軍隊院校測控工程專業(yè)“測試、測量、檢測”類課程實驗手段改革的思考與實踐

李天梅 司小勝 張琪 鄭建飛

[摘 要] 針對電子測量技術(shù)課程在學(xué)員數(shù)量多與實驗儀器設(shè)備少之間存在的矛盾，出了一種基于虛擬儀器的遠程互動實驗?zāi)Ｊ浇ㄔO(shè)方案并開展了具體的實驗應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 實驗?zāi)Ｊ?虛擬儀器;遠程互動實驗

[基金項目] 國家自然科學(xué)基金青年基金“裝備測試性增長試驗理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”（61304103）

[作者簡介] 司小勝（1984—），男，甘肅通渭人，博士，教授，研究方向為可靠性工程;李天梅（1980—），女，河北青縣人，博士，講師（通信作者），主要研究方向為測試性分析、設(shè)計、驗證與評估。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0176-02? ? [收稿日期] 2019-10-30

一、精品課程與實驗建設(shè)

在火箭軍軍事斗爭準備和使命任務(wù)拓展為目標的牽引下，為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，以學(xué)校“圍繞一個目標、緊貼兩個需求、打牢三個基礎(chǔ)、實現(xiàn)四個轉(zhuǎn)變”的新一輪教學(xué)改革思路為指導(dǎo)，按照《軍隊優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)評審標準》和新版課程標準要求，合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，完善課程配套，加強教學(xué)團隊建設(shè)，豐富教學(xué)方法手段，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，建設(shè)一批信息化程度高、示范性強的精品課程，以點帶面，全面提高課程建設(shè)質(zhì)量。我校的電子測量技術(shù)課程經(jīng)過多年的建設(shè)，于2013年獲批建設(shè)為陜西省精品資源共享課。

實踐教學(xué)對于提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有重要作用。在新的歷史條件下，高等學(xué)校培養(yǎng)的人才，要具有創(chuàng)新精神和很強的工作能力，其中最重要的一個環(huán)節(jié)就是學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。而對于工科類精品課程，實驗建設(shè)是其重要組成部分，要求大力改革實驗教學(xué)形式和內(nèi)容，鼓勵開設(shè)綜合性、創(chuàng)新性實驗，鼓勵本科生參與科研活動。

二、電子測量技術(shù)課程與實驗建設(shè)

電子測量技術(shù)是面向我?！皽y控工程”專業(yè)大三生長干部學(xué)員開設(shè)的一門必修工程技術(shù)基礎(chǔ)課程。該門課程是以測量理論為基礎(chǔ)，綜合利用多種電子測量技術(shù)解決不同物理量測量問題的技術(shù)科學(xué)。是“控制系統(tǒng)儀器及其測試”與“控制系統(tǒng)綜合測試原理”等大四年級專業(yè)課程學(xué)習(xí)的先導(dǎo)課程。該課程對培養(yǎng)學(xué)員掌握測量理論，熟悉多種電子測量技術(shù)工作原理，從事電子測量技術(shù)的運用與研究具有重要作用。電子測量技術(shù)課程教學(xué)團隊經(jīng)過5年的教學(xué)實踐總結(jié)，分析發(fā)現(xiàn)，在該課程的教學(xué)過程中存在以下問題：

1.課程知識綜合性比較強，涉及知識面廣。涵蓋了高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路分析基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路、微機原理與接口技術(shù)等多門課的相關(guān)知識的運用，課程重點主要由誤差分析及數(shù)據(jù)處理基本理論與方法、測量系統(tǒng)靜態(tài)特性/動態(tài)特性分析、電壓/電流/電阻/時間/頻率/時域/頻域測量原理及誤差分析、測試系統(tǒng)開發(fā)與集成等。傳統(tǒng)的教學(xué)模式一般將理論教學(xué)與實踐教學(xué)分開進行，并由不同的教師分別負責(zé)，這種教學(xué)模式很容易導(dǎo)致理論與實踐的脫軌，在課堂上授課教師局限于理論知識的講解，常常使學(xué)生感到枯燥無味;在實踐中實驗教師又只注重實際操作，學(xué)生在動手實驗時又對理論知識印象不深。為了較好地體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)思想，鍛煉學(xué)生的動手能力，可將課堂理論講授環(huán)節(jié)和相應(yīng)的基本實驗環(huán)節(jié)融合在一起，在多媒體實驗室授課同時進行基本實驗項目的互動，保證學(xué)生在大部分的理論課堂上都有實際操作的實驗機會，邊學(xué)邊做的學(xué)習(xí)模式體現(xiàn)了理論與實踐的有機結(jié)合，必將獲得較好的教學(xué)和實踐效果。

2.學(xué)員結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，導(dǎo)致知識儲備薄厚不一。以測控專業(yè)一個班次53名學(xué)員組成為例，其中部隊生占17名，其余36名為地方高中入伍組成，對于36名地方高中入伍在前期的高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、數(shù)字電路、模擬電路、微機原理與接口技術(shù)等基礎(chǔ)課程中取得了比較優(yōu)異的成績，具備了學(xué)習(xí)該課程的基礎(chǔ)知識，而對于17名部隊生來說，學(xué)習(xí)這門課程需要具備的基礎(chǔ)知識就比較薄弱，而在有限的學(xué)時下，如何通過課堂教學(xué)模式和手段的改革保證這17名部隊生的學(xué)習(xí)效果，是一個需要研究的教育教學(xué)理論課題。

3.近年來隨著本科生規(guī)模逐步擴大，如測控專業(yè)每年招生規(guī)模在120人左右，而電子測量技術(shù)實驗室只有15臺套實驗設(shè)備，每次只能安排15人參加實驗操作，120個學(xué)生需要安排8個批次才能完成一個實驗，實驗周期長，實驗課教員保障能力不夠，實驗設(shè)備資源不足，而為了保證實驗效果，以及實驗經(jīng)費的約束下，需要創(chuàng)新實驗?zāi)Ｊ健?/p>

三、基于虛擬儀器的遠程互動實驗方案建設(shè)

1.構(gòu)建基于虛擬儀器的實驗框架體系。虛擬儀器技術(shù)是儀器與測量/檢測技術(shù)和計算機硬件與軟件技術(shù)的有機結(jié)合，其豐富的控件、圖形用戶接口、強大的數(shù)據(jù)處理功能和外部通訊接口功能等，非常適合作為測控技術(shù)與儀器、自動化、通信、電子工程等專業(yè)進行綜合性實驗的集成化通用平臺。本課題擬在實踐教學(xué)中采用虛擬儀器技術(shù)，即自行在基于PC總線的計算機平臺上開發(fā)通用的測量儀器設(shè)備，用開發(fā)的儀器設(shè)備作為實驗設(shè)備，組建相應(yīng)的測試實驗平臺，為學(xué)員從課程實驗、綜合應(yīng)用實驗和自主創(chuàng)新設(shè)計實驗搭建良好的實踐教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)員參加實驗教學(xué)的興趣，讓學(xué)員在掌握基本知識的同時，提高實踐性教學(xué)的質(zhì)量。同時開放課程實驗室，為學(xué)員進行設(shè)計性實驗提供自主學(xué)習(xí)機會，也為學(xué)員自行開發(fā)測試儀器、組建測試系統(tǒng)提供鍛煉的平臺，使學(xué)員實踐能力得到提升，創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。

2.構(gòu)建基于虛擬儀器的遠程互動實驗框架體系。虛擬儀器能提供功能強大的軟件開發(fā)平臺，為實現(xiàn)軟硬件綜合實驗，還需要提供虛擬儀器的硬件平臺，它是虛擬儀器顯示和處理的真實數(shù)據(jù)來源。虛擬儀器的硬件構(gòu)成可有多種形式，如計算機內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集卡，或通過計算機外總線構(gòu)成的獨立外置式系統(tǒng)、儀器或平臺。為便于實驗教學(xué)，將上述虛擬儀器測試平臺連接在實驗室的服務(wù)器上，其通過校園網(wǎng)連接，遠程可通過服務(wù)器申請實驗、交互的完成實驗（發(fā)送參數(shù);啟動實驗;返回測試結(jié)果，整個過程是交互進行的）。當(dāng)然，由于測試平臺硬件不可能分時工作，當(dāng)多個用戶申請實驗時，一個時刻智能允許一個用戶訪問，但是，由于測試速度較快，一般不會出現(xiàn)較長時間的等待情況，對用戶基本上可以認為是實時的?；诖?，學(xué)員可以隨時在宿舍通過網(wǎng)絡(luò)申請實驗、完成實驗、提交報告、網(wǎng)上答疑等，提高了實驗效率，也緩解了實驗室資源緊張的問題。

3.構(gòu)建基于虛擬儀器遠程互動實驗的創(chuàng)新“四位一體”教學(xué)法。通過構(gòu)建基于虛擬儀器遠程互動實驗?zāi)Ｊ娇蚣埽M一步的，在教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)員認知規(guī)律和學(xué)習(xí)特點，突出學(xué)員的能力培養(yǎng)，在教學(xué)實踐中探索出研究“四位一體”的教學(xué)模式，即開設(shè)“理論課”“實驗課”“自主實驗課”和“學(xué)術(shù)論文課”的教學(xué)活動。通過“四位一體”教學(xué)實踐，使學(xué)員具備四個方面的基本素質(zhì)，即理論水平、實踐能力、創(chuàng)新意識和工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)員四種融合能力，即：專業(yè)基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課的融合能力、基本原理、基本方法向工程技術(shù)的融合能力、理論知識向工程實踐的融合能力、從學(xué)知識到用知識的融合能力。

四、結(jié)束語

通過本課題的研究，主要是解決以下教學(xué)訓(xùn)練問題。1.通過基于虛擬儀器技術(shù)，借助校園網(wǎng)實現(xiàn)遠程互動實驗，相當(dāng)于把實驗室搬到教室，把儀器設(shè)備搬到教室，課上教員可以一邊理論講授一邊遠程操控實驗儀器設(shè)備，做到理論和實踐無縫銜接，有助于學(xué)員更好地理解理論知識，有效提高學(xué)習(xí)效果。2.采取基于虛擬儀器技術(shù)的遠程互動實驗?zāi)Ｊ剑瑢W(xué)員可隨時在遠地（如宿舍）通過網(wǎng)絡(luò)申請實驗、完成實驗、提交報告、網(wǎng)上答疑等，提高實驗效率，也可緩解實驗室資源緊張的狀況，并有效節(jié)省實驗條件建設(shè)經(jīng)費。3.基于虛擬儀器的遠程互動實驗?zāi)Ｊ娇梢宰龅焦膭铋_設(shè)綜合性、創(chuàng)新性實驗和研究型課程，鼓勵本科生參與科研活動，同時為大四年級開展畢業(yè)設(shè)計課題研究提供技術(shù)和知識儲備。

參考文獻

[1]徐杰，王娟，王安華.《電子測量技術(shù)》課程多角度教學(xué)改革的研究[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報，2013（3）：179-180.

[2]溫宏愿，劉增元.《電子測量技術(shù)》課程教學(xué)方法探討[J].價值工程，2013（11）：197.

[3]潭延亮，游開明，高峰.電子測量實驗教學(xué)改革探索[J].衡陽師范學(xué)院學(xué)報，2011（6）：144-146.

[4]趙同剛，王蒿，劉欣.電子測量實驗課程的教學(xué)改革和探索[J].實驗室研究與探索，2016（6）：181-184.