電氣工程及自動化學的專業匯總十篇

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篇（1）

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2013）36-0124-03

1 引言

EDA技術是以計算機為工作平臺，以相關的EDA開發軟件為工具，以CPLD、FPGA等可編程邏輯器件為設計載體，以VHDL、Veriolg HDL等為硬件描述語言，實現復雜電子系統的設計[1-2]。隨著計算機技術、電子技術、各種仿真軟件的快速發展與進步，新興的EDA技術使設計者逐步從使用硬件轉向設計硬件，從單個電子產品開發轉向系統級電子產品開發，可見基于EDA技術的設計是現代電子技術發展的核心和主流，是電子設計的重要工具。無論是設計芯片還是設計系統，如果沒有EDA工具的支持，都將是難以完成。因此，學習EDA語言編程技術和利用EDA技術進行設計，必然成為許多高校電類專業學生的必修課。當然要學習和掌握這項技術，學生還應該具備數字電子、單片機技術、C語言等基礎知識[3]。

EDA是一門應用廣、實踐性很強的課程，這樣的課程理論學時較短且比較抽象。比如對于大規模邏輯器件CPLD和FPGA結構功能的學習，進行理論講解時，學生就很難跟實際應用結合起來；對于VHDL語言要素的講解，如果不結合程序進行分析，不結合軟件進行編輯編譯，發現問題、分析和解決問題，學生對語言要素的內容、程序的規范書寫、應用軟件的功能就很難理解，或許當時聽明白了，但要應用于實際，還是很茫然。因此，應該結合EDA技術課程的特點，強化教學效果，達到能使學生學以致用，并將知識轉化為生產力的目的。

筆者通過對電氣專業該門課程的教學探索和思考，發現目前所面臨的問題是理論課時短、內容多、進度快，實驗教學創新不夠，因此教學效果不明顯，也體現不出以“學習為主，教學為輔”的思想。為了實現學生能夠在實踐中加深理論知識，同時能在理論指導下對實踐進行驗證的良好教學效果，本文從以下幾個方面對EDA教學改革展開研究。

2 多練少講，講練結合

將理論與實訓相結合，將教學地點設在機房，實現一人一機，全程在實訓室教學。結合具體的教學內容，對于較難的內容可以“先講后練”，不難理解的知識點可“邊講邊練”，比較簡單的知識可以“先練后講”。這樣不僅能使學生集中注意力，還能調動學生的主觀能動性，改變了傳統教學中學生只是被動接受，不思考、不動手的教學弊端。而且這種教學模式能很好地將理論和實踐結合起來。

例如，在利用Quatrus進行VHDL語言程序設計時，首先要在MAX+PLUSⅡ軟件環境中設計一個完整的工程，然后選擇VHDL硬件描述語言方式輸入，編輯好的文件經過編譯、引腳分配，仿真測試成功后可以下載到指定芯片上，在對應的實驗箱上進行硬件測試。雖然建立工程和進行程序設計的過程比較簡單，但在MAX+PLUSⅡ軟件使用過程中經常會遇到一些問題。比如編輯源文件時，不論是原理圖編輯還是文本編輯，其文件的存盤路徑中不能包含中文符號，且不能直接保存在驅動盤的根目錄里，否則將會在編譯時出現錯誤提示“can’t openwork”[4]，正確的存盤路徑應該是在驅動盤的子目錄里。另外，源文件存盤的文件名不能和軟件器件庫中已有的器件名相同，同時所編輯的各個源文件模塊名稱不能沖突。如果源文件是文本文件，那么存盤的文件名必須和實體（ENTITY）名一致，文件的擴展名必須與語言類型相符，如描述語言是VHDL語言，則文件的擴展名就應為“.vhd”。

學生只有親手操作，自己或者在教師的指導下解決了這些問題，才能有深刻的理解，也才能注意到這些細節，才能理解教師講解過的理論知識，并把理論知識和實驗實踐聯系起來，真正達到教與學的目的，體現出利用EDA技術進行電子設計的重要性和特點。

3 EDA教學與電子技術課程設計相結合

電子技術課程設計是在模擬電子技術、數字電子技術等課程之后，集中安排的重要實踐性教學環節，是電子技術教學體系中非常必要的實踐訓練環節，是對電子技術基礎知識的進一步學習和更深層次的領悟，也是對電子技術課程知識的全面貫通和綜合應用。除此之外，課程設計能提高和增強學生綜合分析問題、解決問題的能力，能把所學知識和實際應用相結合，啟發學生的創新思維，激發學生的學習興趣。尤其是將EDA的內容引入課程設計中后，利用EDA軟件的強大功能，特別是仿真分析，學生可在計算機上利用EDA工具畫出原理圖并進行仿真驗證，得出最理想的電路設計方案，最后在實驗室進行搭線和電路調試。由此可見，DEA教學與電子技術課程設計結合的重要環節是如何選擇EDA軟件工具。

當前，EDA軟件層出不窮，但要結合學生的專業特色和軟件的使用功能，有選擇性地學習和掌握，甚至熟悉部分EDA軟件的功能和應用。為適應飛速發展的電子產品市場，改變傳統設計思路，21世紀高校培養的電子技術人才必須掌握更加實用、快捷的EDA工具，以最快的速度開發出性能優良、質量一流的電子產品。另外考慮到課程設計與實踐相結合的特點，建議在教學中選用以下三種EDA軟件。

目前EDA技術設計過程中大部分時間在做仿真，因此在EDA工具中仿真工具占據重要的位置和主要的發展趨勢。由加拿大Interative Image Technologies公司推出的一個用于電子線路設計仿真的“虛擬電子工作臺”EWB（Electronics Workbench）軟件是在Spice基礎上開發出的一個用于仿真的設計軟件。其最新版本Multisim是目前國內高校中應用最多的仿真軟件之一，它功能強大，界面友好，仿真的手段切合實際，虛擬儀表使用不受限制，因此至今為止是在世界上使用最方便、最直觀的仿真軟件。工程師可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真[5-6]。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。

Protel是PROTEL（現為Altium）公司在20世紀80年代末推出的CAD工具，是PCB設計者的首選軟件。它較早在國內使用，普及率最高，很多的大、中專院校的電路專業開設了Protel課程，幾乎所有的電路公司都要用到它。現在普遍使用的Protel99SE是完整的全方位電路設計系統，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計（包含印刷電路板自動布局布線），可編程邏輯器件設計、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務體系結構），同時還兼容一些其他設計軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。將EDA的全部內容整合為一體，因而該軟件發展潛力很大，是EDA教學中最好的選擇軟件之一，必須讓學生認真學習和掌握。

MAX+PLUSII是Altera公司推出的第三代PLD開發系統。使用MAX+PLUSII的設計者不需精通器件內部的復雜結構。設計者可以用自己熟悉的設計工具（如原理圖輸入或硬件描述語言）建立設計，MAX+PLUSII把這些設計自動轉換成最終所需的格式[7-8]。其設計速度非常快。對于一般幾千門的電路設計，使用MAX+PLUSII，從設計輸入到器件編程完畢，用戶拿到設計好的邏輯電路，大約只需幾小時。特別是在原理圖輸入等方面，MAX+PLUSII被公認是最易使用、人機界面最友善的PLD開發軟件。設計輸入方式的多樣性和靈活性是MAX+PLUSII的主要特點，學生通過該軟件的學習不僅能掌握一種硬件描述語言（VHDL語言或Veriolg HDL語言）的編程，還可以理解可編程邏輯器件的原理與應用，并且在仿真后可在實驗板上下載驗證，能夠激發學生的學習興趣，也為以后進行工程實際問題的研究打下設計基礎。

4 改革考核形式，注重學生勤于思考和動手能力的評價

許多課程的考核形式注重考察學生是否掌握了教學大綱要求的基礎理論知識，而理論知識的學習雖不能理解，但可以靠記憶獲得，因此學生即使平時不努力，考試前突擊也可以取得較好的成績。而對于像EDA這種以“實踐為主，重在應用”性質的課程，舊式的考核方式顯然跟不上時代的要求，也有失公平。因此，改革考核方式勢在必行。

1）平時成績考核（30%），包括三部分：①出勤率；②隨堂測驗；③上課討論和創意發言情況。

2）結合MAX+PLUSII上機實驗操作（40%）：學生完成數字搶答器、數字鐘、頻率計、交通燈管理、乒乓球比賽機、彩燈控制器、洗衣機控制器、出租車計價顯示等實驗。可以選擇原理圖、VHDL語言、波形描述等任意形式，只要運行正確，即滿分。

3）綜合設計（30%）：將學生進行分組，布置綜合性比較強的設計題目，最后以答辯的形式進行考核。

結合上述考核方式，在授課之初就讓學生明確善于思考、勤于動手的重要性，學生就會自主進行實踐，增強學生學習的主動意識，并從學習中嘗到樂趣；還能培養學生的團隊意識和協作精神，為以后進入企業打下良好的基礎。

5 結束語

總而言之，EDA是一門新型的學科，它在高等院校電氣類專業的教學和科研工作中占有越來越重要的地位和作用，并以其鮮明的時代特征、不可阻擋的科技誘惑以及超凡的速度和效率走入教學。只有充分利用學校現有的EDA實訓設備，給學生提供便利的學習、實踐和極大的創造空間，采用新的教學模式和考核體系，培養和提高學生的創新思維和創新能力，注意學生知識層次的綜合全面發展，才能培養出具有現代化電子設計能力的大學生.

參考文獻

[1]潘松，黃繼業.EDA技術與VHDL[M].北京：清華大學出版，

2006：12-16.

[2]譚會生，等.EDA技術及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001：20-25.

[3]林建英.EDA層次化最優教學方法的研究與實踐[J].華北航天工業學院學報，2003（13）.

[4]林純，陳娟，王建平.MAX+PLUSⅡ在EDA教學應用中的常見問題分析與解決[J].中國教育技術裝備，2011（24）：105-107.

[5]雷雨，李茜.電子技術課程設計與EDA教學相結合的探討[J].高等教育研究，2006，22（2）：41-43.

篇（2）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0096-03

一、引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO的理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。CDIO工程教育模式是一種基于項目驅動的教學法，是一個打破課程界限進行教學的方法。教師把教學內容設計成一個或多個具體任務，讓學生通過完成一個個具體的任務，掌握教學內容，達到教學目標。信息的收集、方案的設計、項目實施及最終評價，都由學生自己負責。為了使學生在解決問題的過程中能學以致用，所設置的“項目”需要綜合應用多門課程的知識。在老師的指導下，將一個相對獨立的項目交由學生自己處理，信息的收集、方案的設計、項目實施及最終評價，都由學生自己負責。

二、項目式教學目標

“項目式教學”，顧名思義，就是通過完成項目來進行教學。項目式教學最顯著的特點是“以項目為主線，教師為主導，學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。項目式教學對學生而言，通過轉變學習方式，在主動積極的學習環境中，激發好奇心和創造力，培養分析和解決實際問題的能力；對教師而言，通過對學生的指導，轉變教育觀念和教學方式，從單純的知識傳遞者變為學生學習的促進者、組織者和指導者；對學校而言，建立全新的課程理念，提升學校的辦學思想和辦學目標，通過項目式教學法的實施，探索組織形式、活動內容、管理特點、考核評價、支撐條件等的革新，逐步完善和重新整合學校課程體系。

電氣工程及其自動化專業是一個綜合性較強的工科專業，學生在校期間要能獲得工程師的基礎訓練，能做到理論聯系實際，具備電工技術、電子技術、自動檢測與儀表、信號處理、計算機技術與應用等較寬廣領域的工程技術基礎和一定的專業知識，專業主要課程包括《電路理論》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《自動控制原理》、《微機原理與應用》、《電力電子技術》、《電氣控制與PLC》、《單片機原理與應用》、《傳感器與檢測技術》等。普通的課堂教學中，教師利用課堂講授和實驗演示等方式對學生進行了專業知識的講解和訓練，雖然根據課程的不同要求配置了一定學時的實驗，但是對于反應不同課程之間聯系的綜合實驗卻很少，學生在進入高年級后一度疑惑：“這么多專業課知識都是零零散散的，它們之間有什么聯系？”電氣工程專業的大三學生帶著這樣的疑惑參與了本校的項目式教學。

“項目式教學”是跨專業課程的教學方法，在教學過程中，指導老師會將一個相對獨立的項目交由學生自己處理，這個“項目”的設置應包含多門課程的知識，學生在拿到“項目”后要收集項目信息、設計方案以及項目實施并最終對項目進行總結。

“項目教學法”通過任務驅動讓學生去發現問題、學習知識、解決問題，充分發掘了學生的創造潛能。全面培養學生分析問題和解決問題的思想和方法，提高學生的各種能力，包括實踐能力、動手能力、分析能力、應變能力、交流能力、合作能力和解決實際問題的綜合能力。最關鍵的是“項目教學法”的實踐過程中整個計劃要同學們自主選題自主設計。

三、項目式教學實施方法

項目式教學的實施過程主要按照選題、查閱資料、電路原理圖設計、結合硬件電路編程、仿真調試、電路焊接及硬件調試等幾個階段流程圖來進行。整個實施過程中，教師不再是教學過程的“主角”，強調的是學生的自主學習，學生根據自己的興趣選擇相應的項目，從嘗試入手，從練習開始，主動參與到教學中。實施過程中的不同環節將電氣工程專業中不同的專業課程綜合起來運用，其中電路設計部分，綜合考察了《電路理論》、《電子技術基礎》、《單片機原理與接口技術》、《PLC原理及其應用》、《自動控制原理》等各課程，電路繪制則考察的是學生對于ORCAD、AltiumDesigner、ProtelDXP的使用；系統編程考察的是學生C語言或者匯編語言的使用，其中涉及到了控制理論中的各種算法；仿真調試部分考察了學生對仿真軟件Proteus的使用和PCB設計等內容；電路焊接考察了學生的電工技術，包括電子元件的識別、測試、焊接及組裝技術，電子儀器的使用，電路板的調試等。

在我校的項目式教學中，教師根據專業的特性設置了數十個不同的項目，項目名稱和簡介參考表1，不同項目側重不同的專業課，學生在選好自己感興趣的項目后開始查閱資料，大多數學生能夠很好的運用網絡來檢索相關資料，不論是學校電子圖書館還是大師云集的論壇，學生總是能找到自己需要的項目資料從而設計自己所選項目的電路圖并進行電路圖的繪制、電路編程、仿真調試、電路焊機及硬件調試。教師針對學生在項目實施過程中遇到的問題進行解答和幫助，從問題入手，深刻的講解書本提到過的重難點知識，讓學生受益匪淺。

四、項目式教學成果

項目式教學的實施，學生通過做項目發現問題再回頭查閱課本或者通過網絡搜索來解決問題，達到了很好的學習效果。我校的項目式教學前后共進行了十二周，在最后一周的成果展示活動中，85%以上的同學都做出了功能齊全的實物成品。項目式教學在學生中反響熱烈，不少學生表示這次教學改革給他們帶來了很大的啟發，讓他們真正的將書本上的理論和動手實踐相結合，同時也大大的提升了學生的自學能力，對書本知識的理解也更加深入。課堂學習雖然知識量豐富，但不夠直觀，難免的晦澀難懂，伴隨著項目的實施，學生發現問題再回頭查閱課本或者通過網絡搜索來解決問題，達到了很好的學習效果。在成果展示期間，很多學生表達了他們的震撼，講解員通過為參觀的學生講解原理和使用說明，讓不少其他專業的學生對機電與信息工程學院的項目式教學也產生了濃厚的興趣，更是有不少同學向作品的作者咨詢討教，互留聯系方式，也有部分同學大呼要“轉專業”，雖然“轉專業”是一個玩笑，但也能反應出學生對提高動手能力的迫切希望。

五、結束語

“項目式教學”在我院是一次教學改革的創新實踐，取得了初步成果。希望通過實踐教學，讓學生更加明白：“實踐出真知，動手添能力”，使更多的學生從被動學習變為主動學習，掀起愛學習、愛鉆研、愛動手、愛實踐的熱潮。項目式教學在電氣工程專業的實施，在一定程度上解決了應用型人才的培養與社會需求之間的矛盾，增強了學生學習的積極主動性，提到了學生的實踐能力和創新能力，并培養了學生分析問題解決問題的實際能力以及團隊協作能力，從側面提升了電氣工程專業學生的就業能力。

參考文獻：

[1]陳春玲，費寧.基于“項目驅動”的軟件人才培養模式探索[J].南京航空航天大學學報（社會科學版），2009，11（4）.

篇（3）

針對原有課程體系不能適應現代電力工業發展新形勢;傳統重知識傳授教學模式不利于理論與實際相結合;原有實踐教學內容雜散且與工程實際結合不緊密以及原有實踐平臺難以支撐工程實踐能力培養的問題，東北電力大學提出“知識規格滿足專業外延需求、能力素質勝任專業內涵發展”的人才培養理念。通過構建適應現代電力工業發展新形勢的課程體系和突出工程實踐能力培養的課內外相結合的實踐教學體系，形成了遵循“系統-元件-系統”認知規律的做學結合教學模式，實現了知識傳授與能力培養協調共進，促進了學生實踐能力的提高和全面發展。

成果解決教學問題的方法

提出“知識規格滿足專業外延需求、能力素質勝任專業內涵發展”的人才培養理念

針對生源質量下滑問題，面向行業發展對人才培養的新要求，認真分析原有人才培養方案的不適性，結合人才培養定位，總結已有辦學傳統和特色，提出了“知識規格滿足專業外延需求、能力素質勝任專業內涵發展”的人才培養理念，面向工程，強化實踐，統籌開展課程建設、實踐環節建設、教學方法改革等方面的工作。

構建適應電力工業發展新形勢的課程體系

構建了“（基礎-技術-專業）課程群+技術前沿課”型的專業課程體系，將新能源發電技術、新型輸電技術等前沿技術引入課堂，及時反映專業發展動態，既激發了學生的專業興趣，又增強了人才培養對行業需求的適應性，為拓寬學生就業面奠定了必要的知識儲備，實現了“知識規格滿足專業外延需求”。

構建遵循“系統-元件-系統”認知規律的做學結合教學模式

根據系統構成及運行特點，構建了相應的元件特性認知實踐項目，通過對元件特性的認知實驗，加強對元件工作原理的認識;在此基礎上，分析系統整體行為特性及元件個體行為特性的關聯性，掌握基于元件運行狀態調整的系統整體行為調節方法，明確實際系統實現過程中需要注意的問題，進而了解實際系統的運行約束和注意問題。此模式應用于“電力系統分析”“發電廠電氣部分”等5門核心課程教學。

構建突出工程實踐能力培養的課內外相結合的實踐教學體系

構建了“實驗-實訓-實習-設計”和“電工數學競賽-工程師認證考試”結合的課內外實踐教學體系，以突出“工程認知-工程探究-工程實踐-工程優化”能力的實踐培養，即能力形成于實踐，表現于實踐，又升華于實踐。

建設系列“工程場景式”的電力特色實踐教學平臺

新建全國高校唯一的教學用66kV/220kV真實變電站、全國規模最大的電力生產過程動態模型演示中心、國內領先水平的輸變電運行仿真中心（獲得中國電力企業聯合會頒發認證資質）、電力系統安全運行與節能技術國家地方聯合工程實驗室（省部共建教育部重點實驗室）等特色實踐平臺;另外，校企共建12個工程實踐教育基地。

采用“引培結合、專兼相濟、科研帶動”等措施，加強師資隊伍建設

引進和自主培養具有博士學位的教師28人，聘請電力企業專家17人作為兼職教師，師資隊伍結構明顯改善。教學之余，積極開展科研實踐，提升教師的學術水平和科研能力，為“面向工程、強化實踐”的人才培養提供了重要的師資保障。

成果的創新點

形成了以“知識規格滿足專業外延需求、能力素質勝任專業內涵發展”的人才培養理念

優化課程體系，引入前沿技術課程，增強人才培養對行業快速發展的適應性，為拓寬學生就業面向奠定必要的知識儲備，實現“知識規格滿足專業外延需求”。理論教學注重教對學的促進作用，實現知識傳授與能力培養協調共進;實踐教學突出實踐項目的工程導向性以激發學生的學習興趣，貫穿于整個教學過程，即強化實踐提升能力，增強人才素質對行業發展的適應性，實現“能力素質勝任專業內涵發展”。

形成了遵循“系統-元件-系統”認知規律的做學結合教學模式

通過對元件特性的認知，探究系統整體行為特性及元件個體行為特性的關聯性，掌握基于元件運行狀態調整的系統整體行為調節方法，明確實際系統實現過程中需要注意的問題，進而了解實際系統的運行約束和注意問題。既強化了知識運用，又培養了學生的認知能力，知識傳授與能力培養協調共進。

構建了系列“工程場景式”電力特色實踐平臺支撐的突出“工程認知-工程探究-工程實踐-工程優化”能力培養的實踐教學體系

根據學生能力形成的不同階段和認識發展的基本規律，將實踐環節視為有機整體加以籌劃，將突出“工程認知-工程探究-工程實踐-工程優化”能力的培養貫穿于“實驗-實訓-實習-設計”和“電工數學競賽-電氣工程師認證考試”相結合的課內外實踐教學環節中;“工程場景式”電力特色實踐支撐平臺增強了實踐培養的工程導向性，激發了學生的學習興趣;全國電工數學建模競賽提供了能力展示平臺。實現了能力形成于實踐，表現于實踐，又升華于實踐。

成果的推廣應用效果

近四年，“面向工程、強化實踐”的電氣工程及其自動化專業人才培養取得了豐碩成果，在校內外產生積極反響。

人才培養效果

該成果自2009年應用以來，受益學生3000多人;學生實踐能力和創新能力明顯提高，發表研究論文108篇，參加教研項目54項、科研課題24項，獲獎273項（國家級23項、省級53項）。吸引國家（南方）電網公司、各發電集團等央企來校招聘，年均簽約率79%，考入清華大學、西安交通大學、華中科技大學等著名高校讀研學生占比11%，就業率94%。學校獲推薦優秀應屆本科畢業生攻讀碩士學位的資格，并入選“2012-2013年度全國畢業生就業典型經驗高校50強”。

輻射作用效果

自2009年以來，已有20多所高校前來學習、考察與交流。承辦一次全國性教材教學研討會議，400余人參會;8次在全國性教學研討會上作經驗交流。發表教研論文19篇，出版《電機學》《300MW（直吹）火電機組集控運行與仿真》《電網及變電站運行分析與仿真》等教材6部，應用于10多個省份高校。為國內外20多家電力企業開展業務培訓1566人。承辦的“全國大學生電工數學建模競賽”已吸引198所高校、7506人參賽，成為全國電氣工程學科的品牌特色競賽活動，被譽為國內最具有影響的大學生學科競賽之一。

專家評價

清華大學電機系教授、中國工程院院士韓英鐸評價“東北電力大學學生基礎扎實、物理概念清晰、實踐能力強”。國家電網公司總工程師張啟平教授級高工評價“東北電力大學畢業生概念清晰、理論扎實、崗位適應快、不怕吃苦”。

師資隊伍建設成效

篇（4）

【文章摘要】

當前電氣工程及自動化專業中， 實踐教學占據著十分重要的地位，特別是對于中職學校中的技術專業的學生們來說，優秀的動手實踐能力是未來他們獨立面對工作崗位的基礎。因此對于中職電氣自動化專業的學生來說，只有提升動手操作能力，才能培養出理論與實踐兼具的全方位、實用性人才，也是未來中職學校必須不斷創新實踐的課題。本文針對于當前電氣工程及其自動化專業的教學現狀展開分析，對教學模式和課程體系的改革探索進行了詳細探討。

【關鍵詞】

電氣工程及其自動化專業；教學模式；改革；實踐

1 電氣工程及其自動化專業教學實踐現狀

當前電氣工程及其自動化專業還屬于一個比較年輕的專業，發展趨勢有著現代化的發展趨勢和氣息。雖然電氣工程及其自動化專業的學科發展還處于時代的前沿，并且國家教育部門和教學機構都給與了較高的關注度，但是為了促進學科具有更加廣闊的專業發展前景，還應當不斷總結當前的經驗和不足，不斷促進電氣工程及其自動化專業的發展。縱觀當前學科的發展情況，我們應當看到還存在著教學機構不完善，實踐教學的經驗不足的問題，而教學力量的不足直接導致教學過程中產生更多的問題。隨著社會的發展，我國現階段對于人才的需求量越來越大，因此改善理論性的傳統教學，注重實踐型人才的培養越來越重要。

當前電氣工程及其自動化專業在理論教學與實踐上還存在脫節的問題，沒有充分考慮到實踐對于學科知識掌握的重要性，因此當前電氣工程及其自動化教學中存在的主要問題就是沒有將理論與實踐充分結合。實踐能力的不足，導致學生畢業走上工作崗位后遇到重重障礙，動手能力不強，也常是用人單位反映的問題。造成這種現象的原因，還要從學校課程設置上說起，當前中職院校的實驗課程通常都是與實習過程相分離的，而教學過程中的實驗部分有非常單一，不僅難以提起學生的學習興趣，還讓學生在實習過程中不知道如何解決遇到的一些棘手問題，因此這也是當前學生就業狀況不佳的一個重要原因。如何提升專業人才的價值，將學校和企業的矛盾降到最低，對于中職院校的人才培養計劃尤為重要，也是電氣工程及其自動化專業發展的關鍵。因此當前此專業的現狀就是企業不愿意接納實習生進入企業工作，讓精英和應用型人才的發展遇到了障礙。

2 教學模式與課程體系的改革

2.1 教學模式的改革196

篇（5）

中圖分類號：TM76-4；G712 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）03-0286-01

一、引言

電氣工程及其自動化專業是一個工程性和基礎性都很強的專業。電氣工程的基礎性決定了其具有很強的學科交叉和派生能力，如今的通信工程專業、電子信息工程專業、自動化專業、計算機科學與技術專業乃至生物醫學工程專業都是從電氣工程專業派生或再派生而形成，這些專業統稱為電子與信息類專業而它們和電氣工程專業一起又被統稱為電類專業，電氣工程專業是電子與信息類專業的母體，而這些專業的產生和發展又大大推動了電氣工程專業的發展，這一特點就要求我們在制定專業培養方案時不能僅局限于電氣工程自身而應兼顧整個電類專業，基于上述思想我們認為該專業的目標是：培養能夠從事與電氣工程有關的裝備制造、系統運行、自動控制、信息處理、試驗分析、研究開發、經濟管理以及計算機應用等領域工作的應用型高級工程技術人才。

二、電氣工程及其自動化的發展歷史

希臘學者米利都是最早對電有認識的人，他觀察用布摩擦琥珀后，會吸引如羽毛等輕小的東西。但是最早對靜電有系統和科學的研究則是從17世紀開始的。17世紀的英國醫生吉爾伯特所著的書中，對“電”進行了最早的論述，英語“E-lectric”一詞即起源于希臘語 “Electrica”和拉丁語“Electrum”。隨后，英國人格雷發現了電的導體和絕緣體。法國人杜菲在眾多實驗中發現，幾乎所有物質都可以摩擦生電，并且他更仔細地發現，所產生的電有兩種，帶有異種電者會相互吸引，帶有同種電者會相互排斥。

18世紀美國人富蘭克林用“風箏實驗”證明了電的存在。19世紀上半葉，安培安培發現電流的磁效、法拉第發現電磁感應定律。19世紀下半葉，電磁理論集大成者麥克斯韋爾的理論為電氣工程奠定了基礎。19世紀末到20世紀初，西方國家的大學陸續設置了電氣工程專業。

1908年，南洋大學堂（交通大學前身）設置了電機專科，這是我國大學最早的電氣工程專業，至今已有一個世紀。1920年，東南大學設置了電機工程系。1932年，清華大學設置了電機系。1949年后，我國出現了一大批以工科為主的多科性大學，也出現了一批機電學院，這些學院基本上都有電機工程系。1958年，在北京電力學校的基礎上成立了北京電力學院，當時的電力工程系設有“發電廠電力網及電力系統專業”、“高壓電技術專業”等，它們就是現在的“電氣工程及其自動化專業”的前身。1961年，哈爾濱工業大學的發電教研室部分教師和學生并入北京電力學院，充實了該專業的力量。1961至1962年，哈爾濱工業大學又有發電、高壓和電自三個專業的10名研究生轉入北京電力學院，開啟了研究生培養的先河。1977年，恢復高考后，大部分學校的“電機工程系”陸續改為“電氣工程系”。1986年，國務院批準“電力系統及自動化”為博士學位授權學科。1988年，我國高校進行了大規模專業目錄調整，將電工類專業和電子與信息類專業和電子與信息類專業合并為“電氣信息類”，專業數大大減少，專業口徑大大拓寬。

三、電氣自動化技術專業學習的優勢

1、安全性

隨著國家制度法規的不斷完善以及科學技術發展的日新月異，人身安全的重視程度了逐漸凸顯。由于我國的工業自動化水平較低，使得一些較為危險的機器相當一部分是依靠人工操作的，一旦操作失誤或者機器出現故障，容易帶來極大的人身安全隱患。而自動化控制技術利用終端系統的操作，建立了選擇程序，通過自動識別操作規范問題，及時停止電氣操作或者切斷電源，能極大程度的避免事故的發生。

2、效率高

作為科技發展的核心產物，電氣自動化技術在處理數據信息的高速性和準確度上的優勢是巨大的。其運行模式是由接收特殊指令的應用設備來完成最終的執行指令。對于不同的設備自動生成不同的指令，減少了錯誤率，加之傳輸速度很快，電氣自動化系統的反饋校驗功能，機器運行的高效以及精準度就越發明顯，確保了運作的及時有效。

四、電氣自動化教學成果特點

1、便捷性

電氣自動化產品主要是把電子技術、計算機技術、網絡技術等集于一個產品上，達到產品的功能自動化，這就給人們的生活帶來了極大地便利，為社會節省了大量的人力物力，這在很大程度上促進了社會的進步和發展，推動了社會生產力的發展。

2、廣泛性

隨著人們生活水平的提高，人們對消費品的要求也越來越高，這就使自動化產品的市場很大，這個從大家日常生活中隨處可見的此類產品可見一斑，比如人們每天所坐的公交車的車門、市民經常使用的電梯等，人們逐漸適應了這種自動化產品所帶來的便利，這也使此類產品占據著很大的消費市場。

3、發展性

電氣自動化產品的發展一般都與計算機的發展相配套，這是因為自動化的過程需要計算機來操作，隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，電氣自動化產品的發展會更加智能化，也就是自動化程度會更高，所能完成的任務量及速度也會更大和更快捷。

五、結語

電氣工程及其自動化專業集電子技術、計算機技術、電機電器技術信息、網絡控制技術及機電一體化技術等諸多專業技術于一體，是一門綜合性較強的專業學科，能夠適應各行各業的發展需求。該專業屬于信息產業，被人們譽為朝陽產業，發展相當迅速，市場對專業人才的需求巨大，是當今高科技發展的新趨勢。隨著我國工業化進程的不斷加快，電氣工程及其自動化專業在工業中的應用越來越廣泛，對推動我國工業發展發揮著重要作用。當今社會總的形勢是國家綜合實力不斷增強、人民生活水平及需求不斷提高，催生了自動化產品的大量普及，智能家居、智能交通等高新技術產品逐漸進入老百姓的家庭，為電氣工程及其自動化專業的發展開創了廣闊的發展前景。

參考文獻

[1] 劉海蛟.《科技創新與應用》2013年.

篇（6）

一、實驗及實踐教學環節存在問題分析

電氣工程及其自動化專業實驗及實踐教學環節一般分為三類：課程實驗類、課程設計類、教學實習類。近些年，隨著教育成本的提高，尤其民辦高校教育經費的限制，以及辦學經驗不足等因素的限制，有些民辦高等院校淡化了的實驗及實踐教學質量的提高，甚至忽視了此教學環節的重要作用，實驗及實踐教學環節成了理論教學的附屬品。那么就不能順應時代的發展潮流，更不能培養出適應社會需求的應用型本科人材。

結合本項目組老師的教學體會以及本項目的研究內容，在調查研究的基礎上，分析現存實驗及實踐教學環節存在的問題如下。

1.課程實驗的教學方法和教學內容單一

課程實驗內容以驗證性實驗為主，很多教師采用多年不變的實踐教學內容，教學內容陳舊，不能跟上新技術的發展，而學生又按部就班地做一樣的實驗，雖然學生為了獲得平時成績到實驗室上課，但在課堂上幾乎不動手，最后抄襲實驗報告上交了事。學生缺乏基本的學習興趣，無法調動和發揮學生學習的積極性和主動性，不利于學生的動手能力和創新精神的培養，不利于教學質量的提高。

2.課程設計及實習的教學考核內容不全面、不完善

課程設計及實習是本科教學過程中的重要實踐教學環節，一般都是在學習完相關理論課程后，結合所學理論知識進行設計應用，或深入到生產實踐中進行觀察學習、實際操作，以達到理論與實踐應用相結合的過程，是培養應用型人才不可或缺的教學環節。目前，很多高校實踐在該環節的考核方式上比較簡單，一般僅憑學生出勤情況、課程設計或實習中的表現以及最后提交的材料來評定學生的成績，考核內容簡單，沒有與相關課程設計或實習的內容及實踐課程的特點相結合，不能夠客觀評價學生的設計或實習效果，不能準確評價學生的能力和水平。缺少科學合理的考核測評指標體系，不利于實驗及實踐教學內容的改革。

3.教師的實踐教學能力有待提高

電氣工程及其自動化專業是實踐性很強的專業，專業學習是螺旋式上升的過程，即理論-實踐-再理論-再實踐的提高過程。而目前很多教師，大多是由理論到理論的高學位的人才，但高學歷不等于高技能，實際的專業實踐教學能力比較薄弱，教師的動手能力與技術創新素質有待進一步提高。

4.校企雙贏合作有待加強

技術創新是現代企業生存發展的源動力，企業需要技術創新，高校需要實踐教學，要真正提高實踐教學質量，校企合作是雙贏的最佳途徑。目前很多合作都流于形式，如何真正達到校企合作雙贏，還需探討。

二、實踐教學體系的改革思路和對策

為了解決上述問題，切實提高實驗及實踐教學的實效性，從民辦高等學校電氣工程及其自動化專業學生的特點入手，構建科學合理的實踐教學體系，只有這樣，實驗及實踐教學才能真正落到實處，才能切實起到鍛煉和培養高素質應用型人才的作用。

1.構建科學合理的實踐教學體系

根據電氣工程及其自動化專業的培養目標，對實踐教學環節作精心梳理和研究，使各個實踐環節和相應的理論教學密切銜接。以培養學生實踐能力和創新能力為目標，遵循實踐教學先基礎后應用，構建科學合理的實踐教學體系，如下圖所示。

多年的教學實踐證明，該實踐教學體系有利于提高實驗及實踐教學的質量，對提高學生創新能力和培養學生綜合素質起到了積極作用。采用了如下的方法：

整體優化課程體系與課程設置，構建合理的實踐性教學體系，充實實踐教學內容，明確能力培養目標；適當減少理論課教學學時，增加實驗學時；重點學科基礎課（如電子技術、單片機原理及應用等）、專業課的理論課與實驗課內容，應有機的結合，嘗試了理論課搬到實驗室上課，邊上課邊做實驗。

對重點的專業基礎課和專業課，設置課程設計環節，重點增加設計、制作、調試環節，目標是培養專業技能和實踐能力；同時加強對課程設計的選題、設計內容和指導能力等方面的研究與實踐，提高教師指導課程設計的質量，提高學生工程實踐與創新能力。

2.實驗及實踐教學效果要靠考核來檢驗。

實驗及實踐教學考核評價也必須充分考慮實驗及實踐教學的特點，細化評價內容，明確評價方法，增加考核模式的可操作性，以期徹底解決現有實驗及實踐教學考核模式存在的具體問題。

3.加強“雙師型”的師資隊伍建設，以及與企業合作建立實習基地

要提高實踐教學質量，實驗指導教師的工作不應只停留在一些驗證性的實驗上，而應花更多精力在提高學生工程觀念和創新能力上。讓更多既有深厚理論知識，又有豐富實踐經驗的教師到實驗室中去。

針對民辦高等學校實踐教學經費不足，要加強與企業建立產學研實習基地，充分利用一切資源，優化改善技術創新條件，實現真正意義上的產學雙贏。

三、新型實踐教學體系的實踐與效果

新型實踐教學考核體系已進行了試點實踐，取得了理想的效果。不但可以激發學生參與實驗及相關實踐教學環節的主動性，提高了出勤率，而且使學生綜合運用知識分析問題、解決問題的能力得到增強，對學生學習相關課程起到促進作用。

學生的實踐能力和水平明顯提高，學生積極參加各類科技競賽活動、小發明、小制作、課外科研活動，哈爾濱劍橋學院電氣與電子工程學院學生自2008年以來，參加全國電子設計大賽、美新杯國際大學生物聯網創新創業大賽、飛思卡爾杯全國大學生智能車競賽、K-工具“挑戰杯”黑龍江省大學生創業計劃競賽，全國“TRIZ”杯大學生創新設計大賽，累計共獲各類獎項55項，其中獲國家二等獎2項，國家優勝獎4項，國家三等獎1項，省一等獎6項，省二等獎8項，省三等獎34項。

本文研究提出的新型實踐教學體系為高等學校實驗及實踐教學改革探索出一條行之有效的途徑。但在實踐教學的進程中，還有很多內容值得進一步研究，使實踐教學體系更加完善。

參考文獻：

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[2]吳鴻霞，胡學芝.電氣工程及其自動化專業實踐教學改革研究[J]. 黃石理工學院學報，2008，24（5）：59-70.

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【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）21-0103-01

一 電氣自動化專業課程開發的基本內容和原則

1.課程開發的基本內容

工學結合教學模式有利于學生快速實現學校到職業的轉變，縮短畢業生適應生產崗位的時間，而高職院校的職業教育就是要實現更好更快地就業，而學生從學校走向崗位并不是那么容易的。工學結合模式使學生在學校長期與企業接觸，注重學生動手能力的培養，這有利于學生在畢業后能迅速融入就業崗位。同時，工學結合模式是檢驗高職院校教學水平的試金石，是高職院校進行課程開發的依據。

2.課程開發的原則

高職院校的專業目標已確定，即必須圍繞其人才培養目標構建課程體系，而課程體系的結構、內容必須合理以實現教學目標。所以，高職院校的課程開發一般要遵循適應性、多元性、基礎性、協調性原則，以培養應用型職業人才為目標，緊扣市場發展形勢，構建與時俱進的教學體系，加強基礎訓練，開展多元化教學活動，提高學生的綜合職業素質。

二 高職院校電氣自動化專業課程開發現狀

電氣自動化專業是實踐性非常強的專業，加上高職院校職業教育的特點，課程開發必須體現理論知識與技能培養的結合，提高學生的技能水平，促進學生順利就業，為社會輸送更多高素質的專業人才。目前，其課程開發主要存在兩個方面的問題：開發動力不足、開發系統性差。

第一，開發動力不足。課程開發是一項非常艱辛的長時間的工程，需要教師付出許多時間和精力，努力研究學生特點、社會發展趨勢、課程目標、教學情況等，進行系統的課程開發和建設。但是，電氣自動化專業的課程非常多，教師不僅有繁重的教學工作，還有科研工作，這使教師很難抽出大量的時間進行課程開發。

第二，開發系統性差。課程開發是一個系統的問題，要解決的內容很多，如課程目標、學習領域的課程體系、課程門類、教學標準、評價標準、教學環境建設、師資力量等。就高職院校的電氣自動化專業而言，其課程開發包括十幾門課程開發，涉及領域廣，課程開發不僅是單門課程的開發，而是多門課程的系統開發。而高職院校的課程開發投入過少、系統性不強。

三 課程開發的發展趨勢和策略

1.發展趨勢

第一，開發主體的多元化。工學結合模式下的高職院校電氣自動化專業課程開發主體不應僅僅是學校的專業教師，還應有企業員工，使學習內容與工作內容緊密聯系起來。所以，未來的課程開發主體應由專業教師、企業領導者、行業專家等人組成，共同進行課程開發，培養學生的職業素質，為社會輸送更多高素質的應用型人才。

第二，開發內容的針對性。工學結合教學模式要求高職院校電氣自動化專業課程內容開發必須將理論知識與生產崗位實際結合起來，理論知識不再是純粹的課本上的知識，它必須具有非常強的針對性，讓學生看到知識的應用，使學生在實踐學習中深化理論知識，在實踐中獲取理論知識。

2.開發策略

第一，明確專業培養目標。從學生將來從事的崗位和崗位能力要求入手，分析電氣自動化專業培養目標，并將其與高校、中職等學校的該專業培養目標進行對比分析，緊密結合高職院校的教學特點和教學深度，確定專業培養目標。

第二，歸納典型任務，確定行動領域。每一個崗位都有大量的工作任務，而學校的教學時間有限，只能選擇其中的典型任務來開展教學活動。因此，課程中的課程內容開發就必須歸納典型任務，確定學生的行動領域。

第三，在課程開發中進行課程評價。課程評價貫徹教學過程始終，在教學活動中起著指揮棒的作用。課程評價應積極實現主體的多元化、內容的社會化，將過程評價與結果評價結合起來，將評價內容與職業資格鑒定結合起來。安排學生參加維修電工、電氣安裝等職業資格證書的考試。給學生的頂崗實習做出專業的工作鑒定書評價，在教學活動中努力提高學生的崗位適應能力。

四 結束語

隨著工學結合教學模式越來越成熟和電氣自動化行業的快速發展，高職院校領導和教師要認識到課程開發在提高教學質量上的重要作用，并積極加強與企業的合作，與企業技術人員和管理人員一起探討課程開發與建設，構建行之有效的課程體系，為社會培養大量的高級技能人才。

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）04-0141-02

一、引言

隨著科技的日新月異，自動控制技術的應用與發展在社會各個領域已取得了豐碩成果。在控制技術需求的推動下，控制理論本身也取得了顯著進步。為了適應新形式下的人才培養需求，更好地滿足我國新能源產業及電力行業的發展要求，石河子大學自開設電氣工程及其自動化專業以來，一直將《自動控制原理》課程設為該專業本科生的專業基礎課程。

《自動控制原理》是主要講述控制系統的一般原理和方法論的課程。學生通過該課程的學習，能掌握自動控制方面的基本理論、基本知識和基本技能，以此為基礎培養學生的分析和解決問題能力。培養學生從控制論的角度認識和理解系統問題，鞏固基本概念和原理、分析和設計控制系統的技術和方法，鍛煉基本的實驗能力，促進學生養成理論聯系實際的學風和實事求是的科學態度。

近年來，《自動控制原理》課程改革與實踐工作也在逐步完善中。通過教材改革、授課教師講課比賽、創建精品課程、多媒體課件大賽和開展雙語教學等多種實踐工作，不斷豐富教學手段，積累教學研究成果。本文立足于綜合創新型人才培養的思考和教學改革的必要性，深入解析了《自動控制原理》課程特性及教學過程中存在的若干關鍵問題，并結合筆者多年課程教學實踐與體會，提出了幾點課程教學改革舉措及展望。

二、課程特性及關鍵問題分析

1.課程特性分析。《自動控制原理》課程的首要特性是其涉及的理論知識較多，覆蓋的學科廣及信息量大。在課程學習過程中，學生必須具備寬厚的數學基礎，熟練掌握如微積分變換、拉普拉斯變換、Z變換及矩陣運算等數學工具。此外，面向電氣工程及其自動化專業，尤其在建模階段，課程既涉及物理與化學的基礎知識，又涉及電氣、機械工程等專業學科知識。因此，要求學生有扎實的數學功底和靈活運用知識解決實際問題的能力。《自動控制原理》也是一門綜合性的課程，要求學生具有一定的自主設計控制系統的能力。其次，自動控制原理偏向于圖形分析法的應用。課程大量使用圖形與計算相結合的方法，要求學生具有一定的繪圖能力，比如系統的動態連接框圖、根軌跡、奈奎斯特圖和伯德圖等。雖然圖形教學法具有直觀性與形象化的優勢，但傳統板書教學耗時量較大，應結合計算機和多媒體技術提升教學效率。最后，《自動控制原理》是一門實踐性很強的課程，其工程應用背景濃烈，在教學過程中，必須堅持理論與實踐并重，將工程實例與理論教學緊密融合，拓展學生的工程實踐思維，培養學生的工程實踐能力，這才是《自動控制原理》課程教學改革的側重點與落腳點。

2.課程教學存在的關鍵問題。鑒于上述課程特性分析，《自動控制原理》在教學方面存在一些亟需解決的問題。（1）《自動控制原理》課程理論性強，涉及面廣，尤其在數學應用方面，抽象性強且計算復雜，教學困難。此外，隨著自動化技術的發展，新方法與新問題層出不窮，迫使理論的教與學必須緊跟時代的需求，不斷更新內容。如何從大量的數學論證逐漸側重到工程應用中，為后續專業課程的學習及畢業設計和科研工作是至關重要的。（2）《自動控制原理》課程理論教學與工程實踐很難完全同步。由于學生在課堂集中接觸的是理論知識，對事物的認知與分析能力有限，很難主動挖掘和聯系工程實際中存在的理論與應用問題。此外，隨著控制理論自身的不斷完善，控制對象的范疇也不斷延伸，需要授課教師本身具有很高的專業素養。因此，理論知識與工程實踐的嚴重脫節會造成學生的積極性與主動性不強，嚴重情況下還會引起課程重要知識點吃不透、想不深的問題。因此，面對“時間緊、內容多、理論難”的問題，傳統的教學方法與方式已經完全不能滿足《自動控制原理》的教學要求。為了更好地解決教與學、理論學習與實驗實踐等問題，《自動控制原理》的教學改革與實踐措施必須不斷完善。

三、教學改革措施初探

筆者根據多年的教學經驗和課程總結，基于上述的課程特性分析及教學存在的關鍵問題，在如何優化課程教學主線、凝練教學內容、加強實踐環節等方面進行了改革初探。

1.注重概念，由淺入深，優化教學主線。《自動控制原理》的授課內容應突出控制系統建模、分析與設計方法的講授，著重于分析與設計理論的重要概念和方法論。在教學過程中，重視知識點的推導思路，淡化數學推導過程，由淺入深地貫穿所有知識點。在滿足教學內容系統性的前提下，優化教學主線，注重知識點彼此間的關系。

2.精練課程內容，模塊化知識結構，突顯教學內容的系統性。考慮學生自身的專業水平、培養目標及實踐平臺等因素，優化教學內容。根據“自動控制理論”的知識結構特性，課程主要劃分為三大模塊：數學建模、控制系統分析法和設計原理，其中數學建模是理論基礎，系統分析是課程核心，系統設計是控制的最終目標。在教學中必須突出知識的系統性，培養學生“模塊化”與“系統化”思維。

3.理論與實踐遞進式教學。為了培養學生良好的學習素養，必須加強理論知識和工程實際緊密結合，教學既要注重理論知識的傳授，又要結合一定的工程應用實例，強調控制系統的物理內涵與應用背景，深化學生對控制理論的認知和理解，培養良好的系統化與工程化的思維方式。

4.積極開展開放性實驗，加強實踐環節，提高工程應用能力。自“卓越工程師教育培養計劃”啟動以來，推動了教學改革的新。在教學過程中，充分利用工程分析的思維模式與手段，加強控制思想和工程背景的闡述。建立基于MATLAB/SIMULINK仿真環境的虛擬實驗模式，增加綜合性和設計性的實驗項目。此外，以科研和競賽為契機，提高實踐動手能力，利用大學生創新實驗室和開放式實驗教學平臺，積極鼓勵大學生參加課外科技競賽活動。通過與學生之間的溝通與探討，從理論與實踐、學習方法與科研態度、學習興趣與價值觀等方面全面提升學生的專業能力和科研素養。

四、結語

隨著社會的進步和科技的發展，專業知識的更新和能力提升必須與時俱進。因此，課程教學改革和實踐是勢在必行的。本文探討了面向應用型本科的《自動控制原理》課程的教學改革問題。通過改革，使課程的教學內容更符合專業的課程體系，教學方法和教學手段更突顯專業的系統性和創新性，從而提升教學質量與效率，激發創新意識，提高解決工程實際問題的能力。

參考文獻：

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Technological and Applied Undergraduate Education Reform on "Automatic Control Theory"

ZHAO Mi，LU Min，CEN Hong-lei

篇（9）

中圖分類號： U664 文獻標識碼： A

引言

伴隨著科技的迅猛發展和人們生活環境的改善，人們對于潔凈水源也提出了更高的要求。水是人們日常生活中不可或缺的重要資源，水處理自動化系統是否可靠穩定已經成了當前城市水資源管理部分重點關注的問題。信息技術和自動化控制技術的發展，提高了水處理控制的智能化程度，因為PLC和3C技術相結合具有較強的抗干擾性、穩定性、靈活性而成了水處理自動化系統中的主要控制部件，并有效提高了水處理自動化系統的智能化程度，減少了人力資源的投入。

一、污水處理廠自動控制系統設計原則污水處理廠自動控制系統為了實現被控對象的工藝要求，以提升生產效率和出水水質，在對控制系統進行設計時應遵循以下幾項原則：(1)可靠性原則：污水處理與一個城市居民的身體健康和居住投資環境息息相關，所以設計的可靠性原則為所有原則之首。(2)技術成熟性原則：在設計的適合，不但要考慮滿足設計的需要，還要重視使用較為成熟、先進、方便后期維護的設備和技術。(3)技術經濟性原則：重視當前以及未來技術發展的需求，選擇實用性強、兼容性好、性價比高的方案和設備配置。

二、污水處理控制系統設計與實現

（一）污水處理控制系統結構

依據污水處理工藝過程要求，為了使自動控制實現可靠性，系統采用分層控制結構。控制系統分三層結構和二級網絡。三層結構有：設備層、數據采集層和監控層(中心控制室) 。其中，設備層主要由設置在各污水處理單元內的COD 監測儀、氨氮監測儀、PH 計、電流傳感器等等設備組成；數據采集層由設置在現場的PLC 數據采集單元(下位機) 組成；監控層由設置在中心控制室內的操作站計算機(上位機) 及組態軟件組成。現場每一種數據通過現場數據采集模塊采集，并通過Profibus DP 現場通訊總線傳送至中央控制室操作站進行集中監視和管理。二級網絡主要有： PROFIBUS－DP 現場通訊總線和以太網。PROFIBUS－DP 現場通訊總線負責設備層和數據采集層之間的通訊和數據傳輸；以太網負責數據采集層和監控層之間的通訊和數據傳輸。系統的總體結構圖如圖1所示。

（圖1 系統總體結構圖 ）

（二）PLC的選擇

污水處理自動控制系統要求PLC 的性能較高，首先，PLC是污水處理自動控制系統的核心，需具備穩定可靠的特點，可以預處理數據并進行集中傳輸，故障保護能力高；其次，控制分站中的控制器要具備可以獨立控制分區各項任務的功能，如果監控站或者監控中心意外停止運行，相鄰區域控制器也能進行數據信息交換；再次，如果某控制站中的控制量出現變化，就要根據預定方案采取措施，相應的調整相關區域設備。因此，必須要具備實現集中或獨立工作方式，尤其是能在獨立控制時實現與相鄰控制器進行數據交換數據采集存儲處理、容錯等功能。綜合考慮整個監控系統性能及運營周期等因素之后再選擇適宜的設備，尤其在氣候環境條件惡劣的情況下及規模相對較大的污水處理廠，必須選用性能更高的雙機熱備冗余PLC。

一般環境下或規模較小的污水處理廠，通常多使用SIMATIC S7系列標準機型作為現場控制器，對工業以太網與多種現場總線的支持性、系統開放性及兼容性都很好，采取遠程智能分布式結構控制方式，可以符合污水處理自動控制系統對信號處理的不同需求。

（三）系統軟件設計

1、PLC 程序設計

Step7 v5.4 是西門子S7－300 系列PLC的編程軟件，支持梯形圖編程、STL 語句表編程、I /O 模塊布局配置、數據庫編輯，且能進行程序的線上更改、監控及調試。PLC 具體程序控制流程圖如圖2所示。

（圖2 PLC 程序控制流程圖 ）

（三）組態軟件設計

上位工控機軟件運用北京亞控公司的組態王V6．55版本。組態王是專門為過程控制和現場監控而開發的監控系統組態軟件，具有很好的數據處理能力和友好的用戶界面，并提供了大量的數據庫功能和在線幫助功能，因為它簡單易學，具有豐富的工具箱、圖庫和操作向導，界面為全中文，所以深受國內廣大用戶的青睞，在電力、制冷、化工、機械制造、交通管理等領域已經被廣泛應用。在任何應用場合，都能使用組態王快速構造出美觀的監控和數據采集系統。現場生化曝氣池運行工藝畫面和日報表畫面分別如圖3、圖4所示。

（圖3現場生化曝氣池運行工藝畫面）

（圖4 日報表畫面）

三、污水處理廠的自動化系統中的問題

1、不能夠精確地對程序進行控制，且運行人員的工作量沒有減少。污水處理工藝較為復雜，一般是由多個子系統完成不同的過程,然而現行的計算機監控系統的控制只是針對某一個工藝過程,缺乏完善的聯動程序實現多個工藝過程的控制，且沒有實現其自動控制過程。

2、沒有研制出具有人性化的計算機監控程序，所以缺乏操作性，使得自動化系統的效率未能提高。

網絡設計滯后，缺乏可靠性，使得生產無法正常進行。現行的網絡基本都屬于星型網絡，如果一個節點割斷，就會影響到其他子系統的運行。

四、解決措施

1、在計算機的監控系統中需要研發出可以把多個工藝過程相連接的聯動程序。比如自動控制格柵間及進水泵房；格柵間實現螺旋輸送機先于格柵機打開,滯后于格柵機停，并能在監控軟件中設定啟停的間隔時間。

2、開發出具有人性化的計算機監控系統，便于操作人員的工作，能夠促進多個指定畫面的研發。

3、對污水處理廠的計算機監控系統中的網絡結構進行改善,可采用光纖環網，這樣則可以避免星形網絡結構引發的問題，增強其可靠性。

五、污水處理過程的單元控制

（一）提升泵房運行以及控制

由于排水管網的實時調度難度比較大，所以要提高泵房就應運用合理的編組策略，要主動適應管網的淶水流量進行變化。泵選型的提升直接影響著編組策略，需要綜合的考慮控制流量與能源效率的關系。在確定提升泵以后，其提升水量還要與提升出口液位、集水井液位以及格柵前液位具有一定的函數關系。提升泵的編組數學含義就是需要采用不同的編組的數字含義，就是要運用不同的編組形成的流量分段函數接近于連續變化的管網來水流量。

在工程施工過程中，一般情況下要依據集水井液位進行模糊的控制和分段控制，控制的效果會受到提升泵選型以及排水管網特性等一些因素的影響。 （二）初沉池的運行以及控制

初沉池的運營會極易受水量波動的影響，從而使泥層的厚度以及初沉出水的水質發生改變。初沉池的控制參數也主要是排泥量及其停留時間，降低排泥量、延長停留的時間有對于難降解有機質在初沉池的泥層中進行水解以及發酵反應有幫助，可以提升初沉池的出水有機質的濃度以及易降解組分的比例，大部分都是被應用在進水碳源含量相對較低的情況。

（三）生化處理單元的運行以及控制

生化處理單元的過程參數主要有內回流以及曝氣量等，過程的主要特征是滯后性明顯、慣性較大，很難精細的對其進行控制。目前，較成熟的對策就是以曝氣量以及管道壓力作為中間變量的串級反饋的控制算法。串級反饋結構主要是分離了相對較快的曝氣過程以及相對緩慢的氧傳質以及消耗的過程，而且還能夠較好的實現溶解氧濃度的穩定控制情況。此外，還有很多關于模糊控制、專家系統以及神經網絡等溶解氧的控制算法的研究成果，還可以在工程的實踐過程中進行嘗試以及完善。

內回流的控制與水負荷情況息息相關，依據進水的水質和水量情況特點，對內回流泵進行動態的調節，可以在一定的條件下對其總氮的去除效果進行改善。

（四）二沉池的運行以及控制

二沉池的控制過程主要包含外回流、泥位以及排泥量。控制二沉池的泥位進行可以獲取較為穩定的泥水分離的效果，可以對二沉池出水的水質量進行改善。對外回流的控制可以對系統內的活性污泥濃度進行改變和控制，從而獲取穩定的污泥負荷或者是生物量。對排泥量的控制可以考慮改變系統的污泥齡。

同時二沉池的控制還需要綜合、統一的和生化單元的控制進行考慮，可以依據進水流量的整體變化，時的預警和判斷泥位，對于排泥泵和回流泵進行及時和有效的控制。

（五）化學除磷過程的運行以及控制

由于生物的除磷過程有一定的局限性，污水的處理廠還常常需要增加化學的除磷單元對出水的總磷進行控制實現達標。目前，一般所采用恒量的投加化學除磷藥劑的方式和方法，極易導致藥劑的浪費或者是影響污泥的活性等。化學除磷的控制技術通常都包含磷符合前饋控制技術以及出水磷濃度的反饋控制技術等等。在進行控制的策略方面，可以依據有關工藝的特點選擇合適的加藥點，分析化學藥劑的性能，從而再依據磷的濃度或者是符合的變化對藥劑的投加量進行動態的控制。

（六）深度處理單元的運行以及控制

深度的處理單元主要包含過濾、消毒以及高級氧化等其他工藝，一般都是成套化的設備，具備獨立的控制系統。目前，深度處理單元的水力學控制技術相對較為成熟，然而在水質學的控制方面還有很多不足之處，還不對污染物的去除量進行準確的估計此外，要是還需要在整個工藝過程中只能對污染物的去除比例進行合理的分配，這就需要統籌的對整個流程進行考慮。

六、污水處理工藝的整個流程控制策略

為了可以實現對整個流程的控制，需要有效的對以下問題進行解決。

（一）進一步發展和完善單元的控制技術

單元的控制技術是整個流程控制的基礎。目前，提升泵房控制以及溶解氧等控制單元的過程控制技術，紫外線消毒以及深度處理濾池等設備控制技術也已經在大型的污水處理廠有了較為廣泛的應用。其他的單元控制技術還是需要進一步結合工程的實際情況加以完善，從而提高技術的使用性。

（二）提高在線儀表的可靠性

要開發新型的過程類儀表。在線的水質測量儀表的價格比較昂貴，維護起來也有些困難，而且其可靠性不足，這些都對我國城市污水處理廠實現實時控制技術形成了制約。因此，這就需要可以提高在線水質儀表的質量以及國產化的水平，從而改變運行人員對在線所測定的水質數據的信心不足問題。此外，由于水質參數主要是狀態變量，還不可以快捷和直觀的對過程特征進行反映，因此還需要推廣在線沉降速率儀、在線呼吸速度儀等價格低廉的新型過程類的儀表，進而適應過程控制的需要。

（三）對不同系統便捷的工藝優化運行策略進行研究

污水處理系統的控制對策主要可以分為生化單元控制、廠網聯合優化運行以及污水處理工藝優化運行三個層次。不同的系統邊界所產生的優化結果往往不同，因此，就需要詳細的對工藝進行分析，從而得到主要矛盾選取合適的邊界進行研究以及示范。

結束語

伴隨信息技術的發展，我國污水處理廠的程序開始大量引進自動化技術。通過運用自動化系統，可以實現污水處理的無人無人值守全自動控制。因此自動化系統也就成了現在污水處理的關鍵，需要注重研制出有效的、科學的、合理的計算機監控系統，使污水處理可以更加有效。

參考文獻：

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