固体推进剂燃速测试实验教学研究

周星 鲍桐 邓蕾

摘要：采用主体式教学的方法，开展了靶线法测试固体推进剂药条燃速的实验教学，由学生负责该实验设备的调试和实验过程讲解，教师对学生提实验要求、实验材料，负责实验设备调试指导、讲解要点补充和检查实验结果。实验教学活动注重培养学生分析和解决问题的思路，提高了教学效果。

关键词：含能材料;固体推进剂;实验教学;燃速

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）06-0246-02

一、前言

随着高等教育体制改革的逐步深化，要求高校培养出来的人才在知识结构和能力上都具有较高的素质。实验教学是高等教育中培养具有创新能力、高素质人才的一个重要环节，越来越受大家的关注。

含能材料应用于陆、海、空及二炮各类武器系统，是完成发射、推进和毁伤的能源材料。随着现代战争对武器装备性能要求的进一步提高，对炸药、推进剂和发射药等含能材料的性能提出了更高的要求。国防科学技术大学军事化学与烟火技术专业开设了《含能材料及性能测试》课程，主要介绍含能材料的配方特点、性能测试的基本原理及测试方法，为硕士论文的研究工作及今后从事含能材料研制工作打下良好的基础。

实验教学作为学生创新意识和创新能力培养手段，已经越来越受到人们的关注[1，2]。固体推进剂燃速测试是《含能材料及性能测试》课程的实验教学内容之一，为提高教学效果，对实验教学方法进行了改革探索。

二、主体式实验教学方法

传统的实验教学是实验教师提前把实验所用的仪器设备准备好，由教师讲解实验目的、实验原理、实验步骤等内容。然后学生操作，得到实验数据，完成实验报告。在这种教学模式下学生思维只能跟教师走，学生虽然参与了实验教学活动，但实质上是处于被动接受的状态，这导致许多学生的实验技能和动手能力较差，而动手能力差又使学生畏惧实验课[3]。学生的主动性、积极性都受到一定的限制，创新能力和设计思想等各方面能力也无法得到训练。无法满足培养研究生的自主动手能力、实验方法设计能力和今后从事科研工作解决问题的能力的要求。

实验教学方法改革主要是改变不顾学生的个体差异，忽视学生的个性、能力、兴趣，按同一模式进行教学的方式。深化实验教学对学员动手能力、知识运用能力、分析解决问题能力和团队精神的培养，在实验教学过程中必须体现学员的主体地位，以此作为实验教学的出发点。

教学过程中进行分组，本组人员共同准备实验，并由担任组长的同学负责该实验设备的调试和实验过程讲解。教师对学生提实验要求、提供实验材料，负责实验设备调试指导、讲解要点补充和检查实验结果。使学生自己有目的、有步骤地去设计实验，完成实验任务，不再是简单、被动地验证基础知识，而是激发了学习的主动性，充分发挥了想象力和创造力，从而培养了学生的创新能力。

引导学生对实验过程的分析和处理能力，实验过程中可能会出现点火失败或测试数据错误的现象。此时，要鼓励学生通过讨论、分析实验中出现的现象，通过思考找出解决问题的方法。虽然实验过程中会出现许多问题，但正是这些问题的出现，提高了学生综合处理问题的能力。

三、固体推进剂燃速测试实验过程

燃速[4]是表征固体推进剂燃烧性能的一个重要参数，有两种表示方法，即线性燃速和质量燃速。线性燃速是指垂直于推进剂燃面的方向上，单位时间内推进剂被烧掉的长度。燃速压强指数是评定推进剂燃烧稳定性的重要指标之一，代表压强对推进剂燃速的影响程度。

靶线法测试原理是将包覆的试样钻孔穿入靶线，在规定的试验压强和温度下，记录试样在氮气中燃尽靶距长度所需的时间，计算出燃速。根据一定温度下不同压强下的燃速，可以计算出燃速压强指数。

首先由主讲教师在课堂上集中讲授固体推进剂靶线法燃速测试实验的目的、原理、注意事项，试样的制备方法和要求。根据研究生人数，分组，每组3～4人，分组轮流实验。

采用开放实验室方式，对定时、定人、定内容的实验教学进行改革。学生分组后，可以与教师预约实验室，利用课余时间到实验室进行实验准备，实验准备工作包括推进剂试样的包覆、压强传感器的标定、燃速仪燃烧室气密性的调试、燃速仪控制系统的操作等。这些工作需要运用多种课程知识，如推进剂试样的包覆涉及高分子化学的知识，压强传感器的标定涉及机械、控制相关知识，燃烧室气密性调试涉及机械知识，控制系统的操作涉及计算机软件、自动控制的相关知识，可以培养学生动手能力、集成和测试能力。

在实验准备过程中，教师按照GJB770B-2005《火药试验方法》的要求指导，培养了学生严谨的科学精神。教师设计一些科研活动中与实验相关的内容，引导学生在实验过程中对这些问题进行思考，使学生通过实验达到对基本知识、技能的系统化和完整化。

实验时，由各组学生负责介绍实验的基本原理、操作步骤、注意事项等内容，对于学生介绍不全面的内容或介绍有错误的内容，教师进行补充。教师指导学生的操作，发现问题及时给予原理性或方法性的引导。提倡同组学生间的沟通与合作，解决遇到的问题和难题。例如采用靶线法测试富燃料推进剂的燃速时，第一靶线和第二靶线的低熔点丝同时熔断，可能是由于燃烧后的残渣掉落，造成实验测试失败。针对这一实验现象，引导学生分析原因。学生通过小组讨论，认为由于富燃料推进剂中氧化剂含量低，金属含量高，燃烧后有大量炽热的金属残渣，金属残渣可能同时熔断两个靶线;另外，燃烧产物具有较强的导电性，造成测试系统采集的信号有干扰。采用绝缘胶布保护第一靶线和第二靶线的低熔点丝，有效防止了金属残渣同时熔断两个靶线，提高了实验的成功率。通过这种主体式实验教学，不仅锻炼了学生的专业技能，也提高了学生团队合作、理论联系实际的能力，从而提高了学生的综合素质。

实验结束后，由实验小组同学共同完成实验报告。实验报告的评定除了考核具体的诸如实验目的、实验原理、实验步骤和实验结论是否准确，重点放在实验的思考与讨论上，因为这部分最能体现学生对相关知识的理解，体现学生分析和解决问题的能力。每一小组实验方案不完全相同，最终的实验报告也会有所不同，这就避免了实验报告的雷同现象。实践表明，这种考核方式能明显地调动学生学习的积极性，增强思考和团队合作的能力。

四、主体式实验教学的优势

以能力培养为核心的主体式实验教学是创新的教学方式，学生能够亲自动手操作，现场亲身感受;进一步加深了学生对固体推进剂燃速测试知识的理解与掌握，较好地巩固了专业理论课程的教学效果;实验综合性强，很好地锻炼了学生综合利用知识解决实际问题的能力;扩大了学生自主实验的空间和想象，激发了学生的自主思考与创新意识;实验需要多人共同协作完成，培养了学生的团队协作能力。主体式实验教学具有以下优势。

1.教学与科研实践密切结合。通过科研项目中涉及的不同燃烧性能的固体推进剂药条燃速测试，加深学生对固体推进剂燃烧性能测试基本原理和概念的认识与理解，培养理论和实际相结合的良好作风，在锻炼学员动手能力的同时，训练其科研思路。

2.促进学员主动探索和分析问题。不同配方固体推进剂在相同压强下的燃速不同，同一配方固体推进剂在不同压强下的燃速也不同，促使学生进一步深入思考引起燃速差异的原因，激发他们进行深入研究和进一步探索的积极性。提高他们独立分析、归纳、总结的能力，激发他们继续探索的热情，培养各方面分析问题的能力。

3.实验设计的拓展性强。此实验教学可起到启发的作用，学生可以通过自学或交流，更深入地了解与燃烧性能测试相关的知识，如压强传感器的标定原理、靶线计时原理、恒压原理和机械密封原理。极大地拓宽了学生的知识面。

深入研究和大力推广主体式实验教学有利于提高研究生课程实验的教学效果。

参考文献：

[1]陈德碧，杨帆.应用型人才培养的实验教学改革实践[J].实验科学与技术，2010，8（4）：42-43，133.

[2]易昆南，于菲菲.在综合性、设计性实验中培养学生的创新能力[J].实验技术与管理，2007，24（8）：8-9.

[3]盛灿梅，蒋雪薇，李晓文，等.实验教学改革与素质教育的探索与实践[J].教学改革与创新，2006，4（8）：48-50.

[4]张炜，鲍桐，周星.火箭推进剂[M].北京：国防工业出版社，2014：104-105.