基于工业组态技术的教学改革与创新模式研究

王清嘉

辽宁轨道交通职业学院，辽宁 沈阳 110023

1 工业组态技术课程

组态（Configuration）含有配置、设定、设置的意思。集散型控制系统兴起，组态软件也逐渐出现在历史的舞台，被广大工业现场青睐。组态软件能够实现对自动化过程和装备的监视和控制，它能够从自动化装备和过程中收取采集各种信息，并把信息以直观图像或数字的形式显示在人机交互界面。组态软件的使用也相对简单，只需要掌握模块化的搭建方法，不需要自己编写复杂的程序。

工业组态技术课程依托现有组态软件之一的MCGS系统进行授课。MCGS即“监视与控制通用系统”，其英文全称为Monitor and Control Generated System，是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的软件组态系统，组态方式灵活多变、易学易用，在国内自动化领域应用广泛[1]。将MCGS应用在工业组态与现场总线控制技术课程教学中，以较小的硬件成本直观生动地为学生展示工业过程，生动有趣、灵活多变，提升了学生的学习兴趣。

该门课程目前已采用理实一体化教学，并充分利用线上资源和平台进行教学设计，此外还为学生提供了充分的实践和创新机会，真正做到了将组态技术的创新教学模式应用其中。至今，该门课程的教学效果良好，学生实践技能得到充分锻炼，学生和教师互动积极，成为让学生、教师和社会都满意的课堂。

2 基于工业组态技术应用的教学模式创新的意义

工业组态技术的教学之所以得到广泛的重视，还是因为目前其应用广泛，但凡涉及动态实时的图像界面显示、单向或双向的实时数据通信、处理、存储及显示等的结合，组态软件就有用武之地。

在工业自动化领域的组态软件的应用已经为大家所熟悉，但新兴的其他领域的监控组态软件的应用已经开始走上舞台。

（1）设备及资产管理。艾默生公司的设备管理软件AMS作为设备及资产管理的软件代表已得到广泛认可。根据ARC机构预测，到2009年全球PAM的业务量将达到19亿美元。PAM包含的范围很广，可对设备进行实时综合诊断。功能包括实时采集设备的运行状态、累积设备的各种参数（如运行时间、检修次数、负荷曲线等），及时发现设备隐患、预测设备寿命，提供设备检修建议等。

（2）先进控制及优化控制系统。组态软件在工业自动化取得广泛应用后，用户开始引进先进控制或优化控制系统以提高控制质量和精度。这些系统包括自适应控制、（多变量）预估控制、无模型控制器、鲁棒控制、智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络等），以及其他依据新控制理论而编写的控制软件等。控制系统的作用是提高控制质量和精度，而与组态软件结合的目的则是实现人机交互界面，便于用户操作及提高系统可视性[2]。

（3）工业仿真系统。工业仿真是实体工业的虚拟，与组态软件的结合便于用户在可视的环境下对模拟的对象进行研究操作。它可呈现出几乎与实物相同的环境，因此节省了大量的资源，甚至提供了更为智能化的特性。仿真系统侧重于仿真的算法，而组态软件则在实时动态图形显示、实时数据通信方面具有一定的优势，两者的有机结合有利于两者各自的发展与应用，在教科研及工业发展中起到了良好的促进作用。

（4）电网系统信息化建设。现今，组态软件一个重要的应用便是电网系统的信息化，也即电力自动化。电力系统的信息化可视化是关乎国家基础民生的应用，由于其具有复杂性及重要性，对组态软件的要求也很高，需求多样化的组态软件，因此电网系统信息化组态界面显示的应用也是越来越广泛。

（5）智慧建筑。智能建筑的兴起要求物业管理实现智能化，减少资源的消耗（包括人的消耗和物的消耗）和确保业主的安全[3]。这就涉及节能管理及安全管理层面。为避免信息孤岛问题的产生，智能管理模式要求建筑物整体联网运行，节约人力资源，提高应急反应速度和设备预期寿命。智能建筑行业在能源计量、变配电、安防与门禁、消防系统联入IBMS服务器方面需求旺盛。

如今，工业组态技术应用范围之广，应用前景之开阔，无不说明了学习这门技术的重要性，只有了解了实际中的应用，才能使教学更加有的放矢。

3 工业组态技术教学模式的改革与创新

教学模式按照师生活动关系被分成三类，一类是师生系统地传授和学习书本知识的教学模式，一类是教师辅导学生在活动中学习的教学模式，还有一类是折中于两者之间的教学模式。本项技术适用于第三种教学模式，即教师在课堂中讲授基本的知识，大部分时间留给学生实际操作，教师在旁辅导，在学生自主完成项目要求的过程中实现教学目的。针对该项教学，文章提出了以下教学模式改革与创新的措施。

（1）模块化结果导向训练，提高学生的学习与操作积极性。工业组态技术的教学过程采用非传统的课堂教学，学生按照课程设计中的要求完成相应的项目内容，在教师讲解基本的操作和原理后，分组进行实操。因此实训室和实训基地的建设就尤为重要。如何将学生实训场所营造成为适合项目式教学，利于学生模拟工厂实地的操作的场所，是此项教学模式改革的重中之重。

工业组态技术可实现将模块化的教学任务进行集成，并统一在组态画面中，同时将各实训室及工厂，甚至学生实习教学单位的操作情况统一进行管理。由于模块化清晰，可视性佳，学生进行自主学习的效果也会更好。

（2）理论实际并重，讲练一体，促进学生思考与动手能力提升。理实一体化的教学中，理论教学与实操训练并重，教师通过对相应基础知识的讲解，引导学生思考，帮助学生分析项目需求，识别新的知识点和需要掌握的新的技能点，多渠道多方法地帮助学生掌握项目涉及的知识和技能。其中重中之重则是在学生自主探究和完成项目训练的同时，教师以答疑解惑和从旁辅助辅导的方式促进学生自主学习和自主完成项目。这就要求理实一体化的课堂重点不再是传统概念上的传授，而是学生通过自主学习获得技能。

工业组态技术可以将此种教学深化促进。教师将理论知识集成在组态软件中，学生在学习后可直接根据组态界面中的指引进行实践练习，实践的结果也直接体现在组态软件中，教师便于掌握所有学生的操作情况，并直接在组态软件中给出专业的指引。

理实一体化教学中最为重要的一点就是提高学生在实训过程中操作的积极性。使用工业组态技术改进教学方法让学生的自主性显著提高。从过去的课堂经验得知，小组式的实训过程会造成一部分学生积极性不高、惰性强、实训操作效果不好。在组态相关课程的实训过程中，采用学生在组态界面演示操作过程替代教师演示的方式，其他的同学可以同步在组态界面中观看到相应的同学演示。这会比完全由教师演示教学更加提高学生的注意力，激发学生学习兴趣，提高教学质量，提升教学效果。在实训过程中增加激励环节，鼓励学生主动进行演示，将自己设计的项目成果给大家讲解，将学生优秀的成果嵌入组态软件中供其他学生学习。这部分教学环节已经在教学中采用了一段时间，学生反响较好，确实能够起到调动积极性和提高训练效果的作用。

（3）拓展课外实践机会，提供实践平台，培养学生创新意识。学校为学生提供多种实践平台，如组织鼓励学生参加省级、市级职业技能比赛、大学生创新创业大赛、挑战杯等，还联系企业为学生提供实习和学习的机会。对各项赛事中取得优秀成绩的学生给予各项奖励，并鼓励学生利用课外时间进行实践创新，利用学校的实训室资源进行组态相关创新项目的设计与实现，这一措施增强了学生的创新意识，取得了良好的教学效果。

（4）利用线上资源鼓励学生自主学习，提升学生发现与解决问题的能力。疫情期间各项教学充分挖掘了线上教学的可能性与优点。在网络上有海量的学习资源可供学生甚至教师自我提升与参考。组态技术方面的教学也应充分利用网络课程平台的现有资源，并积极创建更多的适用于本课程的新的教学资源，以开展网络教学。学生自主在线上进行学习，获得学习指导等，提高自主学习能力。

目前该项技术教学已采用“蓝墨云班课”对学生进行线上辅导和互动，该方式便于学生对在线获取相关资源开展有效的预习、复习，同时教师也能及时得到学生学习效果的反馈信息，已真正达到了学生、教师、学校都满意的课堂效果。

4 结束语

课堂教学模式的改革需要持续不断地进行，在提升教学质量和教学效果的路上没有捷径，只有不断探索创新，才能将课堂真正变成为社会输送和培养人才的地方。

工业组态技术的课堂教学模式的创新与改革，只是众多专业课程改革中的一个尝试，相信工业组态技术的教学改革将成为带动其他学科技术的教学改革契机，为职业院校的教学质量提升带来良好的促进。