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的教學模式已不能適應新時期的需求。本文構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了學生研究性學習習慣，激發學生的學習主動性，有效鍛煉了學生的研究能力和創新精神，提高了火炮設計理論的教學效果。

關鍵詞：火炮設計理論；教學模式；研究型教學

火炮專業作為兵器科學與技術學科的二級學科，是南京理工大學的特色專業、優勢專業。火炮設計理論是火炮專業的骨干課程之一，具有實力雄厚的師資隊伍和系統先進的實驗教學設備，為我國兵器行業輸送了大量優秀的人才。根據近些年對我校畢業生在用人單位工作情況的回訪，了解到軍工企業越來越重視技術研發和產品創新，我校火炮專業畢業生也越來越多地被安排在技術研發崗位，對畢業生的綜合素質提出了較高的要求，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新意識。這對火炮專業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， 強調理論與實踐、教學與科研、理論講授與實踐操作三結合，進而培養綜合素質高、專業面寬廣、創新設計能力強的火炮專業復合型人才。

一、傳統教學模式

火炮不同于其他機械系統，其工作狀態一般處于高溫、高壓、高速的極端條件，相應的設計理論也有別于傳統機械系統，具有專業性強、理論難度大、知識點多的特點。傳統的火炮專業系列課程的教學模式是以課堂教學為主，教學實驗、課后作業則為課堂講授內容服務，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”，不利于學生創新意識和實踐能力的提高，也不符合軍工專業本科教育“寬口徑、厚基礎、能力強、素質高”的創新型人才發展方向。而我校火炮專業具有雄厚的科研創新能力，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，這是火炮專業教學的寶貴資源。

二、教學新體系的構建

火炮專業是一門不斷發展的學科，伴隨著各種新原理、新結構、新方法的出現，火炮設計理論也在不斷充實發展。為了提高學生的研究能力和創新精神，需要建立以經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、培養能力，以使學生具有“研究性學習”本領的一種新型教學模式。經典火炮設計理論是火炮專業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。根據火炮結構組成，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容上有不同的側重點，如圖1所示。

炮身設計部分要求學生要掌握身管內部應力應變的分布及規律，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，根據強度理論進行身管結構設計。在新教學模式下，精簡理論部分講解，增加學生課后自學內容，新增利用現在廣泛使用的有限元方法求解某型火炮身管內部應力應變的內容，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，還可以培養學生利用數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，各參數之間相互影響，存在參數優化問題。傳統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實現不同的自動動作，是學生學習的重點和難點。由于課堂授課的局限性，自動機構的結構形式和工作原理需要學生發揮空間想象能力，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構透明教具，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構形式及工作原理，通過直觀感受學習領悟各類自動機的設計方法，既鍛煉了學生動手實踐能力，又激發了其機構創新設計意識。

炮架設計部分要求學生了解火炮各部分架體的結構形式、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構形式，結合具體的火炮架體結構參數，要求學生進行強度校核計算，培養學生分析問題、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，實現了授課方式由傳統的課堂講授向研究型教學模式的轉變，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、結語

培養綜合素質高、競爭能力強的創新型人才是教師義不容辭的責任；構建火炮設計理論研究型教學新體系，對培養火炮專業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的鍛煉。新的教學體系同時要求教師緊跟學科發展前沿，熟悉行業發展動態，能夠將自身的科研成果與教學內容緊密結合起來，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。