自動(dòng)化專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)教學(xué)改革探討

仲訓(xùn)杲

摘要：高校本科自動(dòng)化專業(yè)“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”課程內(nèi)容多，知識(shí)點(diǎn)相互滲透交叉，課程技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，在貫徹落實(shí)“四個(gè)回歸”理念下的教育教學(xué)改革新潮中，本文遵循工程教育OBE（Outcomes-Based Education）模式，在教學(xué)設(shè)計(jì)中注重協(xié)調(diào)教與學(xué)，以學(xué)生為中心積極探索該課程“學(xué)生學(xué)什么”的教學(xué)改革措施，其目標(biāo)是持續(xù)改進(jìn)課程建設(shè)，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：教育教學(xué);改革探討;現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù);自動(dòng)化專業(yè)

當(dāng)前各大高校聚焦“四個(gè)回歸”教育理念，深化教育教學(xué)改革，提升本科生培養(yǎng)質(zhì)量，著力打造一流本科教育。為此本文以實(shí)踐教學(xué)為導(dǎo)向，突出課程教學(xué)的實(shí)用性與針對(duì)性，圍繞自動(dòng)化專業(yè)“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”的課程定位、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段幾方面探索該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐改革。

1 課程定位

“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”是自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器等本科專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是培養(yǎng)學(xué)生才干促進(jìn)學(xué)生就業(yè)主攻方向的課程[1]。課程主要講述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)技術(shù)，解決網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分布式控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)問(wèn)題[2]?！艾F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”注重實(shí)踐性與應(yīng)用性，在先修課程“電路理論”、“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信”、“自動(dòng)控制原理”等課程，掌握電路、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及控制原理基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，為后續(xù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制，工業(yè)以太網(wǎng)打下基礎(chǔ)，使學(xué)生了解目前世界范圍自動(dòng)化領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)控制新技術(shù)，其重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生掌握自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試綜合能力，為今后工作并成為適應(yīng)社會(huì)的應(yīng)用型人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 教學(xué)目標(biāo)

“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”課程涵蓋了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制理論、電路理論、嵌入式系統(tǒng)等多學(xué)科知識(shí)[3]，授課內(nèi)容以現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)、典型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為切入點(diǎn)，重點(diǎn)介紹基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，以工程案例，剖析現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)、規(guī)范、通信控制芯片、接口電路設(shè)計(jì)等，使學(xué)生具備以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)能力。為切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐動(dòng)手能力，本課程依據(jù)自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，及工程教育認(rèn)證要求，定制三個(gè)教學(xué)指標(biāo)點(diǎn)，用于指導(dǎo)本課程的教學(xué)與建設(shè)，課程指標(biāo)點(diǎn)如下：

指標(biāo)點(diǎn)1：了解自動(dòng)化/電氣工程領(lǐng)域的工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì);

指標(biāo)點(diǎn)2：具有自動(dòng)化/電氣工程交叉學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)和職業(yè)技能;

指標(biāo)點(diǎn)3：掌握自動(dòng)化/電氣工程技術(shù)核心知識(shí)，具備自動(dòng)化/電氣產(chǎn)品和工程項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)能力。

3 教學(xué)內(nèi)容安排

課程教學(xué)從現(xiàn)場(chǎng)總線概述，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)，串口通信技術(shù)，及其典型現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)、規(guī)范、接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，逐步深入到典型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。以工程教育OBE教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，積極實(shí)踐，不斷提升對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與設(shè)計(jì)能力。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)指標(biāo)點(diǎn)，具體內(nèi)容安排為：任務(wù)一 現(xiàn)場(chǎng)總線概述;任務(wù)二數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián);任務(wù)三串口通信接口技術(shù);任務(wù)四典型現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)-CAN總線及其系統(tǒng)設(shè)計(jì);任務(wù)五典型現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)-PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)規(guī)范;任務(wù)六現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展趨勢(shì)-工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。

4 教學(xué)改革實(shí)施方法

4.1教學(xué)充分融合多媒體，強(qiáng)化學(xué)生切身感受

由于現(xiàn)場(chǎng)總線是一門理論性比較強(qiáng)的課程，教學(xué)采用傳統(tǒng)板書與多媒體相結(jié)合的方法，以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，并有效加深學(xué)生對(duì)重要概念的理解和掌握[1]。比如在多媒體教學(xué)中，經(jīng)常展示常見(jiàn)的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備案例、系統(tǒng)框圖，分析其相關(guān)功能，并且插入典型現(xiàn)場(chǎng)總線的最新技術(shù)，和實(shí)際應(yīng)用前景以激發(fā)學(xué)生好奇心。對(duì)不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能分析采用案例剖析的方式，使教學(xué)形象化、生動(dòng)化、具體化。對(duì)本課程個(gè)別理論性較強(qiáng)或抽象的知識(shí)，通過(guò)多媒體視頻、動(dòng)畫的教學(xué)方式來(lái)化解復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生對(duì)此產(chǎn)生深刻的印象。

4.2理論聯(lián)系實(shí)踐，結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作深化教學(xué)改革

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)注重實(shí)踐應(yīng)用，若純粹介紹、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備的組網(wǎng)等，填鴨式的概念講解顯然無(wú)法讓學(xué)生從整體上和感性上領(lǐng)會(huì)到本課程知識(shí)交叉的魅力所在。所以除理論教學(xué)之外，更應(yīng)該注重學(xué)生的實(shí)踐能力的培養(yǎng)，開設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)以及采用靈活多變的教學(xué)手段，不僅能有效消除學(xué)生的枯燥乏味抵觸情緒，還能加強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)識(shí)。

本課程在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，開設(shè)4-6個(gè)課時(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行相關(guān)總線技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)生親臨現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)際動(dòng)手操作，掌握相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)，以及熟悉基于現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程，最終達(dá)到動(dòng)手能力的培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)可參考文獻(xiàn)[4]。

4.3教師科研轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)的探索

教學(xué)過(guò)程中，把教師的科研項(xiàng)目，科研經(jīng)驗(yàn)以專題的形式引入到課堂中，一方面可擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)視野，把握自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解新型技術(shù);另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生的科技興趣。比如通過(guò)工業(yè)4.0智能網(wǎng)絡(luò)化制造，人工智能，機(jī)器人技術(shù)，大數(shù)據(jù)新型產(chǎn)業(yè)等穿插到課堂教學(xué)中，可為考研的同學(xué)明確自己研究方向的選擇。結(jié)合國(guó)內(nèi)外科技創(chuàng)新公司，比如工業(yè)4.0先行者海爾智能制造，寶馬智能制造，亞馬遜智能物流等企業(yè)案例的講解，以及當(dāng)前中國(guó)制造2025戰(zhàn)略與人才需求，可為即將參加工作的同學(xué)的職業(yè)選擇有較好的指導(dǎo)作用，事實(shí)證明學(xué)生表現(xiàn)出極大的興趣，深受歡迎。

5 結(jié)語(yǔ)

本文受廈門理工學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院教改項(xiàng)目的資助，對(duì)自動(dòng)化專業(yè)“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討。在遵循工程教育OBE模式的基礎(chǔ)上，從課程的定位、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段幾方面闡述了該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐教學(xué)措施，為持續(xù)改進(jìn)課程建設(shè)，提升教學(xué)質(zhì)量指明了方向，課程注重科研與教學(xué)的轉(zhuǎn)化，旨在打造一流本科教育，培養(yǎng)能創(chuàng)新、能解決復(fù)雜工程問(wèn)題的高新技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]喻曉紅，楊柱中.“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”課程教學(xué)改革淺析[J].教育與教學(xué)研究，2011，25 （12）：86-89.

[2]李正軍，李瀟然.現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3]陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4]周立功.iCAN現(xiàn)場(chǎng)總線原理與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.