电子电气应用性本科实践能力训练研究

许清媛，杨 智

（中山大学 南方学院，广东 广州 510970）

电子电气应用性本科实践能力训练研究

许清媛，杨 智

（中山大学 南方学院，广东 广州 510970）

结合国家培养卓越工程师的基本要求，以及电子电气类本科生实践积极性高，学习资源丰富等优势，提出了一种工程训练和应用性科研结合的综合实训教学方式.理论结合实际，有梯队有层次的培养学生的实践操作能力，知识应用能力，自主创新能力及应用性科研能力，使学生在实践过程中获得独立分析问题、解决问题等工程素养，从而达到卓越工程师的基本训练要求，便于快速适应就业市场.

电子电气技术；实践能力；科学研究；实习实训；卓越工程师

1 引言

服务社会是大学的重要职能和重要任务[1]，这就要求大学教育不仅要注重理论教学，更要注重学生知识应用能力和实践能力的培养.目前，在理论和实践中探索“卓越工程师”教育培养规划，是高等院校贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》的重点举措：即高等院校需培养大批接受良好工程教育，具有坚实基本工程素养和卓越创新能力的未来工程师是国家走新型工业化道路、建设创新型国家战略目标的必然要求[2-5].因此，研究如何在教学中培养学生系统的、综合的实践能力，实现与用人单位“零距离”对接，达到卓越工程师的基本训练要求，可以又快又好地充分发挥大学专业知识于工作技能中是十分关键的.

通常电子电气类应用性本科专业实习实训问题一直困扰各高等院校，主要表现在目前各制造类生产企业由于安全生产、后勤服务、市场经济等诸多因素几乎不能有效的接收众多的本科学生去实习，使得高校培养卓越工程师的目标越来越远.为此，我们在中山大学南方学院电子电气类本科的“电气与可编程控制器”和“电气技术实训”教学环节中充分利用和实践了分层教学，工程项目与科研结合的教学模式，取得了较好的效果.

2 工程训练与应用性科研在工程素养培养中的作用

根据“卓越工程师”教育培养规划，国家和社会的发展需要一批具有坚实基本工程素养和卓越创新能力的未来工程师.而工程素养从单纯的书本理论教学中是不可能获得的.通过工程与科研结合的综合实训教学模式，让学生在理论学习的基础上，直接参与工程项目，充分发挥学生的主观能动性和创造力，于不断实践不断总结专业知识的过程中获得对知识的应用能力，实践能力，为与企业的“零距离”对接打下扎实基础，从而便于毕业生快速适应就业市场需求的同时实现高校服务社会的要求.总结在电子电气类本科教学中，我们需做好以下四方面：激励实践兴趣，培养独立思考的习惯；工程训练与应用性科研结合的综合实训；锻炼卓越工程师素养；总结及改进.

3 电气技术卓越工程师基础训练研究

应用性科研是教学实践的重要组成部分，这次我们在学校下拨的16万科研经费的基础上，应用性科研与工程项目一体化实训的主体是学院07级和08级电子信息科学与技术专业的全体学生，实训的目的是通过以学生为主导，教师为辅的模式进行工程训练与应用性科研结合的综合实训，使学生在工程中获得从具体电气技术控制系统的工程需求分析，设计到电气控制柜所有元器件的采购、安装、接线，到最后完成控制系统的程序编写、调试和编写实训报告的全部参与和实践.

3.1 工程项目分析

准确地掌握项目需求对于工程师来说非常重要，所以对项目进行分析是非常重要的.本工程的第一项实训项目是整套电气控制柜的设计，安装和调试，要求控制柜同时具有数字量和模拟量控制，能够实现回火炉[6]，C460车床[7]及炉温的恒温控制三个独立控制系统功能.

配合《可编程控制器原理及应用》课程进度，为了让学生首先获得电气控制柜的感性认识，播放天煌以及求是的典型PLC电气控制柜，激发学生的学习兴趣，激励学生模仿并完成接下来的工程项目和应用性科研.

根据回火炉控制系统、C460车床控制系统和恒温控制系统的工艺要求，充分发挥学生研究问题，思考问题的能力，以提示的方式要他们了解系统工艺，并尝试画出对应工艺图，得到所需元器件类型和数量，达到一个定性到定量的分析学习过程.

3.2 电气控制系统线路图设计

基于以上工程项目分析，同学们已经较好地理解了项目的任务及实现目标—自主设计，研制满足控制要求的电气控制柜.接下来就进入正式引导学生进行电气控制系统线路图的设计阶段.众所周知，电气控制系统线路图包括电气原理图、电气元件位置图和电气安装接线图.这部分可以充分锻炼学生知识应用能力、“内化”能力、应用性科研能力，以卓越工程师的视觉，系统地、综合地进行电气原理图、元器件位置图、接线图的图纸设计以及Auto CAD绘制；训练过程分阶段进行：

（1）电气原理图的设计：根据工程项目分析结果，采用国标电气符号，绘制规范的电气原理图；

（2）电气元件位置图和电气接线板的设计：结合电气原理图和所选器件，以卓越工程师的视觉、系统的合理配置电气元件，以求经济、美观、安全和连接方便.

（3）电气安装接线图的设计：根据电气接线板和元件位置图的设计，满足电气原理图基础上，合理设计电气安装接线图.

广角反射／折射方法的一个重要方面是绘出壳—幔边界（即，莫霍面＝莫霍不连续面）的能力。扩展Zelt等（2003）的策略，由广角反射／折射数据两步就能得到最小结构模型：

（4）电气控制柜的外形设计：立体柜体的设计需要考虑人性化、美观、方便移动、合理等因素.故设计采用双向可开门，正面为有机玻璃，操作面板直接可视且带滚轮的电气控制柜.

这些电气控制系统线路图的设计以及电气控制柜外形设计需要较多的经验知识，学生和我们往往需要反复试验，调整，方能基本满足系统、经济、美观、人性化等要求.经过这样的锻炼，可以培养学生自主学习、研究问题的能力以及动手实践，逐次检验工程实现优劣，不断优化工程质量、互帮互助共同合作等工程素养.

3.3 市场调研、采购

市场调研是非常辛苦的，但却非常有趣，广州的掏街—惠福西路是一个电子产品非常丰富，价格相对便宜的好去处.在选型阶段，学生和我们充分阅读了低压电器的资料书，并已多次走访踩点，基本了解了低压电器和电子元件的市场行情，所以我们这里省力不少.但为了减少现场采购的时间，我们采用了网上竞标和现场采购两种方式进行，针对像SiemensS7-200PLC这样的标配器件，我们选用了网上竞标厂家投标底价原则购买，而电缆、线槽、线耳等则采用了现场购买方式，采购任务细琐，我们有针对性的选择了已有意向的店铺，但仍整整花了一天的时间.采购过程可以很好的培养学生对低压电器目前潮流和实物的认识，这也是一个卓越工程师必须具备的基础.

3.4 电气控制柜的安装、接线

学生以小组为单位，独立负责一台电气控制柜的器件安装及接线，要求通过测试，具备回火炉、C460车床系统及恒温控制系统三个独立控制系统的功能.

学生不能简单地按照电气接线图依葫芦画瓢，而要调动主观能动性.自主学习电气常识、接地与接零常识的基础上，结合电气元件接线图，进行接线，做到强电和弱点电路尽量避免交叉和平行走线，减少干扰；做好过电压、过电流、漏电保护等.

按照卓越工程师基本训练的要求，实际动手比理论难很多，而要获得较好的工程素养，必须经过这一步，才能更好地掌握每个电器的工作原理和接线方式，以及相互之间的先后连接顺序、布线和标号技巧.在电气控制柜的安装、接线的过程中，一方面巩固了学生对低压电器的理解和使用，另一方面整体的、系统的、综合的工程锻炼更好地培养了学生的应用性科研能力.

3.5 编程、模拟调试

由于在校大学生基本不具备继电器控制的工作经验，所以经验设计法并不适合.我们主要从逻辑设计法入手，并以模块化编程来实现化复杂系统为简单子系统的编程思想.可用一个典型例子（比如两个皮带逆向启动，顺向停止的控制）来说明这种模块化编程的思想和优势，把程序分为主程序，初始化子程序，控制子程序，显示子程序组成的四部分结构，展示各部分子任务的实现及子任务间的对接，便于学生理解和掌握这种逻辑设计法.在电气控制柜上电之前，我们可以利用模拟软件来测试程序，即模拟调试法，及时修正问题.

这里的学习和锻炼较好地培养了学生的软件编程能力，工程实现能力，并且各组同学可以发挥自己的知识优势选用不同的编程方式，如置位复位指令编程方式或步进梯形指令编程方式等.由易入难，拓展知识应用的能力，培养具有一定工程基础和专业实践能力的卓越工程师所要求的基本能力.

3.6 联机调试，总结反馈

模拟仿真可以方便在没有硬件的条件下编写程序和测试，但联机调试是必备步骤，而且联机调试时，要让程序连续运行一段时间，记录运行状态，以确保程序能长期稳定正常运行.

这里的调试需要综合考虑系统各类安全隐患，各种特殊情况，尤其需要严谨的态度及耐心，并做好记录，及时进行总结和反馈.而编写工程技术文档作为工程素养必不可少的一部分，这里要求各个小组独立进行该工程训练和应用性科研综合实训的工程分析报告、工程设计报告、工程调试报告、工程总结报告.

4 总结

针对卓越工程师的基本训练要求及社会发展的需要，在电子电气类本科学生进行工程训练和应用性科研综合实训是非常重要的.本文结合可编程控制器和电气技术实训课程的系统性、工程型、综合性、应用性的教学要求，组织学生进行工程和应用性科研结合的培养实践，引导学生在理论学习的同时注重工程素养的培养，使得学生通过工程训练和应用性科研综合实训获得较强的动手实践能力、研究问题和解决问题的能力、创造性思维能力和团队合作能力，提高了综合素质，达到了一个卓越电气工程师基础训练的培养目标.

〔1〕傅树京.高等教育学[M].北京：首都师范大学出版社，2007.

〔2〕苗露.卓越工程师培养中的实践教学体系研究[J].价值工程，2011(5):252-253.

〔3〕汪泓.更新人才培养观念,创新人才培养模式——卓越工程师教育培养的理论与实践创新[J].上海工程技术教育研究，2010(3):1-4.

〔4〕林健.谈实施”卓越工程师培养计划”引发的若干思考[J].中国高等教育，2010(17):30-32.

〔5〕汪泓.打造卓越工程师摇篮,培养应用型创新人才[J].中国大学教育，2010(8):9-10.

〔6〕李彪.回火炉燃烧控制系统[J].自动化与仪器仪表，2009(5):113-114.

〔7〕王兆京.维修电工(高级)[M].北京：机械工业出版社，2007.

G642.0

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1673-260X（2012）08-0085-02