以能力培养为目标实训教学改革

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摘要：在新工科建设背景下，综合实训在本科教学中的地位日益显著。以培养学生实践能力为目标，针对实践教学中存在的问题，对自动化电气类专业实践教学环节提出了“以学生为中心，以出口为导向”的虚实结合实践教学模式，并在实践教学过程中验证了该模式能够有效提高实践教学效果。

关键词：新工科建设；综合实训；实践教学；虚拟仿真

实践教学是本科教学工作的重要组成部分，是培养学生实践能力的重要环节。在“新工科”背景下本科专业的实践教学工作，不仅需要广大教师对实践教学工作高度重视，还要更深入了解“新工科”的内涵及相关政策，与时俱进，适应新形势的发展需要，抓住机遇，大力开展教育教学改革，提高教学水平和人才培养与社会需求的契合度。随着我校专业工程认证和审核评估工作的不断深入，如何有效提高学生的动手实践能力以及综合竞争力，成为实践教学中重要的研究课题。

一、我校综合实训实践教学环节现状分析

本科教学大多倾向于理论教学环节，缺少实践环节与理论教学的相互补充，学生所学各科理论知识无法形成体系，对生产生活中遇到的实际应用情况无从下手。以学科为导向，脱离产业需求，这就导致实践环节存在一定滞后性，造成与社会发展需要脱节的现象。针对自动化电气类专业学生，综合实训是学生培养过程中重要的实践环节。传统的综合实训形式大多以企业参观实践为主，针对大型仪器设备，主要是以技术人员讲解设备为主，尚且停留在听和看的阶段，不能亲自接触各种工业设备环境，去了解其内部运行机理，使得学生对工业生产过程的理解不够深入，同时，学生动手操作能力具有一定局限性。

二、新工科建设的思索与实践

在新工科建设大背景下，探索建立工科发展的新范式，实现从学科导向，转向以产业需求为导向，考虑学生发展志趣，建立满足行业发展需要的实践课程资源，强化进行工程实践的训练。对于学生的培养，着重要培养的是两方面能力，即工程创新能力和适应变化能力。而新经济发展所需工程科技人才的特征就是要能够解决“跨界”的“复杂工程问题”，能够解决“跨界”“复杂工程问题”的工程科技人员，就是支撑新经济发展所亟须的工程科技人才。“复杂工程问题”是本科毕业生在实际职业岗位中所面对的既要考虑内外部制约因素，又要满足内外部需求的技术工作问题。实际工程中的难题大多都无法仅用单一及多门技术课、专业课的知识来解决，甚至不知这些难题具体与哪门课程、专业相关。“复杂工程问题”不只是纯技术、理论问题，同时还融合了大量非技术性的问题，“复杂工程问题”往往是系统性的问题。解决“复杂工程问题”不仅需要工程基础知识，更需要能综合解决各种内外部因素、需求以及多重冲突的方法论，避免过于理想化。在解决“复杂工程问题”时，不是追求个别、部分最优技术指标的突破，而是要关注工程应用中发生多重冲突因素后，对可能出现的那个最差技术指标、性能的识别及提升，要着重考虑研发、生产、运营全过程的低成本，要着重考虑新技术、产品的可靠性。结合工程基础课知识、解决“复杂工程问题”方法论课程的知识，使学生能够在学校内就可将专业技术知识与工程基础知识、方法论知识相融通，以构成学生解决“复杂工程问题”能力的知识结构。基于培养方案，扎实理论知识，注重应用能力培养，坚持理论与实践并重，打破传统实践教学方式，构建新型实践教学模式，提高教学水平和人才培养与社会需求的契合度。

三、坚持理论与实践并重，实践引领创新，构建新型实践教学模式

新工科建设需要加强研究和实践，为了培养学生的工程实践能力和创新思维，综合实训环节应该强调开发设计性、综合性和创新性。以培养学生实践能力为目标，针对实践教学中存在的问题，对自动化电气类专业实践教学环节提出了“以学生为中心，以出口为导向”的虚实结合实践教学模式。通过强化培养学生的工程能力和创新能力，有效解决了工程教育中存在的目标定位不清、轻设计，缺实践、课程体系相对陈旧、师资队伍缺乏工程经历等弊端。为了弥补综合实训现阶段的局限性，在工程训练实践中，采用微缩仿真模型来模拟实际自动化生产过程情况，通过一系列开放式的教学安排，在专门的工艺装备和生产设备上进行现场实习实践，比如学院开设的自动化生产线综合实习，让学生能够在了解微缩生产线模型的基础上，模拟生产线现场实习操作，学习工艺知识，掌握工艺方法，应用Logix虚拟仿真软件进行系统实验平台的搭建，针对不同的被控对象进行虚拟仿真，再作用于实际的对象模型中，通过虚实结合的方式完成一系列独立设计、制作和综合训练，使学生在认知的基础上，通过反复的思考、实践和比较的过程，实现自己的创意，为工程创新能力的培养和企业工程实践打下坚实的基础。本项目以无游梁长冲程抽油机模型为研究对象，该模型采用与实际系统相同的机械结构，包括电动机、电控刹车、软件及硬件行程开关等，利用汽缸和活塞可以真实地模拟井下的负载，有效简化了机械结构，大大提高了总体效率。考虑非技术因素影响，综合运用生产技术、电机控制、机械原理、传感器、控制算法等方面的知识，理论联系实际，设计便于管理和监控、切合实际生产控制需求的方案。利用Logix虚拟仿真软件完成相关设计，通过RSLinx通讯软件，建立EtherNet/IP通讯，利用RSLogix5000软件进行编程设计，通过OPC服务链接RSView进行监控界面等设置，搭建了以CompactLogix控制器为核心的控制系统平台，通过PowerFlex40变频器控制电动机运行来模拟抽油泵的往复运动将液体泵出，如图1所示，进而模拟海上钻井平台抽油的工艺工程，具有一定的现实意义和使用价值。在实验室模拟工业现场条件下，将虚拟仿真技术融入到综合实训实践教学中，学生不再受教师指定操作思路的束缚，使学生不仅能够掌握工业生产中简单和复杂控制系统的结构、原理以及设计和分析方法，熟悉工业控制器的使用方法，独立设计控制方案，完成系统组态。还能了解软硬件的基本应用，学习在不同对象系统环境下的软硬件配置以及用户程序设计，大大提高了学生的积极性和主动性，其中优秀的学生参加全国大学生创新创业项目取得了优异成绩。

四、结束语

为培养学生实践能力，提高综合竞争力，将虚拟仿真技术融入到综合实训实践教学中，利用Logix软件完成虚拟仿真设计，并与综合实训硬件系统相结合，完成综合实训实践教学的改革，有利于提高学生分析问题解决问题的能力，有效提高了教学质量。同时，极大降低硬件设备的损坏率，提高实验室管理水平。Logix虚拟仿真软件的应用不仅能够增加综合实训教学的实践性，还能激发学生积极探索的主动性，培养学生良好的自主学习能力以及实践动手能力。通过“以学生为中心，以出口为导向”虚实结合实践教学模式的持续培养，逐渐提高学生综合创新创业能力以及综合竞争力。

参考文献：

[1]林健.新工科建设:强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究,2017,(03):7-14.

[2]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究,2017,38,(02):26-35.

[3]姜萍,张欣,肖金壮.以提升综合竞争力为目标的应用型人才培养模式[J].教育教学论

作者：田静 田华 姜萍 单位：河北大学电子信息工程学院