火箭發(fā)動機原理課程多模式融合教學探析

賴建偉 王斌 吳寒菁

摘要：本文針對火箭發(fā)動機原理課程中存在的教學模式單一、實驗條件受限、學生學習興趣不足等問題，提出了多模式融合教學方法；結(jié)合課程特點，開展了多種教學模式融合的教學設(shè)計，探討了理論教學與實踐教學相融合、實驗教學與仿真教學相融合、綜合設(shè)計與自主學習相融合的教學實踐；采用多模式融合的教學方法加強了教學模式之間的聯(lián)系，激發(fā)了學生的學習積極性，提升了學生的知識綜合運用能力和創(chuàng)新能力，以期有效提升教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：火箭發(fā)動機；多模式；融合；教學模式

中圖分類號：G642.3文獻標識碼：A文章編號：1673-7164（2020）48-0072-03

“火箭發(fā)動機原理”是本科飛行器動力工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要講授火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)與原理、理論與計算、性能與特點，涉及機械、電子、化學、材料、力學、傳熱學等多個學科專業(yè)，在課程體系中占據(jù)十分重要的地位。但是該課程具有概念雜、公式多、理論性強、內(nèi)容抽象、實驗危險性大等特點，給日常教學帶來一定困難。特別是隨著人才培養(yǎng)的多樣化，該課程更加強調(diào)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，教學質(zhì)量問題愈加突出。為了提高該課程的教學質(zhì)量，培養(yǎng)“懂原理、擅實踐、能創(chuàng)新”的高素質(zhì)新型火箭發(fā)動機人才，必須開展該課程的教學改革研究[1-2]。借鑒國內(nèi)類似課程先進的教學經(jīng)驗，探索該課程多種教學方法和模式融合教學，有利于化解教學難點，增強學生學習興趣和積極性，提高教學效果和質(zhì)量[3-4]。

一、當前教學方法分析

（一）理論教學

理論教學主要采用課堂講授方法，結(jié)合視頻和圖片，現(xiàn)場講解火箭發(fā)動機的概念、原理、結(jié)構(gòu)、功能、性能等基礎(chǔ)理論知識。傳統(tǒng)課堂講授通常是以教師為中心，面對學生進行單方向知識傳授，教學方法較為單一，雖然在知識的記憶和理解上具有一定優(yōu)勢，但是對于知識的運用和分析上教學效果不理想[2]。同時，由于本課程具有較強的工程背景，課堂講授學時比重偏高制約了整個教學形式的多樣性，忽視了學生主動性的發(fā)揮，導致學生學習積極性不高，教學效果受到影響。

（二）實驗教學

實踐教學是理論教學的重要補充，但是由于課程性質(zhì)的特殊性，諸如燃燒、爆炸、化驗等實驗具有一定危險，影響了實驗教學的效果。而且傳統(tǒng)的火箭發(fā)動機原理課程教學主要以課堂理論教學為主、實踐教學為輔，重點強調(diào)概念理解和理論分析，往往忽略教學內(nèi)容的多樣性，實驗、實操、研討、設(shè)計等實踐教學環(huán)節(jié)相對較少，與工程實踐聯(lián)系不夠緊密，對學生創(chuàng)新性和實踐動手能力的培養(yǎng)較為不足。

二、多模式融合教學方法研究

1968年，美國教育家布盧姆提出了掌握學習理論，將人類學習、掌握新知識的過程按照由低級到高級分為六個階段：認知、領(lǐng)會、運用、分析、綜合、評價。多模式融合教學法正是基于布魯姆的掌握學習理論，結(jié)合課程教學特點，并根據(jù)課程內(nèi)容的不同選擇多種教學方法進行融合教學，以達到學生對知識掌握的高級階段。多模式教學強調(diào)以學生為主體、教師為主導，將理論教學與工程實踐和創(chuàng)新設(shè)計相結(jié)合，理論教學和實踐教學并重發(fā)展，激發(fā)學生對火箭發(fā)動機原理課程的學習興趣，提高課程的教學質(zhì)量。根據(jù)課程的理論、實驗、仿真、設(shè)計等模塊，將理論與實踐教學相融合、實驗與仿真教學相融合、綜合設(shè)計與自主學習相融合等教學模式應用于課程教學中，將極大地促進教學效果的提升。

（一）理論教學與實踐教學相融合的教學模式

火箭發(fā)動機原理課程理論部分概念雜、公式多、原理難懂、綜合性強，獨立的、割裂式的理論與實踐教學，不利于學生對知識的掌握。一方面，為了提高理論教學的教學效果，教師應綜合采用啟發(fā)式、對比分析式、問題式、案例式等多維教學方法，充分調(diào)動學生的積極性和主動性，激發(fā)學習興趣和熱情；另一方面，教師應破除理論教學與實踐教學的物理界限，將理論教學與實踐教學深度融合。

根據(jù)教學內(nèi)容的不同特點，教師可有針對性地開展教學設(shè)計，將撰寫論文、實驗、仿真、觀摩、設(shè)計、研討等實踐環(huán)節(jié)融入理論教學階段。針對基礎(chǔ)理論部分，布置學生撰寫“火箭發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀”小論文，使學生對火箭發(fā)動機的發(fā)展歷史以及未來趨勢具有更加深入全面的認識，培養(yǎng)學生查閱資料的能力，提高學生主動獲取知識、運用知識的能力；針對固體、液體火箭發(fā)動機專題部分，設(shè)置開放性問題，開展研討教學。針對工作原理和工作過程部分，在有效講解基本原理和過程的基礎(chǔ)上，教師可結(jié)合推進劑燃燒和性能測試實驗進行深入教學。通過理論與實踐教學的融合，還可以將理論教學延伸至實踐教學，使實踐教學促進理論原理的理解，有助于加深學生對理論知識的理解和運用能力，提高學生的學習效果。

（二）實驗教學與仿真教學相融合的教學模式

實驗教學具有過程真實、結(jié)果準確的優(yōu)點，但是由于火箭推進劑大多易燃、易爆、毒性強，導致實驗危險性大、防護要求高，學生易產(chǎn)生畏懼心理，學習興趣不高，實驗效果不理想。同時，實驗成本高、設(shè)備數(shù)量少、單次參與人數(shù)受限等，也限制了實驗項目的開展。因此，一方面要發(fā)揮真實實驗教學優(yōu)勢，立足現(xiàn)有條件，積極開展實驗條件建設(shè)，同時制定好安全預案、做好安全防護，并加強實驗過程管控；另一方面，針對不具備開展真實實驗的情況，采用計算機仿真實驗的方法對課程中危險性強、成本高的實驗進行替代和模擬。仿真實驗方法不僅可以使學生了解實驗過程、增強知識的直觀性和驗證發(fā)動機理論，而且還可以開展設(shè)計和評估等創(chuàng)新性研究，使知識的掌握上升至綜合和評價階段。仿真實驗方法的重點應放在構(gòu)建逼真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象上，使學生能夠在虛擬環(huán)境中通過平臺開展模擬實驗，并且達到要求的實驗效果。相關(guān)課程在這一思路的指引下，利用MATLAB軟件開發(fā)固體火箭發(fā)動機一維內(nèi)彈道仿真實驗平臺，可進行內(nèi)彈道的仿真計算；利用UG等三維建模軟件開發(fā)固體推進劑藥柱燃面仿真計算實驗平臺，可進行典型藥柱燃燒燃面計算和藥型設(shè)計；針對火箭發(fā)動機地面試車風險較大的問題，基于試車測試數(shù)據(jù)，開發(fā)基于Labview軟件的試車模擬平臺，利用該平臺，可完成壓強、溫度推力等參數(shù)采集、分析和處理，實現(xiàn)對點火試車的仿真。實驗教學和仿真教學相融合，可以規(guī)避真實實驗教學的諸多不足，發(fā)揮仿真平臺安全、可靠、經(jīng)濟的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)課程實驗內(nèi)容的全面覆蓋。

（三）綜合設(shè)計與自主學習相融合的教學模式

錢偉長曾說過：“教，關(guān)鍵在于授之以漁”。教師在教學過程中，需要重點關(guān)注學生的能力和體驗。綜合設(shè)計教學方法，遵循素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育的基本理念，以設(shè)計理論和方法為牽引，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和綜合能力。需要注意的是，理論教學是綜合設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，綜合設(shè)計是理論教學的實踐和檢驗，理論教學的效果好壞將直接決定綜合設(shè)計的成敗。因此需要在保證理論教學效果的基礎(chǔ)上才能進一步開展綜合設(shè)計教學。火箭發(fā)動機原理課程具有較強的工程應用背景，適合開展綜合設(shè)計教學，但是目前課程涉及設(shè)計的內(nèi)容相對零散、知識點單一，而且授課學時相對較少，無法在課堂系統(tǒng)開展綜合設(shè)計。因此，有必要將綜合設(shè)計與課后自主學習進行融合，探索在火箭發(fā)動機原理課程中開展“火箭發(fā)動機綜合設(shè)計”教學。教師應以培養(yǎng)學生工程設(shè)計素養(yǎng)和創(chuàng)新思維為主線，按照“總體設(shè)計-分系統(tǒng)設(shè)計-性能分析”的設(shè)計思路，將課程中總體設(shè)計、內(nèi)彈道設(shè)計、裝藥設(shè)計、燃燒室設(shè)計、噴管設(shè)計和性能分析等獨立的分系統(tǒng)串聯(lián)起來，使學生逐步掌握完整的設(shè)計方法和步驟，最終實現(xiàn)火箭發(fā)動機整體設(shè)計。

首先，教師可提出設(shè)計指標要求，利用課堂教學對設(shè)計方法和理論進行指導；其次，學生查閱資料，課下自主完成設(shè)計和計算，并形成設(shè)計報告；最后，學生完成答辯。教師在設(shè)計過程中主要發(fā)揮主導作用，重點介紹固體火箭發(fā)動機設(shè)計方法和理論，學生應占據(jù)主體地位，深入?yún)⑴c設(shè)計的各個細節(jié)。學生在自主設(shè)計的過程中不僅需要對結(jié)構(gòu)組成、性能參數(shù)、燃燒等基礎(chǔ)理論全面掌握，而且還要利用課后時間學會利用solidworks、Matlab等工具軟件進行結(jié)構(gòu)建模和算法編程。通過綜合設(shè)計和自主學習的相互融合，一方面能讓學生了解固體火箭發(fā)動機的設(shè)計流程，提高學生分析問題的能力，激發(fā)學生的學習積極性，加深對課程知識的理解，另一方面能培養(yǎng)學生自學能力以及運用理論知識解決實際工程問題的能力。

三、結(jié)語

針對課程性質(zhì)和內(nèi)容特點，按照知識體系對各種教學模式、教學方法、教學手段進行綜合分析，將原先各種孤立的教學模式相互融合并成為有機整體，既能鍛煉學生分析理論問題的能力，又能提升學生綜合實踐能力，符合人才培養(yǎng)發(fā)展模式[5]，有效促進了教學效果的提升。本文開展基于布魯姆掌握學習理論的多模式融合教學研究，對火箭發(fā)動機原理課程的教學改革具有一定指導意義。

參考文獻：

[1]魏志軍，劉玉群，孫巍偉.濕蒸汽火箭發(fā)動機教學實驗系統(tǒng)研究[J].實驗技術(shù)與管理，2012（04）：115-117.

[2]譚建國，吳建軍.《火箭發(fā)動機動力學》的研究型教學實踐[J].高等教育研究學報，2007，1（30）：44-46.

[3]康學勤，孫智，任耀劍.工科高校課程多模式教學的構(gòu)建與實施[J].新課程研究，2015（05）：21-22.

[4]李趙春，王炅.“自動控制原理”多模式融合的教學方法探索[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2012（31）：81.

[5]李忠，高波，康燦.新工科背景下卓越工程人才實踐教學改革探索[J].高等工程教育研究，2019（01）：43-45.

（薦稿人：周源，海軍工程大學兵器工程學院副教授）

（責任編輯：鄒宇銘）