劉慧敏 韓峻 譚波 秦一平

[摘 要]火炮結(jié)構(gòu)原理是火炮專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是專業(yè)基礎(chǔ)課中的主干課。針對(duì)火炮結(jié)構(gòu)原理課程理論性強(qiáng)而系統(tǒng)性較弱的特點(diǎn)，提出能夠全面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的故障模擬教學(xué)法，然后以具體案例為例，說明故障模擬教學(xué)法的具體操作過程。分析過程表明該方法不僅有助于提高學(xué)生的綜合能力，還可充分培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力。多年的教學(xué)實(shí)踐證明，該方法可從很大程度上提升學(xué)生的學(xué)習(xí)寬度和深度，能夠切實(shí)提高教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]故障模擬法 火炮結(jié)構(gòu)原理 教學(xué)方法

[中圖分類號(hào)] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095-3437（2015）12-0139-03

火炮結(jié)構(gòu)原理是火炮專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是專業(yè)基礎(chǔ)課中的主干課，與后續(xù)的專業(yè)理論課程關(guān)系緊密。由于火炮結(jié)構(gòu)本身是涉及多學(xué)科的綜合體，使得該課程具有理論性、實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)。

在常規(guī)的教學(xué)過程中，教師通常按照教材的編排順序進(jìn)行講解，然后對(duì)課程進(jìn)行總結(jié)回顧。這種教學(xué)方式方便學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。但是由于采用的教材《火炮概論》一書中既有結(jié)構(gòu)原理，還有設(shè)計(jì)思想，既有典型分析，還有綜合論述，使得該課程內(nèi)容的跳躍度相對(duì)較大，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)需要有相關(guān)的理論基礎(chǔ)支撐才能很好地理解課程內(nèi)容。另外，課程中很多關(guān)于火炮結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容具有抽象性和結(jié)構(gòu)物理力學(xué)特性的非直觀性，很難激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極。此外，學(xué)生一直處于被動(dòng)接受知識(shí)的位置。研究表明，在傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”教學(xué)模式下，學(xué)生只能記憶約30%的內(nèi)容。[1]這些因素都在一定程度上影響了該門課程的授課效果。

針對(duì)該問題，本文提出一種新的教學(xué)方法——故障模擬教學(xué)法，并將其應(yīng)用于火炮結(jié)構(gòu)原理課程的授課中。

一、火炮結(jié)構(gòu)原理課程特點(diǎn)

火炮結(jié)構(gòu)原理課程屬于應(yīng)用型課程，也是一門難學(xué)的專業(yè)課程，主要原因在于該課程內(nèi)容涉及機(jī)械原理、機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電氣控制、動(dòng)力學(xué)、彈道學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，且偏重應(yīng)用和實(shí)踐，使得其系統(tǒng)性相對(duì)較弱。然而作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的授課效果對(duì)后續(xù)的火炮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、火炮隨動(dòng)系統(tǒng)等課程的學(xué)習(xí)有很大影響，從而對(duì)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)產(chǎn)生重要影響。

提高教學(xué)質(zhì)量是教育的不變主題。為了提高火炮結(jié)構(gòu)原理課程的授課質(zhì)量，本文結(jié)合課程特點(diǎn)，針對(duì)常規(guī)教學(xué)方法中的缺點(diǎn)，提出故障模擬教學(xué)法。

二、故障模擬教學(xué)法簡(jiǎn)介

模擬就是對(duì)真實(shí)事物或者過程可能現(xiàn)象的虛擬，在虛擬過程中表現(xiàn)出選定系統(tǒng)的關(guān)鍵特性。由此可見，模擬的關(guān)鍵在于系統(tǒng)有效信息的獲取、關(guān)鍵特性或表現(xiàn)的選定以及假設(shè)的應(yīng)用。

所謂故障模擬教學(xué)法就是在教學(xué)過程中首先對(duì)所講授內(nèi)容進(jìn)行分析，之后選定關(guān)鍵假設(shè)對(duì)象并認(rèn)為其故障，然后基于該故障對(duì)所講授對(duì)象進(jìn)行分析，最后厘清講授對(duì)象的工作原理。在火炮結(jié)構(gòu)原理教學(xué)中的故障模擬法主要指理性思維上的模擬。

在故障模擬教學(xué)方法中，假設(shè)對(duì)象的選取可以鍛煉學(xué)員的判斷力和邏輯思維能力，對(duì)假設(shè)的分析則有賴于學(xué)員對(duì)所掌握知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。作為啟發(fā)式教學(xué)方法的一種，該方法可充分活躍學(xué)生的思維。此外，故障分析的過程就是學(xué)生思考的過程，在學(xué)生對(duì)火炮結(jié)構(gòu)原理理論知識(shí)掌握程度有限的情況下，該方法可從一定程度上解決火炮結(jié)構(gòu)原理課程系統(tǒng)性較弱的問題，同時(shí)有利于將問題更加直觀的展示出來，也有利于學(xué)員創(chuàng)新思維、獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)和發(fā)展。

目前大多數(shù)故障模擬教學(xué)方法都采用故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)或者虛擬平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2] [3]，但由于火炮結(jié)構(gòu)原理課程研究對(duì)象的特殊性——聯(lián)動(dòng)動(dòng)作多且動(dòng)作時(shí)間短，例如法T100C緊湊型100毫米單管自動(dòng)艦炮，其最高射速為每分鐘90發(fā)[4]，即大約每0.7秒火炮的自動(dòng)機(jī)就要完成一次后坐和復(fù)進(jìn)運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，使得開展類似的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多困難。然而，火炮結(jié)構(gòu)原理課程在培養(yǎng)學(xué)生分析處理實(shí)際問題的能力方面要求較高。為了能夠讓學(xué)生消化理論知識(shí)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的自覺性，故障模擬教學(xué)法通過虛擬一個(gè)故障現(xiàn)象使講授對(duì)象成為一個(gè)工程問題。學(xué)生可以站在分析和處理實(shí)際工程問題的角度進(jìn)行分析和思考，通過相關(guān)的理論分析替代實(shí)作。該教學(xué)方式不僅可以提升學(xué)生的思考深度，也可提高其思考的全面性。

三、知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用舉例

北京理工大學(xué)出版社的《火炮概論》一書的第二篇中主要講述了火炮的工作原理及基本結(jié)構(gòu)。在該書第八章的2.8.4中闡述了供輸彈機(jī)構(gòu)的工作原理，該節(jié)提到了彈簧式輸彈機(jī)，并給出了該輸彈機(jī)的原理圖，如圖1[5]所示。

圖1 ? 彈簧式輸彈機(jī)原理圖

1炮彈，2掛臂，3卡鎖，4發(fā)射卡鎖，5輸彈簧，6閂體，7炮尾，8身管

《火炮概論》一書中對(duì)于該型輸彈機(jī)的工作原理僅進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述：“輸彈簧是在炮身復(fù)進(jìn)時(shí)被壓縮的，而在復(fù)進(jìn)之末開始伸張，進(jìn)行輸彈?！边@個(gè)描述中并未給出各零件之間的先后動(dòng)作關(guān)系，且彈簧的伸縮是由其他零件控制的。此時(shí)如果采用簡(jiǎn)單的敘述方法進(jìn)行講解，初學(xué)者將難以理解。

這時(shí)可以采用故障模擬法進(jìn)行講解，首先需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的分析。如果草率的選取故障點(diǎn)，不僅對(duì)結(jié)構(gòu)原理的理解沒有幫助而且浪費(fèi)時(shí)間。如果我們僅從和彈簧直接接觸的零件中選取，例如選取2為故障件，故障分析流程圖如圖2所示。

圖2 ? 假設(shè)2是故障件時(shí)故障分析流程圖

從圖2中可以看出，如果假設(shè)2是故障件，分析的結(jié)果不是和假設(shè)矛盾就是對(duì)理解其工作原理沒有幫助。由此可見，故障點(diǎn)的選取必須建立在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)之上。

針對(duì)本文的例子，系統(tǒng)分析就是站在火炮整體的角度來思考問題。供輸彈過程是火炮射擊循環(huán)的一部分，由于火炮是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，且各部分之間相互聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，必須將供輸彈過程和其他動(dòng)作聯(lián)合起來考慮。從圖1中可以看出該輸彈機(jī)的結(jié)構(gòu)形式是和楔式炮閂、楔式炮尾相適應(yīng)的。在火炮后坐過程中，在采用楔式炮閂的情況下，射擊后的空藥筒需要先從炮尾方向拋出才能裝填下一發(fā)炮彈，裝填結(jié)束之后，才能進(jìn)行輸彈工作。

根據(jù)該工作特點(diǎn)，結(jié)合圖1可以分析得知，能夠?qū)崿F(xiàn)“裝填結(jié)束后進(jìn)行輸彈”動(dòng)作的關(guān)鍵零部件是3和4。下面假設(shè)4為故障件，對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3 ? 假設(shè)4是故障件時(shí)故障分析流程圖

根據(jù)圖3，可以清楚的理解彈簧式輸彈機(jī)的工作原理。這種講解方式可以確定輸彈簧是在炮身復(fù)進(jìn)時(shí)被壓縮，然后進(jìn)行輸彈動(dòng)作。

從故障分析的過程中可以看出該教學(xué)方法的綜合性很強(qiáng)，如果面對(duì)基礎(chǔ)差異較大的學(xué)生，采用該方法進(jìn)行教學(xué)可能無法達(dá)到預(yù)期的效果。此時(shí)需要有針對(duì)性的提高系統(tǒng)分析部分在教學(xué)中的比重，從而將故障模擬教學(xué)方法的效果最大化。

從分析過程中可以看出，該講解方式還可以讓學(xué)員全面了解火炮的結(jié)構(gòu)原理。由于該方法迫使學(xué)生動(dòng)腦思考，能夠充分鍛煉學(xué)生在信息不夠確定的條件下獨(dú)立思考、獨(dú)立決策的能力，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析判斷故障的邏輯思維能力有很大的幫助作用。[6]

四、結(jié)語(yǔ)

故障模擬教學(xué)法變學(xué)生的被動(dòng)學(xué)習(xí)為自主學(xué)習(xí)。學(xué)生通過故障模擬分析，需要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行全面分析，主觀能動(dòng)性得到了充分發(fā)揮。由于故障模擬過程中需要確定合適的故障點(diǎn)，在故障點(diǎn)的確定過程中學(xué)生可能面臨多種可能性，因此在分析過程中需要學(xué)生復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容并從不同方面尋求答案，這有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的寬度和廣度，從而進(jìn)一步提高授課效果。此方法自2009年應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中以來，學(xué)生的主動(dòng)性、積極性得到了很大的提高，教學(xué)質(zhì)量也有了穩(wěn)步提升。

[ 注 釋 ]

[1] 王志陽(yáng).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)方法探討與實(shí)踐[J].湖北函授大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（2）.

[2] 姚春江，陳小虎，毋文峰，等.液壓系統(tǒng)故障模擬方法研究[J].機(jī)床與液壓，2009（12）.

[3] 魯?shù)酪?，賈寶柱，張均東.輪機(jī)故障模擬及仿真訓(xùn)練系統(tǒng)[J].船舶工程，2013（2）.

[4] http：//www.zgjunshi.com / Article / Class38 / Class49 / Class79 / 200503 / 20050308213012.html

[5] 談樂斌.火炮概論[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[6] 駱孟波.模擬教學(xué)法在汽車維修教學(xué)中的應(yīng)用[J].河北交通科技，2007（3）.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]