自動化專業現場總線技術教學改革探討

仲訓杲

摘要：高校本科自動化專業“現場總線技術”課程內容多，知識點相互滲透交叉，課程技術實用性強，在貫徹落實“四個回歸”理念下的教育教學改革新潮中，本文遵循工程教育OBE（Outcomes-Based Education）模式，在教學設計中注重協調教與學，以學生為中心積極探索該課程“學生學什么”的教學改革措施，其目標是持續改進課程建設，提升教學質量，培養學生實踐能力。

關鍵詞：教育教學;改革探討;現場總線技術;自動化專業

當前各大高校聚焦“四個回歸”教育理念，深化教育教學改革，提升本科生培養質量，著力打造一流本科教育。為此本文以實踐教學為導向，突出課程教學的實用性與針對性，圍繞自動化專業“現場總線技術”的課程定位、教學目標、教學內容、教學方法和手段幾方面探索該課程的教學設計與實踐改革。

1 課程定位

“現場總線技術”是自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器等本科專業的一門重要專業課程，是培養學生才干促進學生就業主攻方向的課程[1]。課程主要講述網絡控制系統技術，解決網絡控制系統的分布式控制及遠程監控設計問題[2]。“現場總線技術”注重實踐性與應用性，在先修課程“電路理論”、“計算機網絡與通信”、“自動控制原理”等課程，掌握電路、計算機網絡以及控制原理基本理論知識的基礎上，通過本課程的學習，為后續工業網絡控制，工業以太網打下基礎，使學生了解目前世界范圍自動化領域蓬勃發展的網絡控制新技術，其重點是培養學生掌握自動化現場總線控制網絡系統的設計、安裝、調試綜合能力，為今后工作并成為適應社會的應用型人才奠定堅實基礎。

2 教學目標

“現場總線技術”課程涵蓋了計算機網絡、控制理論、電路理論、嵌入式系統等多學科知識[3]，授課內容以現場總線的特點和優勢、網絡通信基礎、典型網絡控制系統為切入點，重點介紹基于現場總線技術的工業應用，以工程案例，剖析現場總線網絡控制系統的設計與規劃。通過本課程的學習，使學生掌握幾種有影響的現場總線技術的特點、規范、通信控制芯片、接口電路設計等，使學生具備以現場總線為基礎的遠程網絡控制系統的設計開發能力。為切實提高教學質量，培養學生的專業素養和實踐動手能力，本課程依據自動化專業人才培養方案，及工程教育認證要求，定制三個教學指標點，用于指導本課程的教學與建設，課程指標點如下：

指標點1：了解自動化/電氣工程領域的工程技術發展現狀與趨勢;

指標點2：具有自動化/電氣工程交叉學科的基礎知識和職業技能;

指標點3：掌握自動化/電氣工程技術核心知識，具備自動化/電氣產品和工程項目的方案設計能力。

3 教學內容安排

課程教學從現場總線概述，網絡通信基礎，串口通信技術，及其典型現場總線的特點、規范、接口標準、數據傳輸技術，逐步深入到典型網絡控制系統的設計與開發。以工程教育OBE教學模式引導學生學以致用，積極實踐，不斷提升對現場總線系統的認識與設計能力。根據教學目標與教學指標點，具體內容安排為：任務一 現場總線概述;任務二數據通信基礎與網絡互聯;任務三串口通信接口技術;任務四典型現場總線技術-CAN總線及其系統設計;任務五典型現場總線技術-PROFIBUS現場總線技術規范;任務六現場總線發展趨勢-工業以太網技術。

4 教學改革實施方法

4.1教學充分融合多媒體，強化學生切身感受

由于現場總線是一門理論性比較強的課程，教學采用傳統板書與多媒體相結合的方法，以增加學生的感性認識，并有效加深學生對重要概念的理解和掌握[1]。比如在多媒體教學中，經常展示常見的智能現場設備案例、系統框圖，分析其相關功能，并且插入典型現場總線的最新技術，和實際應用前景以激發學生好奇心。對不同工業現場總線的功能分析采用案例剖析的方式，使教學形象化、生動化、具體化。對本課程個別理論性較強或抽象的知識，通過多媒體視頻、動畫的教學方式來化解復雜知識點，讓學生對此產生深刻的印象。

4.2理論聯系實踐，結合實驗操作深化教學改革

現場總線技術注重實踐應用，若純粹介紹、通信協議、數據傳輸、設備的組網等，填鴨式的概念講解顯然無法讓學生從整體上和感性上領會到本課程知識交叉的魅力所在。所以除理論教學之外，更應該注重學生的實踐能力的培養，開設創新性實驗以及采用靈活多變的教學手段，不僅能有效消除學生的枯燥乏味抵觸情緒，還能加強學生的直觀認識。

本課程在理論教學的基礎上，開設4-6個課時的實踐環節，以任務驅動模式進行相關總線技術的實驗驗證。實驗教學環節學生親臨現場，實際動手操作，掌握相關理論知識點，以及熟悉基于現場總線的網絡控制系統的開發過程，最終達到動手能力的培養。實踐教學設計可參考文獻[4]。

4.3教師科研轉化為課堂教學的探索

教學過程中，把教師的科研項目，科研經驗以專題的形式引入到課堂中，一方面可擴展學生的知識視野，把握自動化行業的發展動態，了解新型技術;另一方面有利于培養學生的科技興趣。比如通過工業4.0智能網絡化制造，人工智能，機器人技術，大數據新型產業等穿插到課堂教學中，可為考研的同學明確自己研究方向的選擇。結合國內外科技創新公司，比如工業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案例的講解，以及當前中國制造2025戰略與人才需求，可為即將參加工作的同學的職業選擇有較好的指導作用，事實證明學生表現出極大的興趣，深受歡迎。

5 結語

本文受廈門理工學院電氣工程與自動化學院教改項目的資助，對自動化專業“現場總線技術”課程的教學改革進行了探討。在遵循工程教育OBE模式的基礎上，從課程的定位、教學目標、教學內容、教學方法和手段幾方面闡述了該課程的教學設計與實踐教學措施，為持續改進課程建設，提升教學質量指明了方向，課程注重科研與教學的轉化，旨在打造一流本科教育，培養能創新、能解決復雜工程問題的高新技術人才。

參考文獻：

[1]喻曉紅，楊柱中.“現場總線技術”課程教學改革淺析[J].教育與教學研究，2011，25 （12）：86-89.

[2]李正軍，李瀟然.現場總線及其應用技術（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2016.

[3]陽憲惠.現場總線技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2008.

[4]周立功.iCAN現場總線原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.