雙創(chuàng)視域下創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì)與實(shí)施策略研究

摘? 要：在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的時(shí)代背景下，高等教育在“繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享”等方面對學(xué)生綜合創(chuàng)新實(shí)踐教育提出了更高的要求。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)踐課程《組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐》涉及組態(tài)監(jiān)控技術(shù)、可編程序控制器（PLC）和機(jī)電控制技術(shù)等內(nèi)容，面向非電專業(yè)的工科學(xué)生，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗(yàn)一個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)開發(fā)到交付使用的一整套工作過程，培養(yǎng)了學(xué)生的正確的工作思路方法，提高學(xué)生獨(dú)立開展工作的能力和提升學(xué)生綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力。本文首先從《組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐》課程的課程建設(shè)背景、課程建設(shè)目標(biāo)、課程實(shí)施內(nèi)容、課程教學(xué)評價(jià)等幾個(gè)方面分析了雙創(chuàng)視域下《組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐》課程建設(shè)總體情況。然后通過論述典型案例“具有監(jiān)控功能的紅綠燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課題實(shí)施過程，展示課程的實(shí)施效果。最后對課程建設(shè)的全過程進(jìn)行反思，并對雙創(chuàng)視域下創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì)與實(shí)施給出幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)? 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)? 可編程序控制器? 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號： G642.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（a）-0231-04

Abstract： Under the time background of "mass entrepreneurship and innovation"， higher education has posed higher requirements for students' comprehensive innovation practice education in the aspects of "inheritance and innovation， crossover and fusion， coordination and sharing". The innovation and entrepreneurship education practice curriculum "Integrated Practice of Configuration and Monitoring System" involves configuration monitoring technology， programmable logic controller （PLC） and mechanical and electrical control technology and so on. For non-electrical engineering students， this curriculum allows them， in the learning process， to experience a whole set of work process from design and development to delivery and application， which cultivates students' correct working ideas and methods， improves students' ability to work independently and enhances their capability to practice comprehensive innovation. This article firstly gives a general introduction to curriculum construction of "Integrated Practice of Configuration and Monitoring System" under the horizon of mass entrepreneurship and innovation from several aspects： the construction background， construction target， implementation content， and teaching evaluation of the curriculum. Then， the implementation process of typical case "Design of Traffic Light Control System with Monitoring Function" is discussed to show the implementation effect of the curriculum. Finally， the whole process of curriculum construction is reflected， and some suggestions are given for the design and implementation of innovative practice curriculum under the horizon of mass entrepreneurship and innovation.

Key Words： Innovation and entrepreneurship; Configuration monitoring system; Programmable logic controller; Practical teaching

1? 雙創(chuàng)視域下《組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐》課程建設(shè)總體情況

雙創(chuàng)視域下，“繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享”逐步成為創(chuàng)新實(shí)踐教育的主要任務(wù)。工科非電類學(xué)生通過對工控組態(tài)軟件kingview（組態(tài)王）的學(xué)習(xí)，可以獨(dú)立完成簡單工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識。課程的教學(xué)過程在實(shí)訓(xùn)室中完成，全部教學(xué)內(nèi)容采用課題形式，課題選取為工業(yè)生產(chǎn)中的典型加工工藝或生產(chǎn)加工過程控制，以知識性、趣味性、實(shí)用性作為教學(xué)內(nèi)容設(shè)置的前提，教學(xué)過程注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新開發(fā)意識和工程實(shí)踐能力。教學(xué)過程采用小班化、分組操作的教學(xué)模式，實(shí)訓(xùn)室配備完成了預(yù)裝有組態(tài)監(jiān)控軟件的監(jiān)控電腦，可以同時(shí)滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)操作要求。PLC運(yùn)行控制裝置可以作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)的過程中對自己開發(fā)的工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，從而對工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)形成一個(gè)完整的認(rèn)識。

《組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐》課程建設(shè)目標(biāo)有以下幾個(gè)目標(biāo)：（1）在總結(jié)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，修訂教學(xué)大綱，使之更加符合工業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，學(xué)生能夠?qū)I(yè)組態(tài)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展有一定的認(rèn)識;學(xué)會運(yùn)用組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)常用工業(yè)控制系統(tǒng)人機(jī)監(jiān)控界面的方法和技巧，并通過實(shí)際的操作，使學(xué)生具備一定工程系統(tǒng)實(shí)踐開發(fā)能力;（2）完善監(jiān)控開發(fā)設(shè)計(jì)課題的內(nèi)容，探索基于現(xiàn)場工作過程的教學(xué)模式，以項(xiàng)目引領(lǐng)為教學(xué)切入點(diǎn)的教學(xué)改革;（3）學(xué)生能夠獨(dú)立地完成一個(gè)項(xiàng)目開發(fā)的全過程，包括“分解項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求”、“制定項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案和步驟”、“項(xiàng)目的安裝與設(shè)備調(diào)試”;“撰寫技術(shù)方案資料”、“交付使用細(xì)則”的全過程;（4）組織選課學(xué)生參加相關(guān)的大學(xué)生學(xué)科競賽。

2? “具有監(jiān)控功能的紅綠燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課題實(shí)施的典型案例

《組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐》課程涵蓋了組態(tài)監(jiān)控、PLC和機(jī)電控制等方面的內(nèi)容，是一門綜合應(yīng)用實(shí)踐類的課程，面向應(yīng)用型本科院校非電專業(yè)學(xué)生，前期的知識儲備要求學(xué)生學(xué)過《電工技術(shù)》和《電子技術(shù)》的相關(guān)知識，課程的教學(xué)由五個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)課題構(gòu)成，每個(gè)課題4個(gè)課時(shí)?！熬哂斜O(jiān)控功能的紅綠燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課題授課課時(shí)包括PLC設(shè)計(jì)實(shí)施2課時(shí)，組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)2課時(shí)。其中PLC設(shè)計(jì)實(shí)施部分教學(xué)內(nèi)容為：按照“紅綠燈控制”設(shè)計(jì)要求，完成設(shè)計(jì)方案的制定;完成PLC的端口設(shè)定，并進(jìn)行程序設(shè)計(jì);程序編寫及系統(tǒng)控制功能調(diào)試;組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)部分教學(xué)內(nèi)容為：設(shè)計(jì)開發(fā)監(jiān)控畫面，按照控制要求完成設(shè)定數(shù)據(jù)庫詞典，完成動(dòng)畫鏈接，設(shè)置命令語言、運(yùn)行調(diào)試監(jiān)控界面。要求：通過課題的實(shí)施，在熟練掌握組態(tài)王開發(fā)基本監(jiān)控的基礎(chǔ)上，理解并使用命令語言，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制要求。

步驟一：授課教師提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按鈕，當(dāng)按鈕接通時(shí)，信號燈控制系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮;設(shè)置一個(gè)循環(huán)控制開關(guān)，完成紅綠燈連續(xù)循環(huán)與單次循環(huán)的選擇。要求學(xué)生結(jié)合自己日常觀察到的紅綠燈的工作過程，確定設(shè)計(jì)方案，并制定出相應(yīng)的實(shí)施步驟，完成系統(tǒng)的調(diào)試，并撰寫相應(yīng)的技術(shù)小結(jié)。

步驟二：課題分析。

由教師針對實(shí)際要求進(jìn)行簡單的分析，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組討論后，將自己的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行展示交流，圖1所示為課堂上小組討論。經(jīng)過小組討論后最終確定實(shí)施方案。

步驟三：PLC控制方案實(shí)施。

實(shí)施方案確定后，分小組進(jìn)行PLC控制功能的實(shí)施，包括系統(tǒng)的輸入輸出端子的確定與分配;根據(jù)設(shè)計(jì)方案繪制程序流程圖;根據(jù)流程圖編寫程序，輸入電腦并下載到PLC中;完成系統(tǒng)的硬件接線，并進(jìn)行功能調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。圖2所示為學(xué)生完成的紅綠燈課題的實(shí)際運(yùn)行情況。

步驟四：組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

圖3所示為紅綠燈控制監(jiān)控界面;圖4是具有監(jiān)控功能的紅綠燈控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫詞典的設(shè)定;圖5所示為組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的命令語言的設(shè)定。圖6所示為串口設(shè)置對話框。

步驟五：撰寫小結(jié)。完成了整個(gè)課題（包括PLC控制和組態(tài)監(jiān)控）的實(shí)施后，要求獨(dú)立學(xué)生撰寫相應(yīng)的課程小結(jié)。這是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過撰寫小結(jié)，一方面可以對整個(gè)課題的設(shè)計(jì)、實(shí)施和結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)，對項(xiàng)目實(shí)施過程中存在的問題進(jìn)行反思，對課題的發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃;另一方面，也可以讓學(xué)生初步體驗(yàn)到技術(shù)文件編寫的難度和重要性，提高學(xué)生技術(shù)文件編寫的能力和水平。

3? 課程建設(shè)成效與反思

“組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐”課程于2015年2月正式開課參加課程學(xué)習(xí)的學(xué)生近160名，學(xué)生反映良好，根據(jù)這幾年的學(xué)生報(bào)名選課情況，現(xiàn)已將每學(xué)期開設(shè)一個(gè)班次調(diào)整為每學(xué)期開設(shè)兩個(gè)班次。項(xiàng)目組建立了案例集庫，包括35個(gè)設(shè)計(jì)案例;完成了20個(gè)教學(xué)微課視頻的錄制;初步建成較為完善的課程網(wǎng)站;指導(dǎo)學(xué)生獲得2018年上海市大學(xué)生中國制造挑戰(zhàn)賽連續(xù)過程設(shè)計(jì)開發(fā)賽項(xiàng)二等獎(jiǎng)和2018年教育部第十二屆“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽連續(xù)過程設(shè)計(jì)開發(fā)賽項(xiàng)初賽，華東一賽區(qū)二等獎(jiǎng);項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張靜之老師獲得2018年上海市大學(xué)生中國制造挑戰(zhàn)賽連續(xù)過程設(shè)計(jì)開發(fā)賽項(xiàng)優(yōu)秀指導(dǎo)教師。

反思“組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐”課程建設(shè)過程，認(rèn)為在以下幾個(gè)方面還有待進(jìn)一步的探索和研究：（1）進(jìn)一步研發(fā)與生產(chǎn)實(shí)際更加接近的實(shí)際教學(xué)場景，用PLC的執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為監(jiān)控的對象，以檢驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)開發(fā)的實(shí)用性和正確性;（2）繼續(xù)探索培養(yǎng)學(xué)生具有創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念和完整設(shè)計(jì)工作實(shí)施能力的方法和途徑，以設(shè)計(jì)任務(wù)為載體，要求學(xué)生利用有限的時(shí)間完成更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作;（3）培養(yǎng)學(xué)生作為工程師的基本素養(yǎng)：全面的設(shè)計(jì)思考、制定完備的設(shè)計(jì)方案，尤其在公文撰寫方面有待提高;（4）探索培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工作具備知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的意識;（5）進(jìn)一步開發(fā)微課視頻資源，形成完整的教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果;（6）在一定的條件下，鼓勵(lì)學(xué)生開發(fā)具有獨(dú)創(chuàng)性的實(shí)踐裝置或監(jiān)控系統(tǒng)，為后期選拔參加相應(yīng)的競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)做好人力和物力準(zhǔn)備。

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