《火炮与自动武器原理》算例教学法实践

杜中华 赵建新

【摘 要】闡述了《火炮与自动武器原理》课程引入算例教学法的初衷、算例教学法的具体实施、实施效果以及推广建议。算例教学法借助算例将理论和实际结合起来，能使学生更好地理解和应用理论，培养他们解决问题的能力以及形成批判和创新思维，具有很好的推广价值。

【关键词】火炮与自动武器原理;算例教学法;能力培养

中图分类号： E924 文献标识码： A 文章编号： 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 引入算例教学法的初衷

《火炮与自动武器原理》是兵器工程专业的核心课程。历年来，该课程都是学生反映比较困难的课程，其突出的特点就是符号多、公式多、方程复杂。以往教学过程中，通常是推导方程和公式，然后进行一些结合实际的定性分析。方程和公式没有得到充分利用，甚至在一些部分，如自动机部分，只是告诉学生怎么建立自动机运动微分方程，至于这个方程怎么求解，如何利用求解结果分析实际问题却介绍很少。如此，学生学到的理论不能与实际结合，理解较为肤浅，甚至见到公式和符号就有一种排斥心理。客观上，一些方程也十分复杂，如炮身部分的应力应变公式很难通过简单手工计算得到结果;反后坐部分和自动机部分的方程要全部内容学习完毕才能将复杂的微分方程建立起来，求解起来更是困难。总之，课程中复杂的符号、公式和方程成了学生学习的“拦路虎”[1，2，3]。

可以看出，该课程存在的主要问题是理论和实际结合不够深入，其原因在于公式和方程应用不起来。为此考虑从火炮与自动武器装备实际中提取问题，借助编程语言，用方程和公式对这些问题进行分析，这样可以将抽象的理论变成直观的装备数据和曲线，使学生更容易理解理论，另一方面也可以锻炼学生解决实际问题的能力。这种教学方法以课程理论为基础，以装备实际问题为依托，以编程语言为工具，可以称之为算例教学法。

目前学生基本都有个人笔记本，编程语言可以选用matlab，编程效率高，易于上手。让学生把个人笔记本搬进课堂，把理论讲解和编程解决实际问题结合起来，使学生不但被动听，还能动手练和主动想，丰富了课堂的实施形式，避免了理论课常见的“填鸭式”、“满堂灌”的现象。

2 算例教学法的实施

首先，建立基于课程理论的完整的火炮与自动武器原理实装算例库。课程三大部分内容中，炮身部分侧重身管强度分析，包括高低温压力曲线、单筒身管强度、自紧身管强度等;反后坐部分侧重受力分析，包括炮膛合力、驻退机力、后坐复进运动等;自动机部分侧重各种自动机运动微分方程的建立和求解，包括构件在弹簧作用下运动、多工作构件运动分析、构件碰撞的处理等[2，3，4，5]。为强化学生的编程基本功、使他们及早掌握编程工具来分析实际问题，算例练习贯穿每一次课;算例设计由浅入深，符合学生认知习惯，在每个大部分结束后会有一个综合算例，锻炼学生解决复杂实际问题的能力。课程共设计了40余个实装算例，并集结出版了《火炮与自动武器原理数值算例》教学参考书。

其次，塑造与算例教学配套的精讲课程框架体系。由于引入算例课堂练习的环节，以往讲授内容须进行大幅度压缩和调整。简单内容、一些知识点细节让学生课下自学，课堂主要针对核心理论进行精讲;对一些复杂的公式推导予以简化，强调思路，强化结论的实际运用;对一些原理相同的部分予以合并，如将后坐制动器和复进节制器都归为驻退机原理，将自由后坐和炮口装置原理予以合并，将后坐部分的后坐和复进的受力和运动分析放在一起进行研究，将前冲炮和浮动炮原理予以合并[2，3，4，5]。课程框架的调整，使得 “精讲多练”模式成为可能，通过试用和完善，课程重点更加突出，适合算例教学的实施节奏。

最后，形成可行的算例教学课堂实施办法。课前指导学生安装matlab软件;课堂上首先由教员对理论部分精讲，而后布置实装算例，学生通过编程应用理论分析和解决实际问题，最后师生就分析结果进行深入讨论。对于编程语言matlab，一开始学生可能很生疏，由老师带着学生一起编，后续让学生自己编，甚至开展一些小组竞赛，再往后就可以留给学生课下完成。

3 算例教学法的效果

理论上，算例教学法让学生在课堂上有了“练习”的机会，可以培养学生利用理论解决实际问题的能力，让学生从对复杂方程和公式的“畏之如虎”变为“骑虎而行”，实际的教学效果究竟如何呢？我们对推行算例教学法的教学班进行了问卷调查。在“课程的成功之处”中学生反馈的关键词包括：“直观形象”、“有意思”、“有兴趣”、“理解更深刻”;“动手和思考能力”、“解决问题能力”、“工作有用”;“教学模式变化”。在“课程学习过程中印象最深的内容或者事件”中学生反馈的关键词包括：“编程”、“大作业”;“教员热心”;“新技术”、“课堂氛围活跃”。在“课程学习后最大的收获或者认识”中学生反馈的关键词包括：“了解火炮原理”、“编程能力提高”;“学习方法”、“用计算机解决问题”、“新思路”、“搞创新”。可以看出学生对算例教学法十分认可的，其突出表现为：化抽象为具体，理论更易理解;强化了编程能力，解决实际问题能力增强;课堂氛围活跃，学生兴趣浓厚。

非但如此，算例教学法也引发了良好的师生互动，师生对《火炮与自动武器原理》课程的理论理解更为深刻。借助算例教学，我们认识到原有理论中存在的一些不足（如目前身管压坑允许深度曲线偏于保守），形成了诸多新的认识和发现（如驻退机支流液压阻力可以忽略），发现了一些需要研究的问题（如自紧身管反向屈服后的应力情况）。课程组据此发表相关研究论文30余篇，这些成果分享给学生，很好地培养了学生的批判学习思维，激发了他们探究真理的热情。

基于算例教学法的思考和讨论，师生还碰撞出了许多关于火炮与自动武器的创造性火花和灵感。在研究厚壁圆筒理论时，借助算例发现，不管在身管内还是身管外施加高压，身管内壁都会率先发生塑性变形，这就激发了一种全新的自紧身管的加工方式——外自紧;目前不同火炮反后坐装置类型差异很大，这给火炮设计和保障带来很大不便，可以采用一种通用电控阀门来实现各种液流漏口变化规律;活门式驻退复进机可以简化一个活门。基于这些火花，课程组申请了30余项发明专利，其中7项已经获得授权。这些专利是对师生创造性思维的肯定，也在学生心中埋下了创造和革新的种子。

经过近5年的教学实践，算例教学法在《火炮与自动武器原理》課程中得到了很好地运用，破解了理论不能深层次应用的瓶颈，实现了课程改革的初衷，甚至在对学生批判和创新思维的培养上给课程组带来了意外的惊喜。

4 算例教学法推广思考

算例教学法可推广到所有的装备专业理论课程，譬如弹道学原理、火炸药原理、雷达原理、导弹原理、车辆原理等，甚至可以被一些基础理论课所借鉴，如数学、力学、机械设计等课程。应用算例教学法有助于解决学生对理论课中复杂的公式和方程的畏难情绪，促使他们迎难而上，通过算例练习“驯服”这些方程和公式，并用之解决实际问题。

在教学贴合实战的教学改革过程中，有一种观点就是要淡化专业理论课，强化学生的装备维修动手能力。在这种观点的影响下，许多学生对专业理论课的学习深入不下去，往往浮于表面，反映理论课学不懂，学习理论课没有用。实际上专业理论课对于夯实学生的专业素养，培养他们装备保障工作中举一反三和深入分析问题的能力十分重要。算例教学法在一定意义上借鉴了构造类课程“精讲多练”的思路，让抽象的理论具体化，为专业理论课走出困境提供了一条思路。

总之，将算例教学法引入《火炮与自动武器原理》课程中，借助算例来理解理论和应用理论，能激发学生学习热情、促使学生深入理解课程内容、更好地培养学生解决问题的能力以及批判和创新思维。算例教学法具有鲜明的专业理论课特色，有很好的推广价值。

【参考文献】

[1]马福球，陈运生，朵英贤.火炮与自动武器[M].北京：北京理工大学出版社，2003.

[2]谈乐斌.火炮概论[M].北京：北京理工大学出版社，2014.

[3]张相炎，郑建国，袁人枢.火炮设计理论[M].北京：北京理工大学出版社，2014.

[4]才洪年，张玉城，徐秉业等.火炮身管自紧技术[M].北京：国防工业大学出版社，1997.

[5]高树滋，陈运生，张月林等.火炮反后坐装置设计[M].北京：兵器工业出版社，1995.

[6]易声耀，张竞.自动武器原理与构造学[M].北京：国防工业出版社，2009.