電氣工程及自動化專業(yè)實訓(xùn)基地構(gòu)建

周　瑜, 周磊磊, 田會峰

(江蘇科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院, 江蘇 張家港　215600)

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電氣工程及自動化專業(yè)實訓(xùn)基地構(gòu)建

周瑜, 周磊磊, 田會峰

(江蘇科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院, 江蘇 張家港215600)

針對電氣工程及自動化專業(yè)對工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求,該文分析了當前實訓(xùn)教學(xué)中存在的問題；并以工程能力培養(yǎng)為主線,以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標,探討了校內(nèi)實訓(xùn)基地的建設(shè)；并對以創(chuàng)新訓(xùn)練平臺、工程實踐平臺和虛擬仿真平臺為基礎(chǔ)的校內(nèi)實訓(xùn)基地進行了有益的探索和實踐。

校內(nèi)實訓(xùn)基地； 應(yīng)用型訓(xùn)練； 電氣工程

企業(yè)中的工程技術(shù)人員通常有應(yīng)用型、研究型和管理型3種,其中應(yīng)用型,也就是在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事工程設(shè)計、制造、施工、運行等技術(shù)工作,約占工程師總數(shù)的75%[1]。電氣工程及其自動化專業(yè)的特點是理論與實踐充分結(jié)合的專業(yè),是極具工程背景的專業(yè),以培養(yǎng)“現(xiàn)場工程師”為教育目標[2]。這就要求學(xué)生不但要具備專業(yè)的理論知識和技能,還要能夠從解決工程問題角度出發(fā)來思考、分析問題,擁有較高的工程技術(shù)能力和科研能力[3]。針對這一工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標,高等學(xué)校必須構(gòu)建基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺,專業(yè)實驗教學(xué)平臺、實習(xí)實訓(xùn)平臺3個層次的實踐教學(xué)平臺。其中,實習(xí)實訓(xùn)平臺是將課堂上所學(xué)的各種理論知識應(yīng)用于實際的最好方式。

許多學(xué)者認為,人才培養(yǎng)質(zhì)量的高低取決于人才對需求的滿足程度和滿意程度[4]。但是,目前,畢業(yè)生就業(yè)最突出的問題是畢業(yè)生的技能結(jié)構(gòu)與市場需求不能有效接軌。要解決這個問題,必須讓學(xué)生多參加社會實踐,不斷累積經(jīng)驗,這樣才能使學(xué)生一畢業(yè)就能適應(yīng)工作崗位。

因此,本文以電氣工程及其自動化專業(yè)為例,討論面向工程創(chuàng)新能力培養(yǎng),并與實際應(yīng)用相結(jié)合的校內(nèi)實訓(xùn)基地構(gòu)建。

1　校外實訓(xùn)基地存在的問題

實訓(xùn)基地有兩種:校外實訓(xùn)基地和校內(nèi)實訓(xùn)基地。校外的實訓(xùn)基地是選一些與專業(yè)緊密聯(lián)系的企業(yè),通過校企合作達到學(xué)生進行校外實習(xí)、實訓(xùn)的目的；校內(nèi)實訓(xùn)基地主要是通過在校內(nèi)建立一些工程訓(xùn)練中心達到綜合實訓(xùn)的目的。

組織學(xué)生到校外頂崗實習(xí)是實踐的一個重要環(huán)節(jié),也是對學(xué)生綜合素質(zhì)與實踐能力培養(yǎng)效果的全面檢查。但是,在實際運行中,也存在以下一些問題:

(1) 高校人才培養(yǎng)方案設(shè)置與社會需求脫節(jié)[5],學(xué)校所教授的理論和實踐課程與實際需求相脫節(jié),即便是專業(yè)對口,也需要較長時間的培訓(xùn)才能勝任企業(yè)的工作。

(2) 政府部門對于校企合作方面缺少引導(dǎo),接收學(xué)生實習(xí)不是企業(yè)應(yīng)該擔負的社會責任,因此,企業(yè)接受學(xué)生實習(xí)的積極性不高[6],能接受的學(xué)生數(shù)量有限。

(3) 如果多名學(xué)生在一個企業(yè)實習(xí),必將給企業(yè)增加負擔。另外,大部分企業(yè)并不放心讓學(xué)生頂崗操作,致使實訓(xùn)變成了參觀。就電氣類行業(yè)來講,由于存在一些安全因素,所以企業(yè)在安全管理方面面臨一定的風險。

(4) 校外實訓(xùn)的考核由實習(xí)單位直接掌控,在實訓(xùn)結(jié)束時,企業(yè)要對學(xué)生的認真程度、協(xié)作能力以及獨立分析解決問題的能力等做出具體真實的評價。某些實訓(xùn)單位,本身的考核制度不是很完善,在實習(xí)考核問題上,不能按照學(xué)校的要求，配合教學(xué)目的給予有效的評價。

2　校內(nèi)實訓(xùn)基地的落實原則

校內(nèi)實訓(xùn)主要是學(xué)校利用自身的校內(nèi)實訓(xùn)基地,使學(xué)生能夠在校內(nèi)進行有目的、有計劃、有組織的專業(yè)對口訓(xùn)練。為了達到鍛煉學(xué)生實踐能力的目的,校內(nèi)實訓(xùn)基地的落實必須遵循以下原則:

(1) 校內(nèi)實訓(xùn)基地定位規(guī)劃要合理。校內(nèi)實訓(xùn)基地的建設(shè)要充分考慮專業(yè)、行業(yè)和社會發(fā)展的需要,構(gòu)建的校內(nèi)實訓(xùn)基地,不僅能夠滿足相關(guān)專業(yè)的綜合實訓(xùn),同時也要滿足學(xué)生的技能鑒定。

(2) 建立專業(yè)教師輪訓(xùn)制度。校內(nèi)實訓(xùn)基地的指導(dǎo)工作主要由校內(nèi)教師承擔,指導(dǎo)教師,自身必須具備專業(yè)的職業(yè)技能和實際工作經(jīng)驗。因此,教師至少平均每年有2個月在專業(yè)對口企業(yè)接受技能培訓(xùn)或為企業(yè)服務(wù),學(xué)校定期指派教師到企業(yè)參加生產(chǎn)實踐頂崗實踐,提高專業(yè)教師的技能水平。

(3) 加強校企合作。學(xué)校吸納企業(yè)專家,引進現(xiàn)代化企業(yè)管理模式,聘請企業(yè)技術(shù)人員參與基地規(guī)劃、建設(shè)和運行管理,建立健全的管理制度,最大限度地再現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)真實運行場景,給學(xué)生以真實的工作崗位和工作過程,使學(xué)生不出校門,就能置身于真實工作情境中。

(4) 充分利用計算機仿真技術(shù)。完備的校內(nèi)實訓(xùn)基地、仿真實訓(xùn)室、實訓(xùn)軟件的配備極為重要,可以彌補短期校外實訓(xùn)的不足。電氣設(shè)備通常運行在高電壓、大電流工況下,對人身具有較大的危險性,構(gòu)建包括電力系統(tǒng)、電機、電力電子等內(nèi)容的電氣虛擬仿真平臺,可以滿足專業(yè)的教學(xué)基本需要,在學(xué)生實踐教學(xué)中能夠真正發(fā)揮作用。

3　電氣自動化專業(yè)校內(nèi)實訓(xùn)基地構(gòu)建

為了滿足面向職業(yè)需求的校內(nèi)實訓(xùn),努力推進三大實訓(xùn)平臺建設(shè),主要包括創(chuàng)新訓(xùn)練平臺、工程實踐平臺和虛擬仿真平臺。

3.1創(chuàng)新訓(xùn)練平臺

本科學(xué)習(xí)階段,具有充裕的課外時間,這為充分利用課外時間構(gòu)建第二課堂提供了有利條件[7],因此,校內(nèi)實訓(xùn)基地也以大學(xué)生第二課堂為切入點構(gòu)建創(chuàng)新訓(xùn)練平臺。

一般的本科教育,都是先學(xué)理論,再去指導(dǎo)實踐,學(xué)生往往會因沒有興趣引導(dǎo)而堅持不下去。如果先實戰(zhàn),在實踐中獲得成功的喜悅,產(chǎn)生研究的興趣,更能促使學(xué)生從內(nèi)心主動學(xué)習(xí)。因此,不必等到理論完備了再去指導(dǎo)實踐,可以通過先實踐再促進理論的學(xué)習(xí)。 根據(jù)這一宗旨,引入CDIO工程教育模式,CDIO是以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體,讓學(xué)生能夠體驗以主動的、實踐的、課程間緊密聯(lián)系的一種學(xué)習(xí)過程。學(xué)生結(jié)合自己的興趣與特長,參加大學(xué)生科技項目、實踐活動、科技競賽等來確定自己的發(fā)展方向[8]。

圖1　三級創(chuàng)新訓(xùn)練平臺

以CDIO理念為指導(dǎo),設(shè)置以下創(chuàng)新訓(xùn)練平臺,如圖1所示,該平臺以學(xué)生創(chuàng)新實驗室作為依托,設(shè)置了遞進式層次化3級創(chuàng)新實踐臺階,其中包括自動化協(xié)會、學(xué)科競賽訓(xùn)練中心和智能系統(tǒng)研究室。不同層次的學(xué)生可分別參加不同層次的學(xué)科競賽以及本科生創(chuàng)新計劃。學(xué)科競賽,對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),具有常規(guī)實踐教學(xué)難以企及的優(yōu)勢；參加競賽,無論成績?nèi)绾?都可以充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性[9],同時,學(xué)科競賽中反映的新技術(shù),能有效促進實驗室建設(shè)和發(fā)展。

同時,面向大一新生設(shè)置了開放創(chuàng)新性實驗訓(xùn)練項目,設(shè)定幾個不同課題(如表2所示),比較好地涵蓋以后涉及到的必備知識,激發(fā)了他們的創(chuàng)新興趣。

表1　學(xué)科競賽與本科生創(chuàng)新計劃

表2　開放創(chuàng)新性實驗訓(xùn)練項目

3.2工程實踐平臺

從現(xiàn)實的學(xué)情和教情出發(fā),研究一套可與企業(yè)實際接軌的教學(xué)和實訓(xùn)方法至關(guān)重要。因此,學(xué)院實訓(xùn)中心引入一套自動化生產(chǎn)線及組態(tài)控制設(shè)計成套設(shè)備,該設(shè)備可以模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程,使學(xué)習(xí)者得到一個非常接近于實際的教學(xué)設(shè)備環(huán)境,從而縮短了理論教學(xué)與實際應(yīng)用之間的距離。

校內(nèi)實訓(xùn)平臺不僅是學(xué)生進行職業(yè)技能訓(xùn)練的關(guān)鍵場所,也是學(xué)生職業(yè)習(xí)慣、職業(yè)道德、安全生產(chǎn)意識、團隊意識、成本意識和環(huán)保意識等職業(yè)素養(yǎng)養(yǎng)成的重要場所[10]。很多高校在實訓(xùn)設(shè)施設(shè)備上大量投入,但缺乏嚴格規(guī)范科學(xué)的管理,沒有嚴格執(zhí)行管理制度,造成實訓(xùn)基地的不合理使用或沒有充分發(fā)揮效能。因此,學(xué)院在自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)中,模擬企業(yè)真實的工作情景、文化氛圍和管理模塊,實習(xí)班級按照企業(yè)化管理,并按照項目分工。要求:(1)每個實習(xí)班按企業(yè)化管理,設(shè)總經(jīng)理一名；(2)按照項目組分工,每組設(shè)項目經(jīng)理、軟件工程師、硬件工程師、調(diào)試工程師；(3)項目經(jīng)理負責項目全程跟進,對項目進行過程中的異常情況能提出及時有效的解決方案；(4)軟件工程師負責項目中軟件設(shè)計；(5)硬件工程師負責項目中硬件系統(tǒng)設(shè)計與連接；(6)調(diào)試工程師負責對設(shè)備進行現(xiàn)場調(diào)試。

通過這種真實職業(yè)環(huán)境的營造,有助于學(xué)生職業(yè)素質(zhì)和職業(yè)道德的形成。

3.3虛擬仿真平臺

為了創(chuàng)新教學(xué)方式,深入開展項目教學(xué)、案例教學(xué),在教學(xué)中積極應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù),提高教學(xué)質(zhì)量。以電氣控制與PLC技術(shù)課程教學(xué)為例,真實的被控對象體積大、價格高,更新快,很難滿足學(xué)生的實驗需求。教學(xué)中,通常使用PowerPoint或Flash等軟件制作教學(xué)課件,也很難實現(xiàn)動態(tài)仿真和硬件進行數(shù)據(jù)交換[11]。利用PLC與組態(tài)軟件相結(jié)合的方法,通過組態(tài)軟件,全真模擬PLC被控目標,用軟件代替實物,即可使用有限的設(shè)備和靈活的程序來豐富實踐教學(xué)[12]。例如,對于一個供料傳輸系統(tǒng),實際系統(tǒng)硬件由鋁合金型材基體、料倉、推料氣缸、傳輸帶、傳感器、電磁閥及PLC控制系統(tǒng)等組成,I/O接線如圖2、圖3所示。

如圖4所示,利用組態(tài)軟件,構(gòu)建虛擬對象,用戶只需要配置一臺PLC,以西門子S7-200為例,其他部件如傳感器等均由組態(tài)系統(tǒng)模擬,即可實現(xiàn)與硬件系統(tǒng)同樣的功能。

由于PLC的輸入接口不能通過組態(tài)軟件進行賦值,因此,編寫程序時,按表3進行I/O配置。例如,氣缸推出檢測傳感器在實際系統(tǒng)中,通過輸入接口I0/0輸入,在應(yīng)用模擬系統(tǒng)作為控制對象進行編程時,通過輔助繼電器M30.0輸入。調(diào)試完程序,應(yīng)用于實際系統(tǒng)時,只需要將相應(yīng)的輸入寄存器進行替換。

圖2　PLC輸入端接線圖

圖3　PLC輸出端接線圖

圖4　供料傳輸系統(tǒng)

模擬系統(tǒng)輸入實際輸入功能模擬系統(tǒng)輸入實際輸出功能M30．0I0．0氣缸推出檢測Q0．0Q0．0推料閥M30．1I0．1氣缸收回檢測Q0．2Q0．2運行指示燈M30．2I0．2庫料檢測Q0．1Q0．1傳送帶變頻器DIN1M30．3I0．3到料檢測Q1．0Q1．0開始燈M30．4I1．0開始按鈕Q1．1Q1．1復(fù)位燈M30．5I1．1復(fù)位按鈕M30．7I1．2調(diào)試按鈕M31．0I1．3手/自動M30．6I1．5停止按鈕

4　結(jié)語

工科學(xué)生的實踐教學(xué)面臨著時代的考驗。根據(jù)電氣工程及其自動化專業(yè)的特點,積極探索校內(nèi)實訓(xùn)基地建設(shè),構(gòu)建多層次的創(chuàng)新訓(xùn)練平臺；引入工程實踐,改革實踐教學(xué)方法,構(gòu)建以提高學(xué)生的就業(yè)競爭力為導(dǎo)向,以培養(yǎng)適應(yīng)市場需求的工程創(chuàng)新能力為目的的校內(nèi)實訓(xùn)平臺。

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Construction of on-campus practical training base for electrical engineering and automation major

Zhou Yu, Zhou Leilei, Tian Huifeng

(College of Electrical and Information Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhangjiagang 215600,China)

On the basis of the requirements for the training of application-oriented talents for electrical engineering and automation major,this paper analyzes the existing problems in the current practical teaching and training,and then discusses the construction of on-campus training bases for cultivating the students’ engineering ability and training application-oriented talents. For this purpose,the exploration and practice are well conducted on the on-campus training bases with innovation training platform,engineering practice platform and virtual simulation training platform.

on-campus practical training base; application-oriented training; electrical engineering

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.060

2016-03-10修改日期：2016-05-18

江蘇省教育科學(xué)研究院現(xiàn)代教育技術(shù)研究項目(2015-R-42233)；江蘇科技大學(xué)高教研究項目(GJKTY2014-12)

周瑜(1984—),女,江蘇張家港,實驗師,主要從事工業(yè)自動控制教學(xué)與研究.

E-mail：zhouyu_zjg@163.com

G642

A

1002-4956(2016)9-0229-04