火控系统原理实验教学与科研相结合的探索与实践
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作者: 李鸣 王春平 高庆 梁冠辉
摘 要： 本文针对目前火控系统原理课程实验教学与科研脱节的现状，充分利用火力控制原理与系统实验室教学资源，提供科研课题和实验数据，开展设计性实验教学，探索与实践实验教学与科研相结合的教学模式，对火控系统原理实验教学提供了一种新的教学方法。
关键词： 火控系统原理 实验教学 科研方法 教学模式
1.引言
随着电子技术、信息技术的飞速发展，涌现了大量的新知识、新技术和新思维。随着这些新知识、新技术的广泛应用，各院校对教学特别是实验教学的投入不断加大，使得仪器设备不断升级，教学模式与教学方法不断更新。在此情况下，为培养出更多的高层次创新型人才，设计性实验在各院校中普遍得到了重视。
设计性实验是一种介于基本教学实验和实际科学实验之间的、较高层次的、类科研的实验训练。它要求学生在教师的指导下自己独立选题，针对某一给定的实验题目或实验要求，查阅有关资料，提出实验原理，然后根据科学设计的原则选择最优实验方案，确定测量条件，制定实验方法和步骤，观察和记录实验现象和数据，研究实验过程中发现的种种问题，并着重对实验结果进行分析和研究，直至完成实验。在目前实验教学中，设计性实验已成为调动学生学习主动性、培养学生创新意识和综合能力的有效教学方法。而科研工作更要体现新知识、新技术的应用。因此，在高等教育中，要培养出实用型、创新型的综合性人才，将实验教学与科研结合起来不失为一个好的教学模式。
火控系统原理实验是学生在火控系统原理课程学习过程中，完成火控系统基本原理演示、验证、仿真等方面的实验，是培养学员理论联系实际的严谨学风和工程实践能力的一个重要环节。通过实验，应学会基本实验知识、基本实验方法、基本实验技能；了解工程中常见的火控系统原理实验设计项目；掌握火控系统原理实验的设计思路和一般过程；具有独立运用所学知识分析、解决工程实际问题的综合能力。
火控系统原理实验基于火力控制原理与系统实验室中的火控原理各实验模块，根据实验目的，鼓励和引导学员自行设计、独立搭建系统，进行仿真分析，使学员初步具备解决工程实际问题的能力。
2.火控系统原理实验教学中存在的问题
“加强基础、增强知识、培养能力、提高素质”的人才培养模式已得到公认，人们逐渐认识到实验教学不但要学生验证掌握已有的理论知识，而且要培养学生开拓创新的科研能力。但在实际教学过程中，我们发现实验教学中仍存在以下问题。
（1）内容安排不合理，教学方法单一化。
实验教学内容及安排上存在理论验证性。因受理论教学内容和学时的限制，一方面实验内容安排缺乏全局性，各实验之间彼此孤立，连贯性不强，综合性、设计性实验较少。另一方面，理论为先导，指导实验，实验内容通常安排在理论讲述之后，验证理论成为实验教学的目的。
（2）评价体系封闭，考评机制不健全。
教学和考核是一个互动的过程，考核评价对教学的影响不容忽视。在传统实验教学中多数实验课没有考核环节，学生一般只要做完平时的实验项目，交了实验报告就算通过，这种没有任何硬性要求的考查必然导致学生不重视实验；实验考试形式单一，教师常常只以学生的实验报告作为学生实验成绩的依据。
（3）实验教学与科研脱节。
传统的实验教学只是为了完成实验教学任务，没有将实验教学与科研有机地结合起来。目前开设了设计性实验教学，对培养学生创新能力、提高综合素质起到了一定作用。但学生真正意义上的科研创新活动也只是以开展第二课堂的形式进行，并且是穿插到个别科研活动中，参加的学生数量受到极大限制，造成了实验教学与科研脱节的现象。
（4）教学实验设备不能充分利用。
实验教学主要以火力控制原理与系统实验室为依托，实验课程的设置多，所需实验设备又不可缺乏，完成一项实验就需要建立整套的实验设备供教学使用，这些设备也只在实验教学时才得以使用，有的甚至在整个教学过程中仅能使用几次。而每台实验设备有其固有的正常使用寿命，这势必出现实验设备利用率太低，造成很多贵重仪器设备不能充分发挥效能的浪费。
（5）教学实验原始数据流失严重。
学生实验一般安排较为集中，完成实验教学后往往就结束教学任务，而学生实验所得的实验数据只体现在学生实验报告中，没有真正利用其有效的科研价值，造成了很大的实验数据资源浪费。
3.火控系统原理实验教学与科研结合的开展
（1）设计实施与教学实验相关联的科研项目。
为紧密结合实验教学，充分利用实验设备，培养学生创新能力，我们根据火控系统原理实验课程标准，选择适合开展的项目进行反复研讨论证，然后进行教学设计。实验实施前，学生查阅相关文献，获取最新进展，熟悉实验操作及注意事项，并在教师指导下展开讨论分析。针对学生多、课次少这一实际情况，将实验进一步细化，以便于获取充足、完整的实验数据。
（2）设计实验考核标准，获取科学实验数据。
为充分调动学生的积极主动性，获取科学的实验数据，同时达到督促学生的目的，我们还拟定了实验考核标准：设计性实验考核分为四个部分。
设计性实验质量：根据设计性实验方案是否具有科学性、创新性、可靠性和可行性、全面性、规范性、实用性的要求，综合评定后给分；
设计性实验答辩：由答辩专家和指导教师对答辩小组进行考核。学生、老师均可针对设计提出问题，提问内容主要包括拟定实验的知识背景、设计思路、技术方法与预期结果讨论等，根据学生的报告和答辩情况进行评分；
答辩表现：根据开题报告者的开题报告、开题过程、语言表达、幻灯片等方面综合评定；
实验论文：由指导教师，根据论文质量评定，包括文章的层次、实验结果的表达，以及讨论的逻辑分析等。
（3）数据提取、处理。
为避免实验数据收集混乱，我们对实验项目进行标记编号，分别汇总，收集实验数据后，再返回给学生进行相关统计分析，以锻炼学生对实验数据统计分析的能力，从而得出科学的实验结论。最后要求学生写出科研论文形式的实验报告，并由教师进行汇总，最终形成科研论文进行发表。
4.实施开放式教学，构建实验教学新模式
开放式实验教学是提高学生综合素质及创新能力的一种新型实验教学模式。经过初步尝试，逐步掌握了一些规律，应从以下几方面出发。
（1）转变教学观念调整教学内容。
改革开放，观念先行。开放式实验教学要在转变“实验即验证”的传统观念，深刻理解其开放的内涵意义的基础上，理顺理论与实验教学的关系，在综合考虑火控系统原理实验知识技能的完整系统性，以及火控系统原理知识重难点、教学时数、教学条件和设备及与其他学科交叉重叠等情况下，以“减少验证性内容，增加综合性、创新性、设计性、应用性内容”为基本思路，保留经典实验的合理内核，删减重复、陈旧的实验，压缩验证性实验的课时比例，针对不同的学生调整开设基础型必修实验项目、提高型选修实验项目和研究型自选实验项目等多层次的开放实验内容，努力构建一个基础实、知识新、起点高、多层次的教学内容体系。
（2）开放教学时间改革教学方法。
开放实验教学时间，首先，教学时数开放：每次实验在时间长短上没有限制，即学生在完成一些基础性的必修实验内容和综合性选修实验内容时，可根据自己对实验基本技能和基本操作的情况在实验室进行预习、复习和实验技能训练，不受固定的实验学时限制。其次，学生进入实验室的时间开放：经允许和登记学生可以在任意时间进入实验室，运用已掌握的基本知识和基本技能，独立自主地对自己感兴趣的研究型自选实验课题进行研究，平等地与教师分析探讨实验中出现的问题，修改实验方案，还可以积极参与教师的科研课题研究。
运用现代化多媒体教学手段和方法如实物投影、多媒体教学课件、影像、网络等辅助教学，让学生全方位、立体化、多渠道地感受知识信息，更形象、生动、直观地了解和掌握实验流程和技术，既活跃了学习气氛，增加了课堂的生动性，增强了火控系统原理实验教学的示范性，又满足了学生多元化的求知欲望，使实验效率和教学质量得到明显提高。
（3）严格教学管理开放教学评价。
完善的实验室管理制度和严格的学生实验考核制度是保证开放式实验教学顺利进行的必要条件。我们结合火控系统原理实验课自身的特点，制定了各项实验室管理制度，加强对学生的规范化实验室管理教育，实施仪器设备管理和措施落实到人，将学生在实验过程中的执行情况记入平时成绩。
为保证开放工作健康运行，就必须建立开放式实验教学评价制度。建立和实施以基本操作技能与创新设计能力并重的全程实验教学考核体系，以全面真实地检查学生的实验水平和教师的实验教学质量。
5.结语
（1）教学资源得以充分利用。
利用学生设计性实验，通过实验教学与科研工作结合的教学模式，进一步有效利用了高端仪器设备资源，避免了仪器的闲置，减少了设备由于重复建设而造成的浪费。由于学生分组多，可以获得大量原始资料数据，节省了人力和时间，避免了单独开展该项科研实验的重复。
（2）培养了学生实践和创新的科研能力。
在探索过程中，我们发现学生学习积极性明显提高。在实验过程中，学生能创新地发现问题，主动寻找解决问题的办法，提出自己的观点，能对实验获取的科研数据综合利用，发现并整理出实验成果。因此，将现有科研课题中部分相对简单的研究工作或研究指标纳入学生实验中，使实验教学与科研工作结合起来，不但为学生提供了科研训练机会，了解科研领域，接触学科前沿，了解学科发展动态，增强创新意识，而且培养了学生实践和创新的科研能力，有利于提高学生的综合素质，培养其合作交流能力和团队协作精神。
总之，实验教学与科研结合的教学模式，是对传统的实验教学思想、教学体系、教学内容、教学方法的大胆探索和实践，这种实验教学拓展了教学空间，使课内实验与课外实验相结合，教学与科研相结合，使教学资源和科研资源有效的叠加起来，实现了教学和科研的融合、渗透，形成以教学带动科研，以科研促进教学的实验教学新模式。有效地激发了学生对火控系统原理实验的兴趣，充分发挥了学生的主观能动性，提高了学生的基本实验操作技能，提升了学生的科研素质，促进了学生的动手能力、创新能力、独立思考和分析问题、解决问题能力的培养和提高，更提高了实验教学的实际效率和教学质量。
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