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以能力培养为目标的综合实训教学改革与实践

2018-12-11田静田华姜萍

教育教学论坛 2018年50期
关键词:新工科建设综合实训虚拟仿真

田静 田华 姜萍

摘要:在新工科建设背景下,综合实训在本科教学中的地位日益显著。以培养学生实践能力为目标,针对实践教学中存在的问题,对自动化电气类专业实践教学环节提出了“以学生为中心,以出口为导向”的虚实结合实践教学模式,并在实践教学过程中验证了该模式能够有效提高实践教学效果。

关键词:新工科建设;综合实训;实践教学;虚拟仿真

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2018)50-0062-02

实践教学是本科教学工作的重要组成部分,是培养学生实践能力的重要环节。在“新工科”背景下本科专业的实践教学工作,不仅需要广大教师对实践教学工作高度重视,还要更深入了解“新工科”的内涵及相关政策,与时俱进,适应新形势的发展需要,抓住机遇,大力开展教育教学改革,提高教学水平和人才培养与社会需求的契合度。随着我校专业工程认证和审核评估工作的不断深入,如何有效提高学生的动手实践能力以及综合竞争力,成为实践教学中重要的研究课题。

一、我校综合实训实践教学环节现状分析

本科教学大多倾向于理论教学环节,缺少实践环节与理论教学的相互补充,学生所学各科理论知识无法形成体系,对生产生活中遇到的实际应用情况无从下手。以学科为导向,脱离产业需求,这就导致实践环节存在一定滞后性,造成与社会发展需要脱节的现象。

针对自动化电气类专业学生,综合实训是学生培养过程中重要的实践环节。传统的综合实训形式大多以企业参观实践为主,针对大型仪器设备,主要是以技术人员讲解设备为主,尚且停留在听和看的阶段,不能亲自接触各种工业设备环境,去了解其内部运行机理,使得学生对工业生产过程的理解不够深入,同时,学生动手操作能力具有一定局限性。

二、新工科建设的思索与实践

在新工科建设大背景下,探索建立工科发展的新范式,实现从学科导向,转向以产业需求为导向,考虑学生发展志趣,建立满足行业发展需要的实践课程资源,强化进行工程实践的训练。对于学生的培养,着重要培养的是两方面能力,即工程创新能力和适应变化能力。而新经济发展所需工程科技人才的特征就是要能够解决“跨界”的“复杂工程问题”,能够解决“跨界”“复杂工程问题”的工程科技人员,就是支撑新经济发展所亟须的工程科技人才。

“复杂工程问题”是本科毕业生在实际职业岗位中所面对的既要考虑内外部制约因素,又要满足内外部需求的技术工作问题。实际工程中的难题大多都无法仅用单一及多门技术课、专业课的知识来解决,甚至不知这些难题具体与哪门课程、专业相关。“复杂工程问题”不只是纯技术、理论问题,同时还融合了大量非技术性的问题,“复杂工程问题”往往是系统性的问题。解决“复杂工程问题”不仅需要工程基础知识,更需要能综合解决各种内外部因素、需求以及多重冲突的方法论,避免过于理想化。在解决“复杂工程问题”时,不是追求个别、部分最优技术指标的突破,而是要关注工程应用中发生多重冲突因素后,对可能出现的那个最差技术指标、性能的识别及提升,要着重考虑研发、生产、运营全过程的低成本,要着重考虑新技术、产品的可靠性。

结合工程基础课知识、解决“复杂工程问题”方法论课程的知识,使学生能够在学校内就可将专业技术知识与工程基础知识、方法论知识相融通,以构成学生解决“复杂工程问题”能力的知识结构。基于培养方案,扎实理论知识,注重应用能力培养,坚持理论与实践并重,打破传统实践教学方式,构建新型实践教学模式,提高教学水平和人才培养与社会需求的契合度。

三、坚持理论与实践并重,实践引领创新,构建新型实践教学模式

新工科建设需要加强研究和实践,为了培养学生的工程实践能力和创新思维,综合实训环节应该强调开发设计性、综合性和创新性。以培养学生实践能力为目标,针对实践教学中存在的问题,对自动化电气类专业实践教学环节提出了“以学生为中心,以出口为导向”的虚实结合实践教学模式。

通过强化培养学生的工程能力和创新能力,有效解决了工程教育中存在的目标定位不清、轻设计,缺实践、课程体系相对陈旧、师资队伍缺乏工程经历等弊端。为了弥补综合实训现阶段的局限性,在工程训练实践中,采用微缩仿真模型来模拟实际自动化生产过程情况,通过一系列开放式的教学安排,在专门的工艺装备和生产设备上进行现场实习实践,比如学院开设的自动化生产线综合实习,让学生能够在了解微缩生产线模型的基础上,模拟生产线现场实习操作,学习工艺知识,掌握工艺方法,应用Logix虚拟仿真软件进行系统实验平台的搭建,针对不同的被控对象进行虚拟仿真,再作用于实际的对象模型中,通过虚实结合的方式完成一系列独立设计、制作和综合训练,使学生在认知的基础上,通过反复的思考、实践和比较的过程,实现自己的创意,为工程创新能力的培养和企业工程实践打下坚实的基础。

本项目以无游梁长冲程抽油机模型为研究对象,该模型采用与实际系统相同的机械结构,包括电动机、电控刹车、软件及硬件行程开关等,利用汽缸和活塞可以真实地模拟井下的负载,有效简化了机械结构,大大提高了总体效率。考虑非技术因素影响,综合运用生产技术、电机控制、机械原理、传感器、控制算法等方面的知识,理论联系实际,设计便于管理和监控、切合实际生产控制需求的方案。利用Logix虚拟仿真软件完成相关设计,通过RSLinx通讯软件,建立EtherNet/IP通讯,利用RSLogix 5000软件进行编程设计,通过OPC服务链接RSView进行监控界面等设置,搭建了以CompactLogix控制器为核心的控制系统平台,通过PowerFlex 40变频器控制电动机运行来模拟抽油泵的往复运动将液体泵出,如图1所示,进而模拟海上钻井平台抽油的工艺工程,具有一定的现实意义和使用价值。

在实验室模拟工业现场条件下,将虚拟仿真技术融入到综合实训实践教学中,学生不再受教师指定操作思路的束缚,使学生不仅能够掌握工业生产中简单和复杂控制系统的结构、原理以及设计和分析方法,熟悉工业控制器的使用方法,独立设計控制方案,完成系统组态。还能了解软硬件的基本应用,学习在不同对象系统环境下的软硬件配置以及用户程序设计,大大提高了学生的积极性和主动性,其中优秀的学生参加全国大学生创新创业项目取得了优异成绩。

四、结束语

为培养学生实践能力,提高综合竞争力,将虚拟仿真技术融入到综合实训实践教学中,利用Logix软件完成虚拟仿真设计,并与综合实训硬件系统相结合,完成综合实训实践教学的改革,有利于提高学生分析问题解决问题的能力,有效提高了教学质量。同时,极大降低硬件设备的损坏率,提高实验室管理水平。Logix虚拟仿真软件的应用不仅能够增加综合实训教学的实践性,还能激发学生积极探索的主动性,培养学生良好的自主学习能力以及实践动手能力。通过“以学生为中心,以出口为导向”虚实结合实践教学模式的持续培养,逐渐提高学生综合创新创业能力以及综合竞争力。

参考文献:

[1]林健.新工科建设:强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究,2017,(03):7-14.

[2]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究,2017,38,(02):26-35.

[3]姜萍,张欣,肖金壮.以提升综合竞争力为目标的应用型人才培养模式[J].教育教学论坛,2017,(47):203-204.

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