“制导技术”课程教学模式改革的探索与体会

朱建生 王曙光 陈栋

【摘要】文章针对“制导技术”的课程特点，结合新形势对人才培养提出的新要求，对基于校园网微课资源的翻转课堂教学模式进行了积极探索和尝试，以比例导引法教学为例，分析了教学实践的实施过程及需要注意的几个问题，以期为其他课程教学模式改革提供借鉴和参考。

【关键词】“制导技术”；比例导引法；翻转课堂

一、引言

“制导技术”是弹药工程与爆炸技术专业本科生的一门限选课，通过课程学习，主要让学员理解和掌握制导装置及其原理在弹药工程领域的技术应用。该课程涉及数学、力学和控制理论等相关知识，理论性较强，对于弹药工程相关专业本科学员来说，学习难度较大。本文以“比例导引法”教学为例，探索翻转课堂教学模式在“制导技术”课程教学中的应用。

二、课前学习安排

与传统课堂教学中的课前预习不同，翻转课堂教学模式中采用的是课前学习，包括线上自学与线下学习两部分内容。

（1）线上自学，根据教员提前下发的相应知识点，观看相关视频。

（2）线上学习，课前学员根据教员提前下发的课上讨论知识点进行视频学习、教材阅读、资料查阅、团队讨论，课后完成与知识点相对应的习题，进一步巩固学习知识点。

比例导引法教学内容包括比例导引法的弹目相对运动方程、弹道特性的讨论、比例系数K的选择以及比例导引法弹道仿真，共计4学时。课前给学员布置的预习任务包括两个方面。

（1）课前观看关于比例导引法的7个视频，并完成相应的讲间练习。

（2）尝试利用仿真软件，对比例导引法进行弹道仿真，并对结果进行分析。

三、课上讨论安排

在课堂时间里，要组织学员对课前学习内容进行深入讨论，有针对性地解决每个学员在课下学习过程中遇到的问题，并根据学员情况对所学内容进行理论与应用两方面的拓展。课堂讨论内容通常包括以下三个方面。

（1）课前所学内容的知识点讨论，并对各知识点之间的相互关系进行梳理，帮助学员认识其本质。

（2）完成一些习题，帮助学员掌握如何运用所学知识解决实际问题。

（3）如果有课下实验，可对课下实验中遇到的问题进行讨论，鼓励学员相互答疑，培养其协作意识和团队观念。

下面仍以比例导引法教学内容为例，介绍课堂讨论内容。

教员需根据在线测试情况，了解到大家对知识的掌握程度，在课前想好要在课堂上安排讨论的知识点如下（如果学员能够自己提出相关问题，则无需教员提问；如果学员没有提出这方面的问题，则需要教员来提问）。

（1）如何理解比例导引法的定义？

（2）比例导引法与其他导引方法之间的关系？

（3）比例导引法的弹目相对运动方程及求解？

（4）比例导引法的弹道特性及比例系数K的选择？

（5）如何理解比例导引法的实质？

（6）在导弹制导过程中，如何实现按比例导引？

课堂讨论以学员为主体，形式不限，可以口述，也可以板书。教员需根据学员讨论情况，把握讨论时间及讨论的方向，必要时加以引导。笔者在比例导引法教学过程中，引导内容如下，供参考。

问题1：比例导引法的定义，大家着重要掌握导弹速度矢量与目标瞄准线是如何按比例转动的。

问题2：比例导引法与其他导引方法之间有何关系？可以对比例导引法的导引关系式进行适当变化并积分，分析比例系数K取不同值时，比例导引法与追踪法、平行接近法之间的关系。

问题3：比例导引法的弹目相对运动方程组建立容易，但如何求解？这个方程要求得解析解比较困难，只能求数值解。数值解如何求呢？我们可以在计算机上采用某种语言和算法进行仿真，这儿采用Matlab进行仿真，初始条件如下。

K分别为3、5、7时的弹道曲线如图1所示，横坐标为水平距离，纵坐标为高度；过载曲线如图2所示，横坐标为时间，纵坐标为过载。

大家分析一下这组仿真结果，看看其中有什么规律？

这个仿真结果是否合理呢？可能有人会认为，既然K越大，弹道越平直，过载也应该越小才对，为什么在K=7时弹道前段法向过载反而更大呢？这是因为K越大，在弹道前段弹道越弯曲，导弹转弯需要较大的法向力，而此时导弹刚发射不久，速度较高，可用过载较大，能够充分利用导弹的机动能力；而弹道后段较为平直，导弹需要较小的法向过载，保证导弹具有较充裕的机动能力。这样一来，通过求解析解，我们可以加深对比例导引法的弹道特性的理解。

问题4：比例导引法的弹道特性及比例系数K的选择。那除了刚才分析的弹道曲线和过载曲线的变化规律，比例导引法还有哪些弹道特性呢？除了收敛特性，导航比K还受哪些因素影响，是否越大越好？

还要考虑可用过载的制约。由于弹体结构、材料强度、弹上仪器设备的承载能力等条件的制约，每种型号的导弹可能过载都是一定的，此外还要考虑制导系统的限制。概括起来，K的取值受弹道收敛特性、可用过载和制导系统的限制，使它既不能太大，也不能太小。工程实践表明，导航比K在3-6范围内取值比较合理。

问题5：比例导引法的实质就是：使导弹向着减少目标瞄准线转动角速度的方向运动，抑制目标瞄准线的旋转，即导弹的相对速度对准目标，保证导弹向着前置碰撞点飞行。

问题6：在导弹制导过程中，如何实现按比例导引？比例导引法作为一种制导律，它只是软件，那导弹按比例导引法制导还需要哪些硬件呢？

我们可以从比例导引法的定义来分析，比例导引法是导弹在飞行过程中速度矢量与目标瞄准线成比例转动，那导弹如何获得目标瞄准线的转动角速度？它又如何使自身速度方向发生改变？

要有测量目标瞄准线的转动角速度的装置，也就是测量系统，用于精确测定瞄准线的转动速率；还要有调整自身运动姿态的装置，即控制系统，用于控制导弹速度方向发生改变。只有这两个装置够不够？如果目标快速机动怎么办？由于具有制导精度高、制导系统结构简单容易实现等优点，目前比例导引法广泛用于采用寻的制导的大部分空空、地空导弹，用来对付活动目标。

四、课后学习安排

课后学习主要包括三部分内容。

第一，总结课内讨论的若干问题和知识点，将其绘制在一张图上，凸显相互之间的逻辑关系。下次课堂上，学员需要上交关系图，教员会评判学员的关系图，并展示自己绘制的关系图，供学员参考。

第二，基于已完成课堂讨论的内容，对比例导引法进行弹道仿真。

第三，对下次课的学习内容进行课前学习安排。

五、结束语

通过4个学时的教学试验，总体教学效果理想，学员学习积极性空前高涨，满意度较高，认为翻转课堂教学模式对自己分析问题、学习规划、团队协作等方面的能力提升帮助很大。因此，有必要对整门课程进行推广。但是，需要指出的是，实施翻转课堂教学方法，学员在课下可以根据自己的接受能力反复观看教学视频，但这并不能保证实施翻转课堂后的教学效果就一定优于传统教学模式，还要看在网络课堂与实体课堂的学员之间、师生之间能否进行深入讨论，有针对性地及时解决每个学员在学习过程中遇到的问题，这才是翻转课堂这种教学方法的核心价值。

【参考文献】

[1]于歆杰.以学生为中心的教与学：利用慕课资源實施翻转课堂的实践[M].北京：高等教育出版社，2015.

[2]金鑫鑫，常雪琴.高校基于翻转课堂的研讨式教学模式应用探析[J].兰州文理学院学报：自然科学版，2016（02）： 120-124.