以能力培養(yǎng)為目標(biāo)實訓(xùn)教學(xué)改革
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摘要：在新工科建設(shè)背景下，綜合實訓(xùn)在本科教學(xué)中的地位日益顯著。以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為目標(biāo)，針對實踐教學(xué)中存在的問題，對自動化電氣類專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)提出了“以學(xué)生為中心，以出口為導(dǎo)向”的虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式，并在實踐教學(xué)過程中驗證了該模式能夠有效提高實踐教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：新工科建設(shè)；綜合實訓(xùn)；實踐教學(xué)；虛擬仿真
實踐教學(xué)是本科教學(xué)工作的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)。在“新工科”背景下本科專業(yè)的實踐教學(xué)工作，不僅需要廣大教師對實踐教學(xué)工作高度重視，還要更深入了解“新工科”的內(nèi)涵及相關(guān)政策，與時俱進，適應(yīng)新形勢的發(fā)展需要，抓住機遇，大力開展教育教學(xué)改革，提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)與社會需求的契合度。隨著我校專業(yè)工程認(rèn)證和審核評估工作的不斷深入，如何有效提高學(xué)生的動手實踐能力以及綜合競爭力，成為實踐教學(xué)中重要的研究課題。
一、我校綜合實訓(xùn)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀分析
本科教學(xué)大多傾向于理論教學(xué)環(huán)節(jié)，缺少實踐環(huán)節(jié)與理論教學(xué)的相互補充，學(xué)生所學(xué)各科理論知識無法形成體系，對生產(chǎn)生活中遇到的實際應(yīng)用情況無從下手。以學(xué)科為導(dǎo)向，脫離產(chǎn)業(yè)需求，這就導(dǎo)致實踐環(huán)節(jié)存在一定滯后性，造成與社會發(fā)展需要脫節(jié)的現(xiàn)象。針對自動化電氣類專業(yè)學(xué)生，綜合實訓(xùn)是學(xué)生培養(yǎng)過程中重要的實踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的綜合實訓(xùn)形式大多以企業(yè)參觀實踐為主，針對大型儀器設(shè)備，主要是以技術(shù)人員講解設(shè)備為主，尚且停留在聽和看的階段，不能親自接觸各種工業(yè)設(shè)備環(huán)境，去了解其內(nèi)部運行機理，使得學(xué)生對工業(yè)生產(chǎn)過程的理解不夠深入，同時，學(xué)生動手操作能力具有一定局限性。
二、新工科建設(shè)的思索與實踐
在新工科建設(shè)大背景下，探索建立工科發(fā)展的新范式，實現(xiàn)從學(xué)科導(dǎo)向，轉(zhuǎn)向以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，考慮學(xué)生發(fā)展志趣，建立滿足行業(yè)發(fā)展需要的實踐課程資源，強化進行工程實踐的訓(xùn)練。對于學(xué)生的培養(yǎng)，著重要培養(yǎng)的是兩方面能力，即工程創(chuàng)新能力和適應(yīng)變化能力。而新經(jīng)濟發(fā)展所需工程科技人才的特征就是要能夠解決“跨界”的“復(fù)雜工程問題”，能夠解決“跨界”“復(fù)雜工程問題”的工程科技人員，就是支撐新經(jīng)濟發(fā)展所亟須的工程科技人才。“復(fù)雜工程問題”是本科畢業(yè)生在實際職業(yè)崗位中所面對的既要考慮內(nèi)外部制約因素，又要滿足內(nèi)外部需求的技術(shù)工作問題。實際工程中的難題大多都無法僅用單一及多門技術(shù)課、專業(yè)課的知識來解決，甚至不知這些難題具體與哪門課程、專業(yè)相關(guān)?！皬?fù)雜工程問題”不只是純技術(shù)、理論問題，同時還融合了大量非技術(shù)性的問題，“復(fù)雜工程問題”往往是系統(tǒng)性的問題。解決“復(fù)雜工程問題”不僅需要工程基礎(chǔ)知識，更需要能綜合解決各種內(nèi)外部因素、需求以及多重沖突的方法論，避免過于理想化。在解決“復(fù)雜工程問題”時，不是追求個別、部分最優(yōu)技術(shù)指標(biāo)的突破，而是要關(guān)注工程應(yīng)用中發(fā)生多重沖突因素后，對可能出現(xiàn)的那個最差技術(shù)指標(biāo)、性能的識別及提升，要著重考慮研發(fā)、生產(chǎn)、運營全過程的低成本，要著重考慮新技術(shù)、產(chǎn)品的可靠性。結(jié)合工程基礎(chǔ)課知識、解決“復(fù)雜工程問題”方法論課程的知識，使學(xué)生能夠在學(xué)校內(nèi)就可將專業(yè)技術(shù)知識與工程基礎(chǔ)知識、方法論知識相融通，以構(gòu)成學(xué)生解決“復(fù)雜工程問題”能力的知識結(jié)構(gòu)。基于培養(yǎng)方案，扎實理論知識，注重應(yīng)用能力培養(yǎng)，堅持理論與實踐并重，打破傳統(tǒng)實踐教學(xué)方式，構(gòu)建新型實踐教學(xué)模式，提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)與社會需求的契合度。
三、堅持理論與實踐并重，實踐引領(lǐng)創(chuàng)新，構(gòu)建新型實踐教學(xué)模式
新工科建設(shè)需要加強研究和實踐，為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新思維，綜合實訓(xùn)環(huán)節(jié)應(yīng)該強調(diào)開發(fā)設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性。以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為目標(biāo)，針對實踐教學(xué)中存在的問題，對自動化電氣類專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)提出了“以學(xué)生為中心，以出口為導(dǎo)向”的虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式。通過強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，有效解決了工程教育中存在的目標(biāo)定位不清、輕設(shè)計，缺實踐、課程體系相對陳舊、師資隊伍缺乏工程經(jīng)歷等弊端。為了彌補綜合實訓(xùn)現(xiàn)階段的局限性，在工程訓(xùn)練實踐中，采用微縮仿真模型來模擬實際自動化生產(chǎn)過程情況，通過一系列開放式的教學(xué)安排，在專門的工藝裝備和生產(chǎn)設(shè)備上進行現(xiàn)場實習(xí)實踐，比如學(xué)院開設(shè)的自動化生產(chǎn)線綜合實習(xí)，讓學(xué)生能夠在了解微縮生產(chǎn)線模型的基礎(chǔ)上，模擬生產(chǎn)線現(xiàn)場實習(xí)操作，學(xué)習(xí)工藝知識，掌握工藝方法，應(yīng)用Logix虛擬仿真軟件進行系統(tǒng)實驗平臺的搭建，針對不同的被控對象進行虛擬仿真，再作用于實際的對象模型中，通過虛實結(jié)合的方式完成一系列獨立設(shè)計、制作和綜合訓(xùn)練，使學(xué)生在認(rèn)知的基礎(chǔ)上，通過反復(fù)的思考、實踐和比較的過程，實現(xiàn)自己的創(chuàng)意，為工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和企業(yè)工程實踐打下堅實的基礎(chǔ)。本項目以無游梁長沖程抽油機模型為研究對象，該模型采用與實際系統(tǒng)相同的機械結(jié)構(gòu)，包括電動機、電控剎車、軟件及硬件行程開關(guān)等，利用汽缸和活塞可以真實地模擬井下的負(fù)載，有效簡化了機械結(jié)構(gòu)，大大提高了總體效率?？紤]非技術(shù)因素影響，綜合運用生產(chǎn)技術(shù)、電機控制、機械原理、傳感器、控制算法等方面的知識，理論聯(lián)系實際，設(shè)計便于管理和監(jiān)控、切合實際生產(chǎn)控制需求的方案。利用Logix虛擬仿真軟件完成相關(guān)設(shè)計，通過RSLinx通訊軟件，建立EtherNet/IP通訊，利用RSLogix5000軟件進行編程設(shè)計，通過OPC服務(wù)鏈接RSView進行監(jiān)控界面等設(shè)置，搭建了以CompactLogix控制器為核心的控制系統(tǒng)平臺，通過PowerFlex40變頻器控制電動機運行來模擬抽油泵的往復(fù)運動將液體泵出，如圖1所示，進而模擬海上鉆井平臺抽油的工藝工程，具有一定的現(xiàn)實意義和使用價值。在實驗室模擬工業(yè)現(xiàn)場條件下，將虛擬仿真技術(shù)融入到綜合實訓(xùn)實踐教學(xué)中，學(xué)生不再受教師指定操作思路的束縛，使學(xué)生不僅能夠掌握工業(yè)生產(chǎn)中簡單和復(fù)雜控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理以及設(shè)計和分析方法，熟悉工業(yè)控制器的使用方法，獨立設(shè)計控制方案，完成系統(tǒng)組態(tài)。還能了解軟硬件的基本應(yīng)用，學(xué)習(xí)在不同對象系統(tǒng)環(huán)境下的軟硬件配置以及用戶程序設(shè)計，大大提高了學(xué)生的積極性和主動性，其中優(yōu)秀的學(xué)生參加全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目取得了優(yōu)異成績。
四、結(jié)束語
為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，提高綜合競爭力，將虛擬仿真技術(shù)融入到綜合實訓(xùn)實踐教學(xué)中，利用Logix軟件完成虛擬仿真設(shè)計，并與綜合實訓(xùn)硬件系統(tǒng)相結(jié)合，完成綜合實訓(xùn)實踐教學(xué)的改革，有利于提高學(xué)生分析問題解決問題的能力，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。同時，極大降低硬件設(shè)備的損壞率，提高實驗室管理水平。Logix虛擬仿真軟件的應(yīng)用不僅能夠增加綜合實訓(xùn)教學(xué)的實踐性，還能激發(fā)學(xué)生積極探索的主動性，培養(yǎng)學(xué)生良好的自主學(xué)習(xí)能力以及實踐動手能力。通過“以學(xué)生為中心，以出口為導(dǎo)向”虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式的持續(xù)培養(yǎng)，逐漸提高學(xué)生綜合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力以及綜合競爭力。
參考文獻：
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[3]姜萍,張欣,肖金壯.以提升綜合競爭力為目標(biāo)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式[J].教育教學(xué)論
作者：田靜 田華 姜萍 單位：河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院