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試析自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗實(shí)訓室建設與實(shí)踐教學(xué)體系改革論文
論文摘要：介紹了自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)原有實(shí)踐教學(xué)體系在運行中的經(jīng)驗和問(wèn)題。結合新形勢下高等院校人才培養目標及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，闡述了建立自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗實(shí)訓室、構建新的實(shí)踐教學(xué)體系的必要性。從實(shí)驗實(shí)訓室建設和實(shí)踐教學(xué)體系構建到實(shí)踐教學(xué)運行質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐，經(jīng)實(shí)際運行證明，相關(guān)經(jīng)驗對工科實(shí)踐環(huán)節的建設有顯著(zhù)的借鑒價(jià)值。
論文關(guān)鍵詞：實(shí)驗；實(shí)訓；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng )新型人才培養
培養具有創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力的高級專(zhuān)門(mén)人才歷來(lái)都是工科院校的首要任務(wù)。而2012年教育部啟動(dòng)的卓越工程師教育培養計劃，主要目標是“面向工業(yè)界、面向世界、面向未來(lái)，培養造就一大批創(chuàng )新能力強、適應經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才”，為工科高等院校的人才培養提出了更高的要求。那么，作為這一計劃的主體，怎樣利用校內資源加強這方面的工作？顯然，加強基于模擬工業(yè)場(chǎng)景的實(shí)驗實(shí)訓室的建設是培養學(xué)生實(shí)際操作能力、綜合實(shí)踐能力和創(chuàng )新精神必不可少的條件。
一、實(shí)驗實(shí)訓室建設背景
電子信息與電氣工程系是安陽(yáng)工學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我�！保┹^大的院系，實(shí)驗室較多，設施相對齊全，部分實(shí)驗室的設備配置達到較高層次。在08版的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生教育教學(xué)培養方案中，顯著(zhù)加強了實(shí)踐和創(chuàng )新能力的培養，實(shí)驗環(huán)節的設置上更注重設計性和綜合性實(shí)踐環(huán)節。但是，從核心專(zhuān)業(yè)的建設和學(xué)生實(shí)踐鍛煉環(huán)節來(lái)看，這樣的設置仍缺乏系統性和整體性，實(shí)驗所涉及的知識是離散的，實(shí)驗的內容和操作過(guò)程與生產(chǎn)實(shí)際亦有較大出入，甚至會(huì )產(chǎn)生誤導。
在每年一次的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程建設研討會(huì )上，校企合作單位的專(zhuān)家在參觀(guān)了現有實(shí)驗室并給予肯定的同時(shí)，也提出了改進(jìn)意見(jiàn)，其中包括如何通過(guò)實(shí)驗提高學(xué)生動(dòng)手能力和樹(shù)立工程概念，培養創(chuàng )新能力。
針對這一情況，根據自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)科特點(diǎn)，電子信息與電氣工程學(xué)院以現有實(shí)驗室為依托，以自動(dòng)化核心專(zhuān)業(yè)為重點(diǎn)，圍繞貼近生產(chǎn)實(shí)際的基本任務(wù)，籌建了自動(dòng)專(zhuān)業(yè)相關(guān)實(shí)驗實(shí)訓室，并構建了新的實(shí)踐教學(xué)體系。
二、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗實(shí)訓室
電子信息與電氣工程學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課程包括“自動(dòng)控制”、“運動(dòng)控制”、“過(guò)程控制”、“集散控制”、“可編程序控制器原理用其應用”等，并設有專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室。然而，原有的實(shí)踐教學(xué)體系單純以課程為基礎設置，實(shí)驗室主要完成相關(guān)課程知識的驗證和鞏固，各實(shí)驗之間基本無(wú)關(guān)聯(lián)。這樣會(huì )造成學(xué)生無(wú)法將知識系統化，難以建立關(guān)系到多課程的系統性概念。即便是綜合性、設計性實(shí)驗，也由于實(shí)驗裝置的過(guò)度模塊化、集成化，使得在為學(xué)生提供模擬實(shí)際的操作中顯得力不從心，而難于將專(zhuān)業(yè)知識系統化并與工程實(shí)際相聯(lián)系。實(shí)訓室的建立將成為多課程知識系統化的紐帶，理論與工程實(shí)踐聯(lián)系的橋梁。
1.電工基礎實(shí)訓室
包括電子實(shí)訓和電工基本操作，培養學(xué)生對常用電工儀表和電子儀器的使用及測量技能。主要完成對電子線(xiàn)路認識、焊接、測試，對電器元件、電機的認識和基本電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)、調試，機床電氣控制線(xiàn)路的調試、故障排除和維修�？捎糜谡J知實(shí)習、生產(chǎn)實(shí)習以及維修電工的技能鑒定訓練。
2.過(guò)程控制與集散控制實(shí)驗實(shí)訓室
將原有的傳感器實(shí)驗室、過(guò)程控制實(shí)驗室、運動(dòng)控制實(shí)驗室和PLC實(shí)驗室相結合，模仿工廠(chǎng)的生產(chǎn)線(xiàn)，以過(guò)程控制實(shí)驗室為基點(diǎn)，其他單個(gè)實(shí)驗室相當于生產(chǎn)車(chē)間，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把各實(shí)驗室串起來(lái)，構成過(guò)程控制和集散控制實(shí)訓室。以自動(dòng)控制理論為核心，將傳感器、運動(dòng)控制、過(guò)程控制、PLC等相關(guān)課程知識系統化，使學(xué)生對所學(xué)理論知識有更直觀(guān)的認識。實(shí)訓對象形象逼真，接近工業(yè)現場(chǎng)的實(shí)際應用，學(xué)生很快就能適應現場(chǎng)的工作。本實(shí)訓室除了要完成各課程的基本實(shí)驗外，還可用于課程設計和畢業(yè)設計。
3.工業(yè)控制技術(shù)綜合實(shí)驗實(shí)訓室
在現代工業(yè)自動(dòng)化控制中，PLC因其配置靈活、使用方便、安全可靠等特點(diǎn)，使用越來(lái)越廣泛，技術(shù)更新也越來(lái)越快。PLC、變頻器、伺服控制、觸摸屏等已成為當今工業(yè)現場(chǎng)的主流電氣控制裝置。該實(shí)訓室按照勞動(dòng)和社會(huì )保障部頒發(fā)的“工人技術(shù)等級標準”和職業(yè)技能鑒定規范的內容要求，根據電工培訓考核的實(shí)際情況而設計的集學(xué)習、理論、驗證、實(shí)際操作能力培養等功能為一體的多功能設備。采用標準網(wǎng)孔板設計，可在該平臺上任意安裝、拆卸電氣元件，設計、搭建自己的控制電路。實(shí)驗平臺完全開(kāi)放，整體實(shí)訓設備以西門(mén)子的S7-200工業(yè)級產(chǎn)品為主，以步進(jìn)電機、三相異步電機、伺服電機等為控制對象，完全按照工業(yè)現場(chǎng)常見(jiàn)控制工藝配置器件，從而提供一個(gè)完全真實(shí)的工業(yè)現場(chǎng)操作平臺。
該實(shí)訓室可進(jìn)行PLC基本技能、PLC模擬控制實(shí)訓、PLC實(shí)物模型控制實(shí)訓、變頻調速控制實(shí)訓、觸摸屏控制實(shí)訓、工業(yè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)訓等，主要用于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)和電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習、畢業(yè)設計，還可利用PLC與過(guò)程控制實(shí)訓室的工業(yè)對象構成一個(gè)基于PLC的過(guò)程控制實(shí)訓項目或集散控制系統。
三、新的實(shí)踐教學(xué)體系
無(wú)論多好的實(shí)驗硬件設施，如果沒(méi)有相應的教學(xué)管理體系作保證，也只能是一種擺設。根據自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，通過(guò)分析、論證，構建了注重工程實(shí)踐能力培養的模塊化、系統化、貫通式實(shí)踐教學(xué)體系。
新的實(shí)踐教學(xué)體系把貫穿于大學(xué)四年的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節分成專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)驗（如模電、數電、微機原理等，以驗證為主）、專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗（以綜合性、設計性為主）、課程設計、電機電器實(shí)訓、工業(yè)控制技術(shù)實(shí)訓和畢業(yè)設計幾大模塊，分別在基礎層、提高層、研究與創(chuàng )新層三個(gè)層面上開(kāi)展，后者注重各實(shí)驗的系統化連接以及與工程應用的聯(lián)系，強化學(xué)生工程實(shí)踐能力與創(chuàng )新能力的培養。
四、實(shí)踐教學(xué)管理
1.實(shí)驗實(shí)訓室管理
由于缺少專(zhuān)職實(shí)驗教師，實(shí)驗實(shí)訓室總體上由實(shí)驗中心負責日常管理，包括實(shí)驗時(shí)間協(xié)調、實(shí)驗裝置維護、實(shí)驗室衛生等，而實(shí)驗實(shí)訓任務(wù)的實(shí)施主要由任課教師和實(shí)訓指導教師負責完成。
實(shí)驗實(shí)訓任務(wù)可分為三大類(lèi)：一種為培養計劃內任務(wù)，即單課程實(shí)驗（驗證型、綜合型和設計型實(shí)驗）；一種是操作能力訓練，如電機電器實(shí)訓、工業(yè)控制技術(shù)實(shí)訓等；一種為自主、創(chuàng )新性活動(dòng)，如大學(xué)生電子科技創(chuàng )新大賽、自主選題實(shí)驗、畢業(yè)設計等。
培養計劃內實(shí)踐任務(wù)主要是按照教學(xué)內容，通過(guò)實(shí)驗對重要定義和概念進(jìn)行驗證。任課教師在學(xué)期初將計劃書(shū)交予實(shí)驗中心，由實(shí)驗中心協(xié)調安排實(shí)驗課表，并做好硬件保障。學(xué)生在任課教師的指導下，根據實(shí)驗任務(wù)要求完成各類(lèi)實(shí)驗操作，并將實(shí)驗結果以報告的形式完成。對于設計型、綜合型實(shí)驗，指導教師以實(shí)驗室（可以是不同課程實(shí)驗室）所能提供的設備，精心選擇布置實(shí)驗題目，學(xué)生根據實(shí)驗題目要求，自行設計實(shí)驗過(guò)程，分析、計算實(shí)驗結果，以達到使課程知識系統化的目的。
操作能力訓練，以維修電工技能培訓、生產(chǎn)實(shí)習等形式開(kāi)展。指導教師負責實(shí)訓內容的確定及在此期間的管理。
對于自主、創(chuàng )新活動(dòng)，學(xué)生自選實(shí)驗內容、實(shí)驗時(shí)間和指導教師，充分滿(mǎn)足不同學(xué)生的需要。實(shí)驗的過(guò)程及結果由指導教師負責。
2.實(shí)踐教學(xué)體系運行控制
為保證新的實(shí)踐教學(xué)體系的運行質(zhì)量，必須對原有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節的內容、教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行相應的改革。
�。�1）綜合型、設計型實(shí)驗項目的設置以培養學(xué)生對課程知識的綜合、分析能力為目的；課程設計項目的設置應與實(shí)用性及工程實(shí)踐、新知識的工程應用緊密結合，培養學(xué)生的分析、設計和動(dòng)手能力。
例如，在進(jìn)行過(guò)程控制系統課程設計時(shí)，教師只給出實(shí)物對象和控制要求，由學(xué)生根據實(shí)驗室現有的傳感器、控制器、執行機構等裝置，自行設計、選擇控制裝置，完成系統的構建、接線(xiàn)、參數整定。在此過(guò)程中，學(xué)生將自動(dòng)控制原理、過(guò)程控制系統、傳感器原理與應用、MATLAB仿真等課程知識結合在一起，形成了系統的概念，培養了專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力。
�。�2）實(shí)訓項目的開(kāi)展采用任務(wù)引導的方式進(jìn)行，激發(fā)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣、培養學(xué)生的實(shí)際操作和工程實(shí)踐能力。實(shí)訓的重點(diǎn)主要放在建立基本概念、了解基本功用、鍛煉動(dòng)手能力的基礎上，不過(guò)多的介紹復雜的理論知識。
例如，在進(jìn)行電機電器實(shí)訓初期，首先讓學(xué)生認識各種元器件的實(shí)物，了解其功能，然后教師結合實(shí)物對象和任務(wù)進(jìn)行講解，并指導學(xué)生完成任務(wù)功能。課后要求學(xué)生結合課本或查閱資料自學(xué)實(shí)訓中用到的各種器件的工作原理，激發(fā)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習興趣。在接下來(lái)的實(shí)訓中，教師只布置實(shí)驗任務(wù)，簡(jiǎn)單講解實(shí)現任務(wù)的過(guò)程，對于回路設計和具體接線(xiàn)等諸多問(wèn)題，由學(xué)生在具體實(shí)踐中通過(guò)查閱資料、小組討論、獨立思考等形式將問(wèn)題逐一化解，抽象的理論知識迅速消化并轉化為自己的思路和想法，逐步完成線(xiàn)路設計、接線(xiàn)和功能實(shí)現。從實(shí)訓結果來(lái)看，大多數學(xué)生完成了教師要求的任務(wù)，一部分學(xué)生還通過(guò)小小的改動(dòng)實(shí)現了不同的功能，這也大大增強了學(xué)生的自信心，激發(fā)了學(xué)生繼續探索的動(dòng)力，形成了一個(gè)良性循環(huán)。令人欣慰的是，在實(shí)訓過(guò)程中，面對同一任務(wù)要求，還經(jīng)常有不同“版本”的實(shí)現方法出現，并對電機拖動(dòng)、調速方法等相關(guān)理論問(wèn)題充滿(mǎn)好奇，為后續課程的學(xué)習奠定了基礎。
�。�3）實(shí)踐教學(xué)的效果很大程度上取決于指導教師的精力投入。為保證實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，必須配備有豐富實(shí)踐經(jīng)驗和責任心強的指導教師進(jìn)行實(shí)訓指導，而且學(xué)校應建立相應的激勵機制，最大程度地調動(dòng)教師的工作積極性。
五、結論
基于工業(yè)場(chǎng)景的實(shí)驗實(shí)訓室的建立為培養創(chuàng )新能力強、適應性強的自動(dòng)化工程技術(shù)人才創(chuàng )造了必要的物質(zhì)條件。經(jīng)過(guò)這兩年的實(shí)際運行，我校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的這種模塊化、系統化、貫通式工程實(shí)踐能力培養體系在人才培養、專(zhuān)業(yè)教育、課程體系引導方面均產(chǎn)生了較為明顯的效果，對同類(lèi)高校工科專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐應用教學(xué)有很好的交流借鑒意義。
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