依托行业特色,构建自动化专业开放式实践教学体系

摘要：石油石化行业是对自动化要求很高的应用领域，对自动化专业人才的要求高，通过结合行业特色，进行自动化专业实践教学体系的改革与建设，逐步培养学生实践与创新能力，培养符合行业需要的合格人才。

关键词：行业特色；实践教学；开放式；创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2012）11-0238-03

高等教育承担着培养高级人才、发展科学技术、促进社会进步的重大任务，教学质量是教学改革的一个重要主题。中国石油大学的自动化专业主要面向石油石化工业，而石油石化工业对自动化技术一直有很高的要求，随着石油石化工业的不断发展，其生产规模越来越大、工艺过程越来越复杂、技术越来越先进，对自动化技术的要求也越来越高，石油石化工业已成为工业自动化高精尖技术应用的主战场之一，为此我校自动化专业定位工业自动化特色，为石油石化工业培养以过程控制和电气控制为主要方向的工业自动化专业人才。如何依托行业特色，更好地激发学生的学习兴趣，提高学生分析和解决问题的能力，培养学生的探索和创新意识，一直是我们教学改革与建设的重点。[1]

一、构建自动化开放式实践教学体系的思路

在制定培养方案时充分考虑行业特色对学生创新实践能力的培养，将大学生工程实践能力的培养从入校到毕业，贯穿于大学学习的全过程。在培养过程中需要注意循序渐进的问题，从课内实验到课程设计，从基础练习到自主创新，从实习到毕业设计，做到环环相扣，不断递进，最终达到自主创新人才的培养要求。在进行专业实验室建设时充分考虑课程之间的衔接与联系。传统建设实验室的方法是一门课程单独设置一个实验室，这种做法的缺点是当学生进行该课程学习时，往往只能接触到该门课程的内容，而不能接触到与之相关的其他课程的内容。所建设的实验室中针对自动化专业各课程开设的实验不能是孤立的，因为在工业生产中，与自动化有关的仪器仪表、调节阀和计算机控制软硬件等不是孤立存在的，它们相互联系构成一个完整的控制系统，我们建设的实验系统是工业生产真实的映射，完整的体现。因此在实验室建设时能从整体考虑，规划建设成一个综合性的实验平台，则有利于学生理解所学的各门课程之间的内在联系，有利于学生了解实际工业现场，有利于进行各种综合性、设计性和创新性的实验，使得学生能与石油石化过程自动化有一个全方位接触，更能与今后的工作环境很好地接轨。而且随着计算机网络技术和计算机仿真技术的发展，也使得建设这样一个平台成为可能，同时使该平台能够继续扩充建设并完善，如与研究生创新平台（例如已建成的pH值实验装置及先进控制系统、液位与水温实验装置及控制系统等）构成一个扩展实验平台，提供给本科生进行创新科技活动。

在制定各课程教学大纲时充分考虑教学内容，注意教学内容的优化。

二、自动化开放式实践教学体系的构建

1.将石油石化行业过程控制及电气控制等技术融入实践环节。将石油石化行业过程控制及电气控制等技术融入课堂教学实验、实践教学环节以及毕业设计等各个实践教学环节，强调研究创新能力和工程实践能力。创建包括“基础层”、“提高层”、“综合应用层”、“研究创新层”的自动化实践教学体系，制定了各层次的实验教学内容和培养目标。总体实验教学安排是：一、二年级打下知识基础和实践技能的基础，实践教学依托学校公共课程实验及实验室去实现；三、四年级在学习和掌握专业知识的同时，通过专业实践培养学生实践能力，主要依托自动化专业实验平台去完成部分专业基础课及全部专业课程的实验及实践环节教学，该实验室面向本专业学生开放，除正常实验和实践课之外，学生可以预约使用实验室相关的试验对象及试验软硬件平台。[2]自动化专业主要课程体系：①公共课程，注重自然科学教育与社会科学教育的有机结合。针对学生所必需的知识和基础，注意培养学生的基本素质，着眼于学生的可持续发展并且为学生继续学习打基础，使学生获得较宽厚的公共基础学科、专业基础学科知识。②专业基础课程，拓宽专业口径，培养复合型人才。专业基础课程涵盖电路、电子技术、机械基础、计算机软硬件及对应的实验和设计课程；包括电力电子课程（电路分析、电子技术基础、电力电子技术、电机及电力拖动基础、实践环节：电子工艺实习、实践环节：电子技术课程设计）；包括控制类基础课程（自动控制原理（I）、自动控制原理（II））；包括信息类基础课程（微机原理及应用、C语言程序设计、计算机网络及通讯、计算机仿真技术、计算机信息技术及应用、可编程控制器原理及应用、实践环节：计算机语言课程设计；）③专业课程，接触学科前沿，注重设计和实践能力。专业课程分为专业必修课程、专业选修课程及实践环节（生产实习、毕业设计）。专业必修课程（过程检测仪表、调节器与执行器、过程控制工程、计算机控制系统）为本专业方向的支柱课程，有理论有实验，有配套的课程实践环节（计算机控制综合实践、过程控制综合实践）；专业选修课程（人工智能导论、系统工程导论、电气控制技术、运动控制系统、自动化工程设计、先进控制理论与技术）针对本专业技术发展，选择学生接触学科前沿的必备的专业知识。在公共课程、专业基础课程以及专业课程的实验教学中减少验证型实验，增加设计型、综合型实验的比例，要求学生自主完成设计、自主分析和解决所遇到的问题，激发其探索精神和研究意识。[3]

2.建设石油石化工业自动化综合仿真实验平台。建设的实验平台能够完全模拟石油石化行业的工业现场，通过该平台，学生能够了解石油石化行业工业现场的实际情况，先进的自动化控制技术，以及应用于现场的各种仪表和先进设备；学生更可以在该平台上进行各种控制算法的研究，为实际工业生产过程的自动化控制水平的提高打下坚实的基础。

实验平台包括四大部分：最底层的实验对象，包括典型设备及模拟装置与仪表；监控设备及计算机控制系统，包括智能控制仪表、数据输入输出转接卡、DCS和实验平台监控管理软件等设施；计算机控制系统局域网，包括专用的服务器、操作系统、关系数据库、实时数据库及实验管理软件；以及校园网，包括各个联网的计算机。最底层的实验对象既有真实的模拟对象，又有基于仿真技术的半实物仿真对象，包括了石油化工行业典型的温度、压力、流量、液位和物性等工艺参数；建设平台时充分考虑了平台的先进性、开放性及标准化，易于不断扩展。可以利用不同系统包括UniSim、gPROMS、Matlab等系统进行仿真平台上不同实验对象模型的开发，现已开发出常减压和催化裂化等炼油过程、柴油加氢和加氢裂化等化工过程的模拟对象，该实验平台包含DCS、现场总线、PLC、等各种控制系统、各种数学和物理仿真对象，学生可以根据需要采用不同检测设备、不同控制系统和不同仿真对象构成各种组合系统，达到跨系统平台软、硬件的互连，使得学生在学校就能接触到并用到当前工业现场中所应用的先进的软件及硬件，做到教学与现场的“零距离”，学生毕业后在石油化工行业直接或经过少量培训便可进入工作状态，这是目前石油化工企业非常需要和欢迎的。自动化部分理论课程也可安排在综合实验室，边讲边模拟，使课堂教学更直观。借助软件及硬件平台，学生可以进行各种化工流程的模拟、控制与优化研究，各门课程的实验、综合实践、仿真实习、毕业设计，以及各种科技创新活动。通过仿真实践教学，可以使学生不进工厂就能了解油气集输过程、化工生产装置的生产和操作的实际过程，完成对生产装置实际操作的训练与实践，巩固所学知识，锻炼独立工作能力，以实现学习理论与实践的统一，从而提高教学质量，为企业输送优秀人才。

3.以石油石化工业自动化综合仿真实验平台为依托，总体规划自动化专业相关课程的实验与创新与实践能力训练计划。建设的综合实验平台应用于自动化专业本科教学的主要环节。从专业基础课程实验，到专业课程实验，再到综合实践环节，自动化专业的学生都能够依托综合实验平台去进行实验与实践。我校自动化专业学生创新能力和工程实践能力的培养分为四个层次：①“基础层”，引导学生尽早进入实验室，感受科研气氛。可以在两个时间段进行，第一个时间段是学生入学专业教育时第二个时间段是学生大学三年级开始专业课学习，以讲授、参观、演示、讨论等方法，让学生逐渐了解石油石化工业自动化综合仿真实验平台的设计思想、主要构成、涉及的专业课程内容、对石油石化行业现场的模拟程度等知识，培养学生的学习兴趣。②“提高层”，是在石油石化工业自动化综合仿真实验平台上进行具体实验，其中实验内容的编排和设计在各门课程中应具有较好的承接性。和有些工科专业课程实验的相对独立性不同，自动化专业专业基础课程与专业课程实验有很强的连贯性，从控制对象，检测仪表，调节仪表，控制器，再到通过网络将它们组成一个完整的控制系统，这些内容涵盖了自动化专业从大学二年级到四年级的整个教学过程。实验平台上的各种“零部件”齐全，提供丰富的“模块”，学生实验内容可以是事先设置好的，也可以由学生自己“搭积木”进行不同的实验。因此可以在一个实验平台下对“过程检测仪表”、“调节器与执行器”、“计算机网络与通信”、“自动控制原理”、“过程控制工程”、“计算机控制系统”、“计算机仿真技术”、“先进控制技术”等相关课程实验内容和理论教学进行了总体规划。这样很多专业基础理论和实践应用在这些课程中循序渐进的完成后，再进行研究创新和工程实践才能达到事半功倍的效果。③“综合应用层”，在“计算机控制综合实践”、“过程控制综合实践”、“生产实习”等课程的教学中，以项目为载体，由本科生个人或团队，在老师的指导下，自主选题，自主进行实验方法设计，独立组织实施并进行数据分析、仿真、处理和撰写总结报告。通过实验将与工程技术和科学管理的实际问题紧密结合，极大地提高了学生理论联系实际的能力和研究创新能力。同时积极组织、指导学生参加各类大赛，强调第一课堂与第二课堂融合，在教师指导下以学生为主体开展科研训练。可以通过实物及半实物石油化工模型对象、仿真对象，建立高水平信息化的校内石油化工自动化仿真实训基地。在校外实习时只能看不能动，学生很难真正操作真实的系统，利用校内仿真实训基地，可以训练学生专业技能，象在工厂一样的进行三班倒操作系统，实时关注装置的状况，有效激发了学生的兴趣，引导学生了解职业、行业规划和最新发展状况。形成与工厂真实情景类似的教学环境。使学生的职业素养训练、职业能力训练、职业技能培训落到实处。④“研究创新层”，在“毕业设计”课程中以学生自主研究并论证实施为主，教师协助指导为辅，课程内容可以以教师相应的科研项目为依托，从项目中提炼、突出实践性、创新性。到使学生在大学毕业时就能成为具有研究创新能力和工程实践能力的技术骨干，从而使学校与企业之间浓缩为“零距离”。还可以把科研成果引入教学，倡导研究式自主学习方式，以现有技术为基础，不断对综合实验平台进行研究改进。石油石化工业自动化综合仿真实验平台具有开放性及标准化的特点，易于扩展，故可在现有技术基础上，倡导学生不断对综合实验平台进行研究改进。例如可以通过UniSim、gPROMS、Matlab等系统进行仿真平台上不同实验对象模型开发，将新开发的对象模型引入实验室供实践教学使用。也可以引导学生参与到开发新的实验对象模型项目中，利用实验室提供的现有软硬件资源自主构建针对新对象模型的控制系统，可以利用仿真软件对该控制系统进行调试、分析，从而完成控制系统的设计，到达控制要求。

三、几点体会

1.以“坚持过程控制及电气控制方向，突出石油特色”为专业定位；以提高人才培养质量为中心；以加强实践教学，培养具有创新精神、实践能力的高素质人才为核心构建自动化专业开放式实践教学体系。

2.需加强改革课程实验及实践环节教学内容，加强对石油石化行业对过程控制及电气控制人才知识结构需求的研究，充分利用专业教师多年在石油石化领域从事生产实践和科学研究的成果，将石油石化行业控制理论与系统、生产过程自动化、计算机信息技术及应用等领域的基础知识及其最新发展充分融入课程的实践教学内容中。

3.要高度重视实践教学团队建设，制定相应措施，鼓励高水平教师投入实践教学。要注意对学生实践能力培养的渐进性。分阶段分层次逐渐强化学生的实践创新训练。建立并完善适应创新与实践教学的管理模式。建设教学水平和研究水平兼备的师资队伍，实行教授传帮带年轻教师的培训机制；创新与实践综合实验平台实行开放式管理，为学生提供实验条件；逐步增大学生创新与实践的选题范围和内容，为学生提供资金和技术支持等。

总之，通过依托石油石化行业特色的一系列自动化专业教学改革和建设，必定能培养出一批适应经济社会发展，尤其是石油石化行业自动化发展需要的高素质人才。

参考文献：

[1]王立欣，王明彦，康玲.面向工程创新人才培养的电气工程专业建设与实践[J].中国大学教学，2011，（5）.

[2]牛庆玮，胡伟，等.学生创新能力培养的实践教学体系研究与实践[J].中国大学教学，2011，（10）.

[3]齐再前，孙小鲲，黄先开.强化高职学生创新能力培养，提高职业人才培养质量[J]中国大学教学，2011，（5）.

基金项目：2010年教育部第六批高校特色专业项目（TS11822）

作者简介：聂建英（1972-），女，湖南桃源人，中国石油大学（北京）自动化系讲师，硕士。