火炮设计理论教学新体系探索

刘宁 张相炎 杨国来

摘 要：火炮设计理论采用传统的教学模式已不能适应新时期的需求。本文构建以研究型教学模式为理念的教学新体系，阐述了具体实施方法和目的，通过新教学模式培养了学生研究性学习习惯，激发学生的学习主动性，有效锻炼了学生的研究能力和创新精神，提高了火炮设计理论的教学效果。

关键词：火炮设计理论；教学模式；研究型教学

火炮专业作为兵器科学与技术学科的二级学科，是南京理工大学的特色专业、优势专业。火炮设计理论是火炮专业的骨干课程之一，具有实力雄厚的师资队伍和系统先进的实验教学设备，为我国兵器行业输送了大量优秀的人才。根据近些年对我校毕业生在用人单位工作情况的回访，了解到军工企业越来越重视技术研发和产品创新，我校火炮专业毕业生也越来越多地被安排在技术研发岗位，对毕业生的综合素质提出了较高的要求，要求学生不仅具备扎实的基本功，还要有较强的研究能力和创新意识。这对火炮专业的教学模式提出了新的要求。新的教学体系将以学生为主体， 提倡带着问题学习的理念， 强调理论与实践、教学与科研、理论讲授与实践操作三结合，进而培养综合素质高、专业面宽广、创新设计能力强的火炮专业复合型人才。

一、传统教学模式

火炮不同于其他机械系统，其工作状态一般处于高温、高压、高速的极端条件，相应的设计理论也有别于传统机械系统，具有专业性强、理論难度大、知识点多的特点。传统的火炮专业系列课程的教学模式是以课堂教学为主，教学实验、课后作业则为课堂讲授内容服务，课程考核一般采取卷面考核为主的方式，主要考查学生对书本知识的掌握程度。因此，传统的教学模式是单纯的知识传授，是教师的“灌输式教学”和学生的“接受式学习”，不利于学生创新意识和实践能力的提高，也不符合军工专业本科教育“宽口径、厚基础、能力强、素质高”的创新型人才发展方向。而我校火炮专业具有雄厚的科研创新能力，承接大量的基础性和工程性科研项目，具备先进的教学设备和实验仪器，这是火炮专业教学的宝贵资源。

二、教学新体系的构建

火炮专业是一门不断发展的学科，伴随着各种新原理、新结构、新方法的出现，火炮设计理论也在不断充实发展。为了提高学生的研究能力和创新精神，需要建立以经典火炮设计理论为基础的研究型教学模式新体系。研究型教学模式， 也称研讨式教学模式，是指教师以课程内容以及学生的知识积累为基础，引导学生主动参与、主动探究， 并在探究中积累知识、锻炼思维、培养能力，以使学生具有“研究性学习”本领的一种新型教学模式。经典火炮设计理论是火炮专业人员必须掌握的基本理论，是本课程研究型教学模式的立足点。根据火炮结构组成，一般可将火炮设计理论分为四大部分，分别为炮身设计、反后坐装置设计、自动机设计和炮架设计。每一部分自成体系，又相互制约、相互影响。为了充分锻炼学生在研究性学习中的各种能力，研究型教学模式在火炮设计理论各部分内容上有不同的侧重点，如图1所示。

炮身设计部分要求学生要掌握身管内部应力应变的分布及规律，能够进行身管弹性强度极限的计算。这一部分以厚壁圆筒理论为基础，以火炮身管为对象，根据强度理论进行身管结构设计。在新教学模式下，精简理论部分讲解，增加学生课后自学内容，新增利用现在广泛使用的有限元方法求解某型火炮身管内部应力应变的内容，通过一个真实的科研课题，强化学生对炮身设计理论知识的理解掌握，还可以培养学生利用数值方法研究工程问题的能力，学会通过不同的方法途径去解决同一科学问题。

反后坐装置设计要求学生掌握火炮发射动力学基本知识，理解反后坐装置的作用，设计出符合要求的反后坐装置。该部分理论公式较多，各参数之间相互影响，存在参数优化问题。传统教学模式容易造成理论孤点，不利于学生真正理解反后坐装置设计过程，不利于培养其整体思辨能力。在新教学模式下，教师指导学生参与到课题研究中，针对某型火炮反后坐装置，开展人工后坐和实弹射击实验，编写程序进行后坐运动诸元计算，锻炼学生利用所学知识解决实际工程问题的能力。

自动机设计部分主要研究利用复杂的机构实现不同的自动动作，是学生学习的重点和难点。由于课堂授课的局限性，自动机构的结构形式和工作原理需要学生发挥空间想象能力，教学效果并不理想。为了配合实施研究型教学理念，学校新建了一批自动机结构透明教具，建立了火炮自动机拆解与组合实验室。学生通过拆解组合自动机，了解自动机各部分的结构形式及工作原理，通过直观感受学习领悟各类自动机的设计方法，既锻炼了学生动手实践能力，又激发了其机构创新设计意识。

炮架设计部分要求学生了解火炮各部分架体的结构形式、特点，设计时注意因素，掌握强度校核方法。在新的教学体系下，简要介绍典型火炮的架体主要结构形式，结合具体的火炮架体结构参数，要求学生进行强度校核计算，培养学生分析问题、解决问题的能力。

在学完火炮设计理论的基本知识后，安排一次现代新型火炮和新概念火炮的讨论会。教师通过介绍目前世界上新型火炮的发展趋势和典型代表及各种新概念火炮的工作原理和特点，引发学生综合运用所学知识对典型火炮设计思想和特点进行分析讨论，培养学生研究性学习的意识。

通过火炮设计理论教学新体系的建设，实现了授课方式由传统的课堂讲授向研究型教学模式的转变，教学效果明显，目前火炮设计理论已被评为“国家精品课程”和“国家级精品资源共享课”。

三、结语

培养综合素质高、竞争能力强的创新型人才是教师义不容辞的责任；构建火炮设计理论研究型教学新体系，对培养火炮专业高级专门人才进行了有益的探索；通过研究型教学模式的探索实施，对学生的综合能力进行了系统的锻炼。新的教学体系同时要求教师紧跟学科发展前沿，熟悉行业发展动态，能够将自身的科研成果与教学内容紧密结合起来，不断提高教学水平。

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作者简介：刘宁，讲师； 张相炎，教授，国家精品课程负责人，江苏省教学名师；杨国来，教授。