǔ)知識(shí)過(guò)程中，應(yīng)用材料計(jì)算軟件Materials Studio、Gaussian設(shè)計(jì)制作含能材料的分子模型，輔助講解燃燒時(shí)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，可以使原本抽象的教學(xué)內(nèi)容變得更生動(dòng)，易于理解，也能使學(xué)員從中學(xué)習(xí)到含能材料微觀結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，有效提高了傳授給學(xué)員的信息量，擴(kuò)充了學(xué)員的知識(shí)范圍。傳統(tǒng)課堂教學(xué)主要是單純的“老師講，學(xué)生被動(dòng)接受”的教學(xué)模式，這種模式下學(xué)生接受和理解起來(lái)慢，過(guò)程單調(diào)枯燥，不容易調(diào)動(dòng)學(xué)員的積極性，對(duì)學(xué)員各方面能力培養(yǎng)存在很大的不足。針對(duì)上述問(wèn)題，我們?cè)诮虒W(xué)手段上進(jìn)行了調(diào)整，改變“老師講，學(xué)生聽(tīng)”的單一模式，補(bǔ)充“研討式教學(xué)法”和“啟發(fā)提問(wèn)教學(xué)法”，教師精講教材中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，設(shè)置學(xué)科前沿進(jìn)展研討課題，學(xué)員自己查找國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，進(jìn)行歸納、分析，同時(shí)組織學(xué)員分組討論，安排同組學(xué)員上臺(tái)講解研討課題，另外，學(xué)員之間也可以互相提問(wèn)、回答，教師在旁邊補(bǔ)充提問(wèn)，對(duì)分辨不清的問(wèn)題進(jìn)行點(diǎn)撥。

三、實(shí)驗(yàn)課程改革

在《含能材料及性能測(cè)試》課程的教學(xué)中，更多的是希望通過(guò)課程教學(xué)使學(xué)員掌握含能材料性能的測(cè)試方法，因此實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)就顯得非常重要?？紤]到學(xué)員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少和課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，我們調(diào)整了理論課程和實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)安排，課程總學(xué)時(shí)為36學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)26學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)10學(xué)時(shí)。除了傳統(tǒng)的儀器測(cè)試方法，更好地結(jié)合學(xué)科前沿進(jìn)展，將含能材料的高性能計(jì)算也納入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，拓展學(xué)員的知識(shí)體系，確保課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先進(jìn)性?！逗懿牧霞靶阅軠y(cè)試》中實(shí)驗(yàn)課的目的是要讓學(xué)員了解固體推進(jìn)劑制備工藝過(guò)程，掌握固體推進(jìn)劑性能測(cè)試設(shè)備的工作原理和測(cè)試方法，是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，其重點(diǎn)是提高學(xué)員獨(dú)立思考和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓其可以緊密聯(lián)系實(shí)際，使得所學(xué)知識(shí)更有實(shí)用性，進(jìn)而加深學(xué)員對(duì)固體推進(jìn)劑性能測(cè)試基本原理的認(rèn)識(shí)與理解，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)室擁有氧彈式量熱儀、摩擦感度試驗(yàn)儀、高性能計(jì)算平臺(tái)等儀器設(shè)備，可滿足課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐需要。授課教學(xué)十分重視實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的邏輯性，并針對(duì)儀器使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)、測(cè)試中可能出現(xiàn)的問(wèn)題提出問(wèn)題，讓學(xué)員思考。把更多的時(shí)間留給學(xué)員，對(duì)學(xué)員進(jìn)行分組，鼓勵(lì)學(xué)員自己講解實(shí)驗(yàn)原理和方法，讓學(xué)員自己分析、解決問(wèn)題，教師從旁協(xié)助，補(bǔ)充引導(dǎo)學(xué)員。實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題和思考以總結(jié)報(bào)告形式上交，作為能力評(píng)價(jià)的一個(gè)指標(biāo)。高性能計(jì)算在含能材料中的應(yīng)用屬于學(xué)科發(fā)展前沿，以計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的方式作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，在教學(xué)改革中加入到實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中，安排了3個(gè)學(xué)時(shí)。授課教員介紹高性能計(jì)算的發(fā)展、高性能計(jì)算的實(shí)驗(yàn)方法、高性能計(jì)算在含能材料研究中的具體實(shí)例。比如，雖然可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試含能材料爆熱、爆壓性能，但對(duì)其具體影響機(jī)制卻難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，通過(guò)計(jì)算軟件Gaussian建立含能材料分子結(jié)構(gòu)，計(jì)算其密度、不同原子電荷、鍵長(zhǎng)、鍵角，分析結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，并根據(jù)爆壓、爆熱擬合公式，預(yù)測(cè)同類(lèi)型含能材料爆壓、爆熱，為含能材料分子合成提供指導(dǎo)意見(jiàn)；通過(guò)DTA、DSC等實(shí)驗(yàn)可以測(cè)得含能材料的熱分解溫度、差熱分析曲線，對(duì)于其熱解機(jī)理的研究可以借助分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，建立分子模型，分析熱分解路徑等。在具體操作過(guò)程的內(nèi)容講解時(shí)，設(shè)計(jì)具體任務(wù)，并配合現(xiàn)場(chǎng)演示和軟件操作，如何遠(yuǎn)程連接？如何建立分子模型？建立時(shí)要注意哪些問(wèn)題？計(jì)算參數(shù)如何考慮？最后計(jì)算數(shù)據(jù)如何生成？關(guān)注的結(jié)果文件在哪里？講解過(guò)程與學(xué)員上機(jī)操作同時(shí)進(jìn)行，便于加深學(xué)員印象，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)達(dá)到好的效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

課程改革是培養(yǎng)高素質(zhì)新型軍事人才和最大程度調(diào)動(dòng)學(xué)員積極性、創(chuàng)造性的重要手段。在當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，這也對(duì)人才培養(yǎng)提出了更高要求。通過(guò)對(duì)《含能材料及性能測(cè)試》課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)課程方面的教學(xué)改革和實(shí)踐，使教學(xué)更符合新型軍事人才的培養(yǎng)要求，提高了學(xué)員分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、實(shí)際操作的能力，培養(yǎng)學(xué)員運(yùn)用理論聯(lián)系實(shí)踐去解決實(shí)際問(wèn)題，以適應(yīng)現(xiàn)代化、實(shí)戰(zhàn)化的需求。教學(xué)實(shí)踐表明，貼近應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容、多變的教學(xué)方式、多角度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可有效提升課堂教學(xué)效果。

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