雙創視域下創新實踐課程設計與實施策略研究

摘? 要：在“大眾創業、萬眾創新”的時代背景下，高等教育在“繼承與創新、交叉與融合、協調與共享”等方面對學生綜合創新實踐教育提出了更高的要求。創新創業教育實踐課程《組態監控系統綜合實踐》涉及組態監控技術、可編程序控制器（PLC）和機電控制技術等內容，面向非電專業的工科學生，讓學生在學習過程中體驗一個項目從設計開發到交付使用的一整套工作過程，培養了學生的正確的工作思路方法，提高學生獨立開展工作的能力和提升學生綜合創新實踐能力。本文首先從《組態監控系統綜合實踐》課程的課程建設背景、課程建設目標、課程實施內容、課程教學評價等幾個方面分析了雙創視域下《組態監控系統綜合實踐》課程建設總體情況。然后通過論述典型案例“具有監控功能的紅綠燈控制系統設計”課題實施過程，展示課程的實施效果。最后對課程建設的全過程進行反思，并對雙創視域下創新實踐課程設計與實施給出幾點建議。

關鍵詞：創新與創業? 組態監控系統? 可編程序控制器? 實踐教學

中圖分類號： G642.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（a）-0231-04

Abstract： Under the time background of "mass entrepreneurship and innovation"， higher education has posed higher requirements for students' comprehensive innovation practice education in the aspects of "inheritance and innovation， crossover and fusion， coordination and sharing". The innovation and entrepreneurship education practice curriculum "Integrated Practice of Configuration and Monitoring System" involves configuration monitoring technology， programmable logic controller （PLC） and mechanical and electrical control technology and so on. For non-electrical engineering students， this curriculum allows them， in the learning process， to experience a whole set of work process from design and development to delivery and application， which cultivates students' correct working ideas and methods， improves students' ability to work independently and enhances their capability to practice comprehensive innovation. This article firstly gives a general introduction to curriculum construction of "Integrated Practice of Configuration and Monitoring System" under the horizon of mass entrepreneurship and innovation from several aspects： the construction background， construction target， implementation content， and teaching evaluation of the curriculum. Then， the implementation process of typical case "Design of Traffic Light Control System with Monitoring Function" is discussed to show the implementation effect of the curriculum. Finally， the whole process of curriculum construction is reflected， and some suggestions are given for the design and implementation of innovative practice curriculum under the horizon of mass entrepreneurship and innovation.

Key Words： Innovation and entrepreneurship; Configuration monitoring system; Programmable logic controller; Practical teaching

1? 雙創視域下《組態監控系統綜合實踐》課程建設總體情況

雙創視域下，“繼承與創新、交叉與融合、協調與共享”逐步成為創新實踐教育的主要任務。工科非電類學生通過對工控組態軟件kingview（組態王）的學習，可以獨立完成簡單工業監控系統的安裝與調試，從而培養和提高學生創新創業的意識。課程的教學過程在實訓室中完成，全部教學內容采用課題形式，課題選取為工業生產中的典型加工工藝或生產加工過程控制，以知識性、趣味性、實用性作為教學內容設置的前提，教學過程注重培養學生創新開發意識和工程實踐能力。教學過程采用小班化、分組操作的教學模式，實訓室配備完成了預裝有組態監控軟件的監控電腦，可以同時滿足學生的學習操作要求。PLC運行控制裝置可以作為執行機構，使學生能夠在學習的過程中對自己開發的工業組態監控系統進行驗證，從而對工業組態監控系統形成一個完整的認識。

《組態監控系統綜合實踐》課程建設目標有以下幾個目標：（1）在總結以往教學經驗的基礎上，修訂教學大綱，使之更加符合工業發展的實際情況，學生能夠對工業組態監控技術的發展有一定的認識;學會運用組態王軟件設計和開發常用工業控制系統人機監控界面的方法和技巧，并通過實際的操作，使學生具備一定工程系統實踐開發能力;（2）完善監控開發設計課題的內容，探索基于現場工作過程的教學模式，以項目引領為教學切入點的教學改革;（3）學生能夠獨立地完成一個項目開發的全過程，包括“分解項目設計要求”、“制定項目設計方案和步驟”、“項目的安裝與設備調試”;“撰寫技術方案資料”、“交付使用細則”的全過程;（4）組織選課學生參加相關的大學生學科競賽。

2? “具有監控功能的紅綠燈控制系統設計”課題實施的典型案例

《組態監控系統綜合實踐》課程涵蓋了組態監控、PLC和機電控制等方面的內容，是一門綜合應用實踐類的課程，面向應用型本科院校非電專業學生，前期的知識儲備要求學生學過《電工技術》和《電子技術》的相關知識，課程的教學由五個完整的監控系統課題構成，每個課題4個課時。“具有監控功能的紅綠燈控制系統設計”課題授課課時包括PLC設計實施2課時，組態監控設計2課時。其中PLC設計實施部分教學內容為：按照“紅綠燈控制”設計要求，完成設計方案的制定;完成PLC的端口設定，并進行程序設計;程序編寫及系統控制功能調試;組態監控設計部分教學內容為：設計開發監控畫面，按照控制要求完成設定數據庫詞典，完成動畫鏈接，設置命令語言、運行調試監控界面。要求：通過課題的實施，在熟練掌握組態王開發基本監控的基礎上，理解并使用命令語言，實現復雜的控制要求。

步驟一：授課教師提出系統設計要求。

設置一個啟動按鈕，當按鈕接通時，信號燈控制系統開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮;設置一個循環控制開關，完成紅綠燈連續循環與單次循環的選擇。要求學生結合自己日常觀察到的紅綠燈的工作過程，確定設計方案，并制定出相應的實施步驟，完成系統的調試，并撰寫相應的技術小結。

步驟二：課題分析。

由教師針對實際要求進行簡單的分析，引導學生進行分組討論后，將自己的設計思路進行展示交流，圖1所示為課堂上小組討論。經過小組討論后最終確定實施方案。

步驟三：PLC控制方案實施。

實施方案確定后，分小組進行PLC控制功能的實施，包括系統的輸入輸出端子的確定與分配;根據設計方案繪制程序流程圖;根據流程圖編寫程序，輸入電腦并下載到PLC中;完成系統的硬件接線，并進行功能調試，最終實現設計要求。圖2所示為學生完成的紅綠燈課題的實際運行情況。

步驟四：組態監控系統的設計與實施。

圖3所示為紅綠燈控制監控界面;圖4是具有監控功能的紅綠燈控制系統的數據庫詞典的設定;圖5所示為組態監控系統的命令語言的設定。圖6所示為串口設置對話框。

步驟五：撰寫小結。完成了整個課題（包括PLC控制和組態監控）的實施后，要求獨立學生撰寫相應的課程小結。這是非常重要的一個環節，通過撰寫小結，一方面可以對整個課題的設計、實施和結構進行一個總結，對項目實施過程中存在的問題進行反思，對課題的發展進行規劃;另一方面，也可以讓學生初步體驗到技術文件編寫的難度和重要性，提高學生技術文件編寫的能力和水平。

3? 課程建設成效與反思

“組態監控系統綜合實踐”課程于2015年2月正式開課參加課程學習的學生近160名，學生反映良好，根據這幾年的學生報名選課情況，現已將每學期開設一個班次調整為每學期開設兩個班次。項目組建立了案例集庫，包括35個設計案例;完成了20個教學微課視頻的錄制;初步建成較為完善的課程網站;指導學生獲得2018年上海市大學生中國制造挑戰賽連續過程設計開發賽項二等獎和2018年教育部第十二屆“西門子杯”中國智能制造挑戰賽連續過程設計開發賽項初賽，華東一賽區二等獎;項目負責人張靜之老師獲得2018年上海市大學生中國制造挑戰賽連續過程設計開發賽項優秀指導教師。

反思“組態監控系統綜合實踐”課程建設過程，認為在以下幾個方面還有待進一步的探索和研究：（1）進一步研發與生產實際更加接近的實際教學場景，用PLC的執行機構作為監控的對象，以檢驗學生設計開發的實用性和正確性;（2）繼續探索培養學生具有創新設計理念和完整設計工作實施能力的方法和途徑，以設計任務為載體，要求學生利用有限的時間完成更加復雜的設計工作;（3）培養學生作為工程師的基本素養：全面的設計思考、制定完備的設計方案，尤其在公文撰寫方面有待提高;（4）探索培養學生在實際工作具備知識產權保護的意識;（5）進一步開發微課視頻資源，形成完整的教學內容，提高教學效果;（6）在一定的條件下，鼓勵學生開發具有獨創性的實踐裝置或監控系統，為后期選拔參加相應的競賽和創新創業做好人力和物力準備。

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