火炮設(shè)計(jì)理論教學(xué)新體系探索

劉寧 張相炎 楊國(guó)來(lái)

摘 要：火炮設(shè)計(jì)理論采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能適應(yīng)新時(shí)期的需求。本文構(gòu)建以研究型教學(xué)模式為理念的教學(xué)新體系，闡述了具體實(shí)施方法和目的，通過(guò)新教學(xué)模式培養(yǎng)了學(xué)生研究性學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，有效鍛煉了學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新精神，提高了火炮設(shè)計(jì)理論的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：火炮設(shè)計(jì)理論；教學(xué)模式；研究型教學(xué)

火炮專業(yè)作為兵器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的二級(jí)學(xué)科，是南京理工大學(xué)的特色專業(yè)、優(yōu)勢(shì)專業(yè)?；鹋谠O(shè)計(jì)理論是火炮專業(yè)的骨干課程之一，具有實(shí)力雄厚的師資隊(duì)伍和系統(tǒng)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，為我國(guó)兵器行業(yè)輸送了大量?jī)?yōu)秀的人才。根據(jù)近些年對(duì)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(lái)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(lái)越多地被安排在技術(shù)研發(fā)崗位，對(duì)畢業(yè)生的綜合素質(zhì)提出了較高的要求，要求學(xué)生不僅具備扎實(shí)的基本功，還要有較強(qiáng)的研究能力和創(chuàng)新意識(shí)。這對(duì)火炮專業(yè)的教學(xué)模式提出了新的要求。新的教學(xué)體系將以學(xué)生為主體， 提倡帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)的理念， 強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐、教學(xué)與科研、理論講授與實(shí)踐操作三結(jié)合，進(jìn)而培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、專業(yè)面寬廣、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力強(qiáng)的火炮專業(yè)復(fù)合型人才。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式

火炮不同于其他機(jī)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(yīng)的設(shè)計(jì)理論也有別于傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)，具有專業(yè)性強(qiáng)、理論難度大、知識(shí)點(diǎn)多的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的火炮專業(yè)系列課程的教學(xué)模式是以課堂教學(xué)為主，教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課后作業(yè)則為課堂講授內(nèi)容服務(wù)，課程考核一般采取卷面考核為主的方式，主要考查學(xué)生對(duì)書本知識(shí)的掌握程度。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是單純的知識(shí)傳授，是教師的“灌輸式教學(xué)”和學(xué)生的“接受式學(xué)習(xí)”，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)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(chǔ)、能力強(qiáng)、素質(zhì)高”的創(chuàng)新型人才發(fā)展方向。而我校火炮專業(yè)具有雄厚的科研創(chuàng)新能力，承接大量的基礎(chǔ)性和工程性科研項(xiàng)目，具備先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)儀器，這是火炮專業(yè)教學(xué)的寶貴資源。

二、教學(xué)新體系的構(gòu)建

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

炮身設(shè)計(jì)部分要求學(xué)生要掌握身管內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的分布及規(guī)律，能夠進(jìn)行身管彈性強(qiáng)度極限的計(jì)算。這一部分以厚壁圓筒理論為基礎(chǔ)，以火炮身管為對(duì)象，根據(jù)強(qiáng)度理論進(jìn)行身管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在新教學(xué)模式下，精簡(jiǎn)理論部分講解，增加學(xué)生課后自學(xué)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(yīng)力應(yīng)變的內(nèi)容，通過(guò)一個(gè)真實(shí)的科研課題，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)炮身設(shè)計(jì)理論知識(shí)的理解掌握，還可以培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)值方法研究工程問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)通過(guò)不同的方法途徑去解決同一科學(xué)問(wèn)題。

反后坐裝置設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握火炮發(fā)射動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)，理解反后坐裝置的作用，設(shè)計(jì)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(wèn)題。傳統(tǒng)教學(xué)模式容易造成理論孤點(diǎn)，不利于學(xué)生真正理解反后坐裝置設(shè)計(jì)過(guò)程，不利于培養(yǎng)其整體思辨能力。在新教學(xué)模式下，教師指導(dǎo)學(xué)生參與到課題研究中，針對(duì)某型火炮反后坐裝置，開(kāi)展人工后坐和實(shí)彈射擊實(shí)驗(yàn)，編寫程序進(jìn)行后坐運(yùn)動(dòng)諸元計(jì)算，鍛煉學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)部分主要研究利用復(fù)雜的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的自動(dòng)動(dòng)作，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于課堂授課的局限性，自動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和工作原理需要學(xué)生發(fā)揮空間想象能力，教學(xué)效果并不理想。為了配合實(shí)施研究型教學(xué)理念，學(xué)校新建了一批自動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)透明教具，建立了火炮自動(dòng)機(jī)拆解與組合實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生通過(guò)拆解組合自動(dòng)機(jī)，了解自動(dòng)機(jī)各部分的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，通過(guò)直觀感受學(xué)習(xí)領(lǐng)悟各類自動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，既鍛煉了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，又激發(fā)了其機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)。

炮架設(shè)計(jì)部分要求學(xué)生了解火炮各部分架體的結(jié)構(gòu)形式、特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)注意因素，掌握強(qiáng)度校核方法。在新的教學(xué)體系下，簡(jiǎn)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(xué)生進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

在學(xué)完火炮設(shè)計(jì)理論的基本知識(shí)后，安排一次現(xiàn)代新型火炮和新概念火炮的討論會(huì)。教師通過(guò)介紹目前世界上新型火炮的發(fā)展趨勢(shì)和典型代表及各種新概念火炮的工作原理和特點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)典型火炮設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)進(jìn)行分析討論，培養(yǎng)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的意識(shí)。

通過(guò)火炮設(shè)計(jì)理論教學(xué)新體系的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了授課方式由傳統(tǒng)的課堂講授向研究型教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，教學(xué)效果明顯，目前火炮設(shè)計(jì)理論已被評(píng)為“國(guó)家精品課程”和“國(guó)家級(jí)精品資源共享課”。

三、結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)的創(chuàng)新型人才是教師義不容辭的責(zé)任；構(gòu)建火炮設(shè)計(jì)理論研究型教學(xué)新體系，對(duì)培養(yǎng)火炮專業(yè)高級(jí)專門人才進(jìn)行了有益的探索；通過(guò)研究型教學(xué)模式的探索實(shí)施，對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行了系統(tǒng)的鍛煉。新的教學(xué)體系同時(shí)要求教師緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，熟悉行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，能夠?qū)⒆陨淼目蒲谐晒c教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合起來(lái)，不斷提高教學(xué)水平。

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作者簡(jiǎn)介：劉寧，講師； 張相炎，教授，國(guó)家精品課程負(fù)責(zé)人，江蘇省教學(xué)名師；楊國(guó)來(lái)，教授。