以能力培養(yǎng)為目標(biāo)實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

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摘要：在新工科建設(shè)背景下，綜合實(shí)訓(xùn)在本科教學(xué)中的地位日益顯著。以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力為目標(biāo)，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)自動(dòng)化電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提出了“以學(xué)生為中心，以出口為導(dǎo)向”的虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式，并在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中驗(yàn)證了該模式能夠有效提高實(shí)踐教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：新工科建設(shè)；綜合實(shí)訓(xùn)；實(shí)踐教學(xué)；虛擬仿真

實(shí)踐教學(xué)是本科教學(xué)工作的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。在“新工科”背景下本科專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)工作，不僅需要廣大教師對(duì)實(shí)踐教學(xué)工作高度重視，還要更深入了解“新工科”的內(nèi)涵及相關(guān)政策，與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)新形勢(shì)的發(fā)展需要，抓住機(jī)遇，大力開(kāi)展教育教學(xué)改革，提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)與社會(huì)需求的契合度。隨著我校專(zhuān)業(yè)工程認(rèn)證和審核評(píng)估工作的不斷深入，如何有效提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力以及綜合競(jìng)爭(zhēng)力，成為實(shí)踐教學(xué)中重要的研究課題。

一、我校綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀分析

本科教學(xué)大多傾向于理論教學(xué)環(huán)節(jié)，缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論教學(xué)的相互補(bǔ)充，學(xué)生所學(xué)各科理論知識(shí)無(wú)法形成體系，對(duì)生產(chǎn)生活中遇到的實(shí)際應(yīng)用情況無(wú)從下手。以學(xué)科為導(dǎo)向，脫離產(chǎn)業(yè)需求，這就導(dǎo)致實(shí)踐環(huán)節(jié)存在一定滯后性，造成與社會(huì)發(fā)展需要脫節(jié)的現(xiàn)象。針對(duì)自動(dòng)化電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，綜合實(shí)訓(xùn)是學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的綜合實(shí)訓(xùn)形式大多以企業(yè)參觀實(shí)踐為主，針對(duì)大型儀器設(shè)備，主要是以技術(shù)人員講解設(shè)備為主，尚且停留在聽(tīng)和看的階段，不能親自接觸各種工業(yè)設(shè)備環(huán)境，去了解其內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理，使得學(xué)生對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的理解不夠深入，同時(shí)，學(xué)生動(dòng)手操作能力具有一定局限性。

二、新工科建設(shè)的思索與實(shí)踐

在新工科建設(shè)大背景下，探索建立工科發(fā)展的新范式，實(shí)現(xiàn)從學(xué)科導(dǎo)向，轉(zhuǎn)向以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，考慮學(xué)生發(fā)展志趣，建立滿(mǎn)足行業(yè)發(fā)展需要的實(shí)踐課程資源，強(qiáng)化進(jìn)行工程實(shí)踐的訓(xùn)練。對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)，著重要培養(yǎng)的是兩方面能力，即工程創(chuàng)新能力和適應(yīng)變化能力。而新經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需工程科技人才的特征就是要能夠解決“跨界”的“復(fù)雜工程問(wèn)題”，能夠解決“跨界”“復(fù)雜工程問(wèn)題”的工程科技人員，就是支撐新經(jīng)濟(jì)發(fā)展所亟須的工程科技人才?！皬?fù)雜工程問(wèn)題”是本科畢業(yè)生在實(shí)際職業(yè)崗位中所面對(duì)的既要考慮內(nèi)外部制約因素，又要滿(mǎn)足內(nèi)外部需求的技術(shù)工作問(wèn)題。實(shí)際工程中的難題大多都無(wú)法僅用單一及多門(mén)技術(shù)課、專(zhuān)業(yè)課的知識(shí)來(lái)解決，甚至不知這些難題具體與哪門(mén)課程、專(zhuān)業(yè)相關(guān)?！皬?fù)雜工程問(wèn)題”不只是純技術(shù)、理論問(wèn)題，同時(shí)還融合了大量非技術(shù)性的問(wèn)題，“復(fù)雜工程問(wèn)題”往往是系統(tǒng)性的問(wèn)題。解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”不僅需要工程基礎(chǔ)知識(shí)，更需要能綜合解決各種內(nèi)外部因素、需求以及多重沖突的方法論，避免過(guò)于理想化。在解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”時(shí)，不是追求個(gè)別、部分最優(yōu)技術(shù)指標(biāo)的突破，而是要關(guān)注工程應(yīng)用中發(fā)生多重沖突因素后，對(duì)可能出現(xiàn)的那個(gè)最差技術(shù)指標(biāo)、性能的識(shí)別及提升，要著重考慮研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)全過(guò)程的低成本，要著重考慮新技術(shù)、產(chǎn)品的可靠性。結(jié)合工程基礎(chǔ)課知識(shí)、解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”方法論課程的知識(shí)，使學(xué)生能夠在學(xué)校內(nèi)就可將專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)與工程基礎(chǔ)知識(shí)、方法論知識(shí)相融通，以構(gòu)成學(xué)生解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”能力的知識(shí)結(jié)構(gòu)。基于培養(yǎng)方案，扎實(shí)理論知識(shí)，注重應(yīng)用能力培養(yǎng)，堅(jiān)持理論與實(shí)踐并重，打破傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方式，構(gòu)建新型實(shí)踐教學(xué)模式，提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)與社會(huì)需求的契合度。

三、堅(jiān)持理論與實(shí)踐并重，實(shí)踐引領(lǐng)創(chuàng)新，構(gòu)建新型實(shí)踐教學(xué)模式

新工科建設(shè)需要加強(qiáng)研究和實(shí)踐，為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性。以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力為目標(biāo)，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)自動(dòng)化電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提出了“以學(xué)生為中心，以出口為導(dǎo)向”的虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式。通過(guò)強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，有效解決了工程教育中存在的目標(biāo)定位不清、輕設(shè)計(jì)，缺實(shí)踐、課程體系相對(duì)陳舊、師資隊(duì)伍缺乏工程經(jīng)歷等弊端。為了彌補(bǔ)綜合實(shí)訓(xùn)現(xiàn)階段的局限性，在工程訓(xùn)練實(shí)踐中，采用微縮仿真模型來(lái)模擬實(shí)際自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程情況，通過(guò)一系列開(kāi)放式的教學(xué)安排，在專(zhuān)門(mén)的工藝裝備和生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)實(shí)踐，比如學(xué)院開(kāi)設(shè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)綜合實(shí)習(xí)，讓學(xué)生能夠在了解微縮生產(chǎn)線(xiàn)模型的基礎(chǔ)上，模擬生產(chǎn)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)操作，學(xué)習(xí)工藝知識(shí)，掌握工藝方法，應(yīng)用Logix虛擬仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，針對(duì)不同的被控對(duì)象進(jìn)行虛擬仿真，再作用于實(shí)際的對(duì)象模型中，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的方式完成一系列獨(dú)立設(shè)計(jì)、制作和綜合訓(xùn)練，使學(xué)生在認(rèn)知的基礎(chǔ)上，通過(guò)反復(fù)的思考、實(shí)踐和比較的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，為工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和企業(yè)工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目以無(wú)游梁長(zhǎng)沖程抽油機(jī)模型為研究對(duì)象，該模型采用與實(shí)際系統(tǒng)相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括電動(dòng)機(jī)、電控剎車(chē)、軟件及硬件行程開(kāi)關(guān)等，利用汽缸和活塞可以真實(shí)地模擬井下的負(fù)載，有效簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，大大提高了總體效率。考慮非技術(shù)因素影響，綜合運(yùn)用生產(chǎn)技術(shù)、電機(jī)控制、機(jī)械原理、傳感器、控制算法等方面的知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)便于管理和監(jiān)控、切合實(shí)際生產(chǎn)控制需求的方案。利用Logix虛擬仿真軟件完成相關(guān)設(shè)計(jì)，通過(guò)RSLinx通訊軟件，建立EtherNet/IP通訊，利用RSLogix5000軟件進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，通過(guò)OPC服務(wù)鏈接RSView進(jìn)行監(jiān)控界面等設(shè)置，搭建了以CompactLogix控制器為核心的控制系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)PowerFlex40變頻器控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行來(lái)模擬抽油泵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將液體泵出，如圖1所示，進(jìn)而模擬海上鉆井平臺(tái)抽油的工藝工程，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值。在實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件下，將虛擬仿真技術(shù)融入到綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生不再受教師指定操作思路的束縛，使學(xué)生不僅能夠掌握工業(yè)生產(chǎn)中簡(jiǎn)單和復(fù)雜控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理以及設(shè)計(jì)和分析方法，熟悉工業(yè)控制器的使用方法，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，完成系統(tǒng)組態(tài)。還能了解軟硬件的基本應(yīng)用，學(xué)習(xí)在不同對(duì)象系統(tǒng)環(huán)境下的軟硬件配置以及用戶(hù)程序設(shè)計(jì)，大大提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，其中優(yōu)秀的學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目取得了優(yōu)異成績(jī)。

四、結(jié)束語(yǔ)

為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力，將虛擬仿真技術(shù)融入到綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)中，利用Logix軟件完成虛擬仿真設(shè)計(jì)，并與綜合實(shí)訓(xùn)硬件系統(tǒng)相結(jié)合，完成綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)的改革，有利于提高學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，極大降低硬件設(shè)備的損壞率，提高實(shí)驗(yàn)室管理水平。Logix虛擬仿真軟件的應(yīng)用不僅能夠增加綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)踐性，還能激發(fā)學(xué)生積極探索的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生良好的自主學(xué)習(xí)能力以及實(shí)踐動(dòng)手能力。通過(guò)“以學(xué)生為中心，以出口為導(dǎo)向”虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式的持續(xù)培養(yǎng)，逐漸提高學(xué)生綜合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力以及綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者：田靜 田華 姜萍 單位：河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院