基于工業(yè)組態(tài)技術(shù)的教學(xué)改革與創(chuàng)新模式研究

王清嘉

遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110023

1 工業(yè)組態(tài)技術(shù)課程

組態(tài)（Configuration）含有配置、設(shè)定、設(shè)置的意思。集散型控制系統(tǒng)興起，組態(tài)軟件也逐漸出現(xiàn)在歷史的舞臺(tái)，被廣大工業(yè)現(xiàn)場青睞。組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自動(dòng)化過程和裝備的監(jiān)視和控制，它能夠從自動(dòng)化裝備和過程中收取采集各種信息，并把信息以直觀圖像或數(shù)字的形式顯示在人機(jī)交互界面。組態(tài)軟件的使用也相對(duì)簡單，只需要掌握模塊化的搭建方法，不需要自己編寫復(fù)雜的程序。

工業(yè)組態(tài)技術(shù)課程依托現(xiàn)有組態(tài)軟件之一的MCGS系統(tǒng)進(jìn)行授課。MCGS即“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”，其英文全稱為Monitor and Control Generated System，是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組態(tài)系統(tǒng)，組態(tài)方式靈活多變、易學(xué)易用，在國內(nèi)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。將MCGS應(yīng)用在工業(yè)組態(tài)與現(xiàn)場總線控制技術(shù)課程教學(xué)中，以較小的硬件成本直觀生動(dòng)地為學(xué)生展示工業(yè)過程，生動(dòng)有趣、靈活多變，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

該門課程目前已采用理實(shí)一體化教學(xué)，并充分利用線上資源和平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，此外還為學(xué)生提供了充分的實(shí)踐和創(chuàng)新機(jī)會(huì)，真正做到了將組態(tài)技術(shù)的創(chuàng)新教學(xué)模式應(yīng)用其中。至今，該門課程的教學(xué)效果良好，學(xué)生實(shí)踐技能得到充分鍛煉，學(xué)生和教師互動(dòng)積極，成為讓學(xué)生、教師和社會(huì)都滿意的課堂。

2 基于工業(yè)組態(tài)技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)模式創(chuàng)新的意義

工業(yè)組態(tài)技術(shù)的教學(xué)之所以得到廣泛的重視，還是因?yàn)槟壳捌鋺?yīng)用廣泛，但凡涉及動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的圖像界面顯示、單向或雙向的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信、處理、存儲(chǔ)及顯示等的結(jié)合，組態(tài)軟件就有用武之地。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的組態(tài)軟件的應(yīng)用已經(jīng)為大家所熟悉，但新興的其他領(lǐng)域的監(jiān)控組態(tài)軟件的應(yīng)用已經(jīng)開始走上舞臺(tái)。

（1）設(shè)備及資產(chǎn)管理。艾默生公司的設(shè)備管理軟件AMS作為設(shè)備及資產(chǎn)管理的軟件代表已得到廣泛認(rèn)可。根據(jù)ARC機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2009年全球PAM的業(yè)務(wù)量將達(dá)到19億美元。PAM包含的范圍很廣，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合診斷。功能包括實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、累積設(shè)備的各種參數(shù)（如運(yùn)行時(shí)間、檢修次數(shù)、負(fù)荷曲線等），及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、預(yù)測設(shè)備壽命，提供設(shè)備檢修建議等。

（2）先進(jìn)控制及優(yōu)化控制系統(tǒng)。組態(tài)軟件在工業(yè)自動(dòng)化取得廣泛應(yīng)用后，用戶開始引進(jìn)先進(jìn)控制或優(yōu)化控制系統(tǒng)以提高控制質(zhì)量和精度。這些系統(tǒng)包括自適應(yīng)控制、（多變量）預(yù)估控制、無模型控制器、魯棒控制、智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等），以及其他依據(jù)新控制理論而編寫的控制軟件等。控制系統(tǒng)的作用是提高控制質(zhì)量和精度，而與組態(tài)軟件結(jié)合的目的則是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，便于用戶操作及提高系統(tǒng)可視性[2]。

（3）工業(yè)仿真系統(tǒng)。工業(yè)仿真是實(shí)體工業(yè)的虛擬，與組態(tài)軟件的結(jié)合便于用戶在可視的環(huán)境下對(duì)模擬的對(duì)象進(jìn)行研究操作。它可呈現(xiàn)出幾乎與實(shí)物相同的環(huán)境，因此節(jié)省了大量的資源，甚至提供了更為智能化的特性。仿真系統(tǒng)側(cè)重于仿真的算法，而組態(tài)軟件則在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信方面具有一定的優(yōu)勢，兩者的有機(jī)結(jié)合有利于兩者各自的發(fā)展與應(yīng)用，在教科研及工業(yè)發(fā)展中起到了良好的促進(jìn)作用。

（4）電網(wǎng)系統(tǒng)信息化建設(shè)?，F(xiàn)今，組態(tài)軟件一個(gè)重要的應(yīng)用便是電網(wǎng)系統(tǒng)的信息化，也即電力自動(dòng)化。電力系統(tǒng)的信息化可視化是關(guān)乎國家基礎(chǔ)民生的應(yīng)用，由于其具有復(fù)雜性及重要性，對(duì)組態(tài)軟件的要求也很高，需求多樣化的組態(tài)軟件，因此電網(wǎng)系統(tǒng)信息化組態(tài)界面顯示的應(yīng)用也是越來越廣泛。

（5）智慧建筑。智能建筑的興起要求物業(yè)管理實(shí)現(xiàn)智能化，減少資源的消耗（包括人的消耗和物的消耗）和確保業(yè)主的安全[3]。這就涉及節(jié)能管理及安全管理層面。為避免信息孤島問題的產(chǎn)生，智能管理模式要求建筑物整體聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，節(jié)約人力資源，提高應(yīng)急反應(yīng)速度和設(shè)備預(yù)期壽命。智能建筑行業(yè)在能源計(jì)量、變配電、安防與門禁、消防系統(tǒng)聯(lián)入IBMS服務(wù)器方面需求旺盛。

如今，工業(yè)組態(tài)技術(shù)應(yīng)用范圍之廣，應(yīng)用前景之開闊，無不說明了學(xué)習(xí)這門技術(shù)的重要性，只有了解了實(shí)際中的應(yīng)用，才能使教學(xué)更加有的放矢。

3 工業(yè)組態(tài)技術(shù)教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新

教學(xué)模式按照師生活動(dòng)關(guān)系被分成三類，一類是師生系統(tǒng)地傳授和學(xué)習(xí)書本知識(shí)的教學(xué)模式，一類是教師輔導(dǎo)學(xué)生在活動(dòng)中學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，還有一類是折中于兩者之間的教學(xué)模式。本項(xiàng)技術(shù)適用于第三種教學(xué)模式，即教師在課堂中講授基本的知識(shí)，大部分時(shí)間留給學(xué)生實(shí)際操作，教師在旁輔導(dǎo)，在學(xué)生自主完成項(xiàng)目要求的過程中實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。針對(duì)該項(xiàng)教學(xué)，文章提出了以下教學(xué)模式改革與創(chuàng)新的措施。

（1）模塊化結(jié)果導(dǎo)向訓(xùn)練，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)與操作積極性。工業(yè)組態(tài)技術(shù)的教學(xué)過程采用非傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，學(xué)生按照課程設(shè)計(jì)中的要求完成相應(yīng)的項(xiàng)目內(nèi)容，在教師講解基本的操作和原理后，分組進(jìn)行實(shí)操。因此實(shí)訓(xùn)室和實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)就尤為重要。如何將學(xué)生實(shí)訓(xùn)場所營造成為適合項(xiàng)目式教學(xué)，利于學(xué)生模擬工廠實(shí)地的操作的場所，是此項(xiàng)教學(xué)模式改革的重中之重。

工業(yè)組態(tài)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)將模塊化的教學(xué)任務(wù)進(jìn)行集成，并統(tǒng)一在組態(tài)畫面中，同時(shí)將各實(shí)訓(xùn)室及工廠，甚至學(xué)生實(shí)習(xí)教學(xué)單位的操作情況統(tǒng)一進(jìn)行管理。由于模塊化清晰，可視性佳，學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的效果也會(huì)更好。

（2）理論實(shí)際并重，講練一體，促進(jìn)學(xué)生思考與動(dòng)手能力提升。理實(shí)一體化的教學(xué)中，理論教學(xué)與實(shí)操訓(xùn)練并重，教師通過對(duì)相應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的講解，引導(dǎo)學(xué)生思考，幫助學(xué)生分析項(xiàng)目需求，識(shí)別新的知識(shí)點(diǎn)和需要掌握的新的技能點(diǎn)，多渠道多方法地幫助學(xué)生掌握項(xiàng)目涉及的知識(shí)和技能。其中重中之重則是在學(xué)生自主探究和完成項(xiàng)目訓(xùn)練的同時(shí)，教師以答疑解惑和從旁輔助輔導(dǎo)的方式促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主完成項(xiàng)目。這就要求理實(shí)一體化的課堂重點(diǎn)不再是傳統(tǒng)概念上的傳授，而是學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)獲得技能。

工業(yè)組態(tài)技術(shù)可以將此種教學(xué)深化促進(jìn)。教師將理論知識(shí)集成在組態(tài)軟件中，學(xué)生在學(xué)習(xí)后可直接根據(jù)組態(tài)界面中的指引進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，實(shí)踐的結(jié)果也直接體現(xiàn)在組態(tài)軟件中，教師便于掌握所有學(xué)生的操作情況，并直接在組態(tài)軟件中給出專業(yè)的指引。

理實(shí)一體化教學(xué)中最為重要的一點(diǎn)就是提高學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中操作的積極性。使用工業(yè)組態(tài)技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法讓學(xué)生的自主性顯著提高。從過去的課堂經(jīng)驗(yàn)得知，小組式的實(shí)訓(xùn)過程會(huì)造成一部分學(xué)生積極性不高、惰性強(qiáng)、實(shí)訓(xùn)操作效果不好。在組態(tài)相關(guān)課程的實(shí)訓(xùn)過程中，采用學(xué)生在組態(tài)界面演示操作過程替代教師演示的方式，其他的同學(xué)可以同步在組態(tài)界面中觀看到相應(yīng)的同學(xué)演示。這會(huì)比完全由教師演示教學(xué)更加提高學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，提升教學(xué)效果。在實(shí)訓(xùn)過程中增加激勵(lì)環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行演示，將自己設(shè)計(jì)的項(xiàng)目成果給大家講解，將學(xué)生優(yōu)秀的成果嵌入組態(tài)軟件中供其他學(xué)生學(xué)習(xí)。這部分教學(xué)環(huán)節(jié)已經(jīng)在教學(xué)中采用了一段時(shí)間，學(xué)生反響較好，確實(shí)能夠起到調(diào)動(dòng)積極性和提高訓(xùn)練效果的作用。

（3）拓展課外實(shí)踐機(jī)會(huì)，提供實(shí)踐平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)校為學(xué)生提供多種實(shí)踐平臺(tái)，如組織鼓勵(lì)學(xué)生參加省級(jí)、市級(jí)職業(yè)技能比賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯等，還聯(lián)系企業(yè)為學(xué)生提供實(shí)習(xí)和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。對(duì)各項(xiàng)賽事中取得優(yōu)秀成績的學(xué)生給予各項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，并鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新，利用學(xué)校的實(shí)訓(xùn)室資源進(jìn)行組態(tài)相關(guān)創(chuàng)新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這一措施增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，取得了良好的教學(xué)效果。

（4）利用線上資源鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)與解決問題的能力。疫情期間各項(xiàng)教學(xué)充分挖掘了線上教學(xué)的可能性與優(yōu)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)上有海量的學(xué)習(xí)資源可供學(xué)生甚至教師自我提升與參考。組態(tài)技術(shù)方面的教學(xué)也應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)的現(xiàn)有資源，并積極創(chuàng)建更多的適用于本課程的新的教學(xué)資源，以開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。學(xué)生自主在線上進(jìn)行學(xué)習(xí)，獲得學(xué)習(xí)指導(dǎo)等，提高自主學(xué)習(xí)能力。

目前該項(xiàng)技術(shù)教學(xué)已采用“藍(lán)墨云班課”對(duì)學(xué)生進(jìn)行線上輔導(dǎo)和互動(dòng)，該方式便于學(xué)生對(duì)在線獲取相關(guān)資源開展有效的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，同時(shí)教師也能及時(shí)得到學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋信息，已真正達(dá)到了學(xué)生、教師、學(xué)校都滿意的課堂效果。

4 結(jié)束語

課堂教學(xué)模式的改革需要持續(xù)不斷地進(jìn)行，在提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的路上沒有捷徑，只有不斷探索創(chuàng)新，才能將課堂真正變成為社會(huì)輸送和培養(yǎng)人才的地方。

工業(yè)組態(tài)技術(shù)的課堂教學(xué)模式的創(chuàng)新與改革，只是眾多專業(yè)課程改革中的一個(gè)嘗試，相信工業(yè)組態(tài)技術(shù)的教學(xué)改革將成為帶動(dòng)其他學(xué)科技術(shù)的教學(xué)改革契機(jī)，為職業(yè)院校的教學(xué)質(zhì)量提升帶來良好的促進(jìn)。