基于工程实践指向的弹道学课程教学设计与实施

赵建新 李 鹏 刘海平

（陆军工程大学石家庄校区火炮工程系，河北 石家庄 050003）

0 引言

弹道学作为研究弹箭在发射全过程中运动规律及伴随发生的有关现象的科学， 在军地高校兵器类专业的课程体系中是一门极其重要的理论课程。 课程旨在枪炮弹箭装备结构、运用等涉及的弹道问题共性原理，装备覆盖范围跨越口径、种类、军兵种限制，重在“知其然，更知其所以然”，强调“举一反三、触类旁通”，是武器装备技术、管理、运用等岗位上从业人员必备的专业理论基础。 弹道学上接普通物理、理论力学、材料力学等专业基础理论，下通武器装备构造学、设计理论、实验测试等专业方向课程以及勤务保养、检测维修、联调联试、指挥组训等军队岗位实践，在整个课程体系中发挥“承上启下”作用，在内容、方法上实现专业基础理论与武器装备工程应用之间的桥接， 是培树工程思维和创新思维的重要环节。另外，弹道学是属于工程热物理和应用力学范畴内的综合性学科，与燃烧学、热力学、传热学以及动力学等基本理论关系密切， 课程内容涉及大量基本概念、数学符号、方程和表达式，对学生的理论功底尤其是力学、数学基本功要求高，从比较意义上，学习综合难度较大，而且在教学过程中容易出现理论与实践脱节的窘境。鉴于此，侧重工程素养和实践能力培养， 本文阐述了弹道学课程在教学设计和实施上的一些经验做法，抛砖引玉，以期引起同行共鸣，促进课程教学质量的提高。

1 教学思路和内容设计总体考虑

弹道学理论性强、难度大是不争的事实，“难、繁、杂、散”往往是学生对课程的第一印象。如果从理论到理论，从方程到方程，课程教学就成了真正的“空中楼阁”。 因此，在理论与实践有机统一的理念加持下，秉承“贴近装备、服务工程、强化实践”的教学思路，注重课程的工程应用性，按照“强基础、重实用”的原则，以培养和提高学生分析和解决实际弹道问题的能力为目标，结合武器装备设计、运用过程中的典型弹道问题，按照“认识现象、分析机理、解决问题”的思路，综合运用课堂讲授、案例分析、分组研讨、算例开发、实验测试等教学方法，侧重基本概念的理解、基本理论的认识和基本方法的应用， 培养学生的自主学习能力、实践应用能力和工程创新能力，以达到“理论指导实践、实践反哺理论”的教学效果期望。

教学内容设计同样遵循理论联系实践的基本理念，以工程实践中的弹道现象和问题为背景，提出实际问题，初步认识问题“是什么”，引出课程内容；分析问题“为什么”，展开课程内容；最后解决问题，即“怎么办”。课程内容有了实践落脚点的同时，回过头来重新审视课程内容中的理论和方法，进一步深化对课程内容的认识和理解。 在打牢理论基本功的同时，设置实验测试模块强化学生的实践动手能力， 努力实现“理论学习—实验分析—方法应用” 三位一体的教学实施主线。

2 开展案例教学，确保理论联系实践的理念落地落实

2.1 依托装备工程实践， 强化对装备知识深层次的认知

遵循“是什么、为什么、怎么办”的基本思路，注重问题引入和思维启发，依托装备工程实践开展教学。以弹重对射击精度的影响为例， 首先让学生查看弹体表面的弹重标示，引出“为什么要标明弹重的偏差呢”这个问题。 通过启发式教学， 引导学生回忆弹道系数概念，在弹重与弹道系数之间建立起内在联系。弹重变化影响弹道系数，进而影响射程，出现射弹散布。 如何修正弹重偏差带来的影响？ 射表中专门设置了弹重符号修正项，通过简单计算就能修正弹重偏差带来的影响。通过火炮射击实践的牵引， 各个散布在不同内容模块的理论问题紧紧地联系在了一起。

2.2 与装备运用衔接，强化指挥和管理能力

弹道学本质上要为武器设计和运用服务，在讲授相关知识点时，还应尽量向武器使用操作聚焦。 比如在分析火炮内膛烧蚀磨损的现象与机理时，认识了现象、弄清了机理后，最终也要落脚到火炮使用操作应注意的一些问题上：遵守发射速度规定、擦拭炮膛、按要领装填炮弹等。 在工作中遇到类似问题时，学生不但知道应该怎么处理， 更知道为什么要这样处理，指挥和管理能力在理论课程中得到强化。

2.3 以实战案例为切入点带动理论教学

合适的战例能够成为理论教学的润滑剂、学习的振奋剂以及课堂与战场的黏合剂。 例如，在分析火炮射击精度时引入非常著名的黄土岭战斗案例。这次战斗是一次非常典型的炮兵作战过程，指挥、测距、修正等射击指挥要素全部涵盖。 通过这个战例，学生的思维一下子被拉到了战场上， 不但带动了理论教学，对相关知识要点的理解更加深刻，而且也在无形中培育了战斗精神，践行了课程思政的改革发展理念。

3 区分教学内容特点，多种方法并举，确保课堂质量

3.1 注重内容主线设计， 强化理论体系框架的整体认识

人们对知识体系框架的记忆时间远大于对知识要点的记忆时间，大脑中固化理论体系框架后，在工作中只需要判断待解决问题在框架中所处的位置，也就是要能定位解决问题的着力点， 至于具体怎么做，可以充分利用手边的有效资源寻求解决方案。 基于此，教学过程通过思维导图、逻辑框图等方式注重内容主线设计，努力让学生搭建起相对完整的理论体系框架，并通过反复强调的刺激，固化于心。内弹道模块强调“火药燃烧、燃气压力、弹箭运动”的内在关联，外弹道模块强调“大气特性、气动特性、弹道特性”的内在关联。

3.2 注重联系生活常识和感性认识， 强化基本概念的深刻理解

课程内容涉及的力学概念非常多，除关联理论力学外，还与流体力学、空气动力学、高等动力学存在一定联系，这些课程本科阶段并不开设。 为了使已学内容与所需内容之间无缝对接，需要认识和理解有关的重要力学概念，但受到有限学时的制约，这是课程教学过程中的一个“痛点”。 针对这个问题，教学过程注重联系生活常识，收到了较好效果。例如，在分析弹箭飞行过程中的气动力特性时，理解垂直于攻角平面的马格努斯力的形成机理需要流体力学中的伯努利方程作为知识储备。 课堂上讲清楚伯努利方程并不现实，于是结合“水面上静止的两艘小船，如果让小船中间的水流动起来， 那么两艘小船向中间位置靠拢”这样一个生活常识，建立起“流速越大、压力越小”的力学认识，在此基础上，理解马格努斯力形成机理时收到了事半功倍的效果。

3.3 注重网络优质资源应用，取长补短

虽然MOOC、中国大学公开课等在线教学平台没有相应或相近的优质课程资源，但这些在线教学平台上有一些关联内容的微课资源。 例如，空气阻力模块需要认识和理解摩擦阻力、涡流阻力和激波阻力三种机理不同的空气阻力形式， 这部分内容与空气动力学、车辆动力学对应内容有较高相似度。 在学习空气阻力时，优选《附面层分离》等微课视频，然后补充讲解飞机与弹箭飞行中的异同，学生很好地理解了涡流阻力的形成机理、影响因素和减小措施。

4 合理设计考核内容，教与学相互促进，确保形成良性闭环

4.1 设置开放性作业，引导发散思维

将平时作业设置为基础性和开放性两种类型。基础性作业侧重课程知识要点，巩固所学内容；开放性作业侧重基本概念、方法的认识和理解深度，侧重工程思维和发散思维训练。 例如，在布置空气阻力模块的课后作业时，回顾课程内容，梳理成自己的语言即可完成基础性作业。 “分析高尔夫球表面设计凹坑的原因”这样的开放性作业则需要开动脑筋，综合分析才能完成；反之，按部就班、生搬硬套则无法完成。

4.2 设置开放性讨论环节，强化基本理论的深刻理解

除装备案例、实战案例外，教学过程中还注意把一些研究型案例引入课堂， 并设计成开放性讨论环节。 比如，在弹箭飞行稳定性模块引入了一种抗红外诱饵弹飞行试验失稳案例。 在开放讨论基础上，基于所学内容逐步引导发现问题所在： 弹体结构不合理。案例引发浓厚的探究兴趣，更深化了学生对理论知识的理解。而且学生通过这些内容还能认识到弹道学并不是一个停滞的学科，它在不断取得新成果、新进展、新突破，拓宽了视野，启迪了思维。

4.3 设置实践模块和综合作业， 培养理论应用于实践的能力

弹道学理论、方法的发展完善离不开实验研究的支撑， 除在相关内容模块介绍典型弹道实验原理、方法以及典型测试仪器设备外，依托教学条件，设置膛内压力测试、阻力系数测试、射击精度评估和射表使用等实践教学模块。考虑数值计算方法在弹道学中广泛应用，分组协同完成弹道模型解算程序开发等综合作业，并用于装填发射条件对弹道性能影响分析等教学内容中，培养学生分析和解决实际问题的能力。

5 结语

弹道学是武器设计和运用的理论基础，对于提高兵器类专业学生的理论素养具有重要意义， 同时，其基本理论、方法对于诸如内膛损伤、身管寿命、射击精度、作战效能等武器运用中的若干现实问题具有指导意义，因此，课程在理论与实践之间的桥梁作用显著。着眼理论与实践统一，本文阐述了课程教学设计与实施方面的一些拙见，投砾引珠，以期促进课程教学效益的不断提高。