江 豪，王永華

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，河南 鄭州450002)

近十年來工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域影響最深刻的技術(shù)毫無疑問應(yīng)該歸為現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線定義為安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線［1］。其主要應(yīng)用在制造業(yè)自動(dòng)化、批量流程工業(yè)的生產(chǎn)控制。目前，在中國及歐洲的自動(dòng)控制領(lǐng)域PROFIBUS 總線以其豐富的產(chǎn)品和眾多的應(yīng)用成為了總線應(yīng)用領(lǐng)域的佼佼者。PROFIBUS 還是國內(nèi)現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)之一，在水處理、煙草、發(fā)電、鋼鐵、紡織等行業(yè)得到很好的推廣和應(yīng)用。作為教育系統(tǒng)的高校應(yīng)該為學(xué)生開設(shè)科技前沿學(xué)科，特別是自動(dòng)化或電氣自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生需要在學(xué)習(xí)階段深入了解自動(dòng)化的前沿技術(shù)，并進(jìn)行應(yīng)用能力的培養(yǎng)。基于以上原因，以及讓學(xué)生更加有競爭力，我校自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)了PROFIBUS 現(xiàn)場總線應(yīng)用技術(shù)課程，并在教學(xué)、實(shí)踐、研究等方面積極進(jìn)行課程教學(xué)方法的探討。

1 科學(xué)編排教學(xué)大綱

1.1 動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)大綱

教學(xué)大綱的科學(xué)性直接影響課程教學(xué)的方方面面。對(duì)于理論及實(shí)踐教學(xué)，既強(qiáng)調(diào)學(xué)科理論的系統(tǒng)性、完整性，又重視實(shí)際工程應(yīng)用。在強(qiáng)調(diào)本課程基本理論的基礎(chǔ)上充分體現(xiàn)運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)際中的新技術(shù)和新方法，以PLC 課程為基礎(chǔ)，重點(diǎn)拓展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，展開數(shù)據(jù)通信融合技術(shù)，以市場應(yīng)用廣泛的現(xiàn)場總線作為主要講授內(nèi)容，結(jié)合教師科研項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)籌安排和規(guī)劃教學(xué)大綱。

1.2 精選教材

有關(guān)現(xiàn)場總線技術(shù)的教材有很多，部分現(xiàn)場總線類教材出版的時(shí)間也較早，都是介紹現(xiàn)場總線基本原理和發(fā)展的書籍，不能就某一種總線進(jìn)行深入的理論講解和應(yīng)用知識(shí)講解。就目前現(xiàn)場總線的發(fā)展和市場應(yīng)用成熟度而言，PROFIBUS 現(xiàn)場總線以絕對(duì)優(yōu)勢占據(jù)市場總線技術(shù)發(fā)展的主流，為此我們選用本?？偩€技術(shù)專家王永華教授編著的《現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程》［1］，該書講解深入淺出、理論結(jié)合實(shí)踐非常緊密，PROFIBUS 總線試驗(yàn)平臺(tái)也為本校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)的總線實(shí)驗(yàn)裝置，保障了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一體性，非常便于學(xué)生的深入學(xué)習(xí)。

1.3 選用先進(jìn)教學(xué)手段

新技術(shù)，新知識(shí)，新課，外加較少的教學(xué)輔助資料，盡管教師在備課和課堂上的付出很多，但教學(xué)效果卻并不理想。與傳統(tǒng)的教學(xué)手段相比，必須要引入多種教學(xué)手段。多媒體手段可以利用大量的圖片信息載體，給教學(xué)活動(dòng)注入了新的生機(jī)和活力，使傳統(tǒng)的課堂教學(xué)變得多姿多彩。另外一個(gè)動(dòng)態(tài)感知的特點(diǎn)，就是利用課程的實(shí)驗(yàn)室講解和參觀，感官性的認(rèn)知易于學(xué)生理解，可以取得較好的教學(xué)啟發(fā)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。課程伊始學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)對(duì)課程教學(xué)取得良好的效果起到了關(guān)鍵性的作用。

1.4 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

為了滿足實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的要求，我校電氣學(xué)院首先建設(shè)了PLC 多功能實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)而又在王永華教授的帶領(lǐng)下獨(dú)自設(shè)計(jì)開發(fā)了8 套PROFIBUS 綜合實(shí)驗(yàn)裝置及一套大型的PA 試驗(yàn)系統(tǒng)［2］。根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度及知識(shí)難易度自主地開發(fā)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層，由淺入深，難度逐漸加大;控制每個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的人數(shù)，減少了學(xué)生之間的依賴性，使學(xué)生由基本操作開始到最后實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，得到全面綜合鍛煉，提高了學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)技能。同時(shí)合理地調(diào)配實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的各種項(xiàng)目資源，充分吸納學(xué)生進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)，通過實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的總線技術(shù)應(yīng)用能力。

2 創(chuàng)新教學(xué)方法

任何一個(gè)學(xué)科課程教學(xué)效果取決于教學(xué)方法和手段，以吸引的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行授課，以主動(dòng)的方式讓學(xué)生學(xué)課，以興趣帶動(dòng)學(xué)習(xí)，以樂趣培養(yǎng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，以現(xiàn)身說法培養(yǎng)學(xué)生的樂趣，以動(dòng)手效果進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.1 培養(yǎng)自學(xué)能力

往往會(huì)有這樣的學(xué)生，學(xué)習(xí)效果特別好，而且總是會(huì)延展到課外的知識(shí)領(lǐng)域，這部分學(xué)生自學(xué)能力比較強(qiáng)，表現(xiàn)在課程預(yù)習(xí)效果，課后復(fù)習(xí)成效。多方面多角度的課外知識(shí)有利且能高效地促進(jìn)課程學(xué)習(xí)，但自學(xué)能力需要慢慢培養(yǎng)。在沒有考試及其他方面壓力情況下，主要以小設(shè)計(jì)小開發(fā)為出發(fā)點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力，從而培養(yǎng)學(xué)生課前課后的自學(xué)能力。

2.2 建設(shè)精品課程

精品課程的建設(shè)可動(dòng)態(tài)彌補(bǔ)課程體系與現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展脫節(jié)的不足，可提高教學(xué)效果和效率，豐富了課程教學(xué)內(nèi)容，做到了知識(shí)點(diǎn)新、教學(xué)組織多樣、學(xué)生參與度高;提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的起點(diǎn)，改革了教學(xué)模式，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和實(shí)效性;結(jié)合精品課程編著的教材實(shí)現(xiàn)了教材的系統(tǒng)性、先進(jìn)性與實(shí)用性的統(tǒng)一;結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，較好地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，促進(jìn)了教與學(xué)的發(fā)展［3］。

2.3 打造教學(xué)名師

在精品課程的建設(shè)中，師德高尚、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、學(xué)術(shù)水平和教學(xué)水平雙高的課程負(fù)責(zé)人是保證課程質(zhì)量的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，形成以“名師”為核心，以優(yōu)秀主講教師為骨干，以中青年為教輔的教學(xué)組織，在優(yōu)化師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)的同時(shí)，逐步形成一支學(xué)歷高、年富力強(qiáng)，學(xué)術(shù)水平高，教學(xué)質(zhì)量好，團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神強(qiáng)的授課教師梯隊(duì)。優(yōu)秀的學(xué)術(shù)帶頭人是必不可少的，只有在優(yōu)秀的學(xué)術(shù)帶頭人的帶領(lǐng)下，課程建設(shè)才可能有高的起點(diǎn)，提出高且新的標(biāo)準(zhǔn)，并最終達(dá)到高的水平;課程建設(shè)過程才能盡量少走彎路，且有利于在課程組中營造活躍與和諧的學(xué)術(shù)氛圍，進(jìn)而形成團(tuán)結(jié)向上的合力。本課程的前期PLC 課程已為省級(jí)精品課程，在此基礎(chǔ)上逐步打造現(xiàn)場總線課程的省級(jí)精品課程。自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室及教材也充分體現(xiàn)了教學(xué)名師的帶動(dòng)作用。

2.4 說課

“說課”就是教師口頭表述具體課題的教學(xué)設(shè)想及其理論依據(jù)，也就是授課教師在備課的基礎(chǔ)上，面對(duì)同行或教研人員，講述自己的教學(xué)設(shè)計(jì)，然后由聽者評(píng)說，達(dá)到互相交流，共同提高的一種教學(xué)研究和師資培訓(xùn)的活動(dòng)。

要把重點(diǎn)安排在解說如何實(shí)施學(xué)法上。主要解說學(xué)生要“怎樣學(xué)”和“為什么這樣學(xué)”的道理。要講出教者是怎樣根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)、年齡、心理特征，運(yùn)用哪些學(xué)習(xí)規(guī)律指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的;還要講清教者是如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)積極思維、強(qiáng)化學(xué)生主動(dòng)意識(shí)的。

3 設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

根據(jù)新時(shí)代、新特點(diǎn)、新階段對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，確定現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程的原則為“牢固掌握基本理論，著重實(shí)踐能力培養(yǎng)，突出應(yīng)用能力及創(chuàng)新精神”。加強(qiáng)應(yīng)用性綜合知識(shí)的培養(yǎng)，著重于實(shí)踐動(dòng)手能力的訓(xùn)練，以掌握PROFIBUS 現(xiàn)場總線的基本知識(shí)為主線，將實(shí)踐教學(xué)和課外實(shí)踐學(xué)習(xí)作為重點(diǎn)，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。優(yōu)化課程內(nèi)容設(shè)計(jì)，增加開放式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完善多模塊、分層次的階梯式教學(xué)模式［4］。不斷地增加能提高實(shí)踐動(dòng)手能力的實(shí)驗(yàn)的開設(shè)和開放，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室資源，加快將科研探索及部分科研成果引入實(shí)踐教學(xué)的進(jìn)度。采用漸進(jìn)式教學(xué)模式，逐步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。充分利用多角度、多方位的教學(xué)資源，完善課程教學(xué)及實(shí)踐環(huán)節(jié)。

3.1 獨(dú)立設(shè)計(jì)與完成實(shí)踐內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度和學(xué)生學(xué)習(xí)的深入程度，在較大的試驗(yàn)要求框架內(nèi)，學(xué)生自己進(jìn)行試驗(yàn)的規(guī)劃和制定，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)行深入實(shí)驗(yàn)，直至最后達(dá)到較高層次的實(shí)驗(yàn)要求。另外一種方式就是將實(shí)踐教學(xué)的培養(yǎng)分為初級(jí)、中級(jí)和深入3 個(gè)階段進(jìn)行。初級(jí)階段側(cè)重于課堂討論和基本程序設(shè)計(jì);中級(jí)階段側(cè)重于中型實(shí)際工程項(xiàng)目的拆解學(xué)習(xí)，采用消化成熟程序編寫技巧的方法快速理解PLC 編程的方法和途徑;深入階段由教師提出要求，學(xué)生自主設(shè)計(jì)，推選優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)講解，并歸納總結(jié)，最后在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試和演示［5］。

3.2 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

課題組成員根據(jù)多年的科研經(jīng)驗(yàn)積累，自行設(shè)計(jì)開發(fā)了“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)既可以完成先進(jìn)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、IEC61131 －3 編程的實(shí)驗(yàn)，也可以完成常用PLC 常規(guī)編程實(shí)驗(yàn)，起到了很好的銜接作用［6］。同時(shí)，為學(xué)生在學(xué)完本課程后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供了良好的環(huán)境。

3.3 重視畢業(yè)設(shè)計(jì)

提供科技開發(fā)平臺(tái)，組織學(xué)生參加國家及省挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生科技競賽、電子制作競賽，大學(xué)生科技項(xiàng)目、西門子大學(xué)生培訓(xùn)計(jì)劃等科技創(chuàng)新活動(dòng)，不斷提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力。最重要的是所有的課外練習(xí)或者國家性的參賽訓(xùn)練都和最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)掛鉤，在早期就規(guī)劃自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，這樣可以將對(duì)現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用感興趣的學(xué)生提前引入到總線知識(shí)的深入學(xué)習(xí)里，多渠道地培養(yǎng)學(xué)生的編程及電氣設(shè)計(jì)能力，直至畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)能夠獨(dú)立完成一個(gè)中等規(guī)模的項(xiàng)目預(yù)設(shè)計(jì)及程序編寫［1］。

4 改革考核方式

傳統(tǒng)教學(xué)考核的方式多半是以試卷考試加實(shí)驗(yàn)考核的綜合方式進(jìn)行，這對(duì)于一般的課程確實(shí)可以起到鞏固理論知識(shí)的作用，但對(duì)于PLC 或者現(xiàn)場總線這樣以應(yīng)用為主的課程，單從卷面考試加實(shí)驗(yàn)考核的綜合方式不能夠全面地促進(jìn)本課程的教與學(xué)。經(jīng)過長時(shí)間的探索和不斷總結(jié)，我們改革考核方式，利用綜合課程大作業(yè)練習(xí)、上機(jī)實(shí)際操作訓(xùn)練、課后作業(yè)編程電子提交方式、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)交流討論方式、課堂學(xué)生講課方式、期末考試等給出學(xué)生綜合成績。將平時(shí)實(shí)際程序編寫鍛煉及動(dòng)手能力的培養(yǎng)都考評(píng)入最后的綜合成績，這將大大降低學(xué)生對(duì)于期末考試的成績依賴，在平時(shí)學(xué)習(xí)階段以平和的心態(tài)潛移默化地學(xué)好PROFIBUS 現(xiàn)場總線技術(shù)課程［4］。

5 結(jié) 語

現(xiàn)場總線技術(shù)課程在國內(nèi)的高校為研究生或者本科生的開設(shè)尚處于起步階段，講授教材及實(shí)驗(yàn)裝置的缺乏都制約著該課程教學(xué)成效及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。因而，應(yīng)制定以實(shí)踐教學(xué)為主導(dǎo)，教學(xué)內(nèi)容緊跟技術(shù)發(fā)展的教學(xué)大綱;應(yīng)設(shè)計(jì)開發(fā)確實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，融入教師的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn);應(yīng)多方面綜合考核學(xué)生，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生PROFIBUS 總線實(shí)際應(yīng)用能力的教學(xué)目的。

［1］王永華.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南［EB/OL］.(2008 －10 －12)［2013 －09 －28］.www.ad.siemens.con.cn/downloads/S7 －300.

［3］齊海波.提高教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)教研方法［J］.中國高等醫(yī)學(xué)教育，2010(5):127 －128.

［4］李 林.電氣控制技術(shù)過程的教改研究［J］.中國科技信息，2010(1):231.

［5］周 靜.《機(jī)械設(shè)計(jì)》教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的一次教改嘗試［J］.人力資源管理，2010(4):186.

［6］趙坤嬌，景效國.PROFIBUS 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)從站組態(tài)軟件的研究與開發(fā)［J］.熱力發(fā)電，2009(1):87－89.