地面武器机动工程创新实践教学体系建设:实践教学体系

　　摘 要 实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神和实践能力具有重要作用。为提升大学本科地面武器机动工程专业学生动手实践能力、创新能力，结合专业技术的新发展，依据现代技术和教育教学理念，建设实践技能锻炼和创新能力培养有机结合的地面武器机动工程专业创新实践教学体系。为大学生提供了动手操作、拓展训练、设计仿真和自主设计开发的广阔平台，对提高学生学习的兴趣和质量、实践能力和创新能力具有极其重要意义。
　　关键词 地面武器机动工程 实践教学体系
　　中图分类号：G482文献标识码： B
　　
　　
　　0 引言
　　21世纪美国研究型大学本科教育目标突出能力培养、强调探索与创新精神的培养。①我国“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。”②实践教学作为大学人才培养中的重要环节，对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神和实践能力具有不可替代的重要作用。
　　北京理工大学地面武器机动工程专业创建于1950年，是从事军用车辆教学和研究的本科生专业，是国家工业和信息化部重点专业，隶属武器类，涵盖各种地面武器机动平台的系统设计与系统运用技术领域，在基础理论以及工程应用领域中具有极其重要的地位。毕业生主要从事地面武器机动工程领域的产品开发、科研、教学和管理等工作。
　　目前，我国各个高校大学生的创新能力和实践能力亟待培养和提高。③④⑤⑥实践教育对应用型创新人才培养非常重要，本文结合北京理工大学地面武器机动工程国防重点专业建设，构建了坦克学创新实践教学体系。
　　1 专业方向与课程体系介绍
　　国防人才是新军事革命下保证未来战争优势的关键因素之一。作为我国高校中从事军用车辆教学和研究的本科生专业，北京理工大学地面武器机动工程专业适应世界新军事变革要求，结合专业技术的新发展，基于新的课程体系和实践教学不断线的要求，确定专业培养方向。目前，专业共有军用车辆设计与制造工程、军用车辆电子信息化工程和军用车辆驱动系统工程三个培养方向。
　　按照专业培养方向，建设地面武器机动工程专业课程体系。体系包括理论课程体系和实践课程体系。主要由坦克构造、坦克理论、坦克设计、液压与液力传动、车辆试验学等组成；实践课程体系由坦克拆装、坦克驾驶、生产实习、试验选修、毕业设计等组成，见图1。学生培养以军用车辆设计与制造工程方向为主，在选修课的安排上兼顾其余两个专业方向。
　　
　　图1 专业课程体系
　　2 专业教学创新实践体系
　　服务于理论课程，建设教学创新实践体系。实践创新体系包含4个方面（图2）：工程实践模块、性能试验模块、虚拟试验模块、自主试验模块。4个模块之间是互相支撑和促进，如工程实践模块是熟悉部件结构，同时为性能试验做结构准备；性能试验模块完成部件或系统、回路试验，可进一步熟悉和改进结构，并为虚拟试验提供有效的数据。
　　2.1 工程实践模块
　　工程实践模块主要服务于坦克构造、液压与液力传动、车辆传动、车辆悬挂技术等课程，为课程提供可供拆装的部件，进行传动系统原理展示（图3），提供综合传动装置、液力变矩器、离合器、制动器、泵马达、减振器等性能试验拆装平台等。
　　
　　图2 教学创新实践体系关系图
　　
　　图3 零差速双流传动原理教学实践平台
　　2.2 性能试验模块
　　性能试验模块主要服务于坦克行驶原理、坦克设计、液压与液力传动、车辆电子学、车辆传动、车辆悬挂技术等课程，为理论课程学习提供部件性能试验，理解车辆综合电子工作原理，加深理论课程的学习。
　　（1）传动装置机械操纵系统演示试验。传动装置机械操纵系统演示试验平台（图4）以某装甲步战车传动装置及其机械操纵装置为试验对象建设，平台采用调速电机代替发动机以不同转速运转，学生亲自操纵机械操纵装置实现换挡、转向，通过观察窗观察换挡机构的动作，熟悉操纵机构的结构和工作原理。
　　
　　 图4 传动装置机械操纵系统演示试验
　　（2）传动及其控制系统试验。传动及其控制系统试验平台（图5）采用共直流母线电封闭方式，对被试传动部件，如综合传动装置、变矩器、离合器、泵马达等进行性能试验。驱动电机从直流母线获取电能驱动被试部件，以发电机进行加载，发电机发出的电力再反馈给直流母线用以驱动电机，外部电网只需补偿系统因摩擦、搅油而损失的功率。在教师的指导下，学生自己动手组建试验台，完成试验。既学习了部件的性能、特点，又学习试验台的组成、原理，增长了知识，提高了实践能力。
　　
　　图5 综合传动性能试验
　　在传动及其控制试验平台上还可以完成液压元件、回路性能试验，摩擦元件特性等试验。
　　（3）可控悬架系统仿真试验。在可控悬架系统仿真试验平台上学生自主试验和仿真开发试验，让学生充分了解坦克车辆的行驶恶劣条件，熟悉坦克悬挂系统及其减震器的工作原理，建立坦克行走的直观感性认识和理论认知。满足地面武器机动工程专业本科生坦克学实验教学要求，并能有力支持地面武器机动工程专业相关课题创新设计，如半主动和主动悬挂控制特性试验：通过调整和控制阻尼与刚度参数，改变液气悬挂的特性。
　　（4）综合电子信息系统演示试验。综合电子信息系统演示试验平台由七台仿真终端以及相关总线组成（图6）：主控终端、驾驶员终端、炮长终端、车长终端、驾驶员外围设备终端、炮长外围设备终端、车长外围设备终端以及电子综合化系统总线性能分析终端。平台能够实现功能演示、乘员操作训练、在线故障诊断、性能分析与设计功能。使学生可以了解坦克综合电子信息系统的组成和相关关系、工作流程等，还可以进行综合电子信息系统的开发等。
　　
　　图6 综合电子信息系统演示平台
　　（5）火控系统演示试验。火控系统演示试验平台由模拟炮塔和控制台两部分组成。炮塔内安装现代坦克车、炮长射击所涉及的炮长瞄准镜、炮长热像镜、火控计算机、炮长操纵台等火控系统仿真部件以及一定的环境部件。控制台内安装三组计算机、显示器和网络系统，用于对系统的工作进行控制和演示。平台采用HLA通讯协议将炮长、车长及控制台所属的多台计算机联网。计算机营造的虚拟战场环境，使人员有一种身临其境的感觉，可以像在实车内一样进行各种射击操作。
　　平台依据现代火控系统具有的“稳像”（指挥仪式）、“装表”（扰动式）、“应急”、“自动跟踪”、“炮射导弹”、“对空”射击，车长超越调炮和超越射击等功能，以及原地、行进、倾斜等不同的射击方式，建立起相应的仿真数学模型，模拟出武器系统的作战性能。
　　2.3 虚拟试验模块
　　在专业学生的培养计划中，实践类课程占有很大的比重，需要完成的实验有：车辆动力特性试验，车辆部件性能试验，车辆悬架性能试验等。有些实验是无法采用实物进行试验，这样就需要开展虚拟试验。虚拟试验实现现创新实践操作与理论教学的有机融合，锻炼学生解决工程问题的工作能力和创新思维。
　　（1）虚拟数字仿真试验。虚拟数字仿真试验平台培养学生自己动手建造坦克传动部件的动力学、运动学特性；熟悉坦克机动性战术技术性能指标和意义，与视景联系起来进行运动学和动力学仿真试验；培养学生自己动手组建虚拟坦克（图7），对坦克进行分解、装配、赋予动力学特征；辅助液压传动课程教学，使学生熟悉和巩固各种车辆液压传动部件的工作原理和工作过程；增加学生的实践和创新能力，提供平台给部分有开拓精神的学生自主设计、自主开发车辆动力学、运动学应用。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　（2）虚拟驾驶试验。虚拟驾驶试验平台由虚拟驾驶舱和控制台两部分组成。虚拟驾驶舱以我军装备的某型新一代装甲车驾驶舱为原型设计，操纵台、仪表板采用原车部件，由两台液晶显示器组成120视界的虚拟场景。控制台用来生成虚拟场景，提供各种训练科目，并且能够同步展示驾驶舱内的视景。虚拟驾驶试验平台提高学生的学习兴趣的同时，使学生熟悉坦克驾驶舱的布置、进行虚拟场景的设计和提高虚拟试验的电气开发能力。
　　（3）基于网络的虚拟教学平台。基于网络的虚拟教学平台（图8）是基于普适计算技术，建设的具有明显智能空间特点、开放式、⑦能为专业教学和科研服务的远程教学系统，提供专业《坦克学》课群的交流互动平台。⑧网络连接良乡校区和相关各兵工单位，实现创新实践操作与理论教学的有机融合，锻炼学生解决工程问题的工作能力和创新思维，建立讨论交流的文化氛围，虚拟实验室目前建立的BBS技术交流平台和FTP论文及资料资源库，使得在试验过程中出现的技术问题可以迅速解决；对于一些具有专题性质的技术话题，也可以起到充分讨论和深入理解的作用。
　　
　　图8 虚拟实验室教学系统总体框架图
　　2.4 自主试验模块
　　教学创新实践体系中集中体现创新思想的是自主试验模块。自主试验模块提供给学生更广阔的设计空间，最大限度地挖掘创新潜能，培养同学们的创新思维。
　　自主创新模块包括军用机器人自主设计平台（图9）、地面力学识别平台、车辆传动原理自主试验平台、控制策略仿真试验平台等。
　　随着科学技术的进步，机器人正在科学探索、灾难救援、生活服务和军事作战各个领域内扮演着越来越重要的角色。应用于军事领域的微小型军用机器人，融合了人工智能、控制理论、电子信息系统和机械设计与制造等各个学科最尖端的技术。机器人自主设计平台开展移动机器人运动控制技术、基于多传感器数据融合时变环境下自主路径规划技术、立体视觉及导航技术等研究，培养学生的自主创新能力和多交叉学科自主学习能力。
　　地面力学识别平台完成车辆与路面之间的相互作用研究，包括履带车辆、轮式车辆，研究地面对车辆的作用；车辆传动原理自主试验平台通过学生自己动手组建传动机构，探索新型的传动形式；控制策略仿真试验平台需要同学们自己开发车辆的控制策略、控制算法，通过半实物仿真研究车辆控制的优劣，从控制技术、试验技术、传动技术等多方面培养学生的自主创新和实践能力。
　　
　　 图9 机器人自主设计
　　3 结束语
　　为提升大学本科地面武器机动工程专业学生动手实践能力、创新能力，结合专业技术的新发展，依据现代技术和教育教学理念，建设实践技能锻炼和创新能力培养有机结合的地面武器机动工程专业创新实践教学体系。为国家培养满足国防建设需要、适应军用车辆工程产品设计开发、制造和研究、知识结构合理、基础扎实、适应面广、素质全面、研究及创造力强的研究型拔尖人才。地面武器机动工程专业创新实践教学体系包括了工程实践、性能试验、虚拟试验和自主试验四个互相关联、互相支撑的实践模块，为大学生提供了动手操作、拓展训练、设计仿真和自主设计开发的广阔平台，对提高学生学习的兴趣和质量、实践能力和创新能力具有极其重要意义。
　　
　　注释
　　① 张玉平,秦惠洁,黄振宝.浅谈研究型大学的本科实践教学体系.实验室研究与探索,2005.3(24):62-65.
　　② 中国高等教育法,1999.
　　③ 侯龙清,杨凤,徐红梅.高等院校实验室建设与管理的改革及实践.东华理工大学学报(社会科学版),2008.1(27):91-93.
　　④ 侯传亮.实践教育依托下的机械类专业应用型创新人才培养.广西轻工业,2009.6(127):144-145.
　　⑤ 陈国秋,张凤都,着眼应用型人才培养大力开展实践教学体系建设,武汉商业服务学院学报,2007.4(21):65-66.
　　⑥ 郑春龙,邵红艳.以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施.中国高教研究,2007.4:85-86.
　　⑦ 李秀滢,彭静,王建新.浅析应用型人才培养模式下开放性实践教学体系建设.实验技术与管理,2010.3(27):209-211.
　　⑧ 魏巍,陶文锦,闫清东.基于视景仿真技术的虚拟实验室教学信息平台系统.实验技术与管理,2010.3(27):78-81.
　　
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文