《現場總線應用技術》課程改革與探索

白金

【摘 要】本文主要論述了《現場總線應用技術》課程在理實一體化教學改革方案。通過對高職教育現狀及企業的實際需求的分析，探討了現場總線的課改的教學內容、教學方案。本課改采用了項目式的教學方式，把復雜的任務分為幾個簡單的模塊，讓學生循序漸進的掌握現場總線技術。通過該課程改革，增強了學生的學習積極性，極大的提高了學習效率，為企業培養了現場總線應用方面的緊缺人才。

【關鍵詞】理實一體；項目式教學；改革與探索

《現場總線應用技術》是近年來在高職高專機電一體化、電氣自動化等專業開設的一門新的課程。這門課的所涉及的現場總線控制系統是一種新型的工業控制系統，是繼DCS之后的又一種更加優越的工業控制系統，它的出現帶來了工業控制領域的一場深刻革命。基于現場總線的應用現狀，高職院校需要緊跟工業發展的步伐，因此急需培養懂得現場總線技術的人才。

現場總線應用技術所涉及的知識較為復雜。現場總線有很多種類，而目前廣泛應用于工業現場的就達10種，如CAN、LONWORKS、FF、PROFIBUS等[1]。對于高職院校的學生在校學習過程中很難全部精通。在以往的教學中，通常采用理論教學的方式，將現場總線的基本理論和各種典型的現場總線進行介紹，經過教學實踐證明，這樣的教學方式讓學生難以接受，90%以上的同學無法理解理論課所講的內容。因此，如何使學生更好接受本課程所涉及的知識點，提高學習的效率，培養學生學習的興趣，是本論文討論的重點。

1 現場總線的應用前景及對人才的需求分析

現場總線是用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通訊網絡[2]。它作為工廠數字通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯系，它是一種開放式、新型的全分布控制系統。未來現場總線技術在工廠底層網絡中將起到重要的作用，因此作為自動化技術人員，掌握現場總線技術勢在必行。

經過調研表明，企業對現場總線技術人員的要求側重于應用，即技術人員需要掌握現場總線網絡的配置、組網方法、參數設置及基本故障維修。因此，對于高職院校的學生來說，并不需要去掌握現場總線高深的理論知識，只需要掌握這些基本的技能即可。

2 現有教學中存在的問題分析

《現場總線應用技術》課程是應現代企業需求，近年來在我校機電一體化、電氣自動化專業開設的一門新的課程。由于任課教師多為研究生畢業，在研究生教育中，《現場總線》課程通常側重于理論教學，因此教師受此影響往往在教學中側重于理論。現場總線技術的理論較為復雜，使得高職院校的學生接受較為困難，這使許多同學對該門課的學習失去了興趣，從而使得該門課的教學效果不甚理想。然而，在現代企業中，維修技術人員并不需要掌握大量的復雜理論，只需掌握進行現場總線的應用和故障處理即可。因此結合高職院校學生的特點，探索該課程的理實一體教學方法。

3 現場總線課程的理實一體改革方案

由于現場總線所涉及的種類較多，為了讓學生的學習更有效率，本論文所探討的教學方法中，只涉及一種現場總線即目前應用最為廣泛的PROFIBUS現場總線，并由西門子工業控制網絡作為切入點，由易到難，循序漸進。

3.1 課程內容及改革方案

本課程的主要內容是介紹現場總線技術的發展史及作用、現場總線通信的基礎知識，并以西門子工業控制現場總線為載體，介紹西門子工業控制網絡通信中的PPI通信、MPI通信、PROFIBUS通信以及上位監控系統、工業以太網等通信的基礎知識。本課程經改革后分為5個理實一體課題：

課題一：現場總線的基礎知識

基礎知識部分，在理實一體教學中，采用教師設計問題，學生通過在圖書館查閱資料，互聯網等信息渠道搜集問題的答案，分組討論的方式完成，并在討論結束后分組答辯。這種方式提高了學生的學習積極性和主動學習的意識，有效的避免了灌輸式教育的無效性。

課題二：西門子PPI和MPI網絡

該課題主要是為了給PROFIBUS現場總線的教學打下基礎。學生在以往的學習中，對于工業通信網絡的知識知之甚少，因此先介紹簡單的西門子PPI，MPI通信，讓學生更好的理解通信系統的基本概念。本課題采用教師講解實驗原理和過程，學生動手搭建PPI或MPI通信系統并調試的方式完成。在學生動手的過程中，不斷地進行小組討論，加深對工業通信網絡的理解。

課題三：PROFIBUS現場總線

該課題是本課程改革的重點內容，為了更好的讓學生掌握該課題的內容，采用，企業參觀、實驗室試驗、小組討論等方式完成，要求教師設計一個模擬工業企業環境的PROFIBUS通信系統，更進一步切合實際。

課題四：上位監控系統

該課題，主要結合課題三已經搭建好的PROFIBUS通信系統，在現場總線系統構建好的基礎上，系統中的數據進行實時監控，要求學生做出生動的畫面，可以監控完整的實時數據。

課題五：工業以太網

在課題三和課題四的基礎上，進一步提高，將原來的PROFIBUS現場總線改為工業以太網控制，通過實驗，進一步總結它們的區別和各自的優缺點。

3.2 課程的教學模式的改革

以上5個課題完成后，需要進行一個總結性的小組答辯，學生需要通過小組內部討論，將整個現場總線系統的網絡的配置、組網方法、參數設置及實驗過程中遇到的問題及解決方案做成為PPT，進行成果匯報，匯報結束后，由專業課教師成立答辯小組，對學生進行提問，進一步鞏固學生的知識點。

通過對現場總線通信系統的設計，程序編寫，通信系統的連接、調試和排除故障，使學生深入掌握現場總線相關專業知識，并學會通信系統程序設計及調試，故障診斷與維修及工程文件的編制、歸檔等工作，極大的提高了學生的技能水平。通過完成這些任務，培養學生的動手能力、語言表達能力、人際交往能力、現場演講能力等，這是一種全新的教學模式，也是一種對學生各項能力全方位的培養模式。

4 現場總線理實一體改革效果評估

本文所涉及的教學改革方法在一個小班進行教學改革試驗，在該課程的教學過程中采取以學生為主體，教師作為指導的教學方式，讓學生在完成實驗的同時也完成了理論知識的學習，培養了學生的動手能力、分析解決問題的能力，增加了學生的學習興趣和學習積極性，使得教學的效果較以前有比較大的提高。同時，也使得實驗實訓設備得到了較高的利用率，有效地使用了學校現有的資源，并開發出新的教學資源共享。

通過該課程改革，將以前難以理解的純理論知識，劃分為若干個理實一體的項目，通過具體項目任務的完成過程，將理論知識和實踐的應用結合起來，實施“理實一體”的教學模式，培養學生專業技術綜合應用能力，增加了學生的學習興趣。讓學生通過自己的動手操作，讓枯燥的理論，變為易懂的實踐，培養學生的學習興趣和成就感，使得以往課堂中以教師為主體的教學，轉變為以學生為主體的學習過程。

本課程的教育教學改革，豐富和發展“工學結合”人才培養模式，通過將企業實際的案例與實驗實踐課程相聯系起來，真正做到了把工廠的生產實踐與學校傳授的理論知識完全融合，使學生了解和掌握所學知識在企業具體崗位中的具體應用。

5 總結

高職院校培養模式應該側重于職業技能及應用，本文討論的《現場總線應用技術》的課程改革，解決了現場總線技術應用型人才培養的難點，使得學生的學習興趣進一步增加，使學生很容易的掌握了這門新興的技術，為未來的就業打好了基礎，為企業培養了緊缺的現場總線技術人才。

【參考文獻】

[1]唐濟揚.現場總線與工廠底層自動化及信息集成技術》[J].制造業自動化， 2000（3）：14-18

[2]郭瓊，姚曉寧.現場總線技術及其應用[M].北京：機械工業出版社，2008.

[責任編輯：楊玉潔]