基于工程實踐指向的彈道學課程教學設計與實施

趙建新 李 鵬 劉海平

（陸軍工程大學石家莊校區火炮工程系，河北 石家莊 050003）

0 引言

彈道學作為研究彈箭在發射全過程中運動規律及伴隨發生的有關現象的科學， 在軍地高校兵器類專業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構、運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”，強調“舉一反三、觸類旁通”，是武器裝備技術、管理、運用等崗位上從業人員必備的專業理論基礎。 彈道學上接普通物理、理論力學、材料力學等專業基礎理論，下通武器裝備構造學、設計理論、實驗測試等專業方向課程以及勤務保養、檢測維修、聯調聯試、指揮組訓等軍隊崗位實踐，在整個課程體系中發揮“承上啟下”作用，在內容、方法上實現專業基礎理論與武器裝備工程應用之間的橋接， 是培樹工程思維和創新思維的重要環節。另外，彈道學是屬于工程熱物理和應用力學范疇內的綜合性學科，與燃燒學、熱力學、傳熱學以及動力學等基本理論關系密切， 課程內容涉及大量基本概念、數學符號、方程和表達式，對學生的理論功底尤其是力學、數學基本功要求高，從比較意義上，學習綜合難度較大，而且在教學過程中容易出現理論與實踐脫節的窘境。鑒于此，側重工程素養和實踐能力培養， 本文闡述了彈道學課程在教學設計和實施上的一些經驗做法，拋磚引玉，以期引起同行共鳴，促進課程教學質量的提高。

1 教學思路和內容設計總體考慮

彈道學理論性強、難度大是不爭的事實，“難、繁、雜、散”往往是學生對課程的第一印象。如果從理論到理論，從方程到方程，課程教學就成了真正的“空中樓閣”。 因此，在理論與實踐有機統一的理念加持下，秉承“貼近裝備、服務工程、強化實踐”的教學思路，注重課程的工程應用性，按照“強基礎、重實用”的原則，以培養和提高學生分析和解決實際彈道問題的能力為目標，結合武器裝備設計、運用過程中的典型彈道問題，按照“認識現象、分析機理、解決問題”的思路，綜合運用課堂講授、案例分析、分組研討、算例開發、實驗測試等教學方法，側重基本概念的理解、基本理論的認識和基本方法的應用， 培養學生的自主學習能力、實踐應用能力和工程創新能力，以達到“理論指導實踐、實踐反哺理論”的教學效果期望。

教學內容設計同樣遵循理論聯系實踐的基本理念，以工程實踐中的彈道現象和問題為背景，提出實際問題，初步認識問題“是什么”，引出課程內容；分析問題“為什么”，展開課程內容；最后解決問題，即“怎么辦”。課程內容有了實踐落腳點的同時，回過頭來重新審視課程內容中的理論和方法，進一步深化對課程內容的認識和理解。 在打牢理論基本功的同時，設置實驗測試模塊強化學生的實踐動手能力， 努力實現“理論學習—實驗分析—方法應用” 三位一體的教學實施主線。

2 開展案例教學，確保理論聯系實踐的理念落地落實

2.1 依托裝備工程實踐， 強化對裝備知識深層次的認知

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，依托裝備工程實踐開展教學。以彈重對射擊精度的影響為例， 首先讓學生查看彈體表面的彈重標示，引出“為什么要標明彈重的偏差呢”這個問題。 通過啟發式教學， 引導學生回憶彈道系數概念，在彈重與彈道系數之間建立起內在聯系。彈重變化影響彈道系數，進而影響射程，出現射彈散布。 如何修正彈重偏差帶來的影響？ 射表中專門設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， 各個散布在不同內容模塊的理論問題緊緊地聯系在了一起。

2.2 與裝備運用銜接，強化指揮和管理能力

彈道學本質上要為武器設計和運用服務，在講授相關知識點時，還應盡量向武器使用操作聚焦。 比如在分析火炮內膛燒蝕磨損的現象與機理時，認識了現象、弄清了機理后，最終也要落腳到火炮使用操作應注意的一些問題上：遵守發射速度規定、擦拭炮膛、按要領裝填炮彈等。 在工作中遇到類似問題時，學生不但知道應該怎么處理， 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化。

2.3 以實戰案例為切入點帶動理論教學

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

3 區分教學內容特點，多種方法并舉，確保課堂質量

3.1 注重內容主線設計， 強化理論體系框架的整體認識

人們對知識體系框架的記憶時間遠大于對知識要點的記憶時間，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， 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，教學過程通過思維導圖、邏輯框圖等方式注重內容主線設計，努力讓學生搭建起相對完整的理論體系框架，并通過反復強調的刺激，固化于心。內彈道模塊強調“火藥燃燒、燃氣壓力、彈箭運動”的內在關聯，外彈道模塊強調“大氣特性、氣動特性、彈道特性”的內在關聯。

3.2 注重聯系生活常識和感性認識， 強化基本概念的深刻理解

課程內容涉及的力學概念非常多，除關聯理論力學外，還與流體力學、空氣動力學、高等動力學存在一定聯系，這些課程本科階段并不開設。 為了使已學內容與所需內容之間無縫對接，需要認識和理解有關的重要力學概念，但受到有限學時的制約，這是課程教學過程中的一個“痛點”。 針對這個問題，教學過程注重聯系生活常識，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理需要流體力學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實，于是結合“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”的力學認識，在此基礎上，理解馬格努斯力形成機理時收到了事半功倍的效果。

3.3 注重網絡優質資源應用，取長補短

雖然MOOC、中國大學公開課等在線教學平臺沒有相應或相近的優質課程資源，但這些在線教學平臺上有一些關聯內容的微課資源。 例如，空氣阻力模塊需要認識和理解摩擦阻力、渦流阻力和激波阻力三種機理不同的空氣阻力形式， 這部分內容與空氣動力學、車輛動力學對應內容有較高相似度。 在學習空氣阻力時，優選《附面層分離》等微課視頻，然后補充講解飛機與彈箭飛行中的異同，學生很好地理解了渦流阻力的形成機理、影響因素和減小措施。

4 合理設計考核內容，教與學相互促進，確保形成良性閉環

4.1 設置開放性作業，引導發散思維

將平時作業設置為基礎性和開放性兩種類型。基礎性作業側重課程知識要點，鞏固所學內容；開放性作業側重基本概念、方法的認識和理解深度，側重工程思維和發散思維訓練。 例如，在布置空氣阻力模塊的課后作業時，回顧課程內容，梳理成自己的語言即可完成基礎性作業。 “分析高爾夫球表面設計凹坑的原因”這樣的開放性作業則需要開動腦筋，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 設置開放性討論環節，強化基本理論的深刻理解

除裝備案例、實戰案例外，教學過程中還注意把一些研究型案例引入課堂， 并設計成開放性討論環節。 比如，在彈箭飛行穩定性模塊引入了一種抗紅外誘餌彈飛行試驗失穩案例。 在開放討論基礎上，基于所學內容逐步引導發現問題所在： 彈體結構不合理。案例引發濃厚的探究興趣，更深化了學生對理論知識的理解。而且學生通過這些內容還能認識到彈道學并不是一個停滯的學科，它在不斷取得新成果、新進展、新突破，拓寬了視野，啟迪了思維。

4.3 設置實踐模塊和綜合作業， 培養理論應用于實踐的能力

彈道學理論、方法的發展完善離不開實驗研究的支撐， 除在相關內容模塊介紹典型彈道實驗原理、方法以及典型測試儀器設備外，依托教學條件，設置膛內壓力測試、阻力系數測試、射擊精度評估和射表使用等實踐教學模塊。考慮數值計算方法在彈道學中廣泛應用，分組協同完成彈道模型解算程序開發等綜合作業，并用于裝填發射條件對彈道性能影響分析等教學內容中，培養學生分析和解決實際問題的能力。

5 結語

彈道學是武器設計和運用的理論基礎，對于提高兵器類專業學生的理論素養具有重要意義， 同時，其基本理論、方法對于諸如內膛損傷、身管壽命、射擊精度、作戰效能等武器運用中的若干現實問題具有指導意義，因此，課程在理論與實踐之間的橋梁作用顯著。著眼理論與實踐統一，本文闡述了課程教學設計與實施方面的一些拙見，投礫引珠，以期促進課程教學效益的不斷提高。