含能材料及性能测试的教学改革探讨

邓蕾 周星 鲍桐

摘要：含能材料及性能测试是军事化学与烟火技术专业的核心课程之一，本文根据课程教学的特点从教学内容、教学手段和实验课程等方面对教学改革进行了探索，使教学更符合新型军事人才的培养要求，从而提高学员分析问题、解决问题、实际操作的能力，可有效提升课堂教学效果。

关键词：含能材料；教学改革；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）37-0094-02

军事院校是高素质新型军事人才培养的重要基地。目前，军事院校教学和人才培养要紧跟世界军事科技发展潮流，适应打赢信息化局部战争要求，紧紧围绕培养学员利用所学知识解决实际问题的能力为中心。近年来，院校教育通过教学改革，改善了教学环境，但与部队作战需求、岗位任职能力要求方面还存在一定的差距[1]。含能材料应用于陆、海、空及二炮各类武器系统，是重要的能源材料。随着现代战争对武器装备性能要求的进一步提高，对推进剂和发射药等含能材料的性能也提出了更高的要求。《含能材料性能与测试》作为军事化学与烟火技术专业的核心课程，主要介绍含能材料的配方、性能测试的基本原理及测试方法，是一门实践性和应用性非常强的课程，该课程包含理论教学和实践教学两部分，实践教学是理论学习过渡到实践应用的桥梁，是培养学生创新工程能力的切入点[2，3]，对学员了解部队作战的武器装备，培养其军事科研创新能力具有重要作用。

一、教学内容改革

《含能材料及性能测试》课程是含能材料研究方向的专业课程之一，理论部分主要介绍固体推进剂、火炸药等军用含能材料的配方特点和性能表征方法。学员通过掌握本课程的知识，能了解含能材料各主要性能的表征方法、性能调节及测试技术，这将对其今后从事含能材料研制工作打下良好的基础。根据学科发展及军队院校人才培养的需要，《含能材料及性能測试》课程对教学内容的设置方面，更注重基础理论知识与先进技术和现代科技发展的衔接，及时将含能材料、推进剂研制和应用方面的新技术、新方法融入到课程教学中。例如，将第一原理量子化学计算方法、分子动力学计算等方法作为附加的知识介绍给学员，让他们了解含能材料性能测试方面新的研究手段和方法。同时，除了介绍基本的理论和方法，还结合教师多年的科研实践，将理论知识、分析手段与具体的含能材料性能研究实例相结合，通过对黑索金（RDX）、奥克托今（HMX）等常见含能材料性能进行分析，使学员真正掌握如何通过各种分析测试方法了解含能材料性能及如何借助理论知识实现性能调节的能力。通过这样的教学内容改革，不仅增强了学员对含能材料分析测试的感性认识，也使原本枯燥的理论学习变得生动和丰富。通过学员在课堂上对性能分析过程进行讨论，加深了他们对典型含能材料性能特征的记忆。同时，通过及时不断地更新和调整教学内容，也可以确保课程教学内容的先进性、科学性。

《含能材料及性能测试》课程要求学员具有“现代仪器分析”和“固体火箭推进剂”课程基础，但由于上课学员多来自地方高校非含能材料专业，大多缺少含能材料和固体推进剂的相关知识，因此在理论课程内容教学中，增加了含能材料及推进剂相关基础知识的介绍，适当丰富固体推进剂、火炸药等军用含能材料的概念、分类等理论知识的讲授内容，从而提高学员对课程学习的兴趣。

二、教学手段改革

在教学手段上采用实验讲解与多媒体、分子模型模拟等辅助教学手段相结合的方式来提高授课的效果。以往的教学手段只是通过文字、公式等方式介绍含能材料，展示性能测试分析的方法，很难让学员形成深刻印象。因此，根据课程特点，应用视频演示，例如弹药爆炸、固体推进剂药柱燃烧的视频等，增强学生对含能材料燃烧、爆炸等特征的感性认识，结合对炸药威力、猛度、爆速等性能参数测定的讲解，加深了学员对知识点的理解，使其对含能材料的研究及部队武器装备有更为直观的认识。在介绍含能材料基础知识过程中，应用材料计算软件Materials Studio、Gaussian设计制作含能材料的分子模型，辅助讲解燃烧时化学反应过程，可以使原本抽象的教学内容变得更生动，易于理解，也能使学员从中学习到含能材料微观结构方面的知识，有效提高了传授给学员的信息量，扩充了学员的知识范围。传统课堂教学主要是单纯的“老师讲，学生被动接受”的教学模式，这种模式下学生接受和理解起来慢，过程单调枯燥，不容易调动学员的积极性，对学员各方面能力培养存在很大的不足。针对上述问题，我们在教学手段上进行了调整，改变“老师讲，学生听”的单一模式，补充“研讨式教学法”和“启发提问教学法”，教师精讲教材中的重点和难点，设置学科前沿进展研讨课题，学员自己查找国内外文献，进行归纳、分析，同时组织学员分组讨论，安排同组学员上台讲解研讨课题，另外，学员之间也可以互相提问、回答，教师在旁边补充提问，对分辨不清的问题进行点拨。

三、实验课程改革

在《含能材料及性能测试》课程的教学中，更多的是希望通过课程教学使学员掌握含能材料性能的测试方法，因此实验课程的教学就显得非常重要。考虑到学员实践经验少和课程实践性强的特点，我们调整了理论课程和实验课程的学时安排，课程总学时为36学时，其中理论教学26学时，实验教学10学时。除了传统的仪器测试方法，更好地结合学科前沿进展，将含能材料的高性能计算也纳入到实验教学中，拓展学员的知识体系，确保课程实验教学的先进性。《含能材料及性能测试》中实验课的目的是要让学员了解固体推进剂制备工艺过程，掌握固体推进剂性能测试设备的工作原理和测试方法，是一门实用性很强的基础课程，其重点是提高学员独立思考和解决实际问题的能力，让其可以紧密联系实际，使得所学知识更有实用性，进而加深学员对固体推进剂性能测试基本原理的认识与理解，培养创新能力。

实验室拥有氧弹式量热仪、摩擦感度试验仪、高性能计算平台等仪器设备，可满足课程教学的实验、实践需要。授课教学十分重视实验课程内容的逻辑性，并针对仪器使用过程中的注意事项、测试中可能出现的问题提出问题，让学员思考。把更多的时间留给学员，对学员进行分组，鼓励学员自己讲解实验原理和方法，让学员自己分析、解决问题，教师从旁协助，补充引导学员。实验中的问题和思考以总结报告形式上交，作为能力评价的一个指标。高性能计算在含能材料中的应用属于学科发展前沿，以计算机实验的方式作为传统实验教学的补充，在教学改革中加入到实验课程的教学中，安排了3个学时。授课教员介绍高性能计算的发展、高性能计算的实验方法、高性能计算在含能材料研究中的具体实例。比如，虽然可以通过实验测试含能材料爆热、爆压性能，但对其具体影响机制却难以通过实验获得，通过计算软件Gaussian建立含能材料分子结构，计算其密度、不同原子电荷、键长、键角，分析结构与性能之间的关系，并根据爆压、爆热拟合公式，预测同类型含能材料爆压、爆热，为含能材料分子合成提供指导意见；通过DTA、DSC等实验可以测得含能材料的热分解温度、差热分析曲线，对于其热解机理的研究可以借助分子动力学模拟的方法，建立分子模型，分析热分解路径等。在具体操作过程的内容讲解时，设计具体任务，并配合现场演示和软件操作，如何远程连接？如何建立分子模型？建立时要注意哪些问题？计算参数如何考虑？最后计算数据如何生成？关注的结果文件在哪里？讲解过程与学员上机操作同时进行，便于加深学员印象，在有限学时内达到好的效果。

四、结束语

课程改革是培养高素质新型军事人才和最大程度调动学员积极性、创造性的重要手段。在当今社会，科学技术不断创新，这也对人才培养提出了更高要求。通过对《含能材料及性能测试》课程从教学内容、教学手段、实验课程方面的教学改革和实践，使教学更符合新型军事人才的培养要求，提高了学员分析问题、解决问题、实际操作的能力，培养学员运用理论联系实践去解决实际问题，以适应现代化、实战化的需求。教学实践表明，贴近应用的教学内容、多变的教学方式、多角度的实验教学可有效提升课堂教学效果。

参考文献：

[1]王建良，王泽忠.贯彻院校教育向部队靠拢要求深入推进实践化教学训练改革[J].现代兵种，2013，（6）：62-64.

[2]蔡伟，蔡可键.深化实践教学改革促进节能人才培养[J].中国教育学刊，2014，（5）：115-116.

[3]张文娜，熊飞丽.深化军队院校实验教学改革的探索与实践[J].实验技术与管理，2010，27（8）：161-163.