军队院校测控工程专业“测试、测量、检测”类课程实验手段改革的思考与实践

李天梅 司小胜 张琪 郑建飞

[摘 要] 針对电子测量技术课程在学员数量多与实验仪器设备少之间存在的矛盾，出了一种基于虚拟仪器的远程互动实验模式建设方案并开展了具体的实验应用。

[关键词] 实验模式;虚拟仪器;远程互动实验

[基金项目] 国家自然科学基金青年基金“装备测试性增长试验理论与关键技术研究”（61304103）

[作者简介] 司小胜（1984—），男，甘肃通渭人，博士，教授，研究方向为可靠性工程;李天梅（1980—），女，河北青县人，博士，讲师（通信作者），主要研究方向为测试性分析、设计、验证与评估。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）35-0176-02    [收稿日期] 2019-10-30

一、精品课程与实验建设

在火箭军军事斗争准备和使命任务拓展为目标的牵引下，为提高人才培养质量，以学校“围绕一个目标、紧贴两个需求、打牢三个基础、实现四个转变”的新一轮教学改革思路为指导，按照《军队优质课程建设评审标准》和新版课程标准要求，合理优化教学内容，完善课程配套，加强教学团队建设，丰富教学方法手段，提高课堂教学质量，建设一批信息化程度高、示范性强的精品课程，以点带面，全面提高课程建设质量。我校的电子测量技术课程经过多年的建设，于2013年获批建设为陕西省精品资源共享课。

实践教学对于提高学生综合素质，培养学生的创新精神与实践能力具有重要作用。在新的历史条件下，高等学校培养的人才，要具有创新精神和很强的工作能力，其中最重要的一个环节就是学生实践能力的培养。而对于工科类精品课程，实验建设是其重要组成部分，要求大力改革实验教学形式和内容，鼓励开设综合性、创新性实验，鼓励本科生参与科研活动。

二、电子测量技术课程与实验建设

电子测量技术是面向我校“测控工程”专业大三生长干部学员开设的一门必修工程技术基础课程。该门课程是以测量理论为基础，综合利用多种电子测量技术解决不同物理量测量问题的技术科学。是“控制系统仪器及其测试”与“控制系统综合测试原理”等大四年级专业课程学习的先导课程。该课程对培养学员掌握测量理论，熟悉多种电子测量技术工作原理，从事电子测量技术的运用与研究具有重要作用。电子测量技术课程教学团队经过5年的教学实践总结，分析发现，在该课程的教学过程中存在以下问题：

1.课程知识综合性比较强，涉及知识面广。涵盖了高等数学、工程数学、大学物理、电路分析基础、模拟电路、数字电路、微机原理与接口技术等多门课的相关知识的运用，课程重点主要由误差分析及数据处理基本理论与方法、测量系统静态特性/动态特性分析、电压/电流/电阻/时间/频率/时域/频域测量原理及误差分析、测试系统开发与集成等。传统的教学模式一般将理论教学与实践教学分开进行，并由不同的教师分别负责，这种教学模式很容易导致理论与实践的脱轨，在课堂上授课教师局限于理论知识的讲解，常常使学生感到枯燥无味;在实践中实验教师又只注重实际操作，学生在动手实验时又对理论知识印象不深。为了较好地体现以学生为主体的教学思想，锻炼学生的动手能力，可将课堂理论讲授环节和相应的基本实验环节融合在一起，在多媒体实验室授课同时进行基本实验项目的互动，保证学生在大部分的理论课堂上都有实际操作的实验机会，边学边做的学习模式体现了理论与实践的有机结合，必将获得较好的教学和实践效果。

2.学员结构组成复杂，导致知识储备薄厚不一。以测控专业一个班次53名学员组成为例，其中部队生占17名，其余36名为地方高中入伍组成，对于36名地方高中入伍在前期的高等数学、工程数学、大学物理、数字电路、模拟电路、微机原理与接口技术等基础课程中取得了比较优异的成绩，具备了学习该课程的基础知识，而对于17名部队生来说，学习这门课程需要具备的基础知识就比较薄弱，而在有限的学时下，如何通过课堂教学模式和手段的改革保证这17名部队生的学习效果，是一个需要研究的教育教学理论课题。

3.近年来随着本科生规模逐步扩大，如测控专业每年招生规模在120人左右，而电子测量技术实验室只有15台套实验设备，每次只能安排15人参加实验操作，120个学生需要安排8个批次才能完成一个实验，实验周期长，实验课教员保障能力不够，实验设备资源不足，而为了保证实验效果，以及实验经费的约束下，需要创新实验模式。

三、基于虚拟仪器的远程互动实验方案建设

1.构建基于虚拟仪器的实验框架体系。虚拟仪器技术是仪器与测量/检测技术和计算机硬件与软件技术的有机结合，其丰富的控件、图形用户接口、强大的数据处理功能和外部通讯接口功能等，非常适合作为测控技术与仪器、自动化、通信、电子工程等专业进行综合性实验的集成化通用平台。本课题拟在实践教学中采用虚拟仪器技术，即自行在基于PC总线的计算机平台上开发通用的测量仪器设备，用开发的仪器设备作为实验设备，组建相应的测试实验平台，为学员从课程实验、综合应用实验和自主创新设计实验搭建良好的实践教学环境，激发学员参加实验教学的兴趣，让学员在掌握基本知识的同时，提高实践性教学的质量。同时开放课程实验室，为学员进行设计性实验提供自主学习机会，也为学员自行开发测试仪器、组建测试系统提供锻炼的平台，使学员实践能力得到提升，创新能力得到培养。

2.构建基于虚拟仪器的远程互动实验框架体系。虚拟仪器能提供功能强大的软件开发平台，为实现软硬件综合实验，还需要提供虚拟仪器的硬件平台，它是虚拟仪器显示和处理的真实数据来源。虚拟仪器的硬件构成可有多种形式，如计算机内置的数据采集卡，或通过计算机外总线构成的独立外置式系统、仪器或平台。为便于实验教学，将上述虚拟仪器测试平台连接在实验室的服务器上，其通过校园网连接，远程可通过服务器申请实验、交互的完成实验（发送参数;启动实验;返回测试结果，整个过程是交互进行的）。当然，由于测试平台硬件不可能分时工作，当多个用户申请实验时，一个时刻智能允许一个用户访问，但是，由于测试速度较快，一般不会出现较长时间的等待情况，对用户基本上可以认为是实时的。基于此，学员可以随时在宿舍通过网络申请实验、完成实验、提交报告、网上答疑等，提高了实验效率，也缓解了实验室资源紧张的问题。

3.构建基于虚拟仪器远程互动实验的创新“四位一体”教学法。通过构建基于虚拟仪器远程互动实验模式框架，更进一步的，在教学过程中，根据学员认知规律和学习特点，突出学员的能力培养，在教学实践中探索出研究“四位一体”的教学模式，即开设“理论课”“实验课”“自主实验课”和“学术论文课”的教学活动。通过“四位一体”教学实践，使学员具备四个方面的基本素质，即理论水平、实践能力、创新意识和工作作风，培养学员四种融合能力，即：专业基础课向专业课的融合能力、基本原理、基本方法向工程技术的融合能力、理论知识向工程实践的融合能力、从学知识到用知识的融合能力。

四、结束语

通过本课题的研究，主要是解决以下教学训练问题。1.通过基于虚拟仪器技术，借助校园网实现远程互动实验，相当于把实验室搬到教室，把仪器设备搬到教室，课上教员可以一边理论讲授一边远程操控实验仪器设备，做到理论和实践无缝衔接，有助于学员更好地理解理论知识，有效提高学习效果。2.采取基于虚拟仪器技术的远程互动实验模式，学员可随时在远地（如宿舍）通过网络申请实验、完成实验、提交报告、网上答疑等，提高实验效率，也可缓解实验室资源紧张的状况，并有效节省实验条件建设经费。3.基于虚拟仪器的远程互动实验模式可以做到鼓励开设综合性、创新性实验和研究型课程，鼓励本科生参与科研活动，同时为大四年级开展毕业设计课题研究提供技术和知识储备。

参考文献

[1]徐杰，王娟，王安华.《电子测量技术》课程多角度教学改革的研究[J].齐齐哈尔大学学报，2013（3）：179-180.

[2]温宏愿，刘增元.《电子测量技术》课程教学方法探讨[J].价值工程，2013（11）：197.

[3]潭延亮，游开明，高峰.电子测量实验教学改革探索[J].衡阳师范学院学报，2011（6）：144-146.

[4]赵同刚，王蒿，刘欣.电子测量实验课程的教学改革和探索[J].实验室研究与探索，2016（6）：181-184.