《火炮與自動(dòng)武器原理》算例教學(xué)法實(shí)踐

杜中華 趙建新

【摘 要】闡述了《火炮與自動(dòng)武器原理》課程引入算例教學(xué)法的初衷、算例教學(xué)法的具體實(shí)施、實(shí)施效果以及推廣建議。算例教學(xué)法借助算例將理論和實(shí)際結(jié)合起來(lái)，能使學(xué)生更好地理解和應(yīng)用理論，培養(yǎng)他們解決問(wèn)題的能力以及形成批判和創(chuàng)新思維，具有很好的推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】火炮與自動(dòng)武器原理;算例教學(xué)法;能力培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)： E924 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）02-0124-003

【Abstract】The Introduction original intention，detailed implementing，action result and promotion suggestion of calculation example teaching method in gun and automatic weapon theory course were described.The method which unites the theory and reality using the calculation examples can help students to understand and apply theories better， train students ability of solving problem，form students critical and innovative thinking，so has good popularization value.

【Key words】Gun and automatic weapon theory;Calculation example teaching method;Ability training

1 引入算例教學(xué)法的初衷

《火炮與自動(dòng)武器原理》是兵器工程專(zhuān)業(yè)的核心課程。歷年來(lái)，該課程都是學(xué)生反映比較困難的課程，其突出的特點(diǎn)就是符號(hào)多、公式多、方程復(fù)雜。以往教學(xué)過(guò)程中，通常是推導(dǎo)方程和公式，然后進(jìn)行一些結(jié)合實(shí)際的定性分析。方程和公式?jīng)]有得到充分利用，甚至在一些部分，如自動(dòng)機(jī)部分，只是告訴學(xué)生怎么建立自動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)微分方程，至于這個(gè)方程怎么求解，如何利用求解結(jié)果分析實(shí)際問(wèn)題卻介紹很少。如此，學(xué)生學(xué)到的理論不能與實(shí)際結(jié)合，理解較為膚淺，甚至見(jiàn)到公式和符號(hào)就有一種排斥心理。客觀上，一些方程也十分復(fù)雜，如炮身部分的應(yīng)力應(yīng)變公式很難通過(guò)簡(jiǎn)單手工計(jì)算得到結(jié)果;反后坐部分和自動(dòng)機(jī)部分的方程要全部?jī)?nèi)容學(xué)習(xí)完畢才能將復(fù)雜的微分方程建立起來(lái)，求解起來(lái)更是困難?？傊n程中復(fù)雜的符號(hào)、公式和方程成了學(xué)生學(xué)習(xí)的“攔路虎”[1，2，3]。

可以看出，該課程存在的主要問(wèn)題是理論和實(shí)際結(jié)合不夠深入，其原因在于公式和方程應(yīng)用不起來(lái)。為此考慮從火炮與自動(dòng)武器裝備實(shí)際中提取問(wèn)題，借助編程語(yǔ)言，用方程和公式對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析，這樣可以將抽象的理論變成直觀的裝備數(shù)據(jù)和曲線，使學(xué)生更容易理解理論，另一方面也可以鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這種教學(xué)方法以課程理論為基礎(chǔ)，以裝備實(shí)際問(wèn)題為依托，以編程語(yǔ)言為工具，可以稱之為算例教學(xué)法。

目前學(xué)生基本都有個(gè)人筆記本，編程語(yǔ)言可以選用matlab，編程效率高，易于上手。讓學(xué)生把個(gè)人筆記本搬進(jìn)課堂，把理論講解和編程解決實(shí)際問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生不但被動(dòng)聽(tīng)，還能動(dòng)手練和主動(dòng)想，豐富了課堂的實(shí)施形式，避免了理論課常見(jiàn)的“填鴨式”、“滿堂灌”的現(xiàn)象。

2 算例教學(xué)法的實(shí)施

首先，建立基于課程理論的完整的火炮與自動(dòng)武器原理實(shí)裝算例庫(kù)。課程三大部分內(nèi)容中，炮身部分側(cè)重身管強(qiáng)度分析，包括高低溫壓力曲線、單筒身管強(qiáng)度、自緊身管強(qiáng)度等;反后坐部分側(cè)重受力分析，包括炮膛合力、駐退機(jī)力、后坐復(fù)進(jìn)運(yùn)動(dòng)等;自動(dòng)機(jī)部分側(cè)重各種自動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)微分方程的建立和求解，包括構(gòu)件在彈簧作用下運(yùn)動(dòng)、多工作構(gòu)件運(yùn)動(dòng)分析、構(gòu)件碰撞的處理等[2，3，4，5]。為強(qiáng)化學(xué)生的編程基本功、使他們及早掌握編程工具來(lái)分析實(shí)際問(wèn)題，算例練習(xí)貫穿每一次課;算例設(shè)計(jì)由淺入深，符合學(xué)生認(rèn)知習(xí)慣，在每個(gè)大部分結(jié)束后會(huì)有一個(gè)綜合算例，鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的能力。課程共設(shè)計(jì)了40余個(gè)實(shí)裝算例，并集結(jié)出版了《火炮與自動(dòng)武器原理數(shù)值算例》教學(xué)參考書(shū)。

其次，塑造與算例教學(xué)配套的精講課程框架體系。由于引入算例課堂練習(xí)的環(huán)節(jié)，以往講授內(nèi)容須進(jìn)行大幅度壓縮和調(diào)整。簡(jiǎn)單內(nèi)容、一些知識(shí)點(diǎn)細(xì)節(jié)讓學(xué)生課下自學(xué)，課堂主要針對(duì)核心理論進(jìn)行精講;對(duì)一些復(fù)雜的公式推導(dǎo)予以簡(jiǎn)化，強(qiáng)調(diào)思路，強(qiáng)化結(jié)論的實(shí)際運(yùn)用;對(duì)一些原理相同的部分予以合并，如將后坐制動(dòng)器和復(fù)進(jìn)節(jié)制器都?xì)w為駐退機(jī)原理，將自由后坐和炮口裝置原理予以合并，將后坐部分的后坐和復(fù)進(jìn)的受力和運(yùn)動(dòng)分析放在一起進(jìn)行研究，將前沖炮和浮動(dòng)炮原理予以合并[2，3，4，5]。課程框架的調(diào)整，使得 “精講多練”模式成為可能，通過(guò)試用和完善，課程重點(diǎn)更加突出，適合算例教學(xué)的實(shí)施節(jié)奏。

最后，形成可行的算例教學(xué)課堂實(shí)施辦法。課前指導(dǎo)學(xué)生安裝matlab軟件;課堂上首先由教員對(duì)理論部分精講，而后布置實(shí)裝算例，學(xué)生通過(guò)編程應(yīng)用理論分析和解決實(shí)際問(wèn)題，最后師生就分析結(jié)果進(jìn)行深入討論。對(duì)于編程語(yǔ)言matlab，一開(kāi)始學(xué)生可能很生疏，由老師帶著學(xué)生一起編，后續(xù)讓學(xué)生自己編，甚至開(kāi)展一些小組競(jìng)賽，再往后就可以留給學(xué)生課下完成。

3 算例教學(xué)法的效果

理論上，算例教學(xué)法讓學(xué)生在課堂上有了“練習(xí)”的機(jī)會(huì)，可以培養(yǎng)學(xué)生利用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓學(xué)生從對(duì)復(fù)雜方程和公式的“畏之如虎”變?yōu)椤膀T虎而行”，實(shí)際的教學(xué)效果究竟如何呢？我們對(duì)推行算例教學(xué)法的教學(xué)班進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。在“課程的成功之處”中學(xué)生反饋的關(guān)鍵詞包括：“直觀形象”、“有意思”、“有興趣”、“理解更深刻”;“動(dòng)手和思考能力”、“解決問(wèn)題能力”、“工作有用”;“教學(xué)模式變化”。在“課程學(xué)習(xí)過(guò)程中印象最深的內(nèi)容或者事件”中學(xué)生反饋的關(guān)鍵詞包括：“編程”、“大作業(yè)”;“教員熱心”;“新技術(shù)”、“課堂氛圍活躍”。在“課程學(xué)習(xí)后最大的收獲或者認(rèn)識(shí)”中學(xué)生反饋的關(guān)鍵詞包括：“了解火炮原理”、“編程能力提高”;“學(xué)習(xí)方法”、“用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題”、“新思路”、“搞創(chuàng)新”?？梢钥闯鰧W(xué)生對(duì)算例教學(xué)法十分認(rèn)可的，其突出表現(xiàn)為：化抽象為具體，理論更易理解;強(qiáng)化了編程能力，解決實(shí)際問(wèn)題能力增強(qiáng);課堂氛圍活躍，學(xué)生興趣濃厚。

非但如此，算例教學(xué)法也引發(fā)了良好的師生互動(dòng)，師生對(duì)《火炮與自動(dòng)武器原理》課程的理論理解更為深刻。借助算例教學(xué)，我們認(rèn)識(shí)到原有理論中存在的一些不足（如目前身管壓坑允許深度曲線偏于保守），形成了諸多新的認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)（如駐退機(jī)支流液壓阻力可以忽略），發(fā)現(xiàn)了一些需要研究的問(wèn)題（如自緊身管反向屈服后的應(yīng)力情況）。課程組據(jù)此發(fā)表相關(guān)研究論文30余篇，這些成果分享給學(xué)生，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的批判學(xué)習(xí)思維，激發(fā)了他們探究真理的熱情。

基于算例教學(xué)法的思考和討論，師生還碰撞出了許多關(guān)于火炮與自動(dòng)武器的創(chuàng)造性火花和靈感。在研究厚壁圓筒理論時(shí)，借助算例發(fā)現(xiàn)，不管在身管內(nèi)還是身管外施加高壓，身管內(nèi)壁都會(huì)率先發(fā)生塑性變形，這就激發(fā)了一種全新的自緊身管的加工方式——外自緊;目前不同火炮反后坐裝置類(lèi)型差異很大，這給火炮設(shè)計(jì)和保障帶來(lái)很大不便，可以采用一種通用電控閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種液流漏口變化規(guī)律;活門(mén)式駐退復(fù)進(jìn)機(jī)可以簡(jiǎn)化一個(gè)活門(mén)?；谶@些火花，課程組申請(qǐng)了30余項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，其中7項(xiàng)已經(jīng)獲得授權(quán)。這些專(zhuān)利是對(duì)師生創(chuàng)造性思維的肯定，也在學(xué)生心中埋下了創(chuàng)造和革新的種子。

經(jīng)過(guò)近5年的教學(xué)實(shí)踐，算例教學(xué)法在《火炮與自動(dòng)武器原理》課程中得到了很好地運(yùn)用，破解了理論不能深層次應(yīng)用的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了課程改革的初衷，甚至在對(duì)學(xué)生批判和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)上給課程組帶來(lái)了意外的驚喜。

4 算例教學(xué)法推廣思考

算例教學(xué)法可推廣到所有的裝備專(zhuān)業(yè)理論課程，譬如彈道學(xué)原理、火炸藥原理、雷達(dá)原理、導(dǎo)彈原理、車(chē)輛原理等，甚至可以被一些基礎(chǔ)理論課所借鑒，如數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程。應(yīng)用算例教學(xué)法有助于解決學(xué)生對(duì)理論課中復(fù)雜的公式和方程的畏難情緒，促使他們迎難而上，通過(guò)算例練習(xí)“馴服”這些方程和公式，并用之解決實(shí)際問(wèn)題。

在教學(xué)貼合實(shí)戰(zhàn)的教學(xué)改革過(guò)程中，有一種觀點(diǎn)就是要淡化專(zhuān)業(yè)理論課，強(qiáng)化學(xué)生的裝備維修動(dòng)手能力。在這種觀點(diǎn)的影響下，許多學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)理論課的學(xué)習(xí)深入不下去，往往浮于表面，反映理論課學(xué)不懂，學(xué)習(xí)理論課沒(méi)有用。實(shí)際上專(zhuān)業(yè)理論課對(duì)于夯實(shí)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)他們裝備保障工作中舉一反三和深入分析問(wèn)題的能力十分重要。算例教學(xué)法在一定意義上借鑒了構(gòu)造類(lèi)課程“精講多練”的思路，讓抽象的理論具體化，為專(zhuān)業(yè)理論課走出困境提供了一條思路。

總之，將算例教學(xué)法引入《火炮與自動(dòng)武器原理》課程中，借助算例來(lái)理解理論和應(yīng)用理論，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、促使學(xué)生深入理解課程內(nèi)容、更好地培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力以及批判和創(chuàng)新思維。算例教學(xué)法具有鮮明的專(zhuān)業(yè)理論課特色，有很好的推廣價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬福球，陳運(yùn)生，朵英賢.火炮與自動(dòng)武器[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2003.

[2]談樂(lè)斌.火炮概論[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

[3]張相炎，鄭建國(guó)，袁人樞.火炮設(shè)計(jì)理論[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

[4]才洪年，張玉城，徐秉業(yè)等.火炮身管自緊技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

[5]高樹(shù)滋，陳運(yùn)生，張?jiān)铝值?火炮反后坐裝置設(shè)計(jì)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1995.

[6]易聲耀，張競(jìng).自動(dòng)武器原理與構(gòu)造學(xué)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.