金洋+陳聰

摘 要 針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的限制導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一、學(xué)生參與性不足以及平臺(tái)利用率低等問題，提出了基于C/S結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)與實(shí)踐方案。通過擴(kuò)展平臺(tái)接口并建立優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)資源管理模式實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源有效更新，采用C/S結(jié)構(gòu)提高訪問靈活性。本文提出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)與實(shí)踐方案能夠?yàn)樘接懶碌慕虒W(xué)模式以及解決工程問題提供了支撐，既為順利開展卓越計(jì)劃提供了支持，又體現(xiàn)了專業(yè)特色。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)教學(xué) C/S結(jié)構(gòu) 仿真平臺(tái) 人才培養(yǎng)

近年來，中國(guó)民航大學(xué)機(jī)務(wù)維修工程類專業(yè)在實(shí)施具有民航特色的“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)方案的過程中，以課程群為單位制定培養(yǎng)計(jì)劃，以各課程組為橫向聯(lián)合，以機(jī)務(wù)維修工程實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)縱向貫穿，旨在培養(yǎng)具有專業(yè)的維修理論知識(shí)和實(shí)踐技能的機(jī)務(wù)工程技術(shù)人員。

1機(jī)務(wù)維修工程類實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一

機(jī)務(wù)維修工程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要分為機(jī)理分析與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與操作實(shí)踐。后者屬于工程實(shí)習(xí)內(nèi)容，而前者則作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容。在機(jī)理分析與驗(yàn)證方面，以航空器主要的故障類型及特征為基礎(chǔ)，驗(yàn)證關(guān)鍵部件的故障現(xiàn)象以及異常檢測(cè)和故障診斷方法的有效性等作為主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，需要有充足的實(shí)驗(yàn)或工程積累才能夠?qū)崿F(xiàn)較好的教學(xué)目標(biāo)。

然而，這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)素材的自主獲取受到經(jīng)濟(jì)性的制約具有非常大的難度，而相關(guān)企業(yè)出于自身的考慮也很難將故障信息公開發(fā)布，這導(dǎo)致了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源貧乏，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更偏重于理論講解輔以圖形示意的方式，同時(shí)也很難體現(xiàn)機(jī)務(wù)維修工程類的特色。

1.2學(xué)生的參與度不強(qiáng)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生的參與度是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。學(xué)生的參與內(nèi)容可分為對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)過程的操作以及對(duì)實(shí)驗(yàn)的自主設(shè)計(jì)。由于目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的限制，教學(xué)過程主要以教師操作和學(xué)生思考為主，整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生既無法參與到實(shí)際的操作過程中，對(duì)故障的具體表現(xiàn)產(chǎn)生直觀的認(rèn)識(shí)，也無法對(duì)根據(jù)以前學(xué)到的知識(shí)對(duì)關(guān)鍵部件的典型故障模式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)很容易退化為課堂教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，缺乏可擴(kuò)展性，靈活性差。

1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的利用率不高

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)只支持在實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行過程中訪問的模式，同時(shí)由于系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、資源更新模式以及資源訪問方式和系統(tǒng)調(diào)度方式的限制，學(xué)生幾乎無法根據(jù)自己的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行利用，導(dǎo)致大多數(shù)時(shí)間這些資源出于閑置狀態(tài)。

2基于C/S結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

2.1建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容

本文提出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)是建立一個(gè)具有通用性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)公共平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源的整合以及優(yōu)化管理，并在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源不足以及更新困難的條件下，通過仿真技術(shù)以理論教學(xué)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有力的支持。

本文提出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容包括：

（1）定義標(biāo)準(zhǔn)化的交互接口，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源集成。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)通過合理的規(guī)劃，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程分為獨(dú)立的模塊，并通過模塊之間的接口實(shí)現(xiàn)交互，這樣的方式可以將各個(gè)模塊的開發(fā)相互協(xié)作又不依賴其它模塊的實(shí)現(xiàn)。

（2）借助模塊化的資源管理方式形成靈活的資源庫(kù)更新機(jī)制。通過標(biāo)準(zhǔn)化接口，當(dāng)關(guān)鍵部件的常見故障信息無法獲得或檢測(cè)方法無法實(shí)際測(cè)試時(shí)，可通過理論分析建立相應(yīng)的仿真模型集成到平臺(tái)的資源庫(kù)中，從而豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

（3）采用C/S結(jié)構(gòu)的平臺(tái)訪問方式，降低平臺(tái)訪問限制。C/S結(jié)構(gòu)的平臺(tái)中，實(shí)驗(yàn)的核心模塊在服務(wù)器運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)人員可以通過客戶端遠(yuǎn)程定制實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的自主操作和分析，打破了時(shí)間和地點(diǎn)的限制。

通過平臺(tái)的建設(shè)，可以在工程資源積累不足的情況下有效地緩解實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足的情況，同時(shí)可以有效地提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的參與程度。

2.2平臺(tái)框架和組成

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的基本框架如圖1所示。

圖1：實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的基本框架示意

（1）實(shí)驗(yàn)配置信息庫(kù)中是實(shí)驗(yàn)人員定制的實(shí)驗(yàn)流程和所需模塊；

（2）模型加載與編譯模塊將當(dāng)前需要的實(shí)驗(yàn)?zāi)ＤK進(jìn)行加載，并根據(jù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的配置情況進(jìn)行預(yù)處理；

（3）模型驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)合預(yù)處理后的模型與仿真控制模塊送來的仿真結(jié)果驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行狀態(tài)更新，并將更新后的模型作為下一次的仿真輸入，同時(shí)將更新后的模型送與可視化模塊；

（4）診斷算法模塊與仿真設(shè)置模塊根據(jù)仿真設(shè)置在平臺(tái)運(yùn)行管理模塊的協(xié)調(diào)下對(duì)系統(tǒng)的模型進(jìn)行診斷，并將診斷結(jié)果送與可視化模塊對(duì)模型的狀態(tài)進(jìn)行更新顯示；

（5）平臺(tái)運(yùn)行管理模塊根據(jù)當(dāng)前的仿真設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)各種仿真資源的協(xié)調(diào)以及仿真過程的同步。

3基于C/S結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1實(shí)驗(yàn)資源的擴(kuò)展

（1）在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)K時(shí)，主要考慮兩方面因素：一是當(dāng)前的系統(tǒng)特征參數(shù)的狀態(tài)；二是系統(tǒng)狀態(tài)的變化趨勢(shì)。本部分內(nèi)容通過使用合理的建模語(yǔ)言對(duì)當(dāng)前的故障狀態(tài)以及故障的發(fā)展過程進(jìn)行描述，為故障仿真和故障診斷提供依據(jù)。

（2）根據(jù)建立的故障模型，在進(jìn)行故障仿真時(shí)將綜合考慮對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的推理過程以及對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間推移的轉(zhuǎn)移過程。由于故障的發(fā)生是隨機(jī)的，因此在仿真時(shí)每一個(gè)部件的工作狀態(tài)將采用并行的方式同步進(jìn)行。

3.2平臺(tái)的運(yùn)行管理

診斷過程的仿真本質(zhì)上是對(duì)系統(tǒng)模型的加工過程，這一部分的研究方案主要考慮兩方面的因素：

（1）對(duì)診斷算法執(zhí)行過程的仿真，將以診斷步長(zhǎng)、故障數(shù)據(jù)的時(shí)間戳以及模型的當(dāng)前狀態(tài)為依據(jù)，通過制定不同模塊之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)仿真過程進(jìn)行同步控制，保證診斷的準(zhǔn)確性；

（2）對(duì)仿真結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，使得不同的診斷算法能夠方便地嵌入到仿真平臺(tái)的框架中。

3.3可視化人機(jī)交互

平臺(tái)運(yùn)行包括故障仿真與診斷過程仿真兩部分，而人機(jī)交互接口的目的是準(zhǔn)確、完整地將仿真結(jié)果展現(xiàn)出來的關(guān)鍵，同時(shí)也為參與仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供對(duì)仿真過程的控制與交互能力。因此，在進(jìn)行人機(jī)接口的開發(fā)時(shí)，主要從輸入和輸出兩部分進(jìn)行：前者包括對(duì)仿真設(shè)置、仿真過程的管理與控制，后者包括操作的反饋、仿真狀態(tài)的顯示以及仿真結(jié)果的輸出等。

4結(jié)論

通過基于C/S結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，能夠增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的靈活性。首先，由于平臺(tái)采用網(wǎng)絡(luò)客戶端的訪問模式，打破了地點(diǎn)的限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程可以方便地融合到理論教學(xué)中；其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程打破了時(shí)間的限制，在實(shí)驗(yàn)方案的指導(dǎo)下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以在任何時(shí)候自主的完成；再次，由于平臺(tái)的整合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源以維修工程為主線，因此參與者方面打破了課程限制。

通過基于C/S結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，能夠?yàn)榻鉀Q工程問題提供有效的支持。平臺(tái)內(nèi)的各類資源相對(duì)獨(dú)立，有統(tǒng)一的調(diào)度機(jī)制負(fù)責(zé)調(diào)用。因此，工程中的具體問題可以方便地通過模型得方式利用標(biāo)準(zhǔn)接口集成到平臺(tái)中，為解決問題提供有效的途徑。

此外，通過平臺(tái)的建設(shè)，還可以將教師的科研工作與教學(xué)工作有機(jī)的結(jié)合起來，促進(jìn)高水平教學(xué)模式的開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 林健.基于工程教育認(rèn)證的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”質(zhì)量評(píng)價(jià)探析[J].高等工程教育研究，2014（5）：35-45.

[2] 崔旭，徐春艷.航空維修技術(shù)人才培養(yǎng)模式探索與研究[J].沈陽(yáng)航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，27（6）：1-4.