自動(dòng)化專業(yè)工程訓(xùn)練教學(xué)探討與實(shí)踐*

林國(guó)漢 李曉秀湖南工程學(xué)院電氣信息學(xué)院 湖南湘潭411101

自動(dòng)化專業(yè)工程訓(xùn)練教學(xué)探討與實(shí)踐*

林國(guó)漢 李曉秀湖南工程學(xué)院電氣信息學(xué)院 湖南湘潭411101

自動(dòng)化工程實(shí)踐訓(xùn)練課程要求學(xué)生掌握控制系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)及調(diào)試過程，包括系統(tǒng)要求、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)故障查找及排除、性能測(cè)試、改善及數(shù)據(jù)分析等，最后完成工程實(shí)踐訓(xùn)練報(bào)告。在實(shí)施教學(xué)時(shí)，針對(duì)應(yīng)用型本科人才要求，合理布置訓(xùn)練內(nèi)容，工程實(shí)踐訓(xùn)練的難度和內(nèi)容均有別于面向所有專業(yè)的工程訓(xùn)練，對(duì)提高學(xué)生綜合設(shè)計(jì)實(shí)際控制系統(tǒng)的能力和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力具有重要的作用。

自動(dòng)化；工程訓(xùn)練；實(shí)踐創(chuàng)新能力

Author’saddressHunan Institute of Engineering,Xiangtan,Hunan,China 411101

自動(dòng)化工程實(shí)踐訓(xùn)練課程是湖南工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)的一門本科生工程實(shí)踐類課程，是比課程設(shè)計(jì)更高層次的綜合性系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程。該課程要求學(xué)生通過一個(gè)典型的控制系統(tǒng)，掌握控制系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)及調(diào)試過程，包括系統(tǒng)要求、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)故障查找及排除、性能測(cè)試、改善及數(shù)據(jù)分析等，最后完成工程實(shí)踐訓(xùn)練報(bào)告。整個(gè)課程為24學(xué)時(shí)。

1 工程實(shí)踐訓(xùn)練課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

該課程源于20世紀(jì)90年代。之前，自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)完自動(dòng)化技術(shù)的專業(yè)課程之后，缺乏自動(dòng)化技術(shù)系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生工程實(shí)踐能力欠缺；而學(xué)生到企業(yè)去實(shí)習(xí)時(shí)，由于條件的限制，工廠的自動(dòng)化裝置不可能讓學(xué)生去動(dòng)手，走馬觀花式的實(shí)習(xí)效果有限。針對(duì)這種情況，湖南工程學(xué)院提出在校內(nèi)建立一個(gè)自動(dòng)化技術(shù)工程實(shí)踐訓(xùn)練中心，建立一些技術(shù)先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，營(yíng)造實(shí)際的工程環(huán)境，通過在工程訓(xùn)練中心訓(xùn)練，使學(xué)生掌握初步工程技能和方法，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。在教育廳和學(xué)校的大力支持下，在課程組教師共同努力下，建成自動(dòng)化工程實(shí)踐訓(xùn)練中心。尤其是近年來，依托湖南省重點(diǎn)學(xué)科、湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和部省共建項(xiàng)目的支持，根據(jù)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，研制和購(gòu)買了一批先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)訓(xùn)練裝置。

湖南工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)本科生的實(shí)踐教學(xué)除了常規(guī)的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)外，其他實(shí)踐環(huán)節(jié)的層次為：課程實(shí)驗(yàn)——課程設(shè)計(jì)——工程實(shí)踐訓(xùn)練——畢業(yè)設(shè)計(jì)?？梢钥闯觯こ虒?shí)踐訓(xùn)練是課程設(shè)計(jì)的延伸，是整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系中的重要一環(huán)。面向自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)的工程實(shí)踐訓(xùn)練課程不同于面向全校專業(yè)開設(shè)的工程訓(xùn)練（金工實(shí)習(xí)），該課程的開設(shè)時(shí)間是在大學(xué)三年級(jí)的第二學(xué)期或者四年級(jí)的第一學(xué)期，是在學(xué)生已經(jīng)初步了解、熟悉并掌握了與自動(dòng)化技術(shù)有關(guān)的如運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)控制等相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)上開設(shè)的。因此，針對(duì)這一階段學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容是保證工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。從應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的需要出發(fā)，課題組構(gòu)建遞進(jìn)式的工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的體系結(jié)構(gòu)，將實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建為四大類別，即綜合自動(dòng)化類、過程控制類、電氣傳動(dòng)類、樓宇自動(dòng)化類，如圖1所示。

如圖1所示，在選題時(shí)向?qū)W生提供大量實(shí)際控制系統(tǒng)，如變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、磁懸浮控制系統(tǒng)、倒立擺控制系統(tǒng)、復(fù)雜過程控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、自動(dòng)化立體車庫控制系統(tǒng)、機(jī)加工自動(dòng)線仿真與控制系統(tǒng)、中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)基本上涵蓋了自動(dòng)化本科專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程[1-2]。

圖1 實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容

2 工程實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)實(shí)施

自動(dòng)化工程實(shí)踐訓(xùn)練安排為24課時(shí)，學(xué)生的教學(xué)材料是《自動(dòng)化專業(yè)工程實(shí)踐訓(xùn)練指導(dǎo)書》，為便于實(shí)踐訓(xùn)練的教學(xué)實(shí)施，設(shè)計(jì)遞進(jìn)式工程訓(xùn)練體系，包括基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練和創(chuàng)新訓(xùn)練3個(gè)層次。

2.1 教學(xué)實(shí)施過程

1）布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)，學(xué)生自主組合（每組5～6人）。首先由指導(dǎo)教師進(jìn)行系統(tǒng)原理講解，每個(gè)項(xiàng)目的指導(dǎo)教師都會(huì)給學(xué)生講解訓(xùn)練裝置的工作原理，這種原理講授不是簡(jiǎn)單的專業(yè)課堂專業(yè)知識(shí)原理講授，而是讓學(xué)生了解根據(jù)控制對(duì)象的特點(diǎn)，怎樣把專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中去，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的自動(dòng)控制，掌握專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用技能，使學(xué)生建立一種初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程意識(shí)，提高對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)層次，然后是學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)操作訓(xùn)練、性能參數(shù)波形測(cè)試、線路檢查、故障排除等內(nèi)容訓(xùn)練，這些內(nèi)容都是屬于基礎(chǔ)層次訓(xùn)練。

2）在學(xué)生掌握系統(tǒng)原理、操作方法和故障排除技能的基礎(chǔ)上，要求重新認(rèn)識(shí)和研究訓(xùn)練裝置的工作原理，要求學(xué)生去完善系統(tǒng)的操作設(shè)置，從設(shè)計(jì)原理上去改善系統(tǒng)，減少系統(tǒng)故障。這些屬于綜合訓(xùn)練的內(nèi)容。

3）在工程訓(xùn)練后期，當(dāng)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)裝置有了比較深入的了解和認(rèn)識(shí)后，指導(dǎo)教師會(huì)安排學(xué)生進(jìn)行一個(gè)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，教師只提出具體的性能要求，系統(tǒng)性能分析及仿真、軟件編程、硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及調(diào)試等內(nèi)容皆由學(xué)生獨(dú)立完成。這些屬于創(chuàng)新訓(xùn)練的內(nèi)容[3]。

2.2 教學(xué)實(shí)施流程

在為期2周的工程實(shí)訓(xùn)期間，訓(xùn)練中心采取全開放的管理模式，學(xué)生自行安排來實(shí)訓(xùn)室的時(shí)間。以DSP電機(jī)控制系統(tǒng)訓(xùn)練為例，具體的教學(xué)流程安排如圖2所示。

2.3 教學(xué)組織方式

在工程實(shí)踐訓(xùn)練中，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為教學(xué)方法，學(xué)生以組為單位，小組成員依據(jù)各自所長(zhǎng)，分工協(xié)作，分別完成總體原理、系統(tǒng)模塊、相關(guān)資料、軟件、硬件、設(shè)計(jì)、調(diào)試、測(cè)試和數(shù)據(jù)分析等工作，在整個(gè)訓(xùn)練過程中，定期進(jìn)行交流，分析在訓(xùn)練過程中出現(xiàn)了哪些問題，如何解決這些問題。訓(xùn)練時(shí)每組安排1～2位教師進(jìn)行指導(dǎo)。

圖2 教學(xué)流程

2.4 學(xué)生提交的成果

1）階段性成果包括硬件設(shè)計(jì)原理圖、軟件設(shè)計(jì)流程圖、調(diào)試源程序、測(cè)試波形及數(shù)據(jù)分析。

2）最終成果為工程實(shí)踐訓(xùn)練總結(jié)報(bào)告。

3 教學(xué)效果

自動(dòng)化專業(yè)工程實(shí)踐訓(xùn)練根據(jù)應(yīng)用型人才及卓越工程師培養(yǎng)要求[4]，在教學(xué)內(nèi)容上具有選題的開放性和任務(wù)的系統(tǒng)性，培養(yǎng)了學(xué)生自主設(shè)計(jì)和方案實(shí)現(xiàn)的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)；在教學(xué)條件上給學(xué)生提供了一個(gè)接近真實(shí)的工程環(huán)境，加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，把許多分散的專業(yè)知識(shí)綜合起來，建立自動(dòng)化技術(shù)的工程思維模式；以學(xué)生為主導(dǎo)的訓(xùn)練過程培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考與團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，并掌握了自動(dòng)化技術(shù)多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。學(xué)生綜合素質(zhì)明顯加強(qiáng)，工程能力和創(chuàng)新精神得到提高。學(xué)生以實(shí)訓(xùn)中心為基地，參加課外科技創(chuàng)新活動(dòng)，培訓(xùn)的學(xué)生近年來獲獎(jiǎng)達(dá)65人次。其中，2007年獲得全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)和湖南省一等獎(jiǎng)3項(xiàng)；2009年獲“挑戰(zhàn)杯”湖南省一等獎(jiǎng)1項(xiàng)；2011年獲全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、湖南省一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。學(xué)生就業(yè)率每年保持在95%以上，工作后學(xué)生工程實(shí)踐能力強(qiáng)，肯干、實(shí)干、會(huì)干，深受用人單位歡迎[5]。

[1]魯興舉,彭學(xué)鋒,鄭志強(qiáng).“自動(dòng)化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程教學(xué)探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2011,33(2:)55-56.

[2]杜賢昌,孫立權(quán).材料成型及控制工程專業(yè)工程綜合訓(xùn)練的探索與實(shí)踐[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2010, 11(3):118-120.

[3]唐勇奇,黃紹平,劉國(guó)繁,等.校企合作培養(yǎng)“卓越工程師”[J].教育探索,2010(12):234-237.

[4]劉國(guó)繁,王迎旭,唐勇奇.工程實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)與實(shí)效[J]高等工程教育研究,2001(3):89-91.

[5]劉喜雙,姚健.先進(jìn)制造系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].教育探索,2010(8):62-63.

Discussion and Practice of Engineering Training on Automation Special ty//

Lin Guohan,Li Xiaoxiu

Automation engineering practice t raining courses require students to master the cont rol system design and debugging process completely,including system requirements,system design, system hardware and sof tware design and debugging,system faul t f inding and t roubleshooting, per formance testing,improvement and data analysis,the f inal complete practical training repor t. In the implementat ion of teaching,according to the requi rements for app l icat ion-or iented undergraduate talents,rational ar rangement of t raining content,the di f f icul ty and content of t raining are di f ferent f rom those for al l major,al l of this is impor tant to improve student overal l abi l ity to design the actual cont rol system and to develop innovative and engineering practice.

automation;engineering t raining;innovative abil ity in practice

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.21.052

G642.4

B

1671-489X(2012)21-0052-03

*湖南工程學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目（校教字[2009]43號(hào)）。

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.22.101