基于工程實踐指向的彈道學(xué)課程教學(xué)設(shè)計與實施

趙建新 李 鵬 劉海平

（陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)火炮工程系，河北 石家莊 050003）

0 引言

彈道學(xué)作為研究彈箭在發(fā)射全過程中運(yùn)動規(guī)律及伴隨發(fā)生的有關(guān)現(xiàn)象的科學(xué)， 在軍地高校兵器類專業(yè)的課程體系中是一門極其重要的理論課程。 課程旨在槍炮彈箭裝備結(jié)構(gòu)、運(yùn)用等涉及的彈道問題共性原理，裝備覆蓋范圍跨越口徑、種類、軍兵種限制，重在“知其然，更知其所以然”，強(qiáng)調(diào)“舉一反三、觸類旁通”，是武器裝備技術(shù)、管理、運(yùn)用等崗位上從業(yè)人員必備的專業(yè)理論基礎(chǔ)。 彈道學(xué)上接普通物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)理論，下通武器裝備構(gòu)造學(xué)、設(shè)計理論、實驗測試等專業(yè)方向課程以及勤務(wù)保養(yǎng)、檢測維修、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、指揮組訓(xùn)等軍隊崗位實踐，在整個課程體系中發(fā)揮“承上啟下”作用，在內(nèi)容、方法上實現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)理論與武器裝備工程應(yīng)用之間的橋接， 是培樹工程思維和創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。另外，彈道學(xué)是屬于工程熱物理和應(yīng)用力學(xué)范疇內(nèi)的綜合性學(xué)科，與燃燒學(xué)、熱力學(xué)、傳熱學(xué)以及動力學(xué)等基本理論關(guān)系密切， 課程內(nèi)容涉及大量基本概念、數(shù)學(xué)符號、方程和表達(dá)式，對學(xué)生的理論功底尤其是力學(xué)、數(shù)學(xué)基本功要求高，從比較意義上，學(xué)習(xí)綜合難度較大，而且在教學(xué)過程中容易出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的窘境。鑒于此，側(cè)重工程素養(yǎng)和實踐能力培養(yǎng)， 本文闡述了彈道學(xué)課程在教學(xué)設(shè)計和實施上的一些經(jīng)驗做法，拋磚引玉，以期引起同行共鳴，促進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

1 教學(xué)思路和內(nèi)容設(shè)計總體考慮

彈道學(xué)理論性強(qiáng)、難度大是不爭的事實，“難、繁、雜、散”往往是學(xué)生對課程的第一印象。如果從理論到理論，從方程到方程，課程教學(xué)就成了真正的“空中樓閣”。 因此，在理論與實踐有機(jī)統(tǒng)一的理念加持下，秉承“貼近裝備、服務(wù)工程、強(qiáng)化實踐”的教學(xué)思路，注重課程的工程應(yīng)用性，按照“強(qiáng)基礎(chǔ)、重實用”的原則，以培養(yǎng)和提高學(xué)生分析和解決實際彈道問題的能力為目標(biāo)，結(jié)合武器裝備設(shè)計、運(yùn)用過程中的典型彈道問題，按照“認(rèn)識現(xiàn)象、分析機(jī)理、解決問題”的思路，綜合運(yùn)用課堂講授、案例分析、分組研討、算例開發(fā)、實驗測試等教學(xué)方法，側(cè)重基本概念的理解、基本理論的認(rèn)識和基本方法的應(yīng)用， 培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實踐應(yīng)用能力和工程創(chuàng)新能力，以達(dá)到“理論指導(dǎo)實踐、實踐反哺理論”的教學(xué)效果期望。

教學(xué)內(nèi)容設(shè)計同樣遵循理論聯(lián)系實踐的基本理念，以工程實踐中的彈道現(xiàn)象和問題為背景，提出實際問題，初步認(rèn)識問題“是什么”，引出課程內(nèi)容；分析問題“為什么”，展開課程內(nèi)容；最后解決問題，即“怎么辦”。課程內(nèi)容有了實踐落腳點(diǎn)的同時，回過頭來重新審視課程內(nèi)容中的理論和方法，進(jìn)一步深化對課程內(nèi)容的認(rèn)識和理解。 在打牢理論基本功的同時，設(shè)置實驗測試模塊強(qiáng)化學(xué)生的實踐動手能力， 努力實現(xiàn)“理論學(xué)習(xí)—實驗分析—方法應(yīng)用” 三位一體的教學(xué)實施主線。

2 開展案例教學(xué)，確保理論聯(lián)系實踐的理念落地落實

2.1 依托裝備工程實踐， 強(qiáng)化對裝備知識深層次的認(rèn)知

遵循“是什么、為什么、怎么辦”的基本思路，注重問題引入和思維啟發(fā)，依托裝備工程實踐開展教學(xué)。以彈重對射擊精度的影響為例， 首先讓學(xué)生查看彈體表面的彈重標(biāo)示，引出“為什么要標(biāo)明彈重的偏差呢”這個問題。 通過啟發(fā)式教學(xué)， 引導(dǎo)學(xué)生回憶彈道系數(shù)概念，在彈重與彈道系數(shù)之間建立起內(nèi)在聯(lián)系。彈重變化影響彈道系數(shù)，進(jìn)而影響射程，出現(xiàn)射彈散布。 如何修正彈重偏差帶來的影響？ 射表中專門設(shè)置了彈重符號修正項，通過簡單計算就能修正彈重偏差帶來的影響。通過火炮射擊實踐的牽引， 各個散布在不同內(nèi)容模塊的理論問題緊緊地聯(lián)系在了一起。

2.2 與裝備運(yùn)用銜接，強(qiáng)化指揮和管理能力

彈道學(xué)本質(zhì)上要為武器設(shè)計和運(yùn)用服務(wù)，在講授相關(guān)知識點(diǎn)時，還應(yīng)盡量向武器使用操作聚焦。 比如在分析火炮內(nèi)膛燒蝕磨損的現(xiàn)象與機(jī)理時，認(rèn)識了現(xiàn)象、弄清了機(jī)理后，最終也要落腳到火炮使用操作應(yīng)注意的一些問題上：遵守發(fā)射速度規(guī)定、擦拭炮膛、按要領(lǐng)裝填炮彈等。 在工作中遇到類似問題時，學(xué)生不但知道應(yīng)該怎么處理， 更知道為什么要這樣處理，指揮和管理能力在理論課程中得到強(qiáng)化。

2.3 以實戰(zhàn)案例為切入點(diǎn)帶動理論教學(xué)

合適的戰(zhàn)例能夠成為理論教學(xué)的潤滑劑、學(xué)習(xí)的振奮劑以及課堂與戰(zhàn)場的黏合劑。 例如，在分析火炮射擊精度時引入非常著名的黃土嶺戰(zhàn)斗案例。這次戰(zhàn)斗是一次非常典型的炮兵作戰(zhàn)過程，指揮、測距、修正等射擊指揮要素全部涵蓋。 通過這個戰(zhàn)例，學(xué)生的思維一下子被拉到了戰(zhàn)場上， 不但帶動了理論教學(xué)，對相關(guān)知識要點(diǎn)的理解更加深刻，而且也在無形中培育了戰(zhàn)斗精神，踐行了課程思政的改革發(fā)展理念。

3 區(qū)分教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，多種方法并舉，確保課堂質(zhì)量

3.1 注重內(nèi)容主線設(shè)計， 強(qiáng)化理論體系框架的整體認(rèn)識

人們對知識體系框架的記憶時間遠(yuǎn)大于對知識要點(diǎn)的記憶時間，大腦中固化理論體系框架后，在工作中只需要判斷待解決問題在框架中所處的位置，也就是要能定位解決問題的著力點(diǎn)， 至于具體怎么做，可以充分利用手邊的有效資源尋求解決方案。 基于此，教學(xué)過程通過思維導(dǎo)圖、邏輯框圖等方式注重內(nèi)容主線設(shè)計，努力讓學(xué)生搭建起相對完整的理論體系框架，并通過反復(fù)強(qiáng)調(diào)的刺激，固化于心。內(nèi)彈道模塊強(qiáng)調(diào)“火藥燃燒、燃?xì)鈮毫?、彈箭運(yùn)動”的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，外彈道模塊強(qiáng)調(diào)“大氣特性、氣動特性、彈道特性”的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

3.2 注重聯(lián)系生活常識和感性認(rèn)識， 強(qiáng)化基本概念的深刻理解

課程內(nèi)容涉及的力學(xué)概念非常多，除關(guān)聯(lián)理論力學(xué)外，還與流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、高等動力學(xué)存在一定聯(lián)系，這些課程本科階段并不開設(shè)。 為了使已學(xué)內(nèi)容與所需內(nèi)容之間無縫對接，需要認(rèn)識和理解有關(guān)的重要力學(xué)概念，但受到有限學(xué)時的制約，這是課程教學(xué)過程中的一個“痛點(diǎn)”。 針對這個問題，教學(xué)過程注重聯(lián)系生活常識，收到了較好效果。例如，在分析彈箭飛行過程中的氣動力特性時，理解垂直于攻角平面的馬格努斯力的形成機(jī)理需要流體力學(xué)中的伯努利方程作為知識儲備。 課堂上講清楚伯努利方程并不現(xiàn)實，于是結(jié)合“水面上靜止的兩艘小船，如果讓小船中間的水流動起來， 那么兩艘小船向中間位置靠攏”這樣一個生活常識，建立起“流速越大、壓力越小”的力學(xué)認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上，理解馬格努斯力形成機(jī)理時收到了事半功倍的效果。

3.3 注重網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)資源應(yīng)用，取長補(bǔ)短

雖然MOOC、中國大學(xué)公開課等在線教學(xué)平臺沒有相應(yīng)或相近的優(yōu)質(zhì)課程資源，但這些在線教學(xué)平臺上有一些關(guān)聯(lián)內(nèi)容的微課資源。 例如，空氣阻力模塊需要認(rèn)識和理解摩擦阻力、渦流阻力和激波阻力三種機(jī)理不同的空氣阻力形式， 這部分內(nèi)容與空氣動力學(xué)、車輛動力學(xué)對應(yīng)內(nèi)容有較高相似度。 在學(xué)習(xí)空氣阻力時，優(yōu)選《附面層分離》等微課視頻，然后補(bǔ)充講解飛機(jī)與彈箭飛行中的異同，學(xué)生很好地理解了渦流阻力的形成機(jī)理、影響因素和減小措施。

4 合理設(shè)計考核內(nèi)容，教與學(xué)相互促進(jìn)，確保形成良性閉環(huán)

4.1 設(shè)置開放性作業(yè)，引導(dǎo)發(fā)散思維

將平時作業(yè)設(shè)置為基礎(chǔ)性和開放性兩種類型。基礎(chǔ)性作業(yè)側(cè)重課程知識要點(diǎn)，鞏固所學(xué)內(nèi)容；開放性作業(yè)側(cè)重基本概念、方法的認(rèn)識和理解深度，側(cè)重工程思維和發(fā)散思維訓(xùn)練。 例如，在布置空氣阻力模塊的課后作業(yè)時，回顧課程內(nèi)容，梳理成自己的語言即可完成基礎(chǔ)性作業(yè)。 “分析高爾夫球表面設(shè)計凹坑的原因”這樣的開放性作業(yè)則需要開動腦筋，綜合分析才能完成；反之，按部就班、生搬硬套則無法完成。

4.2 設(shè)置開放性討論環(huán)節(jié)，強(qiáng)化基本理論的深刻理解

除裝備案例、實戰(zhàn)案例外，教學(xué)過程中還注意把一些研究型案例引入課堂， 并設(shè)計成開放性討論環(huán)節(jié)。 比如，在彈箭飛行穩(wěn)定性模塊引入了一種抗紅外誘餌彈飛行試驗失穩(wěn)案例。 在開放討論基礎(chǔ)上，基于所學(xué)內(nèi)容逐步引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)問題所在： 彈體結(jié)構(gòu)不合理。案例引發(fā)濃厚的探究興趣，更深化了學(xué)生對理論知識的理解。而且學(xué)生通過這些內(nèi)容還能認(rèn)識到彈道學(xué)并不是一個停滯的學(xué)科，它在不斷取得新成果、新進(jìn)展、新突破，拓寬了視野，啟迪了思維。

4.3 設(shè)置實踐模塊和綜合作業(yè)， 培養(yǎng)理論應(yīng)用于實踐的能力

彈道學(xué)理論、方法的發(fā)展完善離不開實驗研究的支撐， 除在相關(guān)內(nèi)容模塊介紹典型彈道實驗原理、方法以及典型測試儀器設(shè)備外，依托教學(xué)條件，設(shè)置膛內(nèi)壓力測試、阻力系數(shù)測試、射擊精度評估和射表使用等實踐教學(xué)模塊?？紤]數(shù)值計算方法在彈道學(xué)中廣泛應(yīng)用，分組協(xié)同完成彈道模型解算程序開發(fā)等綜合作業(yè)，并用于裝填發(fā)射條件對彈道性能影響分析等教學(xué)內(nèi)容中，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力。

5 結(jié)語

彈道學(xué)是武器設(shè)計和運(yùn)用的理論基礎(chǔ)，對于提高兵器類專業(yè)學(xué)生的理論素養(yǎng)具有重要意義， 同時，其基本理論、方法對于諸如內(nèi)膛損傷、身管壽命、射擊精度、作戰(zhàn)效能等武器運(yùn)用中的若干現(xiàn)實問題具有指導(dǎo)意義，因此，課程在理論與實踐之間的橋梁作用顯著。著眼理論與實踐統(tǒng)一，本文闡述了課程教學(xué)設(shè)計與實施方面的一些拙見，投礫引珠，以期促進(jìn)課程教學(xué)效益的不斷提高。