《现场总线应用技术》课程改革与探索

白金

【摘 要】本文主要论述了《现场总线应用技术》课程在理实一体化教学改革方案。通过对高职教育现状及企业的实际需求的分析，探讨了现场总线的课改的教学内容、教学方案。本课改采用了项目式的教学方式，把复杂的任务分为几个简单的模块，让学生循序渐进的掌握现场总线技术。通过该课程改革，增强了学生的学习积极性，极大的提高了学习效率，为企业培养了现场总线应用方面的紧缺人才。

【关键词】理实一体；项目式教学；改革与探索

《现场总线应用技术》是近年来在高职高专机电一体化、电气自动化等专业开设的一门新的课程。这门课的所涉及的现场总线控制系统是一种新型的工业控制系统，是继DCS之后的又一种更加优越的工业控制系统，它的出现带来了工业控制领域的一场深刻革命。基于现场总线的应用现状，高职院校需要紧跟工业发展的步伐，因此急需培养懂得现场总线技术的人才。

现场总线应用技术所涉及的知识较为复杂。现场总线有很多种类，而目前广泛应用于工业现场的就达10种，如CAN、LONWORKS、FF、PROFIBUS等[1]。对于高职院校的学生在校学习过程中很难全部精通。在以往的教学中，通常采用理论教学的方式，将现场总线的基本理论和各种典型的现场总线进行介绍，经过教学实践证明，这样的教学方式让学生难以接受，90%以上的同学无法理解理论课所讲的内容。因此，如何使学生更好接受本课程所涉及的知识点，提高学习的效率，培养学生学习的兴趣，是本论文讨论的重点。

1 现场总线的应用前景及对人才的需求分析

现场总线是用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络[2]。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系，它是一种开放式、新型的全分布控制系统。未来现场总线技术在工厂底层网络中将起到重要的作用，因此作为自动化技术人员，掌握现场总线技术势在必行。

经过调研表明，企业对现场总线技术人员的要求侧重于应用，即技术人员需要掌握现场总线网络的配置、组网方法、参数设置及基本故障维修。因此，对于高职院校的学生来说，并不需要去掌握现场总线高深的理论知识，只需要掌握这些基本的技能即可。

2 现有教学中存在的问题分析

《现场总线应用技术》课程是应现代企业需求，近年来在我校机电一体化、电气自动化专业开设的一门新的课程。由于任课教师多为研究生毕业，在研究生教育中，《现场总线》课程通常侧重于理论教学，因此教师受此影响往往在教学中侧重于理论。现场总线技术的理论较为复杂，使得高职院校的学生接受较为困难，这使许多同学对该门课的学习失去了兴趣，从而使得该门课的教学效果不甚理想。然而，在现代企业中，维修技术人员并不需要掌握大量的复杂理论，只需掌握进行现场总线的应用和故障处理即可。因此结合高职院校学生的特点，探索该课程的理实一体教学方法。

3 现场总线课程的理实一体改革方案

由于现场总线所涉及的种类较多，为了让学生的学习更有效率，本论文所探讨的教学方法中，只涉及一种现场总线即目前应用最为广泛的PROFIBUS现场总线，并由西门子工业控制网络作为切入点，由易到难，循序渐进。

3.1 课程内容及改革方案

本课程的主要内容是介绍现场总线技术的发展史及作用、现场总线通信的基础知识，并以西门子工业控制现场总线为载体，介绍西门子工业控制网络通信中的PPI通信、MPI通信、PROFIBUS通信以及上位监控系统、工业以太网等通信的基础知识。本课程经改革后分为5个理实一体课题：

课题一：现场总线的基础知识

基础知识部分，在理实一体教学中，采用教师设计问题，学生通过在图书馆查阅资料，互联网等信息渠道搜集问题的答案，分组讨论的方式完成，并在讨论结束后分组答辩。这种方式提高了学生的学习积极性和主动学习的意识，有效的避免了灌输式教育的无效性。

课题二：西门子PPI和MPI网络

该课题主要是为了给PROFIBUS现场总线的教学打下基础。学生在以往的学习中，对于工业通信网络的知识知之甚少，因此先介绍简单的西门子PPI，MPI通信，让学生更好的理解通信系统的基本概念。本课题采用教师讲解实验原理和过程，学生动手搭建PPI或MPI通信系统并调试的方式完成。在学生动手的过程中，不断地进行小组讨论，加深对工业通信网络的理解。

课题三：PROFIBUS现场总线

该课题是本课程改革的重点内容，为了更好的让学生掌握该课题的内容，采用，企业参观、实验室试验、小组讨论等方式完成，要求教师设计一个模拟工业企业环境的PROFIBUS通信系统，更进一步切合实际。

课题四：上位监控系统

该课题，主要结合课题三已经搭建好的PROFIBUS通信系统，在现场总线系统构建好的基础上，系统中的数据进行实时监控，要求学生做出生动的画面，可以监控完整的实时数据。

课题五：工业以太网

在课题三和课题四的基础上，进一步提高，将原来的PROFIBUS现场总线改为工业以太网控制，通过实验，进一步总结它们的区别和各自的优缺点。

3.2 课程的教学模式的改革

以上5个课题完成后，需要进行一个总结性的小组答辩，学生需要通过小组内部讨论，将整个现场总线系统的网络的配置、组网方法、参数设置及实验过程中遇到的问题及解决方案做成为PPT，进行成果汇报，汇报结束后，由专业课教师成立答辩小组，对学生进行提问，进一步巩固学生的知识点。

通过对现场总线通信系统的设计，程序编写，通信系统的连接、调试和排除故障，使学生深入掌握现场总线相关专业知识，并学会通信系统程序设计及调试，故障诊断与维修及工程文件的编制、归档等工作，极大的提高了学生的技能水平。通过完成这些任务，培养学生的动手能力、语言表达能力、人际交往能力、现场演讲能力等，这是一种全新的教学模式，也是一种对学生各项能力全方位的培养模式。

4 现场总线理实一体改革效果评估

本文所涉及的教学改革方法在一个小班进行教学改革试验，在该课程的教学过程中采取以学生为主体，教师作为指导的教学方式，让学生在完成实验的同时也完成了理论知识的学习，培养了学生的动手能力、分析解决问题的能力，增加了学生的学习兴趣和学习积极性，使得教学的效果较以前有比较大的提高。同时，也使得实验实训设备得到了较高的利用率，有效地使用了学校现有的资源，并开发出新的教学资源共享。

通过该课程改革，将以前难以理解的纯理论知识，划分为若干个理实一体的项目，通过具体项目任务的完成过程，将理论知识和实践的应用结合起来，实施“理实一体”的教学模式，培养学生专业技术综合应用能力，增加了学生的学习兴趣。让学生通过自己的动手操作，让枯燥的理论，变为易懂的实践，培养学生的学习兴趣和成就感，使得以往课堂中以教师为主体的教学，转变为以学生为主体的学习过程。

本课程的教育教学改革，丰富和发展“工学结合”人才培养模式，通过将企业实际的案例与实验实践课程相联系起来，真正做到了把工厂的生产实践与学校传授的理论知识完全融合，使学生了解和掌握所学知识在企业具体岗位中的具体应用。

5 总结

高职院校培养模式应该侧重于职业技能及应用，本文讨论的《现场总线应用技术》的课程改革，解决了现场总线技术应用型人才培养的难点，使得学生的学习兴趣进一步增加，使学生很容易的掌握了这门新兴的技术，为未来的就业打好了基础，为企业培养了紧缺的现场总线技术人才。

【参考文献】

[1]唐济扬.现场总线与工厂底层自动化及信息集成技术》[J].制造业自动化， 2000（3）：14-18

[2]郭琼，姚晓宁.现场总线技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[责任编辑：杨玉洁]