基于工業組態技術的教學改革與創新模式研究

王清嘉

遼寧軌道交通職業學院，遼寧 沈陽 110023

1 工業組態技術課程

組態（Configuration）含有配置、設定、設置的意思。集散型控制系統興起，組態軟件也逐漸出現在歷史的舞臺，被廣大工業現場青睞。組態軟件能夠實現對自動化過程和裝備的監視和控制，它能夠從自動化裝備和過程中收取采集各種信息，并把信息以直觀圖像或數字的形式顯示在人機交互界面。組態軟件的使用也相對簡單，只需要掌握模塊化的搭建方法，不需要自己編寫復雜的程序。

工業組態技術課程依托現有組態軟件之一的MCGS系統進行授課。MCGS即“監視與控制通用系統”，其英文全稱為Monitor and Control Generated System，是一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監控系統的軟件組態系統，組態方式靈活多變、易學易用，在國內自動化領域應用廣泛[1]。將MCGS應用在工業組態與現場總線控制技術課程教學中，以較小的硬件成本直觀生動地為學生展示工業過程，生動有趣、靈活多變，提升了學生的學習興趣。

該門課程目前已采用理實一體化教學，并充分利用線上資源和平臺進行教學設計，此外還為學生提供了充分的實踐和創新機會，真正做到了將組態技術的創新教學模式應用其中。至今，該門課程的教學效果良好，學生實踐技能得到充分鍛煉，學生和教師互動積極，成為讓學生、教師和社會都滿意的課堂。

2 基于工業組態技術應用的教學模式創新的意義

工業組態技術的教學之所以得到廣泛的重視，還是因為目前其應用廣泛，但凡涉及動態實時的圖像界面顯示、單向或雙向的實時數據通信、處理、存儲及顯示等的結合，組態軟件就有用武之地。

在工業自動化領域的組態軟件的應用已經為大家所熟悉，但新興的其他領域的監控組態軟件的應用已經開始走上舞臺。

（1）設備及資產管理。艾默生公司的設備管理軟件AMS作為設備及資產管理的軟件代表已得到廣泛認可。根據ARC機構預測，到2009年全球PAM的業務量將達到19億美元。PAM包含的范圍很廣，可對設備進行實時綜合診斷。功能包括實時采集設備的運行狀態、累積設備的各種參數（如運行時間、檢修次數、負荷曲線等），及時發現設備隱患、預測設備壽命，提供設備檢修建議等。

（2）先進控制及優化控制系統。組態軟件在工業自動化取得廣泛應用后，用戶開始引進先進控制或優化控制系統以提高控制質量和精度。這些系統包括自適應控制、（多變量）預估控制、無模型控制器、魯棒控制、智能控制（專家系統、模糊控制、神經網絡等），以及其他依據新控制理論而編寫的控制軟件等。控制系統的作用是提高控制質量和精度，而與組態軟件結合的目的則是實現人機交互界面，便于用戶操作及提高系統可視性[2]。

（3）工業仿真系統。工業仿真是實體工業的虛擬，與組態軟件的結合便于用戶在可視的環境下對模擬的對象進行研究操作。它可呈現出幾乎與實物相同的環境，因此節省了大量的資源，甚至提供了更為智能化的特性。仿真系統側重于仿真的算法，而組態軟件則在實時動態圖形顯示、實時數據通信方面具有一定的優勢，兩者的有機結合有利于兩者各自的發展與應用，在教科研及工業發展中起到了良好的促進作用。

（4）電網系統信息化建設。現今，組態軟件一個重要的應用便是電網系統的信息化，也即電力自動化。電力系統的信息化可視化是關乎國家基礎民生的應用，由于其具有復雜性及重要性，對組態軟件的要求也很高，需求多樣化的組態軟件，因此電網系統信息化組態界面顯示的應用也是越來越廣泛。

（5）智慧建筑。智能建筑的興起要求物業管理實現智能化，減少資源的消耗（包括人的消耗和物的消耗）和確保業主的安全[3]。這就涉及節能管理及安全管理層面。為避免信息孤島問題的產生，智能管理模式要求建筑物整體聯網運行，節約人力資源，提高應急反應速度和設備預期壽命。智能建筑行業在能源計量、變配電、安防與門禁、消防系統聯入IBMS服務器方面需求旺盛。

如今，工業組態技術應用范圍之廣，應用前景之開闊，無不說明了學習這門技術的重要性，只有了解了實際中的應用，才能使教學更加有的放矢。

3 工業組態技術教學模式的改革與創新

教學模式按照師生活動關系被分成三類，一類是師生系統地傳授和學習書本知識的教學模式，一類是教師輔導學生在活動中學習的教學模式，還有一類是折中于兩者之間的教學模式。本項技術適用于第三種教學模式，即教師在課堂中講授基本的知識，大部分時間留給學生實際操作，教師在旁輔導，在學生自主完成項目要求的過程中實現教學目的。針對該項教學，文章提出了以下教學模式改革與創新的措施。

（1）模塊化結果導向訓練，提高學生的學習與操作積極性。工業組態技術的教學過程采用非傳統的課堂教學，學生按照課程設計中的要求完成相應的項目內容，在教師講解基本的操作和原理后，分組進行實操。因此實訓室和實訓基地的建設就尤為重要。如何將學生實訓場所營造成為適合項目式教學，利于學生模擬工廠實地的操作的場所，是此項教學模式改革的重中之重。

工業組態技術可實現將模塊化的教學任務進行集成，并統一在組態畫面中，同時將各實訓室及工廠，甚至學生實習教學單位的操作情況統一進行管理。由于模塊化清晰，可視性佳，學生進行自主學習的效果也會更好。

（2）理論實際并重，講練一體，促進學生思考與動手能力提升。理實一體化的教學中，理論教學與實操訓練并重，教師通過對相應基礎知識的講解，引導學生思考，幫助學生分析項目需求，識別新的知識點和需要掌握的新的技能點，多渠道多方法地幫助學生掌握項目涉及的知識和技能。其中重中之重則是在學生自主探究和完成項目訓練的同時，教師以答疑解惑和從旁輔助輔導的方式促進學生自主學習和自主完成項目。這就要求理實一體化的課堂重點不再是傳統概念上的傳授，而是學生通過自主學習獲得技能。

工業組態技術可以將此種教學深化促進。教師將理論知識集成在組態軟件中，學生在學習后可直接根據組態界面中的指引進行實踐練習，實踐的結果也直接體現在組態軟件中，教師便于掌握所有學生的操作情況，并直接在組態軟件中給出專業的指引。

理實一體化教學中最為重要的一點就是提高學生在實訓過程中操作的積極性。使用工業組態技術改進教學方法讓學生的自主性顯著提高。從過去的課堂經驗得知，小組式的實訓過程會造成一部分學生積極性不高、惰性強、實訓操作效果不好。在組態相關課程的實訓過程中，采用學生在組態界面演示操作過程替代教師演示的方式，其他的同學可以同步在組態界面中觀看到相應的同學演示。這會比完全由教師演示教學更加提高學生的注意力，激發學生學習興趣，提高教學質量，提升教學效果。在實訓過程中增加激勵環節，鼓勵學生主動進行演示，將自己設計的項目成果給大家講解，將學生優秀的成果嵌入組態軟件中供其他學生學習。這部分教學環節已經在教學中采用了一段時間，學生反響較好，確實能夠起到調動積極性和提高訓練效果的作用。

（3）拓展課外實踐機會，提供實踐平臺，培養學生創新意識。學校為學生提供多種實踐平臺，如組織鼓勵學生參加省級、市級職業技能比賽、大學生創新創業大賽、挑戰杯等，還聯系企業為學生提供實習和學習的機會。對各項賽事中取得優秀成績的學生給予各項獎勵，并鼓勵學生利用課外時間進行實踐創新，利用學校的實訓室資源進行組態相關創新項目的設計與實現，這一措施增強了學生的創新意識，取得了良好的教學效果。

（4）利用線上資源鼓勵學生自主學習，提升學生發現與解決問題的能力。疫情期間各項教學充分挖掘了線上教學的可能性與優點。在網絡上有海量的學習資源可供學生甚至教師自我提升與參考。組態技術方面的教學也應充分利用網絡課程平臺的現有資源，并積極創建更多的適用于本課程的新的教學資源，以開展網絡教學。學生自主在線上進行學習，獲得學習指導等，提高自主學習能力。

目前該項技術教學已采用“藍墨云班課”對學生進行線上輔導和互動，該方式便于學生對在線獲取相關資源開展有效的預習、復習，同時教師也能及時得到學生學習效果的反饋信息，已真正達到了學生、教師、學校都滿意的課堂效果。

4 結束語

課堂教學模式的改革需要持續不斷地進行，在提升教學質量和教學效果的路上沒有捷徑，只有不斷探索創新，才能將課堂真正變成為社會輸送和培養人才的地方。

工業組態技術的課堂教學模式的創新與改革，只是眾多專業課程改革中的一個嘗試，相信工業組態技術的教學改革將成為帶動其他學科技術的教學改革契機，為職業院校的教學質量提升帶來良好的促進。