基于C/S结构的机务维修工程类综合实验教学平台建设与实践

金洋+陈聪

摘 要 针对现有实验教学资源的限制导致的实验教学内容单一、学生参与性不足以及平台利用率低等问题，提出了基于C/S结构的实验教学平台建设与实践方案。通过扩展平台接口并建立优化的实验资源管理模式实现实验资源有效更新，采用C/S结构提高访问灵活性。本文提出的实验教学建设与实践方案能够为探讨新的教学模式以及解决工程问题提供了支撑，既为顺利开展卓越计划提供了支持，又体现了专业特色。

关键词 实验教学 C/S结构 仿真平台 人才培养

近年来，中国民航大学机务维修工程类专业在实施具有民航特色的“卓越计划”培养方案的过程中，以课程群为单位制定培养计划，以各课程组为横向联合，以机务维修工程实践的各个环节纵向贯穿，旨在培养具有专业的维修理论知识和实践技能的机务工程技术人员。

1机务维修工程类实验教学存在的问题

1.1实验教学内容单一

机务维修工程的实验内容主要分为机理分析与验证实验与操作实践。后者属于工程实习内容，而前者则作为实验教学的主要内容。在机理分析与验证方面，以航空器主要的故障类型及特征为基础，验证关键部件的故障现象以及异常检测和故障诊断方法的有效性等作为主要的实验教学内容，需要有充足的实验或工程积累才能够实现较好的教学目标。

然而，这些实验教学素材的自主获取受到经济性的制约具有非常大的难度，而相关企业出于自身的考虑也很难将故障信息公开发布，这导致了现有的实验教学资源贫乏，实验教学内容更偏重于理论讲解辅以图形示意的方式，同时也很难体现机务维修工程类的特色。

1.2学生的参与度不强

在实验教学中，学生的参与度是对实验教学模式的一个重要的评价指标。学生的参与内容可分为对现有实验过程的操作以及对实验的自主设计。由于目前实验教学资源的限制，教学过程主要以教师操作和学生思考为主，整个实验教学过程中学生既无法参与到实际的操作过程中，对故障的具体表现产生直观的认识，也无法对根据以前学到的知识对关键部件的典型故障模式设计实验方案。因此，实验教学很容易退化为课堂教学内容的重复，缺乏可扩展性，灵活性差。

1.3实验教学资源的利用率不高

目前的实验教学系统只支持在实验教学进行过程中访问的模式，同时由于系统的可扩展性、资源更新模式以及资源访问方式和系统调度方式的限制，学生几乎无法根据自己的方式对实验教学资源进行利用，导致大多数时间这些资源出于闲置状态。

2基于C/S结构的实验教学平台建设

2.1建设目标和内容

本文提出的实验教学平台的建设目标是建立一个具有通用性的实验教学公共平台，实现实验资源的整合以及优化管理，并在现有实验资源不足以及更新困难的条件下，通过仿真技术以理论教学辅助实验教学，为实验教学提供有力的支持。

本文提出的实验教学平台的建设内容包括：

（1）定义标准化的交互接口，实现实验资源集成。实验教学平台通过合理的规划，将整个实验过程分为独立的模块，并通过模块之间的接口实现交互，这样的方式可以将各个模块的开发相互协作又不依赖其它模块的实现。

（2）借助模块化的资源管理方式形成灵活的资源库更新机制。通过标准化接口，当关键部件的常见故障信息无法获得或检测方法无法实际测试时，可通过理论分析建立相应的仿真模型集成到平台的资源库中，从而丰富实验教学资源。

（3）采用C/S结构的平台访问方式，降低平台访问限制。C/S结构的平台中，实验的核心模块在服务器运行，实验人员可以通过客户端远程定制实验方案，并根据需求实现实验的自主操作和分析，打破了时间和地点的限制。

通过平台的建设，可以在工程资源积累不足的情况下有效地缓解实验教学资源不足的情况，同时可以有效地提高学生在实验过程中的参与程度。

2.2平台框架和组成

实验教学平台的基本框架如图1所示。

图1：实验教学平台的基本框架示意

（1）实验配置信息库中是实验人员定制的实验流程和所需模块；

（2）模型加载与编译模块将当前需要的实验模模块进行加载，并根据测量节点的配置情况进行预处理；

（3）模型驱动模块结合预处理后的模型与仿真控制模块送来的仿真结果驱动模型进行状态更新，并将更新后的模型作为下一次的仿真输入，同时将更新后的模型送与可视化模块；

（4）诊断算法模块与仿真设置模块根据仿真设置在平台运行管理模块的协调下对系统的模型进行诊断，并将诊断结果送与可视化模块对模型的状态进行更新显示；

（5）平台运行管理模块根据当前的仿真设置实现对各种仿真资源的协调以及仿真过程的同步。

3基于C/S结构的实验教学平台建设的关键技术

3.1实验资源的扩展

（1）在构建实验模块时，主要考虑两方面因素：一是当前的系统特征参数的状态；二是系统状态的变化趋势。本部分内容通过使用合理的建模语言对当前的故障状态以及故障的发展过程进行描述，为故障仿真和故障诊断提供依据。

（2）根据建立的故障模型，在进行故障仿真时将综合考虑对系统当前状态的推理过程以及对系统状态随时间推移的转移过程。由于故障的发生是随机的，因此在仿真时每一个部件的工作状态将采用并行的方式同步进行。

3.2平台的运行管理

诊断过程的仿真本质上是对系统模型的加工过程，这一部分的研究方案主要考虑两方面的因素：

（1）对诊断算法执行过程的仿真，将以诊断步长、故障数据的时间戳以及模型的当前状态为依据，通过制定不同模块之间的通讯标准对仿真过程进行同步控制，保证诊断的准确性；

（2）对仿真结构进行合理化设计，使得不同的诊断算法能够方便地嵌入到仿真平台的框架中。

3.3可视化人机交互

平台运行包括故障仿真与诊断过程仿真两部分，而人机交互接口的目的是准确、完整地将仿真结果展现出来的关键，同时也为参与仿真实验的学生提供对仿真过程的控制与交互能力。因此，在进行人机接口的开发时，主要从输入和输出两部分进行：前者包括对仿真设置、仿真过程的管理与控制，后者包括操作的反馈、仿真状态的显示以及仿真结果的输出等。

4结论

通过基于C/S结构的实验教学平台的建设，能够增加实验教学方案的灵活性。首先，由于平台采用网络客户端的访问模式，打破了地点的限制，实验教学过程可以方便地融合到理论教学中；其次，实验教学平台的建设使得实验教学过程打破了时间的限制，在实验方案的指导下实验内容可以在任何时候自主的完成；再次，由于平台的整合的实验教学资源以维修工程为主线，因此参与者方面打破了课程限制。

通过基于C/S结构的实验教学平台的建设，能够为解决工程问题提供有效的支持。平台内的各类资源相对独立，有统一的调度机制负责调用。因此，工程中的具体问题可以方便地通过模型得方式利用标准接口集成到平台中，为解决问题提供有效的途径。

此外，通过平台的建设，还可以将教师的科研工作与教学工作有机的结合起来，促进高水平教学模式的开发。

参考文献

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[2] 崔旭，徐春艳.航空维修技术人才培养模式探索与研究[J].沈阳航空航天大学学报，2010，27（6）：1-4.