以能力培養為目標實訓教學改革

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摘要：在新工科建設背景下，綜合實訓在本科教學中的地位日益顯著。以培養學生實踐能力為目標，針對實踐教學中存在的問題，對自動化電氣類專業實踐教學環節提出了“以學生為中心，以出口為導向”的虛實結合實踐教學模式，并在實踐教學過程中驗證了該模式能夠有效提高實踐教學效果。

關鍵詞：新工科建設；綜合實訓；實踐教學；虛擬仿真

實踐教學是本科教學工作的重要組成部分，是培養學生實踐能力的重要環節。在“新工科”背景下本科專業的實踐教學工作，不僅需要廣大教師對實踐教學工作高度重視，還要更深入了解“新工科”的內涵及相關政策，與時俱進，適應新形勢的發展需要，抓住機遇，大力開展教育教學改革，提高教學水平和人才培養與社會需求的契合度。隨著我校專業工程認證和審核評估工作的不斷深入，如何有效提高學生的動手實踐能力以及綜合競爭力，成為實踐教學中重要的研究課題。

一、我校綜合實訓實踐教學環節現狀分析

本科教學大多傾向于理論教學環節，缺少實踐環節與理論教學的相互補充，學生所學各科理論知識無法形成體系，對生產生活中遇到的實際應用情況無從下手。以學科為導向，脫離產業需求，這就導致實踐環節存在一定滯后性，造成與社會發展需要脫節的現象。針對自動化電氣類專業學生，綜合實訓是學生培養過程中重要的實踐環節。傳統的綜合實訓形式大多以企業參觀實踐為主，針對大型儀器設備，主要是以技術人員講解設備為主，尚且停留在聽和看的階段，不能親自接觸各種工業設備環境，去了解其內部運行機理，使得學生對工業生產過程的理解不夠深入，同時，學生動手操作能力具有一定局限性。

二、新工科建設的思索與實踐

在新工科建設大背景下，探索建立工科發展的新范式，實現從學科導向，轉向以產業需求為導向，考慮學生發展志趣，建立滿足行業發展需要的實踐課程資源，強化進行工程實踐的訓練。對于學生的培養，著重要培養的是兩方面能力，即工程創新能力和適應變化能力。而新經濟發展所需工程科技人才的特征就是要能夠解決“跨界”的“復雜工程問題”，能夠解決“跨界”“復雜工程問題”的工程科技人員，就是支撐新經濟發展所亟須的工程科技人才?！皬碗s工程問題”是本科畢業生在實際職業崗位中所面對的既要考慮內外部制約因素，又要滿足內外部需求的技術工作問題。實際工程中的難題大多都無法僅用單一及多門技術課、專業課的知識來解決，甚至不知這些難題具體與哪門課程、專業相關?！皬碗s工程問題”不只是純技術、理論問題，同時還融合了大量非技術性的問題，“復雜工程問題”往往是系統性的問題。解決“復雜工程問題”不僅需要工程基礎知識，更需要能綜合解決各種內外部因素、需求以及多重沖突的方法論，避免過于理想化。在解決“復雜工程問題”時，不是追求個別、部分最優技術指標的突破，而是要關注工程應用中發生多重沖突因素后，對可能出現的那個最差技術指標、性能的識別及提升，要著重考慮研發、生產、運營全過程的低成本，要著重考慮新技術、產品的可靠性。結合工程基礎課知識、解決“復雜工程問題”方法論課程的知識，使學生能夠在學校內就可將專業技術知識與工程基礎知識、方法論知識相融通，以構成學生解決“復雜工程問題”能力的知識結構?；谂囵B方案，扎實理論知識，注重應用能力培養，堅持理論與實踐并重，打破傳統實踐教學方式，構建新型實踐教學模式，提高教學水平和人才培養與社會需求的契合度。

三、堅持理論與實踐并重，實踐引領創新，構建新型實踐教學模式

新工科建設需要加強研究和實踐，為了培養學生的工程實踐能力和創新思維，綜合實訓環節應該強調開發設計性、綜合性和創新性。以培養學生實踐能力為目標，針對實踐教學中存在的問題，對自動化電氣類專業實踐教學環節提出了“以學生為中心，以出口為導向”的虛實結合實踐教學模式。通過強化培養學生的工程能力和創新能力，有效解決了工程教育中存在的目標定位不清、輕設計，缺實踐、課程體系相對陳舊、師資隊伍缺乏工程經歷等弊端。為了彌補綜合實訓現階段的局限性，在工程訓練實踐中，采用微縮仿真模型來模擬實際自動化生產過程情況，通過一系列開放式的教學安排，在專門的工藝裝備和生產設備上進行現場實習實踐，比如學院開設的自動化生產線綜合實習，讓學生能夠在了解微縮生產線模型的基礎上，模擬生產線現場實習操作，學習工藝知識，掌握工藝方法，應用Logix虛擬仿真軟件進行系統實驗平臺的搭建，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，通過虛實結合的方式完成一系列獨立設計、制作和綜合訓練，使學生在認知的基礎上，通過反復的思考、實踐和比較的過程，實現自己的創意，為工程創新能力的培養和企業工程實踐打下堅實的基礎。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相同的機械結構，包括電動機、電控剎車、軟件及硬件行程開關等，利用汽缸和活塞可以真實地模擬井下的負載，有效簡化了機械結構，大大提高了總體效率。考慮非技術因素影響，綜合運用生產技術、電機控制、機械原理、傳感器、控制算法等方面的知識，理論聯系實際，設計便于管理和監控、切合實際生產控制需求的方案。利用Logix虛擬仿真軟件完成相關設計，通過RSLinx通訊軟件，建立EtherNet/IP通訊，利用RSLogix5000軟件進行編程設計，通過OPC服務鏈接RSView進行監控界面等設置，搭建了以CompactLogix控制器為核心的控制系統平臺，通過PowerFlex40變頻器控制電動機運行來模擬抽油泵的往復運動將液體泵出，如圖1所示，進而模擬海上鉆井平臺抽油的工藝工程，具有一定的現實意義和使用價值。在實驗室模擬工業現場條件下，將虛擬仿真技術融入到綜合實訓實踐教學中，學生不再受教師指定操作思路的束縛，使學生不僅能夠掌握工業生產中簡單和復雜控制系統的結構、原理以及設計和分析方法，熟悉工業控制器的使用方法，獨立設計控制方案，完成系統組態。還能了解軟硬件的基本應用，學習在不同對象系統環境下的軟硬件配置以及用戶程序設計，大大提高了學生的積極性和主動性，其中優秀的學生參加全國大學生創新創業項目取得了優異成績。

四、結束語

為培養學生實踐能力，提高綜合競爭力，將虛擬仿真技術融入到綜合實訓實踐教學中，利用Logix軟件完成虛擬仿真設計，并與綜合實訓硬件系統相結合，完成綜合實訓實踐教學的改革，有利于提高學生分析問題解決問題的能力，有效提高了教學質量。同時，極大降低硬件設備的損壞率，提高實驗室管理水平。Logix虛擬仿真軟件的應用不僅能夠增加綜合實訓教學的實踐性，還能激發學生積極探索的主動性，培養學生良好的自主學習能力以及實踐動手能力。通過“以學生為中心，以出口為導向”虛實結合實踐教學模式的持續培養，逐漸提高學生綜合創新創業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的應用型人才培養模式[J].教育教學論

作者：田靜 田華 姜萍 單位：河北大學電子信息工程學院