基于卓越計(jì)劃的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“系統(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

王彥婷，鮑 艷，張 羽

（東北大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

【實(shí)驗(yàn)平臺(tái)】

基于卓越計(jì)劃的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“系統(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

王彥婷，鮑 艷，張 羽

（東北大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

以“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”為背景，針對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際情況，總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不利因素，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及實(shí)驗(yàn)考核方式等方面提出了基于卓越計(jì)劃的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“系統(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、適應(yīng)高等工程教育人才培養(yǎng)目標(biāo)。

卓越計(jì)劃；系統(tǒng)化；教學(xué)改革；自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)

為了促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，2010年教育部啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”），開(kāi)展卓越計(jì)劃以實(shí)際工程為背景，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、工程素養(yǎng)和工程實(shí)踐能力，造就一大批具備較強(qiáng)創(chuàng)新能力，適應(yīng)社會(huì)企業(yè)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才[1]。

東北大學(xué)是“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)高校之一，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性，是東北大學(xué)的優(yōu)勢(shì)專(zhuān)業(yè)，在國(guó)內(nèi)一直處于領(lǐng)先地位。隨著“卓越計(jì)劃”的實(shí)施，原有的實(shí)驗(yàn)課程體系和教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不能滿足應(yīng)用實(shí)踐能力和工程技術(shù)素質(zhì)培養(yǎng)的要求，在該專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)改革勢(shì)在必行。本文針對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的一些問(wèn)題和不足，提出了基于卓越計(jì)劃的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“系統(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，建立一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際，注重學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，由淺入深發(fā)掘?qū)W生創(chuàng)新能力的完善綜合能力培養(yǎng)體系?！跋到y(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革將改變學(xué)生被動(dòng)的填鴨式教學(xué)，形成學(xué)生主動(dòng)設(shè)計(jì)研究，教師引導(dǎo)協(xié)助進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)理念。

一、自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)具有“控（制）管（理）結(jié)合，強(qiáng)（電）弱（電）并重，軟（件）硬（件）兼施”的鮮明特點(diǎn)，是理、工、文、管多學(xué)科交叉的寬口徑工科專(zhuān)業(yè)，面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化控制及各行業(yè)、各部門(mén)的自動(dòng)化。目前大多數(shù)高校的教學(xué)多采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即先由理論教師在課堂上進(jìn)行理論知識(shí)講授，然后到實(shí)驗(yàn)室由實(shí)驗(yàn)教師安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)[2]?，F(xiàn)行的培養(yǎng)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容單一獨(dú)立?，F(xiàn)有自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程都是以課程角度來(lái)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)沒(méi)有與其他相關(guān)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)交叉融合，缺乏系統(tǒng)整體性。課程內(nèi)容多簡(jiǎn)單單一，雖然本校的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)多采用先進(jìn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的設(shè)備儀器，但這樣的課程內(nèi)容體現(xiàn)不出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。如作者承擔(dān)的“電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)課程，該課程是一門(mén)集電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電機(jī)學(xué)、直流調(diào)速、交流調(diào)速，同時(shí)穿插系統(tǒng)建模與仿真的綜合性實(shí)驗(yàn)課程。但現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)課程安排內(nèi)容僅涉及到直流調(diào)速中的單閉環(huán)、雙閉環(huán)調(diào)速和交流調(diào)速中使用變頻器直接控制交流電機(jī)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程的任務(wù)主要集中在硬件接線、控制器參數(shù)設(shè)計(jì)及電機(jī)外特性測(cè)量觀察控制效果。在設(shè)計(jì)控制器參數(shù)時(shí)直接讓學(xué)生通過(guò)試湊法設(shè)計(jì)參數(shù)，由于學(xué)生硬件實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有理論仿真，對(duì)硬件調(diào)速控制器不了解，隨機(jī)設(shè)計(jì)出的參數(shù)不符合實(shí)際。做實(shí)驗(yàn)只是完成單一簡(jiǎn)單的任務(wù)安排，既沒(méi)有達(dá)到加深理論知識(shí)的目的，也沒(méi)有使學(xué)生形成控制系統(tǒng)的概念。

2.傳統(tǒng)呆板的教學(xué)方式。目前實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方式基本由實(shí)驗(yàn)教師首先講述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容、要求，并介紹實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)教材中的步驟完成接線、參數(shù)測(cè)量并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后交由教師檢查。整個(gè)過(guò)程都是教師單向的“填鴨式”灌輸，沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生綜合各門(mén)課程知識(shí)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，學(xué)生和老師、學(xué)生和學(xué)生之間的交流探討很少，學(xué)生對(duì)老師的依賴很強(qiáng)，不愿獨(dú)立思考創(chuàng)新，這種方式使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)失去積極性，難以鍛煉學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

3.實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間安排不合理。自動(dòng)化學(xué)生大多數(shù)時(shí)間是在學(xué)習(xí)理論，每門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排比重過(guò)少，使得學(xué)生使用接觸實(shí)驗(yàn)設(shè)備的機(jī)會(huì)很少，對(duì)設(shè)備只能達(dá)到認(rèn)識(shí)的水平，使用起來(lái)非常吃力。每次實(shí)驗(yàn)課都需要熟悉相同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這就需要占用大量時(shí)間，在本來(lái)就有限的課時(shí)內(nèi)只能進(jìn)行認(rèn)知和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，很難加入綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這樣的課程安排難以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、工程素養(yǎng)和工程實(shí)踐能力的目的。

4.實(shí)驗(yàn)課程考核方式應(yīng)試傳統(tǒng)。目前自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程不進(jìn)行單獨(dú)考核，實(shí)驗(yàn)成績(jī)由出勤率、課堂實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。由于課程內(nèi)容多為認(rèn)識(shí)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，課堂成績(jī)多以學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的順序?yàn)橐罁?jù)，這種形式使得很多喜歡仔細(xì)鉆研設(shè)計(jì)的學(xué)生在成績(jī)上吃虧，而在實(shí)驗(yàn)報(bào)告方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都與理論知識(shí)一致，很多學(xué)生為了取得高分，依據(jù)理論知識(shí)更改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不去分析總結(jié)出現(xiàn)誤差的原因，對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)付了事[3]。這樣應(yīng)試性的考核方式會(huì)造成學(xué)生心里不平衡的現(xiàn)象，極大地打擊了學(xué)生的積極性，學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)不能得到有效提高。

二、基于“卓越計(jì)劃”自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“系統(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路和方法

為了實(shí)現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)、工程素養(yǎng)和工程實(shí)踐能力，必須總結(jié)上述實(shí)驗(yàn)課程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課課程進(jìn)行改革。本文提出了基于“卓越計(jì)劃”目標(biāo)下的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“系統(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案。

1.拓展豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)比重。實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容設(shè)定直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及實(shí)踐能力的培養(yǎng)?！跋到y(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋面廣，并且能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，自己主動(dòng)查閱各種文獻(xiàn)，在動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的同時(shí)消化理解相關(guān)理論知識(shí)。以作者承擔(dān)的“直流控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)課為例，第一步，學(xué)生對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行機(jī)理建模，建模的過(guò)程可以加深學(xué)生對(duì)電機(jī)原理的理解。第二步，辨識(shí)電機(jī)模型的參數(shù)，學(xué)生通過(guò)觀測(cè)過(guò)程的輸入、輸出數(shù)據(jù)來(lái)辨識(shí)電機(jī)模型中的參數(shù)，準(zhǔn)確的辨識(shí)可以為控制器設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第三步，利用Matlab軟件進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真，仿真實(shí)驗(yàn)可以增強(qiáng)學(xué)生使用控制語(yǔ)言的熟練度。第四步，觀察不同控制器參數(shù)對(duì)應(yīng)的仿真效果，為實(shí)際的控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)提供參考范圍。第五步在西門(mén)子直流調(diào)速器6RA70完成雙閉環(huán)直流調(diào)速實(shí)驗(yàn)，西門(mén)子直流調(diào)速器可以對(duì)系統(tǒng)的速度環(huán)、電流環(huán)的PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化整定，這里需要學(xué)生完成合閘、分閘、使能、OFF2（斷電）及OFF3（快速停車(chē)）等指令并且設(shè)置不同給定（模擬量給定、電動(dòng)、爬行、方波給定等）觀察系統(tǒng)控制效果，此過(guò)程可以鍛煉學(xué)生使用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的驅(qū)動(dòng)裝置。第六步建立上位機(jī)、PLC和直流調(diào)速裝置通訊連接，該過(guò)程要求學(xué)生學(xué)習(xí)掌握西門(mén)子PROFIBUS DP連接和MPI連接。第七步，在PLC中設(shè)計(jì)雙閉環(huán)控制器，調(diào)節(jié)參數(shù)達(dá)到最佳控制效果。本過(guò)程要求學(xué)生掌握PLC的I/O控制及相關(guān)語(yǔ)句編寫(xiě)。類(lèi)似上述的“系統(tǒng)化”實(shí)驗(yàn)過(guò)程才可真正體現(xiàn)出學(xué)生建立起了控制系統(tǒng)的概念，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以有的放矢，查閱相關(guān)書(shū)籍文獻(xiàn)，并對(duì)其中涉及到各門(mén)課程的理論知識(shí)查缺補(bǔ)漏。當(dāng)然完成上述實(shí)驗(yàn)任務(wù)需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室投入大量的時(shí)間和經(jīng)歷，增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)間比重、引進(jìn)工業(yè)控制領(lǐng)域先進(jìn)的設(shè)備儀器也是十分必要的。

2.提高教師教學(xué)水平，改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念。在培養(yǎng)學(xué)生同時(shí)提升專(zhuān)業(yè)教師隊(duì)伍整體的工程實(shí)驗(yàn)水平，強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)課程教師到企業(yè)鍛煉，引進(jìn)專(zhuān)業(yè)課程博士，與企業(yè)合作開(kāi)發(fā)研究，共同承擔(dān)科研項(xiàng)目，讓年輕教師在實(shí)踐中得到鍛煉[5]，這樣組建的教學(xué)隊(duì)伍才是高層次的，教師和學(xué)生的培養(yǎng)都是基于“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，最終形成高素質(zhì)人才的良性循環(huán)培養(yǎng)。探索先進(jìn)教學(xué)理念的過(guò)程中，教師應(yīng)該改變以往以教師為主的教學(xué)形式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)，領(lǐng)會(huì)題目、查閱資料、確定方案及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都由學(xué)生研究完成，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，提高他們分析、解決問(wèn)題的能力[4]。同時(shí)教師也需注重學(xué)生逆向思維能力的訓(xùn)練，逆向思維能力是學(xué)生不可或缺的工程實(shí)踐能力之一，在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)備或程序中設(shè)置一些錯(cuò)誤，訓(xùn)練學(xué)生準(zhǔn)確排查并消除故障的能力，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以由學(xué)生原有的認(rèn)識(shí)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，這樣的實(shí)驗(yàn)更能模擬出實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的調(diào)試和維修過(guò)程。

3.優(yōu)化考核方式，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。好的考核機(jī)制可以激發(fā)學(xué)生的能力，并將學(xué)生的真實(shí)水平反應(yīng)出來(lái)。以往的出勤率、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以歸結(jié)為平時(shí)成績(jī)，引入學(xué)生對(duì)部分內(nèi)容講解授課作為考核的一部分，鼓勵(lì)學(xué)生為大家講解實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法，學(xué)生由被動(dòng)聽(tīng)講變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，實(shí)踐證明以學(xué)生的角度學(xué)習(xí)對(duì)知識(shí)的掌握程度更深，效率更高。目前大學(xué)中的多數(shù)課程仍然延續(xù)著應(yīng)試教育的模式，傳統(tǒng)的考試不能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)有很多同學(xué)在人前講話有恐懼心理，不能表現(xiàn)自己，實(shí)驗(yàn)課中只是埋頭苦干，但卻講不出來(lái)，這樣的學(xué)會(huì)并不是真正的會(huì)。所以，我們?cè)诳己酥刑峁┻@樣的機(jī)會(huì)，使學(xué)生可以更多地鍛煉自己的能力，增強(qiáng)自信。課程最后的考核方式以答辯的方式進(jìn)行，多個(gè)老師聽(tīng)取學(xué)生報(bào)告、提出問(wèn)題，并給出解決意見(jiàn)。上述考核方式可以幫助學(xué)生在課程結(jié)束后對(duì)全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容歸納總結(jié)，形成綜合系統(tǒng)的知識(shí)體系，鍛煉學(xué)生的講演口才，真正的全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力[6]。

三、結(jié)束語(yǔ)

“卓越計(jì)劃”對(duì)高校面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，增強(qiáng)畢業(yè)生就業(yè)能力具有重要的引導(dǎo)作用。同時(shí)也對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求，我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再作為理論學(xué)習(xí)的驗(yàn)證和補(bǔ)充而依附于理論教學(xué)[7]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷更新教學(xué)理念，完善教學(xué)體系，優(yōu)化教學(xué)環(huán)境，整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有了顯著改善。自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課的改革在培養(yǎng)本專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)際操作能力，創(chuàng)新逆向思維及培養(yǎng)綜合實(shí)踐素質(zhì)起到了重要的推動(dòng)作用，為卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]張宇，等.自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“立體化”卓越人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2012，（44）：194-196.

[2]韓克鎮(zhèn)，等.卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)下的液壓傳動(dòng)試驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，16（1）：86-88.

[3]鮑燕，等.自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2013，（43）：38-39.

[4]蘇麗華.電子課程設(shè)計(jì)的探討與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009，（2）：72-74.

[5]文進(jìn).以創(chuàng)新教育為導(dǎo)向的卓越工程師培養(yǎng)模式[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011，（22）：12-13.

[6]郭寶紅.以就業(yè)為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，15（2）：144-147.

[7]劉啟彬，劉丹，曾建萍.固體廢物處理與處置課程實(shí)踐教學(xué)問(wèn)題與對(duì)策探討.2012.15（2）：138-140.

G642.0

A

1674-9324（2014）28-0238-03

王彥婷（1987-），女，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，助理工程師，長(zhǎng)期從事自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)維護(hù)工作，主要研究方向?yàn)榻恢绷骺刂普{(diào)速，非線性自適應(yīng)控制等。