含能材料及性能測試的教學改革探討

鄧蕾 周星 鮑桐

摘要：含能材料及性能測試是軍事化學與煙火技術專業的核心課程之一，本文根據課程教學的特點從教學內容、教學手段和實驗課程等方面對教學改革進行了探索，使教學更符合新型軍事人才的培養要求，從而提高學員分析問題、解決問題、實際操作的能力，可有效提升課堂教學效果。

關鍵詞：含能材料；教學改革；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）37-0094-02

軍事院校是高素質新型軍事人才培養的重要基地。目前，軍事院校教學和人才培養要緊跟世界軍事科技發展潮流，適應打贏信息化局部戰爭要求，緊緊圍繞培養學員利用所學知識解決實際問題的能力為中心。近年來，院校教育通過教學改革，改善了教學環境，但與部隊作戰需求、崗位任職能力要求方面還存在一定的差距[1]。含能材料應用于陸、海、空及二炮各類武器系統，是重要的能源材料。隨著現代戰爭對武器裝備性能要求的進一步提高，對推進劑和發射藥等含能材料的性能也提出了更高的要求。《含能材料性能與測試》作為軍事化學與煙火技術專業的核心課程，主要介紹含能材料的配方、性能測試的基本原理及測試方法，是一門實踐性和應用性非常強的課程，該課程包含理論教學和實踐教學兩部分，實踐教學是理論學習過渡到實踐應用的橋梁，是培養學生創新工程能力的切入點[2，3]，對學員了解部隊作戰的武器裝備，培養其軍事科研創新能力具有重要作用。

一、教學內容改革

《含能材料及性能測試》課程是含能材料研究方向的專業課程之一，理論部分主要介紹固體推進劑、火炸藥等軍用含能材料的配方特點和性能表征方法。學員通過掌握本課程的知識，能了解含能材料各主要性能的表征方法、性能調節及測試技術，這將對其今后從事含能材料研制工作打下良好的基礎。根據學科發展及軍隊院校人才培養的需要，《含能材料及性能測試》課程對教學內容的設置方面，更注重基礎理論知識與先進技術和現代科技發展的銜接，及時將含能材料、推進劑研制和應用方面的新技術、新方法融入到課程教學中。例如，將第一原理量子化學計算方法、分子動力學計算等方法作為附加的知識介紹給學員，讓他們了解含能材料性能測試方面新的研究手段和方法。同時，除了介紹基本的理論和方法，還結合教師多年的科研實踐，將理論知識、分析手段與具體的含能材料性能研究實例相結合，通過對黑索金（RDX）、奧克托今（HMX）等常見含能材料性能進行分析，使學員真正掌握如何通過各種分析測試方法了解含能材料性能及如何借助理論知識實現性能調節的能力。通過這樣的教學內容改革，不僅增強了學員對含能材料分析測試的感性認識，也使原本枯燥的理論學習變得生動和豐富。通過學員在課堂上對性能分析過程進行討論，加深了他們對典型含能材料性能特征的記憶。同時，通過及時不斷地更新和調整教學內容，也可以確保課程教學內容的先進性、科學性。

《含能材料及性能測試》課程要求學員具有“現代儀器分析”和“固體火箭推進劑”課程基礎，但由于上課學員多來自地方高校非含能材料專業，大多缺少含能材料和固體推進劑的相關知識，因此在理論課程內容教學中，增加了含能材料及推進劑相關基礎知識的介紹，適當豐富固體推進劑、火炸藥等軍用含能材料的概念、分類等理論知識的講授內容，從而提高學員對課程學習的興趣。

二、教學手段改革

在教學手段上采用實驗講解與多媒體、分子模型模擬等輔助教學手段相結合的方式來提高授課的效果。以往的教學手段只是通過文字、公式等方式介紹含能材料，展示性能測試分析的方法，很難讓學員形成深刻印象。因此，根據課程特點，應用視頻演示，例如彈藥爆炸、固體推進劑藥柱燃燒的視頻等，增強學生對含能材料燃燒、爆炸等特征的感性認識，結合對炸藥威力、猛度、爆速等性能參數測定的講解，加深了學員對知識點的理解，使其對含能材料的研究及部隊武器裝備有更為直觀的認識。在介紹含能材料基礎知識過程中，應用材料計算軟件Materials Studio、Gaussian設計制作含能材料的分子模型，輔助講解燃燒時化學反應過程，可以使原本抽象的教學內容變得更生動，易于理解，也能使學員從中學習到含能材料微觀結構方面的知識，有效提高了傳授給學員的信息量，擴充了學員的知識范圍。傳統課堂教學主要是單純的“老師講，學生被動接受”的教學模式，這種模式下學生接受和理解起來慢，過程單調枯燥，不容易調動學員的積極性，對學員各方面能力培養存在很大的不足。針對上述問題，我們在教學手段上進行了調整，改變“老師講，學生聽”的單一模式，補充“研討式教學法”和“啟發提問教學法”，教師精講教材中的重點和難點，設置學科前沿進展研討課題，學員自己查找國內外文獻，進行歸納、分析，同時組織學員分組討論，安排同組學員上臺講解研討課題，另外，學員之間也可以互相提問、回答，教師在旁邊補充提問，對分辨不清的問題進行點撥。

三、實驗課程改革

在《含能材料及性能測試》課程的教學中，更多的是希望通過課程教學使學員掌握含能材料性能的測試方法，因此實驗課程的教學就顯得非常重要。考慮到學員實踐經驗少和課程實踐性強的特點，我們調整了理論課程和實驗課程的學時安排，課程總學時為36學時，其中理論教學26學時，實驗教學10學時。除了傳統的儀器測試方法，更好地結合學科前沿進展，將含能材料的高性能計算也納入到實驗教學中，拓展學員的知識體系，確保課程實驗教學的先進性。《含能材料及性能測試》中實驗課的目的是要讓學員了解固體推進劑制備工藝過程，掌握固體推進劑性能測試設備的工作原理和測試方法，是一門實用性很強的基礎課程，其重點是提高學員獨立思考和解決實際問題的能力，讓其可以緊密聯系實際，使得所學知識更有實用性，進而加深學員對固體推進劑性能測試基本原理的認識與理解，培養創新能力。

實驗室擁有氧彈式量熱儀、摩擦感度試驗儀、高性能計算平臺等儀器設備，可滿足課程教學的實驗、實踐需要。授課教學十分重視實驗課程內容的邏輯性，并針對儀器使用過程中的注意事項、測試中可能出現的問題提出問題，讓學員思考。把更多的時間留給學員，對學員進行分組，鼓勵學員自己講解實驗原理和方法，讓學員自己分析、解決問題，教師從旁協助，補充引導學員。實驗中的問題和思考以總結報告形式上交，作為能力評價的一個指標。高性能計算在含能材料中的應用屬于學科發展前沿，以計算機實驗的方式作為傳統實驗教學的補充，在教學改革中加入到實驗課程的教學中，安排了3個學時。授課教員介紹高性能計算的發展、高性能計算的實驗方法、高性能計算在含能材料研究中的具體實例。比如，雖然可以通過實驗測試含能材料爆熱、爆壓性能，但對其具體影響機制卻難以通過實驗獲得，通過計算軟件Gaussian建立含能材料分子結構，計算其密度、不同原子電荷、鍵長、鍵角，分析結構與性能之間的關系，并根據爆壓、爆熱擬合公式，預測同類型含能材料爆壓、爆熱，為含能材料分子合成提供指導意見；通過DTA、DSC等實驗可以測得含能材料的熱分解溫度、差熱分析曲線，對于其熱解機理的研究可以借助分子動力學模擬的方法，建立分子模型，分析熱分解路徑等。在具體操作過程的內容講解時，設計具體任務，并配合現場演示和軟件操作，如何遠程連接？如何建立分子模型？建立時要注意哪些問題？計算參數如何考慮？最后計算數據如何生成？關注的結果文件在哪里？講解過程與學員上機操作同時進行，便于加深學員印象，在有限學時內達到好的效果。

四、結束語

課程改革是培養高素質新型軍事人才和最大程度調動學員積極性、創造性的重要手段。在當今社會，科學技術不斷創新，這也對人才培養提出了更高要求。通過對《含能材料及性能測試》課程從教學內容、教學手段、實驗課程方面的教學改革和實踐，使教學更符合新型軍事人才的培養要求，提高了學員分析問題、解決問題、實際操作的能力，培養學員運用理論聯系實踐去解決實際問題，以適應現代化、實戰化的需求。教學實踐表明，貼近應用的教學內容、多變的教學方式、多角度的實驗教學可有效提升課堂教學效果。

參考文獻：

[1]王建良，王澤忠.貫徹院校教育向部隊靠攏要求深入推進實踐化教學訓練改革[J].現代兵種，2013，（6）：62-64.

[2]蔡偉，蔡可鍵.深化實踐教學改革促進節能人才培養[J].中國教育學刊，2014，（5）：115-116.

[3]張文娜，熊飛麗.深化軍隊院校實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2010，27（8）：161-163.