電子電氣應(yīng)用性本科實(shí)踐能力訓(xùn)練研究

許清媛，楊 智

（中山大學(xué) 南方學(xué)院，廣東 廣州 510970）

電子電氣應(yīng)用性本科實(shí)踐能力訓(xùn)練研究

許清媛，楊 智

（中山大學(xué) 南方學(xué)院，廣東 廣州 510970）

結(jié)合國家培養(yǎng)卓越工程師的基本要求，以及電子電氣類本科生實(shí)踐積極性高，學(xué)習(xí)資源豐富等優(yōu)勢，提出了一種工程訓(xùn)練和應(yīng)用性科研結(jié)合的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式.理論結(jié)合實(shí)際，有梯隊(duì)有層次的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，知識應(yīng)用能力，自主創(chuàng)新能力及應(yīng)用性科研能力，使學(xué)生在實(shí)踐過程中獲得獨(dú)立分析問題、解決問題等工程素養(yǎng)，從而達(dá)到卓越工程師的基本訓(xùn)練要求，便于快速適應(yīng)就業(yè)市場.

電子電氣技術(shù)；實(shí)踐能力；科學(xué)研究；實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)；卓越工程師

1 引言

服務(wù)社會是大學(xué)的重要職能和重要任務(wù)[1]，這就要求大學(xué)教育不僅要注重理論教學(xué)，更要注重學(xué)生知識應(yīng)用能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng).目前，在理論和實(shí)踐中探索“卓越工程師”教育培養(yǎng)規(guī)劃，是高等院校貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》的重點(diǎn)舉措：即高等院校需培養(yǎng)大批接受良好工程教育，具有堅(jiān)實(shí)基本工程素養(yǎng)和卓越創(chuàng)新能力的未來工程師是國家走新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略目標(biāo)的必然要求[2-5].因此，研究如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的、綜合的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)與用人單位“零距離”對接，達(dá)到卓越工程師的基本訓(xùn)練要求，可以又快又好地充分發(fā)揮大學(xué)專業(yè)知識于工作技能中是十分關(guān)鍵的.

通常電子電氣類應(yīng)用性本科專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)問題一直困擾各高等院校，主要表現(xiàn)在目前各制造類生產(chǎn)企業(yè)由于安全生產(chǎn)、后勤服務(wù)、市場經(jīng)濟(jì)等諸多因素幾乎不能有效的接收眾多的本科學(xué)生去實(shí)習(xí)，使得高校培養(yǎng)卓越工程師的目標(biāo)越來越遠(yuǎn).為此，我們在中山大學(xué)南方學(xué)院電子電氣類本科的“電氣與可編程控制器”和“電氣技術(shù)實(shí)訓(xùn)”教學(xué)環(huán)節(jié)中充分利用和實(shí)踐了分層教學(xué)，工程項(xiàng)目與科研結(jié)合的教學(xué)模式，取得了較好的效果.

2 工程訓(xùn)練與應(yīng)用性科研在工程素養(yǎng)培養(yǎng)中的作用

根據(jù)“卓越工程師”教育培養(yǎng)規(guī)劃，國家和社會的發(fā)展需要一批具有堅(jiān)實(shí)基本工程素養(yǎng)和卓越創(chuàng)新能力的未來工程師.而工程素養(yǎng)從單純的書本理論教學(xué)中是不可能獲得的.通過工程與科研結(jié)合的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，直接參與工程項(xiàng)目，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力，于不斷實(shí)踐不斷總結(jié)專業(yè)知識的過程中獲得對知識的應(yīng)用能力，實(shí)踐能力，為與企業(yè)的“零距離”對接打下扎實(shí)基礎(chǔ)，從而便于畢業(yè)生快速適應(yīng)就業(yè)市場需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高校服務(wù)社會的要求.總結(jié)在電子電氣類本科教學(xué)中，我們需做好以下四方面：激勵(lì)實(shí)踐興趣，培養(yǎng)獨(dú)立思考的習(xí)慣；工程訓(xùn)練與應(yīng)用性科研結(jié)合的綜合實(shí)訓(xùn)；鍛煉卓越工程師素養(yǎng)；總結(jié)及改進(jìn).

3 電氣技術(shù)卓越工程師基礎(chǔ)訓(xùn)練研究

應(yīng)用性科研是教學(xué)實(shí)踐的重要組成部分，這次我們在學(xué)校下?lián)艿?6萬科研經(jīng)費(fèi)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用性科研與工程項(xiàng)目一體化實(shí)訓(xùn)的主體是學(xué)院07級和08級電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的全體學(xué)生，實(shí)訓(xùn)的目的是通過以學(xué)生為主導(dǎo)，教師為輔的模式進(jìn)行工程訓(xùn)練與應(yīng)用性科研結(jié)合的綜合實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生在工程中獲得從具體電氣技術(shù)控制系統(tǒng)的工程需求分析，設(shè)計(jì)到電氣控制柜所有元器件的采購、安裝、接線，到最后完成控制系統(tǒng)的程序編寫、調(diào)試和編寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告的全部參與和實(shí)踐.

3.1 工程項(xiàng)目分析

準(zhǔn)確地掌握項(xiàng)目需求對于工程師來說非常重要，所以對項(xiàng)目進(jìn)行分析是非常重要的.本工程的第一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是整套電氣控制柜的設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試，要求控制柜同時(shí)具有數(shù)字量和模擬量控制，能夠?qū)崿F(xiàn)回火爐[6]，C460車床[7]及爐溫的恒溫控制三個(gè)獨(dú)立控制系統(tǒng)功能.

配合《可編程控制器原理及應(yīng)用》課程進(jìn)度，為了讓學(xué)生首先獲得電氣控制柜的感性認(rèn)識，播放天煌以及求是的典型PLC電氣控制柜，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激勵(lì)學(xué)生模仿并完成接下來的工程項(xiàng)目和應(yīng)用性科研.

根據(jù)回火爐控制系統(tǒng)、C460車床控制系統(tǒng)和恒溫控制系統(tǒng)的工藝要求，充分發(fā)揮學(xué)生研究問題，思考問題的能力，以提示的方式要他們了解系統(tǒng)工藝，并嘗試畫出對應(yīng)工藝圖，得到所需元器件類型和數(shù)量，達(dá)到一個(gè)定性到定量的分析學(xué)習(xí)過程.

3.2 電氣控制系統(tǒng)線路圖設(shè)計(jì)

基于以上工程項(xiàng)目分析，同學(xué)們已經(jīng)較好地理解了項(xiàng)目的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)—自主設(shè)計(jì)，研制滿足控制要求的電氣控制柜.接下來就進(jìn)入正式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)線路圖的設(shè)計(jì)階段.眾所周知，電氣控制系統(tǒng)線路圖包括電氣原理圖、電氣元件位置圖和電氣安裝接線圖.這部分可以充分鍛煉學(xué)生知識應(yīng)用能力、“內(nèi)化”能力、應(yīng)用性科研能力，以卓越工程師的視覺，系統(tǒng)地、綜合地進(jìn)行電氣原理圖、元器件位置圖、接線圖的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以及Auto CAD繪制；訓(xùn)練過程分階段進(jìn)行：

（1）電氣原理圖的設(shè)計(jì)：根據(jù)工程項(xiàng)目分析結(jié)果，采用國標(biāo)電氣符號，繪制規(guī)范的電氣原理圖；

（2）電氣元件位置圖和電氣接線板的設(shè)計(jì)：結(jié)合電氣原理圖和所選器件，以卓越工程師的視覺、系統(tǒng)的合理配置電氣元件，以求經(jīng)濟(jì)、美觀、安全和連接方便.

（3）電氣安裝接線圖的設(shè)計(jì)：根據(jù)電氣接線板和元件位置圖的設(shè)計(jì)，滿足電氣原理圖基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)電氣安裝接線圖.

廣角反射／折射方法的一個(gè)重要方面是繪出殼—幔邊界（即，莫霍面＝莫霍不連續(xù)面）的能力。擴(kuò)展Zelt等（2003）的策略，由廣角反射／折射數(shù)據(jù)兩步就能得到最小結(jié)構(gòu)模型：

（4）電氣控制柜的外形設(shè)計(jì)：立體柜體的設(shè)計(jì)需要考慮人性化、美觀、方便移動(dòng)、合理等因素.故設(shè)計(jì)采用雙向可開門，正面為有機(jī)玻璃，操作面板直接可視且?guī)L輪的電氣控制柜.

這些電氣控制系統(tǒng)線路圖的設(shè)計(jì)以及電氣控制柜外形設(shè)計(jì)需要較多的經(jīng)驗(yàn)知識，學(xué)生和我們往往需要反復(fù)試驗(yàn)，調(diào)整，方能基本滿足系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)、美觀、人性化等要求.經(jīng)過這樣的鍛煉，可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、研究問題的能力以及動(dòng)手實(shí)踐，逐次檢驗(yàn)工程實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣，不斷優(yōu)化工程質(zhì)量、互幫互助共同合作等工程素養(yǎng).

3.3 市場調(diào)研、采購

市場調(diào)研是非常辛苦的，但卻非常有趣，廣州的掏街—惠福西路是一個(gè)電子產(chǎn)品非常豐富，價(jià)格相對便宜的好去處.在選型階段，學(xué)生和我們充分閱讀了低壓電器的資料書，并已多次走訪踩點(diǎn)，基本了解了低壓電器和電子元件的市場行情，所以我們這里省力不少.但為了減少現(xiàn)場采購的時(shí)間，我們采用了網(wǎng)上競標(biāo)和現(xiàn)場采購兩種方式進(jìn)行，針對像SiemensS7-200PLC這樣的標(biāo)配器件，我們選用了網(wǎng)上競標(biāo)廠家投標(biāo)底價(jià)原則購買，而電纜、線槽、線耳等則采用了現(xiàn)場購買方式，采購任務(wù)細(xì)瑣，我們有針對性的選擇了已有意向的店鋪，但仍整整花了一天的時(shí)間.采購過程可以很好的培養(yǎng)學(xué)生對低壓電器目前潮流和實(shí)物的認(rèn)識，這也是一個(gè)卓越工程師必須具備的基礎(chǔ).

3.4 電氣控制柜的安裝、接線

學(xué)生以小組為單位，獨(dú)立負(fù)責(zé)一臺電氣控制柜的器件安裝及接線，要求通過測試，具備回火爐、C460車床系統(tǒng)及恒溫控制系統(tǒng)三個(gè)獨(dú)立控制系統(tǒng)的功能.

學(xué)生不能簡單地按照電氣接線圖依葫蘆畫瓢，而要調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性.自主學(xué)習(xí)電氣常識、接地與接零常識的基礎(chǔ)上，結(jié)合電氣元件接線圖，進(jìn)行接線，做到強(qiáng)電和弱點(diǎn)電路盡量避免交叉和平行走線，減少干擾；做好過電壓、過電流、漏電保護(hù)等.

按照卓越工程師基本訓(xùn)練的要求，實(shí)際動(dòng)手比理論難很多，而要獲得較好的工程素養(yǎng)，必須經(jīng)過這一步，才能更好地掌握每個(gè)電器的工作原理和接線方式，以及相互之間的先后連接順序、布線和標(biāo)號技巧.在電氣控制柜的安裝、接線的過程中，一方面鞏固了學(xué)生對低壓電器的理解和使用，另一方面整體的、系統(tǒng)的、綜合的工程鍛煉更好地培養(yǎng)了學(xué)生的應(yīng)用性科研能力.

3.5 編程、模擬調(diào)試

由于在校大學(xué)生基本不具備繼電器控制的工作經(jīng)驗(yàn)，所以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法并不適合.我們主要從邏輯設(shè)計(jì)法入手，并以模塊化編程來實(shí)現(xiàn)化復(fù)雜系統(tǒng)為簡單子系統(tǒng)的編程思想.可用一個(gè)典型例子（比如兩個(gè)皮帶逆向啟動(dòng)，順向停止的控制）來說明這種模塊化編程的思想和優(yōu)勢，把程序分為主程序，初始化子程序，控制子程序，顯示子程序組成的四部分結(jié)構(gòu)，展示各部分子任務(wù)的實(shí)現(xiàn)及子任務(wù)間的對接，便于學(xué)生理解和掌握這種邏輯設(shè)計(jì)法.在電氣控制柜上電之前，我們可以利用模擬軟件來測試程序，即模擬調(diào)試法，及時(shí)修正問題.

這里的學(xué)習(xí)和鍛煉較好地培養(yǎng)了學(xué)生的軟件編程能力，工程實(shí)現(xiàn)能力，并且各組同學(xué)可以發(fā)揮自己的知識優(yōu)勢選用不同的編程方式，如置位復(fù)位指令編程方式或步進(jìn)梯形指令編程方式等.由易入難，拓展知識應(yīng)用的能力，培養(yǎng)具有一定工程基礎(chǔ)和專業(yè)實(shí)踐能力的卓越工程師所要求的基本能力.

3.6 聯(lián)機(jī)調(diào)試，總結(jié)反饋

模擬仿真可以方便在沒有硬件的條件下編寫程序和測試，但聯(lián)機(jī)調(diào)試是必備步驟，而且聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，要讓程序連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，記錄運(yùn)行狀態(tài)，以確保程序能長期穩(wěn)定正常運(yùn)行.

這里的調(diào)試需要綜合考慮系統(tǒng)各類安全隱患，各種特殊情況，尤其需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度及耐心，并做好記錄，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)和反饋.而編寫工程技術(shù)文檔作為工程素養(yǎng)必不可少的一部分，這里要求各個(gè)小組獨(dú)立進(jìn)行該工程訓(xùn)練和應(yīng)用性科研綜合實(shí)訓(xùn)的工程分析報(bào)告、工程設(shè)計(jì)報(bào)告、工程調(diào)試報(bào)告、工程總結(jié)報(bào)告.

4 總結(jié)

針對卓越工程師的基本訓(xùn)練要求及社會發(fā)展的需要，在電子電氣類本科學(xué)生進(jìn)行工程訓(xùn)練和應(yīng)用性科研綜合實(shí)訓(xùn)是非常重要的.本文結(jié)合可編程控制器和電氣技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程的系統(tǒng)性、工程型、綜合性、應(yīng)用性的教學(xué)要求，組織學(xué)生進(jìn)行工程和應(yīng)用性科研結(jié)合的培養(yǎng)實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)注重工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，使得學(xué)生通過工程訓(xùn)練和應(yīng)用性科研綜合實(shí)訓(xùn)獲得較強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)踐能力、研究問題和解決問題的能力、創(chuàng)造性思維能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，提高了綜合素質(zhì)，達(dá)到了一個(gè)卓越電氣工程師基礎(chǔ)訓(xùn)練的培養(yǎng)目標(biāo).

〔1〕傅樹京.高等教育學(xué)[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2007.

〔2〕苗露.卓越工程師培養(yǎng)中的實(shí)踐教學(xué)體系研究[J].價(jià)值工程，2011(5):252-253.

〔3〕汪泓.更新人才培養(yǎng)觀念,創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式——卓越工程師教育培養(yǎng)的理論與實(shí)踐創(chuàng)新[J].上海工程技術(shù)教育研究，2010(3):1-4.

〔4〕林健.談實(shí)施”卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”引發(fā)的若干思考[J].中國高等教育，2010(17):30-32.

〔5〕汪泓.打造卓越工程師搖籃,培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才[J].中國大學(xué)教育，2010(8):9-10.

〔6〕李彪.回火爐燃燒控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2009(5):113-114.

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1673-260X（2012）08-0085-02