基于卓越计划的自动化专业“系统化”实验教学改革探讨

王彦婷，鲍 艳，张 羽

（东北大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819）

【实验平台】

基于卓越计划的自动化专业“系统化”实验教学改革探讨

王彦婷，鲍 艳，张 羽

（东北大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819）

以“卓越工程师教育培养计划”为背景，针对自动化专业实验教学实际情况，总结分析实验教学中存在的不利因素，从实验内容，实验教学模式及实验考核方式等方面提出了基于卓越计划的自动化专业“系统化”实验教学改革的思路，切实提高实验教学质量、适应高等工程教育人才培养目标。

卓越计划；系统化；教学改革；自动化专业

为了促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量，2010年教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），开展卓越计划以实际工程为背景，着力培养学生的工程意识、工程素养和工程实践能力，造就一大批具备较强创新能力，适应社会企业发展需要的高质量工程技术人才[1]。

东北大学是“卓越工程师教育培养计划”试点高校之一，自动化专业具有较强的工程实践性，是东北大学的优势专业，在国内一直处于领先地位。随着“卓越计划”的实施，原有的实验课程体系和教学内容已经不能满足应用实践能力和工程技术素质培养的要求，在该专业现有优势的基础上进行教学改革势在必行。本文针对自动化专业实验教学存在的一些问题和不足，提出了基于卓越计划的自动化专业“系统化”实验教学体系，建立一个理论联系实际，注重学生工程实践能力培养，由浅入深发掘学生创新能力的完善综合能力培养体系。“系统化”实验教学改革将改变学生被动的填鸭式教学，形成学生主动设计研究，教师引导协助进行实验课程的教学理念。

一、自动化实验教学存在的问题

自动化专业具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”的鲜明特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业，面向工业生产过程中的自动化控制及各行业、各部门的自动化。目前大多数高校的教学多采用传统的教学方法，即先由理论教师在课堂上进行理论知识讲授，然后到实验室由实验教师安排相应的实验[2]。现行的培养模式不利于培养学生综合创新能力的因素主要体现在以下几个方面。

1.实验课内容单一独立。现有自动化专业实验课程都是以课程角度来设计，实验内容设计没有与其他相关知识进行有机交叉融合，缺乏系统整体性。课程内容多简单单一，虽然本校的实验平台多采用先进的工业现场使用的设备仪器，但这样的课程内容体现不出实验平台的优势。如作者承担的“电气传动控制系统”实验课程，该课程是一门集电力电子技术、自动控制原理、电机学、直流调速、交流调速，同时穿插系统建模与仿真的综合性实验课程。但现有的实验课程安排内容仅涉及到直流调速中的单闭环、双闭环调速和交流调速中使用变频器直接控制交流电机，学生在实验过程的任务主要集中在硬件接线、控制器参数设计及电机外特性测量观察控制效果。在设计控制器参数时直接让学生通过试凑法设计参数，由于学生硬件实验前没有理论仿真，对硬件调速控制器不了解，随机设计出的参数不符合实际。做实验只是完成单一简单的任务安排，既没有达到加深理论知识的目的，也没有使学生形成控制系统的概念。

2.传统呆板的教学方式。目前实验课程的教学方式基本由实验教师首先讲述实验目的、内容、要求，并介绍实验仪器的使用方法，学生按照实验教材中的步骤完成接线、参数测量并完成实验报告，最后交由教师检查。整个过程都是教师单向的“填鸭式”灌输，没有引导学生综合各门课程知识设计控制系统，学生和老师、学生和学生之间的交流探讨很少，学生对老师的依赖很强，不愿独立思考创新，这种方式使学生对实验失去积极性，难以锻炼学生实践创新的能力。

3.实验课程时间安排不合理。自动化学生大多数时间是在学习理论，每门课程的实验时间安排比重过少，使得学生使用接触实验设备的机会很少，对设备只能达到认识的水平，使用起来非常吃力。每次实验课都需要熟悉相同的实验设备，这就需要占用大量时间，在本来就有限的课时内只能进行认知和验证性实验，很难加入综合控制系统的设计，这样的课程安排难以达到培养学生工程意识、工程素养和工程实践能力的目的。

4.实验课程考核方式应试传统。目前自动化专业的实验课程不进行单独考核，实验成绩由出勤率、课堂实验操作和实验报告三个环节构成。由于课程内容多为认识和验证性实验，课堂成绩多以学生完成实验的顺序为依据，这种形式使得很多喜欢仔细钻研设计的学生在成绩上吃亏，而在实验报告方面，实验结果都与理论知识一致，很多学生为了取得高分，依据理论知识更改实验数据，不去分析总结出现误差的原因，对实验应付了事[3]。这样应试性的考核方式会造成学生心里不平衡的现象，极大地打击了学生的积极性，学生的动手能力和综合素质不能得到有效提高。

二、基于“卓越计划”自动化专业“系统化”实验教学改革思路和方法

为了实现卓越工程师培养目标，培养学生的工程创新意识、工程素养和工程实践能力，必须总结上述实验课程中出现的问题，对自动化专业实验课课程进行改革。本文提出了基于“卓越计划”目标下的自动化专业“系统化”实验教学改革方案。

1.拓展丰富实验内容，增加实验课时比重。实验课程的内容设定直接影响到学生学习的兴趣及实践能力的培养。“系统化”实验教学方法要求实验内容涵盖面广，并且能够调动学生的积极性，自己主动查阅各种文献，在动手操作实验的同时消化理解相关理论知识。以作者承担的“直流控制系统”实验课为例，第一步，学生对直流电机进行机理建模，建模的过程可以加深学生对电机原理的理解。第二步，辨识电机模型的参数，学生通过观测过程的输入、输出数据来辨识电机模型中的参数，准确的辨识可以为控制器设计提供依据。第三步，利用Matlab软件进行双闭环调速系统仿真，仿真实验可以增强学生使用控制语言的熟练度。第四步，观察不同控制器参数对应的仿真效果，为实际的控制器的参数设计提供参考范围。第五步在西门子直流调速器6RA70完成双闭环直流调速实验，西门子直流调速器可以对系统的速度环、电流环的PID参数进行优化整定，这里需要学生完成合闸、分闸、使能、OFF2（断电）及OFF3（快速停车）等指令并且设置不同给定（模拟量给定、电动、爬行、方波给定等）观察系统控制效果，此过程可以锻炼学生使用工业现场常用的驱动装置。第六步建立上位机、PLC和直流调速装置通讯连接，该过程要求学生学习掌握西门子PROFIBUS DP连接和MPI连接。第七步，在PLC中设计双闭环控制器，调节参数达到最佳控制效果。本过程要求学生掌握PLC的I/O控制及相关语句编写。类似上述的“系统化”实验过程才可真正体现出学生建立起了控制系统的概念，在实验过程中，学生可以有的放矢，查阅相关书籍文献，并对其中涉及到各门课程的理论知识查缺补漏。当然完成上述实验任务需要学生在实验室投入大量的时间和经历，增加实验课时间比重、引进工业控制领域先进的设备仪器也是十分必要的。

2.提高教师教学水平，改变传统的教学理念。在培养学生同时提升专业教师队伍整体的工程实验水平，强调专业课程教师到企业锻炼，引进专业课程博士，与企业合作开发研究，共同承担科研项目，让年轻教师在实践中得到锻炼[5]，这样组建的教学队伍才是高层次的，教师和学生的培养都是基于“卓越工程师培养计划”，最终形成高素质人才的良性循环培养。探索先进教学理念的过程中，教师应该改变以往以教师为主的教学形式，强调学生的主体地位，让学生独立完成任务，领会题目、查阅资料、确定方案及实验设计都由学生研究完成，积极调动学生的主动性和创造性，提高他们分析、解决问题的能力[4]。同时教师也需注重学生逆向思维能力的训练，逆向思维能力是学生不可或缺的工程实践能力之一，在学生的实验设备或程序中设置一些错误，训练学生准确排查并消除故障的能力，实验内容可以由学生原有的认识和验证性实验改进，这样的实验更能模拟出实际工程设计中的调试和维修过程。

3.优化考核方式，培养学生综合能力。好的考核机制可以激发学生的能力，并将学生的真实水平反应出来。以往的出勤率、课堂表现、实验报告可以归结为平时成绩，引入学生对部分内容讲解授课作为考核的一部分，鼓励学生为大家讲解实验原理及实验设备的使用方法，学生由被动听讲变为主动学习，实践证明以学生的角度学习对知识的掌握程度更深，效率更高。目前大学中的多数课程仍然延续着应试教育的模式，传统的考试不能培养学生的综合能力，在教学过程中，我们发现有很多同学在人前讲话有恐惧心理，不能表现自己，实验课中只是埋头苦干，但却讲不出来，这样的学会并不是真正的会。所以，我们在考核中提供这样的机会，使学生可以更多地锻炼自己的能力，增强自信。课程最后的考核方式以答辩的方式进行，多个老师听取学生报告、提出问题，并给出解决意见。上述考核方式可以帮助学生在课程结束后对全部实验内容归纳总结，形成综合系统的知识体系，锻炼学生的讲演口才，真正的全面提高学生的综合素质和社会竞争力[6]。

三、结束语

“卓越计划”对高校面向社会需求培养人才，提高人才培养质量，增强毕业生就业能力具有重要的引导作用。同时也对自动化专业的人才培养提出了更高的要求，我们的实验教学不再作为理论学习的验证和补充而依附于理论教学[7]。实验教学不断更新教学理念，完善教学体系，优化教学环境，整体实验教学效果有了显著改善。自动化专业实验课的改革在培养本专业学生实际操作能力，创新逆向思维及培养综合实践素质起到了重要的推动作用，为卓越工程师培养目标奠定了夯实的基础。

[1]张宇，等.自动化专业“立体化”卓越人才培养的探索与实践[J].教育教学论坛，2012，（44）：194-196.

[2]韩克镇，等.卓越工程师培养目标下的液压传动试验教学改革探讨[J].实验室科学，2013，16（1）：86-88.

[3]鲍燕，等.自动化专业实验教学改革的探索与实践[J].教育教学论坛，2013，（43）：38-39.

[4]苏丽华.电子课程设计的探讨与实践[J].实验室科学，2009，（2）：72-74.

[5]文进.以创新教育为导向的卓越工程师培养模式[J].中国科教创新导刊，2011，（22）：12-13.

[6]郭宝红.以就业为导向的计算机基础课程教学改革的探索与实践[J].实验室科学，2012，15（2）：144-147.

[7]刘启彬，刘丹，曾建萍.固体废物处理与处置课程实践教学问题与对策探讨.2012.15（2）：138-140.

G642.0

A

1674-9324（2014）28-0238-03

王彦婷（1987-），女，辽宁沈阳人，硕士，助理工程师，长期从事自动化相关专业的实验教学研究及实验平台设计维护工作，主要研究方向为交直流控制调速，非线性自适应控制等。