軍隊院校測控工程專業“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] 針對電子測量技術課程在學員數量多與實驗儀器設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模式建設方案并開展了具體的實驗應用。

[關鍵詞] 實驗模式;虛擬儀器;遠程互動實驗

[基金項目] 國家自然科學基金青年基金“裝備測試性增長試驗理論與關鍵技術研究”（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

在火箭軍軍事斗爭準備和使命任務拓展為目標的牽引下，為提高人才培養質量，以學校“圍繞一個目標、緊貼兩個需求、打牢三個基礎、實現四個轉變”的新一輪教學改革思路為指導，按照《軍隊優質課程建設評審標準》和新版課程標準要求，合理優化教學內容，完善課程配套，加強教學團隊建設，豐富教學方法手段，提高課堂教學質量，建設一批信息化程度高、示范性強的精品課程，以點帶面，全面提高課程建設質量。我校的電子測量技術課程經過多年的建設，于2013年獲批建設為陜西省精品資源共享課。

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

二、電子測量技術課程與實驗建設

電子測量技術是面向我?！皽y控工程”專業大三生長干部學員開設的一門必修工程技術基礎課程。該門課程是以測量理論為基礎，綜合利用多種電子測量技術解決不同物理量測量問題的技術科學。是“控制系統儀器及其測試”與“控制系統綜合測試原理”等大四年級專業課程學習的先導課程。該課程對培養學員掌握測量理論，熟悉多種電子測量技術工作原理，從事電子測量技術的運用與研究具有重要作用。電子測量技術課程教學團隊經過5年的教學實踐總結，分析發現，在該課程的教學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。涵蓋了高等數學、工程數學、大學物理、電路分析基礎、模擬電路、數字電路、微機原理與接口技術等多門課的相關知識的運用，課程重點主要由誤差分析及數據處理基本理論與方法、測量系統靜態特性/動態特性分析、電壓/電流/電阻/時間/頻率/時域/頻域測量原理及誤差分析、測試系統開發與集成等。傳統的教學模式一般將理論教學與實踐教學分開進行，并由不同的教師分別負責，這種教學模式很容易導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，常常使學生感到枯燥無味;在實踐中實驗教師又只注重實際操作，學生在動手實驗時又對理論知識印象不深。為了較好地體現以學生為主體的教學思想，鍛煉學生的動手能力，可將課堂理論講授環節和相應的基本實驗環節融合在一起，在多媒體實驗室授課同時進行基本實驗項目的互動，保證學生在大部分的理論課堂上都有實際操作的實驗機會，邊學邊做的學習模式體現了理論與實踐的有機結合，必將獲得較好的教學和實踐效果。

2.學員結構組成復雜，導致知識儲備薄厚不一。以測控專業一個班次53名學員組成為例，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學、工程數學、大學物理、數字電路、模擬電路、微機原理與接口技術等基礎課程中取得了比較優異的成績，具備了學習該課程的基礎知識，而對于17名部隊生來說，學習這門課程需要具備的基礎知識就比較薄弱，而在有限的學時下，如何通過課堂教學模式和手段的改革保證這17名部隊生的學習效果，是一個需要研究的教育教學理論課題。

3.近年來隨著本科生規模逐步擴大，如測控專業每年招生規模在120人左右，而電子測量技術實驗室只有15臺套實驗設備，每次只能安排15人參加實驗操作，120個學生需要安排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，實驗設備資源不足，而為了保證實驗效果，以及實驗經費的約束下，需要創新實驗模式。

三、基于虛擬儀器的遠程互動實驗方案建設

1.構建基于虛擬儀器的實驗框架體系。虛擬儀器技術是儀器與測量/檢測技術和計算機硬件與軟件技術的有機結合，其豐富的控件、圖形用戶接口、強大的數據處理功能和外部通訊接口功能等，非常適合作為測控技術與儀器、自動化、通信、電子工程等專業進行綜合性實驗的集成化通用平臺。本課題擬在實踐教學中采用虛擬儀器技術，即自行在基于PC總線的計算機平臺上開發通用的測量儀器設備，用開發的儀器設備作為實驗設備，組建相應的測試實驗平臺，為學員從課程實驗、綜合應用實驗和自主創新設計實驗搭建良好的實踐教學環境，激發學員參加實驗教學的興趣，讓學員在掌握基本知識的同時，提高實踐性教學的質量。同時開放課程實驗室，為學員進行設計性實驗提供自主學習機會，也為學員自行開發測試儀器、組建測試系統提供鍛煉的平臺，使學員實踐能力得到提升，創新能力得到培養。

2.構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平臺，為實現軟硬件綜合實驗，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據來源。虛擬儀器的硬件構成可有多種形式，如計算機內置的數據采集卡，或通過計算機外總線構成的獨立外置式系統、儀器或平臺。為便于實驗教學，將上述虛擬儀器測試平臺連接在實驗室的服務器上，其通過校園網連接，遠程可通過服務器申請實驗、交互的完成實驗（發送參數;啟動實驗;返回測試結果，整個過程是交互進行的）。當然，由于測試平臺硬件不可能分時工作，當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，一般不會出現較長時間的等待情況，對用戶基本上可以認為是實時的。基于此，學員可以隨時在宿舍通過網絡申請實驗、完成實驗、提交報告、網上答疑等，提高了實驗效率，也緩解了實驗室資源緊張的問題。

3.構建基于虛擬儀器遠程互動實驗的創新“四位一體”教學法。通過構建基于虛擬儀器遠程互動實驗模式框架，更進一步的，在教學過程中，根據學員認知規律和學習特點，突出學員的能力培養，在教學實踐中探索出研究“四位一體”的教學模式，即開設“理論課”“實驗課”“自主實驗課”和“學術論文課”的教學活動。通過“四位一體”教學實踐，使學員具備四個方面的基本素質，即理論水平、實踐能力、創新意識和工作作風，培養學員四種融合能力，即：專業基礎課向專業課的融合能力、基本原理、基本方法向工程技術的融合能力、理論知識向工程實踐的融合能力、從學知識到用知識的融合能力。

四、結束語

通過本課題的研究，主要是解決以下教學訓練問題。1.通過基于虛擬儀器技術，借助校園網實現遠程互動實驗，相當于把實驗室搬到教室，把儀器設備搬到教室，課上教員可以一邊理論講授一邊遠程操控實驗儀器設備，做到理論和實踐無縫銜接，有助于學員更好地理解理論知識，有效提高學習效果。2.采取基于虛擬儀器技術的遠程互動實驗模式，學員可隨時在遠地（如宿舍）通過網絡申請實驗、完成實驗、提交報告、網上答疑等，提高實驗效率，也可緩解實驗室資源緊張的狀況，并有效節省實驗條件建設經費。3.基于虛擬儀器的遠程互動實驗模式可以做到鼓勵開設綜合性、創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設計課題研究提供技術和知識儲備。

參考文獻

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