自動化專業實踐教學體系的構建

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新能力的培養，具有獨特的地位和作用，而目前高校培養的人才技能與社會需求存在一定偏差，要求工科專業的實踐教學必須以培養創新復合型高等工程技術人才為目的，營造工程環境，構建科學合理的實踐教學體系。本文論述了基于“系統”理念的自動化專業綜合實踐教學平臺的內涵及構建方法，設計了能夠涵蓋本專業所有專業核心和主干課程的科學合理的實踐教學體系。

關鍵詞：實踐教學；系統性；構建；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

培養具有創新精神和實踐能力的創新人才，是實施素質教育的目的，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，尤其是對于學生創新能力的培養具有獨特的地位和作用。工科專業實踐教學必須以培養創新復合型高等工程技術人才為目的，營造工程環境，構建科學合理的實踐教學體系，培養高素質的創新復合型人才。

一、存在問題

目前，自動化專業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，未能形成培養人才工程能力為主線的優化實踐教學體系；實踐能力的培養缺乏統一規則和系統安排；缺乏新的實踐教學手段和方法；各門課程實驗裝置及內容相互獨立，交叉聯系少；強電與弱電分離，硬件與軟件分離；實踐基地建設投入不足、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“聯系的”、“系統的”觀點來學習本專業知識，達不到融會貫通。針對這些問題，我們及時轉變教育觀念，開發了基于“系統”理念的自動化專業綜合實踐教學平臺，構建了幾乎能夠涵蓋本專業所有專業核心和主干課程的科學合理的實踐教學體系。

二、實踐教學平臺設計原則

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

2.產品性原則。在板卡設計上注重產品意識，形成模塊化、高可靠性的產品級板卡，實現設計性能指標。不僅做到結構合理，還要外形美觀；軟件實現模塊化、函數化，易于移植。

3.工程性原則。密切結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.理論和實踐相結合。自動化幾乎所有的專業課的教學內容都可以在此實驗平臺上體現出來，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。

2.課程與課程之間相聯系。因為此實驗平臺實現了從信號輸入、采集、處理、傳輸、顯示的全過程，而每一環節又應用到不同的技術，所以可以把相關的專業課程全部聯系起來。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，而其他環節的內容可稍作講解，讓學生明白所學的本門課程內容在整個系統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節上。

3.強調系統性。無論在實驗平臺的設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、創新實踐活動都必須強調系統性，這樣才能滿足培養系統工程師的目標。

4.功能強大。除可以滿足大部分專業課的教學實驗外，還可支撐認識實習、課程設計、電工電子實習、生產實訓、畢業設計、科技競賽等實踐環節的教學和學生創新活動。

5.遵循CDIO工程教育培養模式。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，觀看實驗結果，傾聽教師講解，引發好奇心，對自動控制系統有了初步概念，對自動化專業研究領域有了初步了解，達到認識實習的目的；大二學生可以就平臺系統中的單元電路進行研究設計，弄清楚電路的工作原理并利用它完成課程設計；大三學生焊接調試平臺硬件實驗板，對整個系統的體系結構和功能有較深的理解，具有了系統級的概念；大四學生可以利用平臺做畢業設計，模仿實際工程背景，通過方案論證，技術選擇，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、每個技術都有較好的掌握，對四年中所學的專業知識有了更深刻、更系統的認識。

四、實踐教學平臺的構建

1.實踐教學平臺的系統結構圖（如下）。

本系統按照信號的采集傳輸顯示過程分為三個技術層面：應用對象采集控制、通用技術和高層應用。①通用技術核心開發卡系統。基于RS232/485/488、CAN總線、網絡、USB等總線及接口，集成臺灣友晶等主流嵌入式系統開發板、PC機主板，開發MCU、ARM、FPGA、SOPC、DSP等核心板，擴展IDC40針標準接口，形成通用技術嵌入式開發平臺。②面向應用對象的接口板卡系統?；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，實現對電子琴、水箱、烤箱、機械臂、模擬系統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?；赑C機、筆記本和PDA平臺，針對RS232/45/488、CAN總線、網絡、USB等接口和協議，采用LabView等組態軟件、Matlab、VC/C++等軟件開發高層應用軟件。

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、數字電子技術、電力電子技術、檢測技術等。通用技術層面涉及到的課程有：數字電子技術、單片機原理與應用、微機原理及應用、DSP技術等。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程序設計、C++程序設計、過程控制系統等課程。綜合起來有二十多門課程被涵蓋在此平臺中。endprint

3.實踐平臺系統硬件的設計及制作。平臺的總體系統架構和每個模塊的電路原理圖的設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公司完成，電路板樣板的焊接和調試由研究生完成，而大批量電路板的制作和調試是利用夏季學期的生產實習環節由大三學生完成，所以電路板的硬件制作不僅滿足課程教學和實驗創新活動，還可為大三學生提供生產實習的機會，改變以往某些實踐環節做出的產品和設備由于再無它用被擱置或丟棄的現象，實現資源的再利用。

4.實驗項目的開發及指導書的編寫。針對實踐平臺上每門課程知識的運用開發了相應的實驗項目，編寫了實驗指導書，按照通用技術CPU的不同及與上位機之間的通訊和上位機軟件技術的不同編寫不同模塊、基于不同技術的實驗指導書，在每一本實驗指導書中按照基礎篇、部件篇和系統篇三個層次來編寫，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從簡到難的漸進性。①課程實驗的開發?；谡麄€系統及工程應用對象，開發了單片機原理、嵌入式技術、EDA技術、SOPC技術、檢測技術、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系統型綜合性創新實驗的開發。針對電子、計算機、自動化、通訊等專業開設綜合性實驗。系統可作為SRDP的創新平臺，支持電子設計大賽、機器人大賽、智能車大賽等學生科技創新活動，以及學生課程設計、畢業設計等。③各類實習及工程實訓。結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、畢業實習的工程應用原理；針對通用技術的低成本核心板可以批量生產保證每屆學生人手一塊，其他板卡可以根據實際情況組織電子裝配生產，作為生產實習或工程實訓的生產任務。

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、系統綜合型實踐教學，還可以支撐該領域的各類實習、工程實訓及科技創新活動。

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，為順利地完成教學計劃、實現培養目標提供了有力保障。

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