自動化專業(yè)實踐教學體系的構(gòu)建

周麗芹++黎明++臧愛云++宋大雷++綦聲波

摘要：實踐教學對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具有獨特的地位和作用，而目前高校培養(yǎng)的人才技能與社會需求存在一定偏差，要求工科專業(yè)的實踐教學必須以培養(yǎng)創(chuàng)新復合型高等工程技術(shù)人才為目的，營造工程環(huán)境，構(gòu)建科學合理的實踐教學體系。本文論述了基于“系統(tǒng)”理念的自動化專業(yè)綜合實踐教學平臺的內(nèi)涵及構(gòu)建方法，設(shè)計了能夠涵蓋本專業(yè)所有專業(yè)核心和主干課程的科學合理的實踐教學體系。

關(guān)鍵詞：實踐教學；系統(tǒng)性；構(gòu)建；教學平臺

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）11-0169-02

培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的創(chuàng)新人才，是實施素質(zhì)教育的目的，也是當前高等教育改革的重中之重。實踐教學承擔著科學研究、知識創(chuàng)新、教學改革和教書育人等學校的主體工作，尤其是對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有獨特的地位和作用。工科專業(yè)實踐教學必須以培養(yǎng)創(chuàng)新復合型高等工程技術(shù)人才為目的，營造工程環(huán)境，構(gòu)建科學合理的實踐教學體系，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新復合型人才。

一、存在問題

目前，自動化專業(yè)工程實踐教學方面主要存在以下問題：實踐教學未能改變依附于理論教學的從屬地位，未能形成培養(yǎng)人才工程能力為主線的優(yōu)化實踐教學體系；實踐能力的培養(yǎng)缺乏統(tǒng)一規(guī)則和系統(tǒng)安排；缺乏新的實踐教學手段和方法；各門課程實驗裝置及內(nèi)容相互獨立，交叉聯(lián)系少；強電與弱電分離，硬件與軟件分離；實踐基地建設(shè)投入不足、實踐教學人員缺乏、與課程主講教師缺乏溝通等。由于這些問題的存在，導致學生從入校到畢業(yè)四年的時間只是用來學習一門門的課程，完成學分的積累，所學知識都是“剝離的”、“孤立的”，并沒有以“聯(lián)系的”、“系統(tǒng)的”觀點來學習本專業(yè)知識，達不到融會貫通。針對這些問題，我們及時轉(zhuǎn)變教育觀念，開發(fā)了基于“系統(tǒng)”理念的自動化專業(yè)綜合實踐教學平臺，構(gòu)建了幾乎能夠涵蓋本專業(yè)所有專業(yè)核心和主干課程的科學合理的實踐教學體系。

二、實踐教學平臺設(shè)計原則

1.系統(tǒng)性原則。該平臺所支撐的實踐教學體系將與本專業(yè)的課程體系形成有機的整體，教師可以站在系統(tǒng)的環(huán)境下，講授每門核心課程，并開展相應實驗。

2.產(chǎn)品性原則。在板卡設(shè)計上注重產(chǎn)品意識，形成模塊化、高可靠性的產(chǎn)品級板卡，實現(xiàn)設(shè)計性能指標。不僅做到結(jié)構(gòu)合理，還要外形美觀；軟件實現(xiàn)模塊化、函數(shù)化，易于移植。

3.工程性原則。密切結(jié)合實際工程應用背景，應用對象真實，注重趣味性。

三、實踐教學平臺功能特點

1.理論和實踐相結(jié)合。自動化幾乎所有的專業(yè)課的教學內(nèi)容都可以在此實驗平臺上體現(xiàn)出來，教師在講授理論知識的同時，可以此平臺介紹實際應用，改變了實踐教學從屬于理論教學的狀態(tài)。

2.課程與課程之間相聯(lián)系。因為此實驗平臺實現(xiàn)了從信號輸入、采集、處理、傳輸、顯示的全過程，而每一環(huán)節(jié)又應用到不同的技術(shù)，所以可以把相關(guān)的專業(yè)課程全部聯(lián)系起來。教師在講授某門課程時，重點對照平臺中本門課程的知識點講授應用，而其他環(huán)節(jié)的內(nèi)容可稍作講解，讓學生明白所學的本門課程內(nèi)容在整個系統(tǒng)中所處的位置和承擔的作用。這樣四年下來，學生所學到的知識就不是孤立的，而是融會貫通的，并且非常清楚每門課程學到的知識用在哪個環(huán)節(jié)上。

3.強調(diào)系統(tǒng)性。無論在實驗平臺的設(shè)計還是各門課程知識的講授，以及學生在此平臺上開展的各種實驗、創(chuàng)新實踐活動都必須強調(diào)系統(tǒng)性，這樣才能滿足培養(yǎng)系統(tǒng)工程師的目標。

4.功能強大。除可以滿足大部分專業(yè)課的教學實驗外，還可支撐認識實習、課程設(shè)計、電工電子實習、生產(chǎn)實訓、畢業(yè)設(shè)計、科技競賽等實踐環(huán)節(jié)的教學和學生創(chuàng)新活動。

5.遵循CDIO工程教育培養(yǎng)模式。學生在四年中真正做到了通過實踐教學平臺這個項目驅(qū)動教育和學習，體驗“做中學”的模式。大一學生通過參觀實踐平臺系統(tǒng)，觀看實驗結(jié)果，傾聽教師講解，引發(fā)好奇心，對自動控制系統(tǒng)有了初步概念，對自動化專業(yè)研究領(lǐng)域有了初步了解，達到認識實習的目的；大二學生可以就平臺系統(tǒng)中的單元電路進行研究設(shè)計，弄清楚電路的工作原理并利用它完成課程設(shè)計；大三學生焊接調(diào)試平臺硬件實驗板，對整個系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能有較深的理解，具有了系統(tǒng)級的概念；大四學生可以利用平臺做畢業(yè)設(shè)計，模仿實際工程背景，通過方案論證，技術(shù)選擇，軟件編程最終完成工程項目的整個過程。在此過程中，學生對每個模塊、每個技術(shù)都有較好的掌握，對四年中所學的專業(yè)知識有了更深刻、更系統(tǒng)的認識。

四、實踐教學平臺的構(gòu)建

1.實踐教學平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（如下）。

本系統(tǒng)按照信號的采集傳輸顯示過程分為三個技術(shù)層面：應用對象采集控制、通用技術(shù)和高層應用。①通用技術(shù)核心開發(fā)卡系統(tǒng)。基于RS232/485/488、CAN總線、網(wǎng)絡、USB等總線及接口，集成臺灣友晶等主流嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板、PC機主板，開發(fā)MCU、ARM、FPGA、SOPC、DSP等核心板，擴展IDC40針標準接口，形成通用技術(shù)嵌入式開發(fā)平臺。②面向應用對象的接口板卡系統(tǒng)?；贗DC40針標準接口，擴展過程通道接口板、電機伺服接口板、采集分析接口板及其他相應用接口板，實現(xiàn)對電子琴、水箱、烤箱、機械臂、模擬系統(tǒng)等工程應用對象對信息采集及控制。③高層應用軟件的開發(fā)?；赑C機、筆記本和PDA平臺，針對RS232/45/488、CAN總線、網(wǎng)絡、USB等接口和協(xié)議，采用LabView等組態(tài)軟件、Matlab、VC/C++等軟件開發(fā)高層應用軟件。

2.每一層面映射的課程。應用對象采集控制層面涉及到的課程有：電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測技術(shù)等。通用技術(shù)層面涉及到的課程有：數(shù)字電子技術(shù)、單片機原理與應用、微機原理及應用、DSP技術(shù)等。高層應用層面涉及到的課程有：Matlab仿真、儀器儀表、信號處理、VC程序設(shè)計、C++程序設(shè)計、過程控制系統(tǒng)等課程。綜合起來有二十多門課程被涵蓋在此平臺中。endprint

3.實踐平臺系統(tǒng)硬件的設(shè)計及制作。平臺的總體系統(tǒng)架構(gòu)和每個模塊的電路原理圖的設(shè)計由課題組教師完成。PCB制版圖由教師指導研究生完成，電路板的制作由專業(yè)公司完成，電路板樣板的焊接和調(diào)試由研究生完成，而大批量電路板的制作和調(diào)試是利用夏季學期的生產(chǎn)實習環(huán)節(jié)由大三學生完成，所以電路板的硬件制作不僅滿足課程教學和實驗創(chuàng)新活動，還可為大三學生提供生產(chǎn)實習的機會，改變以往某些實踐環(huán)節(jié)做出的產(chǎn)品和設(shè)備由于再無它用被擱置或丟棄的現(xiàn)象，實現(xiàn)資源的再利用。

4.實驗項目的開發(fā)及指導書的編寫。針對實踐平臺上每門課程知識的運用開發(fā)了相應的實驗項目，編寫了實驗指導書，按照通用技術(shù)CPU的不同及與上位機之間的通訊和上位機軟件技術(shù)的不同編寫不同模塊、基于不同技術(shù)的實驗指導書，在每一本實驗指導書中按照基礎(chǔ)篇、部件篇和系統(tǒng)篇三個層次來編寫，滿足了不同層次的學生挑選不同層次的實驗的要求，也滿足了學生學習某種技術(shù)從簡到難的漸進性。①課程實驗的開發(fā)。基于整個系統(tǒng)及工程應用對象，開發(fā)了單片機原理、嵌入式技術(shù)、EDA技術(shù)、SOPC技術(shù)、檢測技術(shù)、儀器儀表、過程控制等核心課程的課程實驗，撰寫了實驗指導書，形成實踐教學課程體系。②系統(tǒng)型綜合性創(chuàng)新實驗的開發(fā)。針對電子、計算機、自動化、通訊等專業(yè)開設(shè)綜合性實驗。系統(tǒng)可作為SRDP的創(chuàng)新平臺，支持電子設(shè)計大賽、機器人大賽、智能車大賽等學生科技創(chuàng)新活動，以及學生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等。③各類實習及工程實訓。結(jié)合實習單位的工程應用可以以該平臺為原型講解認識實習、畢業(yè)實習的工程應用原理；針對通用技術(shù)的低成本核心板可以批量生產(chǎn)保證每屆學生人手一塊，其他板卡可以根據(jù)實際情況組織電子裝配生產(chǎn)，作為生產(chǎn)實習或工程實訓的生產(chǎn)任務。

五、實施效果

1.該平臺不僅滿足了單獨核心課程的實踐教學、系統(tǒng)綜合型實踐教學，還可以支撐該領(lǐng)域的各類實習、工程實訓及科技創(chuàng)新活動。

2.通過本平臺的實踐教學體系的運行不僅使學生更好地掌握本專業(yè)的知識，在完成本科學時學分的同時能夠把所學知識融會貫通，更重要的是強化了學生系統(tǒng)工程意識，為學生將來走上工作崗位、從事工程實際奠定了良好的基礎(chǔ)，為順利地完成教學計劃、實現(xiàn)培養(yǎng)目標提供了有力保障。

3.便于課程群的建設(shè)。對在兩門及以上課程中重復出現(xiàn)的知識點確定最佳的課程載體，理順知識點和課程關(guān)系，合理分布知識點，避免了遺漏和重復。endprint