地面武器機動工程創新實踐教學體系建設

摘 要 實踐教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神和實踐能力具有重要作用。為提升大學本科地面武器機動工程專業學生動手實踐能力、創新能力，結合專業技術的新發展，依據現代技術和教育教學理念，建設實踐技能鍛煉和創新能力培養有機結合的地面武器機動工程專業創新實踐教學體系。為大學生提供了動手操作、拓展訓練、設計仿真和自主設計開發的廣闊平臺，對提高學生學習的興趣和質量、實踐能力和創新能力具有極其重要意義。

關鍵詞 地面武器機動工程 實踐教學體系

中圖分類號：G482文獻標識碼： B

0 引言

21世紀美國研究型大學本科教育目標突出能力培養、強調探索與創新精神的培養。①我國“高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。”②實踐教學作為大學人才培養中的重要環節，對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神和實踐能力具有不可替代的重要作用。

北京理工大學地面武器機動工程專業創建于1950年，是從事軍用車輛教學和研究的本科生專業，是國家工業和信息化部重點專業，隸屬武器類，涵蓋各種地面武器機動平臺的系統設計與系統運用技術領域，在基礎理論以及工程應用領域中具有極其重要的地位。畢業生主要從事地面武器機動工程領域的產品開發、科研、教學和管理等工作。

目前，我國各個高校大學生的創新能力和實踐能力亟待培養和提高。③④⑤⑥實踐教育對應用型創新人才培養非常重要，本文結合北京理工大學地面武器機動工程國防重點專業建設，構建了坦克學創新實踐教學體系。

1 專業方向與課程體系介紹

國防人才是新軍事革命下保證未來戰爭優勢的關鍵因素之一。作為我國高校中從事軍用車輛教學和研究的本科生專業，北京理工大學地面武器機動工程專業適應世界新軍事變革要求，結合專業技術的新發展，基于新的課程體系和實踐教學不斷線的要求，確定專業培養方向。目前，專業共有軍用車輛設計與制造工程、軍用車輛電子信息化工程和軍用車輛驅動系統工程三個培養方向。

按照專業培養方向，建設地面武器機動工程專業課程體系。體系包括理論課程體系和實踐課程體系。主要由坦克構造、坦克理論、坦克設計、液壓與液力傳動、車輛試驗學等組成；實踐課程體系由坦克拆裝、坦克駕駛、生產實習、試驗選修、畢業設計等組成，見圖1。學生培養以軍用車輛設計與制造工程方向為主，在選修課的安排上兼顧其余兩個專業方向。

圖1 專業課程體系

2 專業教學創新實踐體系

服務于理論課程，建設教學創新實踐體系。實踐創新體系包含4個方面（圖2）：工程實踐模塊、性能試驗模塊、虛擬試驗模塊、自主試驗模塊。4個模塊之間是互相支撐和促進，如工程實踐模塊是熟悉部件結構，同時為性能試驗做結構準備；性能試驗模塊完成部件或系統、回路試驗，可進一步熟悉和改進結構，并為虛擬試驗提供有效的數據。

2.1 工程實踐模塊

工程實踐模塊主要服務于坦克構造、液壓與液力傳動、車輛傳動、車輛懸掛技術等課程，為課程提供可供拆裝的部件，進行傳動系統原理展示（圖3），提供綜合傳動裝置、液力變矩器、離合器、制動器、泵馬達、減振器等性能試驗拆裝平臺等。

圖2 教學創新實踐體系關系圖

圖3 零差速雙流傳動原理教學實踐平臺

2.2 性能試驗模塊

性能試驗模塊主要服務于坦克行駛原理、坦克設計、液壓與液力傳動、車輛電子學、車輛傳動、車輛懸掛技術等課程，為理論課程學習提供部件性能試驗，理解車輛綜合電子工作原理，加深理論課程的學習。

（1）傳動裝置機械操縱系統演示試驗。傳動裝置機械操縱系統演示試驗平臺（圖4）以某裝甲步戰車傳動裝置及其機械操縱裝置為試驗對象建設，平臺采用調速電機代替發動機以不同轉速運轉，學生親自操縱機械操縱裝置實現換擋、轉向，通過觀察窗觀察換擋機構的動作，熟悉操縱機構的結構和工作原理。

圖4 傳動裝置機械操縱系統演示試驗

（2）傳動及其控制系統試驗。傳動及其控制系統試驗平臺（圖5）采用共直流母線電封閉方式，對被試傳動部件，如綜合傳動裝置、變矩器、離合器、泵馬達等進行性能試驗。驅動電機從直流母線獲取電能驅動被試部件，以發電機進行加載，發電機發出的電力再反饋給直流母線用以驅動電機，外部電網只需補償系統因摩擦、攪油而損失的功率。在教師的指導下，學生自己動手組建試驗臺，完成試驗。既學習了部件的性能、特點，又學習試驗臺的組成、原理，增長了知識，提高了實踐能力。

圖5 綜合傳動性能試驗

在傳動及其控制試驗平臺上還可以完成液壓元件、回路性能試驗，摩擦元件特性等試驗。

（3）可控懸架系統仿真試驗。在可控懸架系統仿真試驗平臺上學生自主試驗和仿真開發試驗，讓學生充分了解坦克車輛的行駛惡劣條件，熟悉坦克懸掛系統及其減震器的工作原理，建立坦克行走的直觀感性認識和理論認知。滿足地面武器機動工程專業本科生坦克學實驗教學要求，并能有力支持地面武器機動工程專業相關課題創新設計，如半主動和主動懸掛控制特性試驗：通過調整和控制阻尼與剛度參數，改變液氣懸掛的特性。

（4）綜合電子信息系統演示試驗。綜合電子信息系統演示試驗平臺由七臺仿真終端以及相關總線組成（圖6）：主控終端、駕駛員終端、炮長終端、車長終端、駕駛員外圍設備終端、炮長外圍設備終端、車長外圍設備終端以及電子綜合化系統總線性能分析終端。平臺能夠實現功能演示、乘員操作訓練、在線故障診斷、性能分析與設計功能。使學生可以了解坦克綜合電子信息系統的組成和相關關系、工作流程等，還可以進行綜合電子信息系統的開發等。

圖6 綜合電子信息系統演示平臺

（5）火控系統演示試驗。火控系統演示試驗平臺由模擬炮塔和控制臺兩部分組成。炮塔內安裝現代坦克車、炮長射擊所涉及的炮長瞄準鏡、炮長熱像鏡、火控計算機、炮長操縱臺等火控系統仿真部件以及一定的環境部件。控制臺內安裝三組計算機、顯示器和網絡系統，用于對系統的工作進行控制和演示。平臺采用HLA通訊協議將炮長、車長及控制臺所屬的多臺計算機聯網。計算機營造的虛擬戰場環境，使人員有一種身臨其境的感覺，可以像在實車內一樣進行各種射擊操作。

平臺依據現代火控系統具有的“穩像”（指揮儀式）、“裝表”（擾動式）、“應急”、“自動跟蹤”、“炮射導彈”、“對空”射擊，車長超越調炮和超越射擊等功能，以及原地、行進、傾斜等不同的射擊方式，建立起相應的仿真數學模型，模擬出武器系統的作戰性能。

2.3 虛擬試驗模塊

在專業學生的培養計劃中，實踐類課程占有很大的比重，需要完成的實驗有：車輛動力特性試驗，車輛部件性能試驗，車輛懸架性能試驗等。有些實驗是無法采用實物進行試驗，這樣就需要開展虛擬試驗。虛擬試驗實現現創新實踐操作與理論教學的有機融合，鍛煉學生解決工程問題的工作能力和創新思維。

（1）虛擬數字仿真試驗。虛擬數字仿真試驗平臺培養學生自己動手建造坦克傳動部件的動力學、運動學特性；熟悉坦克機動性戰術技術性能指標和意義，與視景聯系起來進行運動學和動力學仿真試驗；培養學生自己動手組建虛擬坦克（圖7），對坦克進行分解、裝配、賦予動力學特征；輔助液壓傳動課程教學，使學生熟悉和鞏固各種車輛液壓傳動部件的工作原理和工作過程；增加學生的實踐和創新能力，提供平臺給部分有開拓精神的學生自主設計、自主開發車輛動力學、運動學應用。

（2）虛擬駕駛試驗。虛擬駕駛試驗平臺由虛擬駕駛艙和控制臺兩部分組成。虛擬駕駛艙以我軍裝備的某型新一代裝甲車駕駛艙為原型設計，操縱臺、儀表板采用原車部件，由兩臺液晶顯示器組成120視界的虛擬場景。控制臺用來生成虛擬場景，提供各種訓練科目，并且能夠同步展示駕駛艙內的視景。虛擬駕駛試驗平臺提高學生的學習興趣的同時，使學生熟悉坦克駕駛艙的布置、進行虛擬場景的設計和提高虛擬試驗的電氣開發能力。

（3）基于網絡的虛擬教學平臺。基于網絡的虛擬教學平臺（圖8）是基于普適計算技術，建設的具有明顯智能空間特點、開放式、⑦能為專業教學和科研服務的遠程教學系統，提供專業《坦克學》課群的交流互動平臺。⑧網絡連接良鄉校區和相關各兵工單位，實現創新實踐操作與理論教學的有機融合，鍛煉學生解決工程問題的工作能力和創新思維，建立討論交流的文化氛圍，虛擬實驗室目前建立的BBS技術交流平臺和FTP論文及資料資源庫，使得在試驗過程中出現的技術問題可以迅速解決；對于一些具有專題性質的技術話題，也可以起到充分討論和深入理解的作用。

圖8 虛擬實驗室教學系統總體框架圖

2.4 自主試驗模塊

教學創新實踐體系中集中體現創新思想的是自主試驗模塊。自主試驗模塊提供給學生更廣闊的設計空間，最大限度地挖掘創新潛能，培養同學們的創新思維。

自主創新模塊包括軍用機器人自主設計平臺（圖9）、地面力學識別平臺、車輛傳動原理自主試驗平臺、控制策略仿真試驗平臺等。

隨著科學技術的進步，機器人正在科學探索、災難救援、生活服務和軍事作戰各個領域內扮演著越來越重要的角色。應用于軍事領域的微小型軍用機器人，融合了人工智能、控制理論、電子信息系統和機械設計與制造等各個學科最尖端的技術。機器人自主設計平臺開展移動機器人運動控制技術、基于多傳感器數據融合時變環境下自主路徑規劃技術、立體視覺及導航技術等研究，培養學生的自主創新能力和多交叉學科自主學習能力。

地面力學識別平臺完成車輛與路面之間的相互作用研究，包括履帶車輛、輪式車輛，研究地面對車輛的作用；車輛傳動原理自主試驗平臺通過學生自己動手組建傳動機構，探索新型的傳動形式；控制策略仿真試驗平臺需要同學們自己開發車輛的控制策略、控制算法，通過半實物仿真研究車輛控制的優劣，從控制技術、試驗技術、傳動技術等多方面培養學生的自主創新和實踐能力。

圖9 機器人自主設計

3 結束語

為提升大學本科地面武器機動工程專業學生動手實踐能力、創新能力，結合專業技術的新發展，依據現代技術和教育教學理念，建設實踐技能鍛煉和創新能力培養有機結合的地面武器機動工程專業創新實踐教學體系。為國家培養滿足國防建設需要、適應軍用車輛工程產品設計開發、制造和研究、知識結構合理、基礎扎實、適應面廣、素質全面、研究及創造力強的研究型拔尖人才。地面武器機動工程專業創新實踐教學體系包括了工程實踐、性能試驗、虛擬試驗和自主試驗四個互相關聯、互相支撐的實踐模塊，為大學生提供了動手操作、拓展訓練、設計仿真和自主設計開發的廣闊平臺，對提高學生學習的興趣和質量、實踐能力和創新能力具有極其重要意義。

注釋

① 張玉平，秦惠潔，黃振寶.淺談研究型大學的本科實踐教學體系.實驗室研究與探索，2005.3(24):62-65.

② 中國高等教育法，1999.

③ 侯龍清，楊鳳，徐紅梅.高等院校實驗室建設與管理的改革及實踐.東華理工大學學報(社會科學版)，2008.1(27):91-93.

④ 侯傳亮.實踐教育依托下的機械類專業應用型創新人才培養.廣西輕工業，2009.6(127):144-145.

⑤ 陳國秋，張鳳都，著眼應用型人才培養大力開展實踐教學體系建設，武漢商業服務學院學報，2007.4(21):65-66.

⑥ 鄭春龍，邵紅艷.以創新實踐能力培養為目標的高校實踐教學體系的構建與實施.中國高教研究，2007.4:85-86.

⑦ 李秀瀅，彭靜，王建新.淺析應用型人才培養模式下開放性實踐教學體系建設.實驗技術與管理，2010.3(27):209-211.

⑧ 魏巍，陶文錦，閆清東.基于視景仿真技術的虛擬實驗室教學信息平臺系統.實驗技術與管理，2010.3(27):78-81.