主页 > 技（jì）术文章 > 试析自动化专业实验实训室建设与实践教学体系改革 2024-09-27

试析（xī）自动化专业实验实训室建设与实践（jiàn）教学体系改革

摘要（yào）：介绍了自动化专（zhuān）业原有实践教学（xué）体系在运行（háng）中的经验和问题（tí）。结合新形势下高等院校人才培养目标（biāo）及自动化专业的学科（kē）特点，阐述了建立自（zì）动化专（zhuān）业实验实训室、构建新的实（shí）践教学体系的必要性。从（cóng）实验实训室建设和实践（jiàn）教（jiāo）学体系构建到实践教（jiāo）学运行质量控制（zhì）等方面进行了探索和实践，经实际（jì）运行证（zhèng）明，相关经验对工科实践环节（jiē）的建（jiàn）设有显著的借鉴价值（zhí）。
培养具有创新（xīn）精神和实践能力的高级专门人才历来都是工科院（yuàn）校的首要任务。而2012年教育部启动的（de）卓越工程师（shī）教育培养计（jì）划（huá），主要目（mù）标是“面向工业界、面向世界（jiè）、面向未来，培养（yǎng）造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需（xū）要的高质量各（gè）类型工程技（jì）术人才”，为工（gōng）科高等院校的人才培养提（tí）出了（le）更高的要求。那么，作为这一计划的主体，怎样（yàng）利用校内资源加强（qiáng）这方面的工（gōng）作？显然，加强基于模拟（nǐ）工业场景的实验（yàn）实训室的建设是培养学生实际操作能力、综合实践能力和创新精神必（bì）不可少的条件。
一、实验实训室（shì）建设背景：
　　电子信（xìn）息与电气工程系是大专院校院系，实验室较多，设施相对齐（qí）全，部分实验室的设备配置达到较高层次（cì）。自动化专业本科生教育教学培养方案中，显著加（jiā）强了实践和创新能力的培养，实验环节的设置上更注重设计（jì）性和综合性实践环节。但是，从核心专业的建设和学生（shēng）实践锻炼环节来看，这样的设置（zhì）仍缺乏系（xì）统性和整体性，实验所涉及的知（zhī）识是离散的，实验（yàn）的内容（róng）和操（cāo）作过程与生产实际亦有（yǒu）较大出入，甚至会产生误导。
　　在每年一次的（de）自动化专业课（kè）程建设研讨会上，校企合作单位的专家在参观了现有（yǒu）实验室并给予肯定的同时，也提出了（le）改进意见，其中包括如何通过（guò）实验提高学生动手能力和树立工程概念，培养创新能力。
　　针对这一情况，根据自动化专业学（xué）科特点，电子（zǐ）信息与电（diàn）气工程学院以现有实验（yàn）室为（wéi）依托，以自动化核心专业为重点，围绕贴近生产实际的基本任务，筹建了自动专业相关实验（yàn）实训室，并构建了新的实践教学（xué）体系。
二、自动（dòng）化专业实验实（shí）训室：
　　自动（dòng）化专业的核心专业课程包括“自动控制”、“运动控（kòng）制”、“过程控制”、“集（jí）散控制”、“可编程序控制器原理用其（qí）应用”等，并设有专（zhuān）门的实验室。然而，原（yuán）有的实践教学体系单纯以课程为基础设置（zhì），实验室主（zhǔ）要完成相关课程知识的验证和巩固，各（gè）实验之间（jiān）基本无关联。这样（yàng）会造成学生无法将知识系统化，难以建立关系到多课程的系统性概念。即便是综合性、设计性实验，也（yě）由于实（shí）验装置的过度模块化、集（jí）成化，使得在为学生提供模拟实际的操作中显得力不从（cóng）心，而难于将专业知识系统化并与工程实际相联系。实训室的建立将成为多课（kè）程知识系统化的纽带，理论与工程实（shí）践联系的桥梁。
　　1.电工基础实（shí）训室（shì）
　　包括电子实训（xùn）和电工基本操作，培养（yǎng）学生对常用（yòng）电工（gōng）仪表和电子仪器的使用及测量技能。主要完（wán）成对电子线路认识（shí）、焊接、测试，对电器元件、电机（jī）的认识（shí）和基本电气控制线路接（jiē）线、调试，机床电气控制线路的调试、故（gù）障排除和维修。可用于认知（zhī）实习、生产实习以及维修电工的技能鉴定训练。
　　2.过程控制与集散控制实验实训室
　　将原有的传感（gǎn）器实验室、过程控（kòng）制实验室、运动控制实验（yàn）室和PLC实验室相结合，模仿工厂的生产线，以过程控制实验室为基点，其他单个（gè）实验室相当于生产车间，通过网络把各实验室串起来，构成过程控制和集散控制实训室。以（yǐ）自动控制理论为核心，将传感（gǎn）器、运动控制、过程控制、PLC等相关课程知识系统化，使学生对所学理论知（zhī）识有更（gèng）直观的认识。实训对象形象逼真，接近工业现场的实际（jì）应用（yòng），学生（shēng）很快就能适应现场的工作。本实训室除了要完成各课程的基本实验外（wài），还可用于课程设计和毕业设计（jì）。
　　3.工业控制技术综合实验实训室
　　在现代工（gōng）业自动化控制中，PLC因其配置灵活、使用方便、安全可靠等特点，使用越来越广（guǎng）泛，技术更新也越来越快（kuài）。PLC、变频器、伺服控制、触摸屏（píng）等已成为当今工业现场（chǎng）的主流电气控制装（zhuāng）置。该实训室按照劳动和社会保障部颁发的“工人技术等级标准”和职业技能鉴定规（guī）范的内容（róng）要求，根（gēn）据电工培训考核的实际情况而设计的集学（xué）习、理论、验证、实际操作（zuò）能（néng）力培（péi）养（yǎng）等功能为一（yī）体的多功能设（shè）备。采用标准网孔板设计，可在（zài）该平台上任意安装、拆卸电气元件，设计、搭建自己的控制电路。实验平台完全开放，整体实训设备以三菱FX1N-40mR（输入24点，输出16点（diǎn）），也可选择（zé）西（xī）门子、欧（ōu）姆龙工业级产品为主，以步进（jìn）电机（jī）、三相异步电机、伺服电机等为控制对象，完全按照工业现场常见（jiàn）控制工艺配置器（qì）件（jiàn），从而提（tí）供一个完全真实（shí）的工业现场操作平（píng）台。
该实训室可进行（háng）PLC基（jī）本技能、PLC模拟控制实训（xùn）、PLC实物模型控制实训、变频调速控制实训、触摸屏控制实训、工业总线网络实训等，主要用于自动化专业和（hé）电气工程及其自动化专业（yè）的生产实习、毕业设（shè）计，还可利用PLC与过程控制实训室（shì）的工业对象构成一个（gè）基于PLC的过程控制实训项目或集（jí）散控制系统（tǒng）。
三、新的实践教学体系
　　无论多好的实验硬件设施，如果（guǒ）没有相应的教学管理体系（xì）作保证，也只（zhī）能是一种摆设。根据（jù）自动化专（zhuān）业的学科特点，通过分析、论证，构建（jiàn）了注重工程实践能力培养的（de）模块（kuài）化、系统（tǒng）化、贯通式实践教学体系。
　　新的实践教学体系把贯穿于大学四年的实践教学环节分成专业基础（chǔ）实验（如（rú）模电、数电（diàn）、微机原理等，以验证为主）、专（zhuān）业课程实验（以（yǐ）综合性、设计性（xìng）为主）、课程设计、电机电器实训、工业控制技术实训（xùn）和毕业设计几大（dà）模块，分别在基础层、提高层、研（yán）究与创新层三个层面上开展（zhǎn），后者注（zhù）重（chóng）各实验的系统化连接以及与工程应用的联（lián）系，强化学生（shēng）工程实践能力与创新能力的培养（yǎng）。
四、实践教学管理
　　1.实验实训室管理
　　由于缺少专职实验教（jiāo）师，实验（yàn）实训室总体上由实（shí）验中心负责日常管理，包括实验时（shí）间协调、实验装置维（wéi）护、实验室卫生等，而（ér）实验实训（xùn）任务的实施主要由任课教师和实训指（zhǐ）导教师负责完成。
　　实验实训任（rèn）务（wù）可分为三（sān）大类：一种为培养计划内任务，即单课程实验（验证型、综合型和设计型实验）；一种是（shì）操（cāo）作能（néng）力训练（liàn），如（rú）电机电（diàn）器（qì）实训、工业控制技术实训等；一（yī）种为自（zì）主、创新（xīn）性活动（dòng），如大学生电子（zǐ）科技创新大赛、自（zì）主选题（tí）实验、毕业设计等。
　　培养（yǎng）计划内实践任务主要是按照教学内容，通（tōng）过实验对重要定义和概念进行验证。任课教师在学期初将计划（huá）书（shū）交予实验中（zhōng）心，由实验中心协调（diào）安排实验（yàn）课表，并做（zuò）好硬（yìng）件保障（zhàng）。学生在任课教师的指导下，根据实验（yàn）任务要求完成各类实验操作，并将实验结果以报告（gào）的形式完成。对于设计型、综合（hé）型实验（yàn），指导教师以实验室（可以是不同课程（chéng）实验室）所（suǒ）能提供的设备，精心选择布置实验题目，学生根据实（shí）验题目要求，自行设（shè）计实验过程（chéng），分析、计（jì）算实验（yàn）结果，以达到使课程知识系（xì）统化的目的。
　　操作能力（lì）训（xùn）练，以（yǐ）维修电工技能培训（xùn）、生产实习等形式开展。指（zhǐ）导教（jiāo）师负责实训内（nèi）容的确定及在此期（qī）间（jiān）的管理（lǐ）。
　　对于自主（zhǔ）、创新活动，学生自选实验内容、实验时间和指导教师，充分（fèn）满足不同学生的需要。实验的过程及结果由指导教师（shī）负责。
　　2.实践教学（xué）体系运行控制
　　为（wéi）保证新的实践教学体（tǐ）系的运行质量，必须对原有（yǒu）实践教学环节的内容（róng）、教学（xué）方法和教学模式（shì）进行相应的改革。
　　（1）综合型、设计型实验项目的设置以培养学生对课程（chéng）知识的综（zōng）合、分析（xī）能力为目的；课程设计项目的设置应与实用性及工程（chéng）实践、新知识的工程应（yīng）用紧密结合，培养学生的分析、设（shè）计和动手能力。
　　例如，在进行过程控（kòng）制（zhì）系统课程设（shè）计时，教师只给出实物对象和控制要（yào）求，由学生根据实验室现（xiàn）有的传感（gǎn）器、控制器、执行机构等装置（zhì），自行设计、选择控（kòng）制装置，完成系统的构建、接线、参数整定。在（zài）此过程中，学生将自动化控制原（yuán）理、过程控制系统、传感（gǎn）器原理与应（yīng）用、MATLAB仿真等课程知识结合（hé）在一起，形成了系统（tǒng）的概念，培养了专业实践能（néng）力。
　　（2）实训（xùn）项目的开展采用任务引导的方式进行，激发学生的专业兴趣、培养学生的实际操作和工程实践能力。实训的重点主要（yào）放在建立基本概念、了（le）解基（jī）本功用（yòng）、锻炼动手能力的基础上，不过多的（de）介绍复杂的理论知（zhī）识。
　　例如，在进行电机电器实训初期，首先让学生认识各种元器（qì）件（jiàn）的实（shí）物，了解其功能，然后教师结合实物对象和任务进行讲解，并指（zhǐ）导学生完成任务功能。课（kè）后（hòu）要求学生结合课本或（huò）查阅资料自学实（shí）训中（zhōng）用到的各种器件的工作原理，激（jī）发学生的专业学（xué）习兴趣。在接下（xià）来的实训中，教师只布置实验任务，简单讲解（jiě）实现任务的（de）过程，对于回路设计和具体接线等诸多问题，由学生在具体实（shí）践中通过查阅资料、小（xiǎo）组讨论、独立思考等形式将（jiāng）问题逐一（yī）化解，抽象的理论知识迅速消化并转化为自己的思路和想法，逐步完成线路设计（jì）、接（jiē）线和功能实现。从实训结果来看，大多数学生完成了教师要求的任务，一部分学生（shēng）还通（tōng）过小小的改动实现了不同的功能，这也大大增强了学生（shēng）的自（zì）信心，激发了学生继续（xù）探索的（de）动力，形成了一个良性循环。令人欣慰的是，在实训过程中（zhōng），面对同一任务要求，还经常有不同“版本”的实现方法出现，并对电机拖动、调速方法（fǎ）等相关（guān）理论问题充满（mǎn）好奇，为后续课程的（de）学习奠定了基础。
　　（3）实践教学的效（xiào）果很大程度上取决于（yú）指导教师（shī）的精力投入（rù）。为保（bǎo）证实践教学的质量，必（bì）须配备有丰富实践经（jīng）验和责任心（xīn）强的指导教师进行实训指导，而且学校应建立相应的激励机制，最大程度地调动教师的工作积极性。

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