自动化专业现场总线技术教学改革探讨

仲训杲

摘要：高校本科自動化专业“现场总线技术”课程内容多，知识点相互渗透交叉，课程技术实用性强，在贯彻落实“四个回归”理念下的教育教学改革新潮中，本文遵循工程教育OBE（Outcomes-Based Education）模式，在教学设计中注重协调教与学，以学生为中心积极探索该课程“学生学什么”的教学改革措施，其目标是持续改进课程建设，提升教学质量，培养学生实践能力。

关键词：教育教学;改革探讨;现场总线技术;自动化专业

当前各大高校聚焦“四个回归”教育理念，深化教育教学改革，提升本科生培养质量，着力打造一流本科教育。为此本文以实践教学为导向，突出课程教学的实用性与针对性，围绕自动化专业“现场总线技术”的课程定位、教学目标、教学内容、教学方法和手段几方面探索该课程的教学设计与实践改革。

1 课程定位

“现场总线技术”是自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器等本科专业的一门重要专业课程，是培养学生才干促进学生就业主攻方向的课程[1]。课程主要讲述网络控制系统技术，解决网络控制系统的分布式控制及远程监控设计问题[2]。“现场总线技术”注重实践性与应用性，在先修课程“电路理论”、“计算机网络与通信”、“自动控制原理”等课程，掌握电路、计算机网络以及控制原理基本理论知识的基础上，通过本课程的学习，为后续工业网络控制，工业以太网打下基础，使学生了解目前世界范围自动化领域蓬勃发展的网络控制新技术，其重点是培养学生掌握自动化现场总线控制网络系统的设计、安装、调试综合能力，为今后工作并成为适应社会的应用型人才奠定坚实基础。

2 教学目标

“现场总线技术”课程涵盖了计算机网络、控制理论、电路理论、嵌入式系统等多学科知识[3]，授课内容以现场总线的特点和优势、网络通信基础、典型网络控制系统为切入点，重点介绍基于现场总线技术的工业应用，以工程案例，剖析现场总线网络控制系统的设计与规划。通过本课程的学习，使学生掌握几种有影响的现场总线技术的特点、规范、通信控制芯片、接口电路设计等，使学生具备以现场总线为基础的远程网络控制系统的设计开发能力。为切实提高教学质量，培养学生的专业素养和实践动手能力，本课程依据自动化专业人才培养方案，及工程教育认证要求，定制三个教学指标点，用于指导本课程的教学与建设，课程指标点如下：

指标点1：了解自动化/电气工程领域的工程技术发展现状与趋势;

指标点2：具有自动化/电气工程交叉学科的基础知识和职业技能;

指标点3：掌握自动化/电气工程技术核心知识，具备自动化/电气产品和工程项目的方案设计能力。

3 教学内容安排

课程教学从现场总线概述，网络通信基础，串口通信技术，及其典型现场总线的特点、规范、接口标准、数据传输技术，逐步深入到典型网络控制系统的设计与开发。以工程教育OBE教学模式引导学生学以致用，积极实践，不断提升对现场总线系统的认识与设计能力。根据教学目标与教学指标点，具体内容安排为：任务一 现场总线概述;任务二数据通信基础与网络互联;任务三串口通信接口技术;任务四典型现场总线技术-CAN总线及其系统设计;任务五典型现场总线技术-PROFIBUS现场总线技术规范;任务六现场总线发展趋势-工业以太网技术。

4 教学改革实施方法

4.1教学充分融合多媒体，强化学生切身感受

由于现场总线是一门理论性比较强的课程，教学采用传统板书与多媒体相结合的方法，以增加学生的感性认识，并有效加深学生对重要概念的理解和掌握[1]。比如在多媒体教学中，经常展示常见的智能现场设备案例、系统框图，分析其相关功能，并且插入典型现场总线的最新技术，和实际应用前景以激发学生好奇心。对不同工业现场总线的功能分析采用案例剖析的方式，使教学形象化、生动化、具体化。对本课程个别理论性较强或抽象的知识，通过多媒体视频、动画的教学方式来化解复杂知识点，让学生对此产生深刻的印象。

4.2理论联系实践，结合实验操作深化教学改革

现场总线技术注重实践应用，若纯粹介绍、通信协议、数据传输、设备的组网等，填鸭式的概念讲解显然无法让学生从整体上和感性上领会到本课程知识交叉的魅力所在。所以除理论教学之外，更应该注重学生的实践能力的培养，开设创新性实验以及采用灵活多变的教学手段，不仅能有效消除学生的枯燥乏味抵触情绪，还能加强学生的直观认识。

本课程在理论教学的基础上，开设4-6个课时的实践环节，以任务驱动模式进行相关总线技术的实验验证。实验教学环节学生亲临现场，实际动手操作，掌握相关理论知识点，以及熟悉基于现场总线的网络控制系统的开发过程，最终达到动手能力的培养。实践教学设计可参考文献[4]。

4.3教师科研转化为课堂教学的探索

教学过程中，把教师的科研项目，科研经验以专题的形式引入到课堂中，一方面可扩展学生的知识视野，把握自动化行业的发展动态，了解新型技术;另一方面有利于培养学生的科技兴趣。比如通过工业4.0智能网络化制造，人工智能，机器人技术，大数据新型产业等穿插到课堂教学中，可为考研的同学明确自己研究方向的选择。结合国内外科技创新公司，比如工业4.0先行者海尔智能制造，宝马智能制造，亚马逊智能物流等企业案例的讲解，以及当前中国制造2025战略与人才需求，可为即将参加工作的同学的职业选择有较好的指导作用，事实证明学生表现出极大的兴趣，深受欢迎。

5 结语

本文受厦门理工学院电气工程与自动化学院教改项目的资助，对自动化专业“现场总线技术”课程的教学改革进行了探讨。在遵循工程教育OBE模式的基础上，从课程的定位、教学目标、教学内容、教学方法和手段几方面阐述了该课程的教学设计与实践教学措施，为持续改进课程建设，提升教学质量指明了方向，课程注重科研与教学的转化，旨在打造一流本科教育，培养能创新、能解决复杂工程问题的高新技术人才。

参考文献：

[1]喻晓红，杨柱中.“现场总线技术”课程教学改革浅析[J].教育与教学研究，2011，25 （12）：86-89.

[2]李正军，李潇然.现场总线及其应用技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2016.

[3]阳宪惠.现场总线技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2008.

[4]周立功.iCAN现场总线原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.