立足指技融合的電子信息創(chuàng)新實驗室建設(shè)實踐

李利 謝樹升 紀(jì)凱 郭誼

摘 ?要：為了滿足軍隊院校指技融合人才培養(yǎng)的需求，建設(shè)了電子信息創(chuàng)新實驗室，明確了建設(shè)功能定位和培養(yǎng)層級，實驗室進(jìn)行了開放性、層次化運作實踐，完善了激勵機(jī)制和制度化管理，提高了實驗室的利用率，培養(yǎng)了學(xué)員的創(chuàng)新實踐能力。

關(guān)鍵詞：軍隊院校;指技融合;電子信息;創(chuàng)新實驗室

中圖分類號：TN0-4 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）18-0031-03

Abstract： In order to meet the needs of personnel training of finger technology integration in military colleges and universities， the electronic information innovation laboratory has been built， the construction function orientation and training level have been defined， and the laboratory has carried out open and hierarchical operation practice. The incentive mechanism and institutionalized management have been improved， the utilization rate of the laboratory has been improved， and the innovative and practical ability of the students has been cultivated.

Keywords： military academy; finger technology integration; electronic information; innovation laboratory

隨著作戰(zhàn)樣式、信息化裝備的快速發(fā)展，指揮與技術(shù)的融合化趨勢愈加明顯，具有指技融合、一專多能，掌握指揮能力并擁有信息技術(shù)、電子技術(shù)和裝備技術(shù)是新型軍事人才的必備素質(zhì)。為了適應(yīng)新時期對艦艇指揮軍官能力素質(zhì)的新需求，打通指揮與技術(shù)之間的壁壘，造就一批指技融合的新型艦艇指揮軍官日益成為任職教育的一項重要課題。為此，學(xué)院“2110”三期建設(shè)工程立項建設(shè)了電子信息創(chuàng)新實驗室，目前該實驗室已建設(shè)完成并投入使用[1-3]。本文就電子信息創(chuàng)新實驗室的建設(shè)和實踐進(jìn)行探索和總結(jié)。

1 電子信息創(chuàng)新實驗室建設(shè)

1.1 建設(shè)功能和定位

結(jié)合軍事指揮院校人才培養(yǎng)的需求，電子信息創(chuàng)新實驗室應(yīng)具備如下建設(shè)功能和定位：

（1）承擔(dān)電子信息相關(guān)創(chuàng)新課程拓展性實驗教學(xué)

承擔(dān)學(xué)院本科專業(yè)學(xué)員電子信息類創(chuàng)新培訓(xùn)課程和相關(guān)綜合性、設(shè)計性、自主性實驗教學(xué)任務(wù)，為學(xué)員提供實際利用EDA、DSP、ARM、FPGA等多種電子信息類二次開發(fā)工具箱設(shè)計開發(fā)相關(guān)硬件的創(chuàng)新實踐平臺，培養(yǎng)學(xué)員的動手能力和進(jìn)行硬件獨立設(shè)計開發(fā)的能力。

（2）面向全院學(xué)員的電子創(chuàng)新基礎(chǔ)能力培養(yǎng)

通過建設(shè)較為完善的電子創(chuàng)新軟硬件基礎(chǔ)環(huán)境，開設(shè)面向全院學(xué)員的電子創(chuàng)新基礎(chǔ)培訓(xùn)課程，學(xué)員可自主報名參加，以此培養(yǎng)學(xué)員的電子創(chuàng)新基礎(chǔ)能力，激發(fā)學(xué)員電子創(chuàng)新的興趣，為學(xué)員從事硬件類畢業(yè)設(shè)計、電子創(chuàng)新設(shè)計及今后工作開展艦員級維修打下基礎(chǔ)，同時為今后成為一名合格的指揮與技術(shù)相融合的艦艇初級指揮軍官打下技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）面向電子信息類學(xué)員的綜合創(chuàng)新實踐平臺

為學(xué)員提供多種專業(yè)仿真軟件和多種硬件開發(fā)平臺，學(xué)員可自主性的進(jìn)行軟件編程與硬件設(shè)計開發(fā)的綜合創(chuàng)新實踐活動，提高學(xué)員軟件編程與硬件設(shè)計的綜合應(yīng)用能力，養(yǎng)成良好的工程思維習(xí)慣，為學(xué)員本科畢業(yè)設(shè)計、參加各類相關(guān)競賽等創(chuàng)新實踐活動，打下“軟硬皆固”的良好基礎(chǔ)。

（4）為各類電子創(chuàng)新類競賽活動提供實踐平臺

依托電子信息創(chuàng)新實驗室的軟硬件條件，為參加各類大學(xué)員電子設(shè)計競賽的學(xué)員、指導(dǎo)教員和其他興趣小組學(xué)員提供學(xué)習(xí)和實踐平臺。通過選拔電子創(chuàng)新優(yōu)秀學(xué)員，參加省大學(xué)員電子設(shè)計大賽及全國大學(xué)員電子設(shè)計大賽，積累經(jīng)驗，鍛煉隊伍，促進(jìn)電子信息創(chuàng)新實驗室教員團(tuán)隊和學(xué)員團(tuán)隊的成長。

1.2 創(chuàng)新能力培養(yǎng)層級設(shè)計

如圖1所示，電子信息創(chuàng)新實驗室對學(xué)員的創(chuàng)新能力培養(yǎng)分為基礎(chǔ)層、進(jìn)階層和提高層三個層次，包括：

（1）基礎(chǔ)層，主要完成電子創(chuàng)新基礎(chǔ)能力培養(yǎng)。具體包括：

a.電路圖設(shè)計

學(xué)習(xí)電路設(shè)計的基礎(chǔ)知識，使用Altium Designer軟件進(jìn)行電路原理圖設(shè)計。

b.印刷電路板（PCB）設(shè)計

學(xué)習(xí)印刷電路板設(shè)計制作的基礎(chǔ)知識，使用Altium Designer軟件進(jìn)行PCB設(shè)計。

c.PCB焊接與電路調(diào)試

學(xué)習(xí)PCB加工制作的相關(guān)知識。使用焊接工具將電子元器件正確地焊接裝配到印刷電路板上，利用儀器儀表進(jìn)行電路的測試和調(diào)試。

（2）進(jìn)階層，利用開發(fā)板進(jìn)行軟硬件開發(fā)設(shè)計進(jìn)而完成復(fù)雜電子系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)。主要包括：

a.單片機(jī)開發(fā)

由于單片機(jī)價格低廉，應(yīng)用廣泛，入門門檻低，實驗室為每一個學(xué)員臺配備單片機(jī)實驗箱一臺。由教員為學(xué)員開設(shè)基于實驗箱的培訓(xùn)課程，加快學(xué)員的入門進(jìn)程。

b.DSP開發(fā)

為整個實驗室配備三套DSP開發(fā)套件，面向基礎(chǔ)較好、興趣較高的學(xué)員，以學(xué)員自主學(xué)習(xí)為主，教員指導(dǎo)為輔。

c.FPGA開發(fā)

為整個實驗室配備三套FPGA開發(fā)套件，面向基礎(chǔ)較好、興趣較高的學(xué)員，以學(xué)員自主學(xué)習(xí)為主，教員指導(dǎo)為輔。

d.ARM開發(fā)

為整個實驗室配備三套ARM開發(fā)套件，面向基礎(chǔ)較好、興趣較高的學(xué)員，以學(xué)員自主學(xué)習(xí)為主，教員指導(dǎo)為輔。

e.傳感器應(yīng)用開發(fā)

為整個實驗室配備三套傳感器應(yīng)用開發(fā)套件，面向基礎(chǔ)較好、興趣較高的學(xué)員，以學(xué)員自主學(xué)習(xí)為主，教員指導(dǎo)為輔。

f.復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)

經(jīng)過基礎(chǔ)創(chuàng)新能力培養(yǎng)和基于開發(fā)板的軟硬件開發(fā)設(shè)計學(xué)習(xí)，學(xué)員已經(jīng)具備了電路設(shè)計、PCB設(shè)計制作、電路調(diào)試、電子系統(tǒng)的軟硬綜合開發(fā)能力，可以針對具體的應(yīng)用要求設(shè)計開發(fā)較為復(fù)雜的電子系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試測試工作。

（3）提高層，利用專業(yè)軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真建模，通過軟件接口驅(qū)動硬件開發(fā)套件，進(jìn)行軟硬件混合的系統(tǒng)仿真和設(shè)計。主要包括：

a.Matlab仿真建模

利用m語言、simulink、GUI進(jìn)行程序設(shè)計、界面設(shè)計和電子系統(tǒng)仿真分析。利用matlab軟件模擬產(chǎn)生較為復(fù)雜的測試信號數(shù)據(jù)，供硬件系統(tǒng)使用，也可將硬件系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到matlab軟件中通過搭建的仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試工作。

b.Systemvue仿真建模

Systemvue是Agilent出品的專業(yè)的電子信息類系統(tǒng)仿真建模軟件。利用Systemvue的基礎(chǔ)庫和通信庫進(jìn)行電子系統(tǒng)及通信系統(tǒng)的系統(tǒng)級仿真建模分析。

c.Labview虛擬儀器建模

利用Labview進(jìn)行虛擬儀器儀表設(shè)計并可通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出。

d.軟硬件混合系統(tǒng)仿真建模

利用Matlab和Systemvue可以實現(xiàn)變量和程序的互相調(diào)用，實現(xiàn)兩種軟件間的混合電子系統(tǒng)仿真。通過Systemvue和Labview軟件開放接口可以驅(qū)動硬件開發(fā)套件，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和下載，軟硬件構(gòu)成一個混合仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)較高層次的電子系統(tǒng)混合仿真建模。

以上三個層次涵蓋了電子信息方向較為全面的能力培養(yǎng)模塊，通過上述三個層面的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，最終形成電子信息類學(xué)員全面的創(chuàng)新能力輸出。

基礎(chǔ)能力培養(yǎng)面向全校電子信息類學(xué)員，學(xué)員可自主報名參加，由經(jīng)驗豐富的教員開展電路圖設(shè)計、PCB制版、PCB焊接與電路調(diào)試專題培訓(xùn)，為學(xué)員從事硬件類畢業(yè)設(shè)計、電子創(chuàng)新設(shè)計及今后工作開展艦員級維修打下基礎(chǔ)。

軟硬件開發(fā)設(shè)計和系統(tǒng)仿真建模重點面向基礎(chǔ)較好、興趣較高、且有意從事電子創(chuàng)新的學(xué)員。教員根據(jù)創(chuàng)新能力建設(shè)內(nèi)容制定多個科目的培訓(xùn)計劃，由經(jīng)過基礎(chǔ)能力培養(yǎng)的學(xué)員選修，達(dá)到指定選修人數(shù)即可開展該科目的培訓(xùn)工作。該部分的培養(yǎng)內(nèi)容對學(xué)員電子創(chuàng)新能力培養(yǎng)是一個提升。

電子創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程中，教員不是主導(dǎo)，教員重在引導(dǎo)學(xué)員的興趣，對學(xué)員進(jìn)行基礎(chǔ)能力培養(yǎng)[4-5]。學(xué)員具備電子創(chuàng)新基礎(chǔ)能力后，可以發(fā)揮自己的主觀能動性自主學(xué)習(xí)自己感興趣的后續(xù)內(nèi)容，通過成立電子創(chuàng)新興趣小組，為每一個小組制定一個電子創(chuàng)新課題，在完成課題的過程中培養(yǎng)學(xué)員的能力、興趣、協(xié)作精神，在課題實現(xiàn)的過程中讓學(xué)員體會到自信和成就感，從而樹立起向更新跟高目標(biāo)前進(jìn)的動力，此為對學(xué)員創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的所在。

1.3 建設(shè)水平

電子信息創(chuàng)新實驗室現(xiàn)已完成建設(shè)并面向全院開放，建設(shè)面積80平方米，包括實驗區(qū)和器件焊接區(qū)兩大區(qū)域。硬件方面具有較完備的電子創(chuàng)新基礎(chǔ)實驗設(shè)施、基礎(chǔ)測試儀器儀表、涵蓋電子信息行業(yè)主流的各類硬件開發(fā)套件;軟件方面配備了電子信息行業(yè)所需的各種設(shè)計、開發(fā)、仿真軟件，尤其是將電子系統(tǒng)仿真建模軟件Systemvue引入電子信息創(chuàng)新實驗室，為此學(xué)院通信裝備教研室專門選派三名教員赴北京安捷倫公司進(jìn)行Systemvue軟件的雷達(dá)和通信模塊庫培訓(xùn)，取得了培訓(xùn)合格證書，為該專業(yè)軟件的推廣和應(yīng)用掃清了障礙，因此實驗室在軟件建設(shè)方面處于國內(nèi)同類實驗室領(lǐng)先水平。整體建設(shè)處于國內(nèi)同類實驗室主流水平。

2 運作和管理

（1）開放性運作

開放實驗室要給學(xué)員營造一個寬松自由的環(huán)境，要給學(xué)員的創(chuàng)造性和能動性提供廣闊的空間，使他們有一個充分發(fā)揮想象力和自我實現(xiàn)的機(jī)會[6]。學(xué)院電子信息創(chuàng)新實驗室建開放以來，主要以專職教員監(jiān)督、學(xué)員自行管理的方式進(jìn)行。實驗室提供了較為完備的基礎(chǔ)儀器儀表、開發(fā)套件、常用元器件和焊接臺，最大限度滿足學(xué)員電子創(chuàng)新實踐的需求。圖2為學(xué)員在電子信息創(chuàng)新實驗室開展活動。

另外，實驗室不僅僅限于時間上的開放，內(nèi)容上也開放運行，學(xué)員可以自主選擇實驗課題，也可選擇教員提供的課題，還可以申請學(xué)院的創(chuàng)新課題和自主研究課題。

（2）層次化運作

實驗室建立了層次化的開放性實驗?zāi)Ｊ?，既有面向低年級學(xué)員的基礎(chǔ)性實驗內(nèi)容，也有面向有一定基礎(chǔ)學(xué)員的自選實驗內(nèi)容，還有面向高年級學(xué)員及研究生的科研型課題，力求從多角度、多方向培養(yǎng)學(xué)員的素質(zhì)和能力。

（3）激勵機(jī)制

建立良好的激勵機(jī)制，吸引學(xué)員熱情參與電子創(chuàng)新活動。比如：支持學(xué)員立項創(chuàng)新課題，給予一定的科研經(jīng)費支持;制定創(chuàng)新學(xué)分獎勵辦法，學(xué)員可通過創(chuàng)新實驗室的平臺參加各類競賽、參加科學(xué)研究、發(fā)表論文、參與課外科研活動、發(fā)明創(chuàng)造，取得成績后獲得相應(yīng)的創(chuàng)新學(xué)分，計入畢業(yè)分配總分;依托實驗室建立電子信息創(chuàng)新俱樂部，學(xué)院提供制度和經(jīng)費支持，吸引一批志同道合的學(xué)員加入，相互幫促，共同提高。

（4）制度化管理

制定適當(dāng)?shù)墓芾硪?guī)章制度，使開放實驗室有制度保障，對創(chuàng)新實驗審批、設(shè)備使用、器材申領(lǐng)、資料借閱、原料損耗、問題處理等做出明確規(guī)范，保障實驗室健康有序運轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語

作為一所軍事指揮院校，創(chuàng)新實驗室力求將指技融合基因融入人才培養(yǎng)中。通過對電子信息創(chuàng)新實驗室的建設(shè)和實踐，已經(jīng)初步摸索到了一套切實可行的運作和管理方法，下一步工作的重點著力兩個方面，一是加強(qiáng)專職指導(dǎo)教員的配置，二是采用多種方式吸引學(xué)員的參與熱情，多出創(chuàng)新成果。

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