电气工程及自动化学的专业汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇电气工程及自动化学的专业范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）36-0124-03

1 引言

EDA技术是以计算机为工作平台，以相关的EDA开发软件为工具，以CPLD、FPGA等可编程逻辑器件为设计载体，以VHDL、Veriolg HDL等为硬件描述语言，实现复杂电子系统的设计[1-2]。随着计算机技术、电子技术、各种仿真软件的快速发展与进步，新兴的EDA技术使设计者逐步从使用硬件转向设计硬件，从单个电子产品开发转向系统级电子产品开发，可见基于EDA技术的设计是现代电子技术发展的核心和主流，是电子设计的重要工具。无论是设计芯片还是设计系统，如果没有EDA工具的支持，都将是难以完成。因此，学习EDA语言编程技术和利用EDA技术进行设计，必然成为许多高校电类专业学生的必修课。当然要学习和掌握这项技术，学生还应该具备数字电子、单片机技术、C语言等基础知识[3]。

EDA是一门应用广、实践性很强的课程，这样的课程理论学时较短且比较抽象。比如对于大规模逻辑器件CPLD和FPGA结构功能的学习，进行理论讲解时，学生就很难跟实际应用结合起来；对于VHDL语言要素的讲解，如果不结合程序进行分析，不结合软件进行编辑编译，发现问题、分析和解决问题，学生对语言要素的内容、程序的规范书写、应用软件的功能就很难理解，或许当时听明白了，但要应用于实际，还是很茫然。因此，应该结合EDA技术课程的特点，强化教学效果，达到能使学生学以致用，并将知识转化为生产力的目的。

笔者通过对电气专业该门课程的教学探索和思考，发现目前所面临的问题是理论课时短、内容多、进度快，实验教学创新不够，因此教学效果不明显，也体现不出以“学习为主，教学为辅”的思想。为了实现学生能够在实践中加深理论知识，同时能在理论指导下对实践进行验证的良好教学效果，本文从以下几个方面对EDA教学改革展开研究。

2 多练少讲，讲练结合

将理论与实训相结合，将教学地点设在机房，实现一人一机，全程在实训室教学。结合具体的教学内容，对于较难的内容可以“先讲后练”，不难理解的知识点可“边讲边练”，比较简单的知识可以“先练后讲”。这样不仅能使学生集中注意力，还能调动学生的主观能动性，改变了传统教学中学生只是被动接受，不思考、不动手的教学弊端。而且这种教学模式能很好地将理论和实践结合起来。

例如，在利用Quatrus进行VHDL语言程序设计时，首先要在MAX+PLUSⅡ软件环境中设计一个完整的工程，然后选择VHDL硬件描述语言方式输入，编辑好的文件经过编译、引脚分配，仿真测试成功后可以下载到指定芯片上，在对应的实验箱上进行硬件测试。虽然建立工程和进行程序设计的过程比较简单，但在MAX+PLUSⅡ软件使用过程中经常会遇到一些问题。比如编辑源文件时，不论是原理图编辑还是文本编辑，其文件的存盘路径中不能包含中文符号，且不能直接保存在驱动盘的根目录里，否则将会在编译时出现错误提示“can’t openwork”[4]，正确的存盘路径应该是在驱动盘的子目录里。另外，源文件存盘的文件名不能和软件器件库中已有的器件名相同，同时所编辑的各个源文件模块名称不能冲突。如果源文件是文本文件，那么存盘的文件名必须和实体（ENTITY）名一致，文件的扩展名必须与语言类型相符，如描述语言是VHDL语言，则文件的扩展名就应为“.vhd”。

学生只有亲手操作，自己或者在教师的指导下解决了这些问题，才能有深刻的理解，也才能注意到这些细节，才能理解教师讲解过的理论知识，并把理论知识和实验实践联系起来，真正达到教与学的目的，体现出利用EDA技术进行电子设计的重要性和特点。

3 EDA教学与电子技术课程设计相结合

电子技术课程设计是在模拟电子技术、数字电子技术等课程之后，集中安排的重要实践性教学环节，是电子技术教学体系中非常必要的实践训练环节，是对电子技术基础知识的进一步学习和更深层次的领悟，也是对电子技术课程知识的全面贯通和综合应用。除此之外，课程设计能提高和增强学生综合分析问题、解决问题的能力，能把所学知识和实际应用相结合，启发学生的创新思维，激发学生的学习兴趣。尤其是将EDA的内容引入课程设计中后，利用EDA软件的强大功能，特别是仿真分析，学生可在计算机上利用EDA工具画出原理图并进行仿真验证，得出最理想的电路设计方案，最后在实验室进行搭线和电路调试。由此可见，DEA教学与电子技术课程设计结合的重要环节是如何选择EDA软件工具。

当前，EDA软件层出不穷，但要结合学生的专业特色和软件的使用功能，有选择性地学习和掌握，甚至熟悉部分EDA软件的功能和应用。为适应飞速发展的电子产品市场，改变传统设计思路，21世纪高校培养的电子技术人才必须掌握更加实用、快捷的EDA工具，以最快的速度开发出性能优良、质量一流的电子产品。另外考虑到课程设计与实践相结合的特点，建议在教学中选用以下三种EDA软件。

目前EDA技术设计过程中大部分时间在做仿真，因此在EDA工具中仿真工具占据重要的位置和主要的发展趋势。由加拿大Interative Image Technologies公司推出的一个用于电子线路设计仿真的“虚拟电子工作台”EWB（Electronics Workbench）软件是在Spice基础上开发出的一个用于仿真的设计软件。其最新版本Multisim是目前国内高校中应用最多的仿真软件之一，它功能强大，界面友好，仿真的手段切合实际，虚拟仪表使用不受限制，因此至今为止是在世界上使用最方便、最直观的仿真软件。工程师可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真[5-6]。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

Protel是PROTEL（现为Altium）公司在20世纪80年代末推出的CAD工具，是PCB设计者的首选软件。它较早在国内使用，普及率最高，很多的大、中专院校的电路专业开设了Protel课程，几乎所有的电路公司都要用到它。现在普遍使用的Protel99SE是完整的全方位电路设计系统，包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计（包含印刷电路板自动布局布线），可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务体系结构），同时还兼容一些其他设计软件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。将EDA的全部内容整合为一体，因而该软件发展潜力很大，是EDA教学中最好的选择软件之一，必须让学生认真学习和掌握。

MAX+PLUSII是Altera公司推出的第三代PLD开发系统。使用MAX+PLUSII的设计者不需精通器件内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件描述语言）建立设计，MAX+PLUSII把这些设计自动转换成最终所需的格式[7-8]。其设计速度非常快。对于一般几千门的电路设计，使用MAX+PLUSII，从设计输入到器件编程完毕，用户拿到设计好的逻辑电路，大约只需几小时。特别是在原理图输入等方面，MAX+PLUSII被公认是最易使用、人机界面最友善的PLD开发软件。设计输入方式的多样性和灵活性是MAX+PLUSII的主要特点，学生通过该软件的学习不仅能掌握一种硬件描述语言（VHDL语言或Veriolg HDL语言）的编程，还可以理解可编程逻辑器件的原理与应用，并且在仿真后可在实验板上下载验证，能够激发学生的学习兴趣，也为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。

4 改革考核形式，注重学生勤于思考和动手能力的评价

许多课程的考核形式注重考察学生是否掌握了教学大纲要求的基础理论知识，而理论知识的学习虽不能理解，但可以靠记忆获得，因此学生即使平时不努力，考试前突击也可以取得较好的成绩。而对于像EDA这种以“实践为主，重在应用”性质的课程，旧式的考核方式显然跟不上时代的要求，也有失公平。因此，改革考核方式势在必行。

1）平时成绩考核（30%），包括三部分：①出勤率；②随堂测验；③上课讨论和创意发言情况。

2）结合MAX+PLUSII上机实验操作（40%）：学生完成数字抢答器、数字钟、频率计、交通灯管理、乒乓球比赛机、彩灯控制器、洗衣机控制器、出租车计价显示等实验。可以选择原理图、VHDL语言、波形描述等任意形式，只要运行正确，即满分。

3）综合设计（30%）：将学生进行分组，布置综合性比较强的设计题目，最后以答辩的形式进行考核。

结合上述考核方式，在授课之初就让学生明确善于思考、勤于动手的重要性，学生就会自主进行实践，增强学生学习的主动意识，并从学习中尝到乐趣；还能培养学生的团队意识和协作精神，为以后进入企业打下良好的基础。

5 结束语

总而言之，EDA是一门新型的学科，它在高等院校电气类专业的教学和科研工作中占有越来越重要的地位和作用，并以其鲜明的时代特征、不可阻挡的科技诱惑以及超凡的速度和效率走入教学。只有充分利用学校现有的EDA实训设备，给学生提供便利的学习、实践和极大的创造空间，采用新的教学模式和考核体系，培养和提高学生的创新思维和创新能力，注意学生知识层次的综合全面发展，才能培养出具有现代化电子设计能力的大学生.

参考文献

[1]潘松，黄继业.EDA技术与VHDL[M].北京：清华大学出版，

2006：12-16.

[2]谭会生，等.EDA技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001：20-25.

[3]林建英.EDA层次化最优教学方法的研究与实践[J].华北航天工业学院学报，2003（13）.

[4]林纯，陈娟，王建平.MAX+PLUSⅡ在EDA教学应用中的常见问题分析与解决[J].中国教育技术装备，2011（24）：105-107.

[5]雷雨，李茜.电子技术课程设计与EDA教学相结合的探讨[J].高等教育研究，2006，22（2）：41-43.

篇（2）

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）01-0096-03

一、引言

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。CDIO工程教育模式是一种基于项目驱动的教学法，是一个打破课程界限进行教学的方法。教师把教学内容设计成一个或多个具体任务，让学生通过完成一个个具体的任务，掌握教学内容，达到教学目标。信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价，都由学生自己负责。为了使学生在解决问题的过程中能学以致用，所设置的“项目”需要综合应用多门课程的知识。在老师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生自己处理，信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价，都由学生自己负责。

二、项目式教学目标

“项目式教学”，顾名思义，就是通过完成项目来进行教学。项目式教学最显著的特点是“以项目为主线，教师为主导，学生为主体”，改变了以往“教师讲，学生听”被动的教学模式，创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式。项目式教学对学生而言，通过转变学习方式，在主动积极的学习环境中，激发好奇心和创造力，培养分析和解决实际问题的能力；对教师而言，通过对学生的指导，转变教育观念和教学方式，从单纯的知识传递者变为学生学习的促进者、组织者和指导者；对学校而言，建立全新的课程理念，提升学校的办学思想和办学目标，通过项目式教学法的实施，探索组织形式、活动内容、管理特点、考核评价、支撑条件等的革新，逐步完善和重新整合学校课程体系。

电气工程及其自动化专业是一个综合性较强的工科专业，学生在校期间要能获得工程师的基础训练，能做到理论联系实际，具备电工技术、电子技术、自动检测与仪表、信号处理、计算机技术与应用等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识，专业主要课程包括《电路理论》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《自动控制原理》、《微机原理与应用》、《电力电子技术》、《电气控制与PLC》、《单片机原理与应用》、《传感器与检测技术》等。普通的课堂教学中，教师利用课堂讲授和实验演示等方式对学生进行了专业知识的讲解和训练，虽然根据课程的不同要求配置了一定学时的实验，但是对于反应不同课程之间联系的综合实验却很少，学生在进入高年级后一度疑惑：“这么多专业课知识都是零零散散的，它们之间有什么联系？”电气工程专业的大三学生带着这样的疑惑参与了本校的项目式教学。

“项目式教学”是跨专业课程的教学方法，在教学过程中，指导老师会将一个相对独立的项目交由学生自己处理，这个“项目”的设置应包含多门课程的知识，学生在拿到“项目”后要收集项目信息、设计方案以及项目实施并最终对项目进行总结。

“项目教学法”通过任务驱动让学生去发现问题、学习知识、解决问题，充分发掘了学生的创造潜能。全面培养学生分析问题和解决问题的思想和方法，提高学生的各种能力，包括实践能力、动手能力、分析能力、应变能力、交流能力、合作能力和解决实际问题的综合能力。最关键的是“项目教学法”的实践过程中整个计划要同学们自主选题自主设计。

三、项目式教学实施方法

项目式教学的实施过程主要按照选题、查阅资料、电路原理图设计、结合硬件电路编程、仿真调试、电路焊接及硬件调试等几个阶段流程图来进行。整个实施过程中，教师不再是教学过程的“主角”，强调的是学生的自主学习，学生根据自己的兴趣选择相应的项目，从尝试入手，从练习开始，主动参与到教学中。实施过程中的不同环节将电气工程专业中不同的专业课程综合起来运用，其中电路设计部分，综合考察了《电路理论》、《电子技术基础》、《单片机原理与接口技术》、《PLC原理及其应用》、《自动控制原理》等各课程，电路绘制则考察的是学生对于ORCAD、AltiumDesigner、ProtelDXP的使用；系统编程考察的是学生C语言或者汇编语言的使用，其中涉及到了控制理论中的各种算法；仿真调试部分考察了学生对仿真软件Proteus的使用和PCB设计等内容；电路焊接考察了学生的电工技术，包括电子元件的识别、测试、焊接及组装技术，电子仪器的使用，电路板的调试等。

在我校的项目式教学中，教师根据专业的特性设置了数十个不同的项目，项目名称和简介参考表1，不同项目侧重不同的专业课，学生在选好自己感兴趣的项目后开始查阅资料，大多数学生能够很好的运用网络来检索相关资料，不论是学校电子图书馆还是大师云集的论坛，学生总是能找到自己需要的项目资料从而设计自己所选项目的电路图并进行电路图的绘制、电路编程、仿真调试、电路焊机及硬件调试。教师针对学生在项目实施过程中遇到的问题进行解答和帮助，从问题入手，深刻的讲解书本提到过的重难点知识，让学生受益匪浅。

四、项目式教学成果

项目式教学的实施，学生通过做项目发现问题再回头查阅课本或者通过网络搜索来解决问题，达到了很好的学习效果。我校的项目式教学前后共进行了十二周，在最后一周的成果展示活动中，85%以上的同学都做出了功能齐全的实物成品。项目式教学在学生中反响热烈，不少学生表示这次教学改革给他们带来了很大的启发，让他们真正的将书本上的理论和动手实践相结合，同时也大大的提升了学生的自学能力，对书本知识的理解也更加深入。课堂学习虽然知识量丰富，但不够直观，难免的晦涩难懂，伴随着项目的实施，学生发现问题再回头查阅课本或者通过网络搜索来解决问题，达到了很好的学习效果。在成果展示期间，很多学生表达了他们的震撼，讲解员通过为参观的学生讲解原理和使用说明，让不少其他专业的学生对机电与信息工程学院的项目式教学也产生了浓厚的兴趣，更是有不少同学向作品的作者咨询讨教，互留联系方式，也有部分同学大呼要“转专业”，虽然“转专业”是一个玩笑，但也能反应出学生对提高动手能力的迫切希望。

五、结束语

“项目式教学”在我院是一次教学改革的创新实践，取得了初步成果。希望通过实践教学，让学生更加明白：“实践出真知，动手添能力”，使更多的学生从被动学习变为主动学习，掀起爱学习、爱钻研、爱动手、爱实践的热潮。项目式教学在电气工程专业的实施，在一定程度上解决了应用型人才的培养与社会需求之间的矛盾，增强了学生学习的积极主动性，提到了学生的实践能力和创新能力，并培养了学生分析问题解决问题的实际能力以及团队协作能力，从侧面提升了电气工程专业学生的就业能力。

参考文献：

[1]陈春玲，费宁.基于“项目驱动”的软件人才培养模式探索[J].南京航空航天大学学报（社会科学版），2009，11（4）.

篇（3）

针对原有课程体系不能适应现代电力工业发展新形势;传统重知识传授教学模式不利于理论与实际相结合;原有实践教学内容杂散且与工程实际结合不紧密以及原有实践平台难以支撑工程实践能力培养的问题，东北电力大学提出“知识规格满足专业外延需求、能力素质胜任专业内涵发展”的人才培养理念。通过构建适应现代电力工业发展新形势的课程体系和突出工程实践能力培养的课内外相结合的实践教学体系，形成了遵循“系统-元件-系统”认知规律的做学结合教学模式，实现了知识传授与能力培养协调共进，促进了学生实践能力的提高和全面发展。

成果解决教学问题的方法

提出“知识规格满足专业外延需求、能力素质胜任专业内涵发展”的人才培养理念

针对生源质量下滑问题，面向行业发展对人才培养的新要求，认真分析原有人才培养方案的不适性，结合人才培养定位，总结已有办学传统和特色，提出了“知识规格满足专业外延需求、能力素质胜任专业内涵发展”的人才培养理念，面向工程，强化实践，统筹开展课程建设、实践环节建设、教学方法改革等方面的工作。

构建适应电力工业发展新形势的课程体系

构建了“（基础-技术-专业）课程群+技术前沿课”型的专业课程体系，将新能源发电技术、新型输电技术等前沿技术引入课堂，及时反映专业发展动态，既激发了学生的专业兴趣，又增强了人才培养对行业需求的适应性，为拓宽学生就业面奠定了必要的知识储备，实现了“知识规格满足专业外延需求”。

构建遵循“系统-元件-系统”认知规律的做学结合教学模式

根据系统构成及运行特点，构建了相应的元件特性认知实践项目，通过对元件特性的认知实验，加强对元件工作原理的认识;在此基础上，分析系统整体行为特性及元件个体行为特性的关联性，掌握基于元件运行状态调整的系统整体行为调节方法，明确实际系统实现过程中需要注意的问题，进而了解实际系统的运行约束和注意问题。此模式应用于“电力系统分析”“发电厂电气部分”等5门核心课程教学。

构建突出工程实践能力培养的课内外相结合的实践教学体系

构建了“实验-实训-实习-设计”和“电工数学竞赛-工程师认证考试”结合的课内外实践教学体系，以突出“工程认知-工程探究-工程实践-工程优化”能力的实践培养，即能力形成于实践，表现于实践，又升华于实践。

建设系列“工程场景式”的电力特色实践教学平台

新建全国高校唯一的教学用66kV/220kV真实变电站、全国规模最大的电力生产过程动态模型演示中心、国内领先水平的输变电运行仿真中心（获得中国电力企业联合会颁发认证资质）、电力系统安全运行与节能技术国家地方联合工程实验室（省部共建教育部重点实验室）等特色实践平台;另外，校企共建12个工程实践教育基地。

采用“引培结合、专兼相济、科研带动”等措施，加强师资队伍建设

引进和自主培养具有博士学位的教师28人，聘请电力企业专家17人作为兼职教师，师资队伍结构明显改善。教学之余，积极开展科研实践，提升教师的学术水平和科研能力，为“面向工程、强化实践”的人才培养提供了重要的师资保障。

成果的创新点

形成了以“知识规格满足专业外延需求、能力素质胜任专业内涵发展”的人才培养理念

优化课程体系，引入前沿技术课程，增强人才培养对行业快速发展的适应性，为拓宽学生就业面向奠定必要的知识储备，实现“知识规格满足专业外延需求”。理论教学注重教对学的促进作用，实现知识传授与能力培养协调共进;实践教学突出实践项目的工程导向性以激发学生的学习兴趣，贯穿于整个教学过程，即强化实践提升能力，增强人才素质对行业发展的适应性，实现“能力素质胜任专业内涵发展”。

形成了遵循“系统-元件-系统”认知规律的做学结合教学模式

通过对元件特性的认知，探究系统整体行为特性及元件个体行为特性的关联性，掌握基于元件运行状态调整的系统整体行为调节方法，明确实际系统实现过程中需要注意的问题，进而了解实际系统的运行约束和注意问题。既强化了知识运用，又培养了学生的认知能力，知识传授与能力培养协调共进。

构建了系列“工程场景式”电力特色实践平台支撑的突出“工程认知-工程探究-工程实践-工程优化”能力培养的实践教学体系

根据学生能力形成的不同阶段和认识发展的基本规律，将实践环节视为有机整体加以筹划，将突出“工程认知-工程探究-工程实践-工程优化”能力的培养贯穿于“实验-实训-实习-设计”和“电工数学竞赛-电气工程师认证考试”相结合的课内外实践教学环节中;“工程场景式”电力特色实践支撑平台增强了实践培养的工程导向性，激发了学生的学习兴趣;全国电工数学建模竞赛提供了能力展示平台。实现了能力形成于实践，表现于实践，又升华于实践。

成果的推广应用效果

近四年，“面向工程、强化实践”的电气工程及其自动化专业人才培养取得了丰硕成果，在校内外产生积极反响。

人才培养效果

该成果自2009年应用以来，受益学生3000多人;学生实践能力和创新能力明显提高，发表研究论文108篇，参加教研项目54项、科研课题24项，获奖273项（国家级23项、省级53项）。吸引国家（南方）电网公司、各发电集团等央企来校招聘，年均签约率79%，考入清华大学、西安交通大学、华中科技大学等著名高校读研学生占比11%，就业率94%。学校获推荐优秀应届本科毕业生攻读硕士学位的资格，并入选“2012-2013年度全国毕业生就业典型经验高校50强”。

辐射作用效果

自2009年以来，已有20多所高校前来学习、考察与交流。承办一次全国性教材教学研讨会议，400余人参会;8次在全国性教学研讨会上作经验交流。发表教研论文19篇，出版《电机学》《300MW（直吹）火电机组集控运行与仿真》《电网及变电站运行分析与仿真》等教材6部，应用于10多个省份高校。为国内外20多家电力企业开展业务培训1566人。承办的“全国大学生电工数学建模竞赛”已吸引198所高校、7506人参赛，成为全国电气工程学科的品牌特色竞赛活动，被誉为国内最具有影响的大学生学科竞赛之一。

专家评价

清华大学电机系教授、中国工程院院士韩英铎评价“东北电力大学学生基础扎实、物理概念清晰、实践能力强”。国家电网公司总工程师张启平教授级高工评价“东北电力大学毕业生概念清晰、理论扎实、岗位适应快、不怕吃苦”。

师资队伍建设成效

篇（4）

【文章摘要】

当前电气工程及自动化专业中， 实践教学占据着十分重要的地位，特别是对于中职学校中的技术专业的学生们来说，优秀的动手实践能力是未来他们独立面对工作岗位的基础。因此对于中职电气自动化专业的学生来说，只有提升动手操作能力，才能培养出理论与实践兼具的全方位、实用性人才，也是未来中职学校必须不断创新实践的课题。本文针对于当前电气工程及其自动化专业的教学现状展开分析，对教学模式和课程体系的改革探索进行了详细探讨。

【关键词】

电气工程及其自动化专业；教学模式；改革；实践

1 电气工程及其自动化专业教学实践现状

当前电气工程及其自动化专业还属于一个比较年轻的专业，发展趋势有着现代化的发展趋势和气息。虽然电气工程及其自动化专业的学科发展还处于时代的前沿，并且国家教育部门和教学机构都给与了较高的关注度，但是为了促进学科具有更加广阔的专业发展前景，还应当不断总结当前的经验和不足，不断促进电气工程及其自动化专业的发展。纵观当前学科的发展情况，我们应当看到还存在着教学机构不完善，实践教学的经验不足的问题，而教学力量的不足直接导致教学过程中产生更多的问题。随着社会的发展，我国现阶段对于人才的需求量越来越大，因此改善理论性的传统教学，注重实践型人才的培养越来越重要。

当前电气工程及其自动化专业在理论教学与实践上还存在脱节的问题，没有充分考虑到实践对于学科知识掌握的重要性，因此当前电气工程及其自动化教学中存在的主要问题就是没有将理论与实践充分结合。实践能力的不足，导致学生毕业走上工作岗位后遇到重重障碍，动手能力不强，也常是用人单位反映的问题。造成这种现象的原因，还要从学校课程设置上说起，当前中职院校的实验课程通常都是与实习过程相分离的，而教学过程中的实验部分有非常单一，不仅难以提起学生的学习兴趣，还让学生在实习过程中不知道如何解决遇到的一些棘手问题，因此这也是当前学生就业状况不佳的一个重要原因。如何提升专业人才的价值，将学校和企业的矛盾降到最低，对于中职院校的人才培养计划尤为重要，也是电气工程及其自动化专业发展的关键。因此当前此专业的现状就是企业不愿意接纳实习生进入企业工作，让精英和应用型人才的发展遇到了障碍。

2 教学模式与课程体系的改革

2.1 教学模式的改革196

篇（5）

中图分类号：TM76-4；G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0286-01

一、引言

电气工程及其自动化专业是一个工程性和基础性都很强的专业。电气工程的基础性决定了其具有很强的学科交叉和派生能力，如今的通信工程专业、电子信息工程专业、自动化专业、计算机科学与技术专业乃至生物医学工程专业都是从电气工程专业派生或再派生而形成，这些专业统称为电子与信息类专业而它们和电气工程专业一起又被统称为电类专业，电气工程专业是电子与信息类专业的母体，而这些专业的产生和发展又大大推动了电气工程专业的发展，这一特点就要求我们在制定专业培养方案时不能仅局限于电气工程自身而应兼顾整个电类专业，基于上述思想我们认为该专业的目标是：培养能够从事与电气工程有关的装备制造、系统运行、自动控制、信息处理、试验分析、研究开发、经济管理以及计算机应用等领域工作的应用型高级工程技术人才。

二、电气工程及其自动化的发展历史

希腊学者米利都是最早对电有认识的人，他观察用布摩擦琥珀后，会吸引如羽毛等轻小的东西。但是最早对静电有系统和科学的研究则是从17世纪开始的。17世纪的英国医生吉尔伯特所著的书中，对“电”进行了最早的论述，英语“E-lectric”一词即起源于希腊语 “Electrica”和拉丁语“Electrum”。随后，英国人格雷发现了电的导体和绝缘体。法国人杜菲在众多实验中发现，几乎所有物质都可以摩擦生电，并且他更仔细地发现，所产生的电有两种，带有异种电者会相互吸引，带有同种电者会相互排斥。

18世纪美国人富兰克林用“风筝实验”证明了电的存在。19世纪上半叶，安培安培发现电流的磁效、法拉第发现电磁感应定律。19世纪下半叶，电磁理论集大成者麦克斯韦尔的理论为电气工程奠定了基础。19世纪末到20世纪初，西方国家的大学陆续设置了电气工程专业。

1908年，南洋大学堂（交通大学前身）设置了电机专科，这是我国大学最早的电气工程专业，至今已有一个世纪。1920年，东南大学设置了电机工程系。1932年，清华大学设置了电机系。1949年后，我国出现了一大批以工科为主的多科性大学，也出现了一批机电学院，这些学院基本上都有电机工程系。1958年，在北京电力学校的基础上成立了北京电力学院，当时的电力工程系设有“发电厂电力网及电力系统专业”、“高压电技术专业”等，它们就是现在的“电气工程及其自动化专业”的前身。1961年，哈尔滨工业大学的发电教研室部分教师和学生并入北京电力学院，充实了该专业的力量。1961至1962年，哈尔滨工业大学又有发电、高压和电自三个专业的10名研究生转入北京电力学院，开启了研究生培养的先河。1977年，恢复高考后，大部分学校的“电机工程系”陆续改为“电气工程系”。1986年，国务院批准“电力系统及自动化”为博士学位授权学科。1988年，我国高校进行了大规模专业目录调整，将电工类专业和电子与信息类专业和电子与信息类专业合并为“电气信息类”，专业数大大减少，专业口径大大拓宽。

三、电气自动化技术专业学习的优势

1、安全性

随着国家制度法规的不断完善以及科学技术发展的日新月异，人身安全的重视程度了逐渐凸显。由于我国的工业自动化水平较低，使得一些较为危险的机器相当一部分是依靠人工操作的，一旦操作失误或者机器出现故障，容易带来极大的人身安全隐患。而自动化控制技术利用终端系统的操作，建立了选择程序，通过自动识别操作规范问题，及时停止电气操作或者切断电源，能极大程度的避免事故的发生。

2、效率高

作为科技发展的核心产物，电气自动化技术在处理数据信息的高速性和准确度上的优势是巨大的。其运行模式是由接收特殊指令的应用设备来完成最终的执行指令。对于不同的设备自动生成不同的指令，减少了错误率，加之传输速度很快，电气自动化系统的反馈校验功能，机器运行的高效以及精准度就越发明显，确保了运作的及时有效。

四、电气自动化教学成果特点

1、便捷性

电气自动化产品主要是把电子技术、计算机技术、网络技术等集于一个产品上，达到产品的功能自动化，这就给人们的生活带来了极大地便利，为社会节省了大量的人力物力，这在很大程度上促进了社会的进步和发展，推动了社会生产力的发展。

2、广泛性

随着人们生活水平的提高，人们对消费品的要求也越来越高，这就使自动化产品的市场很大，这个从大家日常生活中随处可见的此类产品可见一斑，比如人们每天所坐的公交车的车门、市民经常使用的电梯等，人们逐渐适应了这种自动化产品所带来的便利，这也使此类产品占据着很大的消费市场。

3、发展性

电气自动化产品的发展一般都与计算机的发展相配套，这是因为自动化的过程需要计算机来操作，随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电气自动化产品的发展会更加智能化，也就是自动化程度会更高，所能完成的任务量及速度也会更大和更快捷。

五、结语

电气工程及其自动化专业集电子技术、计算机技术、电机电器技术信息、网络控制技术及机电一体化技术等诸多专业技术于一体，是一门综合性较强的专业学科，能够适应各行各业的发展需求。该专业属于信息产业，被人们誉为朝阳产业，发展相当迅速，市场对专业人才的需求巨大，是当今高科技发展的新趋势。随着我国工业化进程的不断加快，电气工程及其自动化专业在工业中的应用越来越广泛，对推动我国工业发展发挥着重要作用。当今社会总的形势是国家综合实力不断增强、人民生活水平及需求不断提高，催生了自动化产品的大量普及，智能家居、智能交通等高新技术产品逐渐进入老百姓的家庭，为电气工程及其自动化专业的发展开创了广阔的发展前景。

参考文献

[1] 刘海蛟.《科技创新与应用》2013年.

篇（6）

一、实验及实践教学环节存在问题分析

电气工程及其自动化专业实验及实践教学环节一般分为三类：课程实验类、课程设计类、教学实习类。近些年，随着教育成本的提高，尤其民办高校教育经费的限制，以及办学经验不足等因素的限制，有些民办高等院校淡化了的实验及实践教学质量的提高，甚至忽视了此教学环节的重要作用，实验及实践教学环节成了理论教学的附属品。那么就不能顺应时代的发展潮流，更不能培养出适应社会需求的应用型本科人材。

结合本项目组老师的教学体会以及本项目的研究内容，在调查研究的基础上，分析现存实验及实践教学环节存在的问题如下。

1.课程实验的教学方法和教学内容单一

课程实验内容以验证性实验为主，很多教师采用多年不变的实践教学内容，教学内容陈旧，不能跟上新技术的发展，而学生又按部就班地做一样的实验，虽然学生为了获得平时成绩到实验室上课，但在课堂上几乎不动手，最后抄袭实验报告上交了事。学生缺乏基本的学习兴趣，无法调动和发挥学生学习的积极性和主动性，不利于学生的动手能力和创新精神的培养，不利于教学质量的提高。

2.课程设计及实习的教学考核内容不全面、不完善

课程设计及实习是本科教学过程中的重要实践教学环节，一般都是在学习完相关理论课程后，结合所学理论知识进行设计应用，或深入到生产实践中进行观察学习、实际操作，以达到理论与实践应用相结合的过程，是培养应用型人才不可或缺的教学环节。目前，很多高校实践在该环节的考核方式上比较简单，一般仅凭学生出勤情况、课程设计或实习中的表现以及最后提交的材料来评定学生的成绩，考核内容简单，没有与相关课程设计或实习的内容及实践课程的特点相结合，不能够客观评价学生的设计或实习效果，不能准确评价学生的能力和水平。缺少科学合理的考核测评指标体系，不利于实验及实践教学内容的改革。

3.教师的实践教学能力有待提高

电气工程及其自动化专业是实践性很强的专业，专业学习是螺旋式上升的过程，即理论-实践-再理论-再实践的提高过程。而目前很多教师，大多是由理论到理论的高学位的人才，但高学历不等于高技能，实际的专业实践教学能力比较薄弱，教师的动手能力与技术创新素质有待进一步提高。

4.校企双赢合作有待加强

技术创新是现代企业生存发展的源动力，企业需要技术创新，高校需要实践教学，要真正提高实践教学质量，校企合作是双赢的最佳途径。目前很多合作都流于形式，如何真正达到校企合作双赢，还需探讨。

二、实践教学体系的改革思路和对策

为了解决上述问题，切实提高实验及实践教学的实效性，从民办高等学校电气工程及其自动化专业学生的特点入手，构建科学合理的实践教学体系，只有这样，实验及实践教学才能真正落到实处，才能切实起到锻炼和培养高素质应用型人才的作用。

1.构建科学合理的实践教学体系

根据电气工程及其自动化专业的培养目标，对实践教学环节作精心梳理和研究，使各个实践环节和相应的理论教学密切衔接。以培养学生实践能力和创新能力为目标，遵循实践教学先基础后应用，构建科学合理的实践教学体系，如下图所示。

多年的教学实践证明，该实践教学体系有利于提高实验及实践教学的质量，对提高学生创新能力和培养学生综合素质起到了积极作用。采用了如下的方法：

整体优化课程体系与课程设置，构建合理的实践性教学体系，充实实践教学内容，明确能力培养目标；适当减少理论课教学学时，增加实验学时；重点学科基础课（如电子技术、单片机原理及应用等）、专业课的理论课与实验课内容，应有机的结合，尝试了理论课搬到实验室上课，边上课边做实验。

对重点的专业基础课和专业课，设置课程设计环节，重点增加设计、制作、调试环节，目标是培养专业技能和实践能力；同时加强对课程设计的选题、设计内容和指导能力等方面的研究与实践，提高教师指导课程设计的质量，提高学生工程实践与创新能力。

2.实验及实践教学效果要靠考核来检验。

实验及实践教学考核评价也必须充分考虑实验及实践教学的特点，细化评价内容，明确评价方法，增加考核模式的可操作性，以期彻底解决现有实验及实践教学考核模式存在的具体问题。

3.加强“双师型”的师资队伍建设，以及与企业合作建立实习基地

要提高实践教学质量，实验指导教师的工作不应只停留在一些验证性的实验上，而应花更多精力在提高学生工程观念和创新能力上。让更多既有深厚理论知识，又有丰富实践经验的教师到实验室中去。

针对民办高等学校实践教学经费不足，要加强与企业建立产学研实习基地，充分利用一切资源，优化改善技术创新条件，实现真正意义上的产学双赢。

三、新型实践教学体系的实践与效果

新型实践教学考核体系已进行了试点实践，取得了理想的效果。不但可以激发学生参与实验及相关实践教学环节的主动性，提高了出勤率，而且使学生综合运用知识分析问题、解决问题的能力得到增强，对学生学习相关课程起到促进作用。

学生的实践能力和水平明显提高，学生积极参加各类科技竞赛活动、小发明、小制作、课外科研活动，哈尔滨剑桥学院电气与电子工程学院学生自2008年以来，参加全国电子设计大赛、美新杯国际大学生物联网创新创业大赛、飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛、K-工具“挑战杯”黑龙江省大学生创业计划竞赛，全国“TRIZ”杯大学生创新设计大赛，累计共获各类奖项55项，其中获国家二等奖2项，国家优胜奖4项，国家三等奖1项，省一等奖6项，省二等奖8项，省三等奖34项。

本文研究提出的新型实践教学体系为高等学校实验及实践教学改革探索出一条行之有效的途径。但在实践教学的进程中，还有很多内容值得进一步研究，使实践教学体系更加完善。

参考文献：

[1]程金林，吴斌，等.高校实验教学考核模式的改革与实践[J].实验室研究与探索，2005，24（4）：76-78.

[2]吴鸿霞，胡学芝.电气工程及其自动化专业实践教学改革研究[J]. 黄石理工学院学报，2008，24（5）：59-70.

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【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）21-0103-01

一 电气自动化专业课程开发的基本内容和原则

1.课程开发的基本内容

工学结合教学模式有利于学生快速实现学校到职业的转变，缩短毕业生适应生产岗位的时间，而高职院校的职业教育就是要实现更好更快地就业，而学生从学校走向岗位并不是那么容易的。工学结合模式使学生在学校长期与企业接触，注重学生动手能力的培养，这有利于学生在毕业后能迅速融入就业岗位。同时，工学结合模式是检验高职院校教学水平的试金石，是高职院校进行课程开发的依据。

2.课程开发的原则

高职院校的专业目标已确定，即必须围绕其人才培养目标构建课程体系，而课程体系的结构、内容必须合理以实现教学目标。所以，高职院校的课程开发一般要遵循适应性、多元性、基础性、协调性原则，以培养应用型职业人才为目标，紧扣市场发展形势，构建与时俱进的教学体系，加强基础训练，开展多元化教学活动，提高学生的综合职业素质。

二 高职院校电气自动化专业课程开发现状

电气自动化专业是实践性非常强的专业，加上高职院校职业教育的特点，课程开发必须体现理论知识与技能培养的结合，提高学生的技能水平，促进学生顺利就业，为社会输送更多高素质的专业人才。目前，其课程开发主要存在两个方面的问题：开发动力不足、开发系统性差。

第一，开发动力不足。课程开发是一项非常艰辛的长时间的工程，需要教师付出许多时间和精力，努力研究学生特点、社会发展趋势、课程目标、教学情况等，进行系统的课程开发和建设。但是，电气自动化专业的课程非常多，教师不仅有繁重的教学工作，还有科研工作，这使教师很难抽出大量的时间进行课程开发。

第二，开发系统性差。课程开发是一个系统的问题，要解决的内容很多，如课程目标、学习领域的课程体系、课程门类、教学标准、评价标准、教学环境建设、师资力量等。就高职院校的电气自动化专业而言，其课程开发包括十几门课程开发，涉及领域广，课程开发不仅是单门课程的开发，而是多门课程的系统开发。而高职院校的课程开发投入过少、系统性不强。

三 课程开发的发展趋势和策略

1.发展趋势

第一，开发主体的多元化。工学结合模式下的高职院校电气自动化专业课程开发主体不应仅仅是学校的专业教师，还应有企业员工，使学习内容与工作内容紧密联系起来。所以，未来的课程开发主体应由专业教师、企业领导者、行业专家等人组成，共同进行课程开发，培养学生的职业素质，为社会输送更多高素质的应用型人才。

第二，开发内容的针对性。工学结合教学模式要求高职院校电气自动化专业课程内容开发必须将理论知识与生产岗位实际结合起来，理论知识不再是纯粹的课本上的知识，它必须具有非常强的针对性，让学生看到知识的应用，使学生在实践学习中深化理论知识，在实践中获取理论知识。

2.开发策略

第一，明确专业培养目标。从学生将来从事的岗位和岗位能力要求入手，分析电气自动化专业培养目标，并将其与高校、中职等学校的该专业培养目标进行对比分析，紧密结合高职院校的教学特点和教学深度，确定专业培养目标。

第二，归纳典型任务，确定行动领域。每一个岗位都有大量的工作任务，而学校的教学时间有限，只能选择其中的典型任务来开展教学活动。因此，课程中的课程内容开发就必须归纳典型任务，确定学生的行动领域。

第三，在课程开发中进行课程评价。课程评价贯彻教学过程始终，在教学活动中起着指挥棒的作用。课程评价应积极实现主体的多元化、内容的社会化，将过程评价与结果评价结合起来，将评价内容与职业资格鉴定结合起来。安排学生参加维修电工、电气安装等职业资格证书的考试。给学生的顶岗实习做出专业的工作鉴定书评价，在教学活动中努力提高学生的岗位适应能力。

四 结束语

随着工学结合教学模式越来越成熟和电气自动化行业的快速发展，高职院校领导和教师要认识到课程开发在提高教学质量上的重要作用，并积极加强与企业的合作，与企业技术人员和管理人员一起探讨课程开发与建设，构建行之有效的课程体系，为社会培养大量的高级技能人才。

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0141-02

一、引言

随着科技的日新月异，自动控制技术的应用与发展在社会各个领域已取得了丰硕成果。在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著进步。为了适应新形式下的人才培养需求，更好地满足我国新能源产业及电力行业的发展要求，石河子大学自开设电气工程及其自动化专业以来，一直将《自动控制原理》课程设为该专业本科生的专业基础课程。

《自动控制原理》是主要讲述控制系统的一般原理和方法论的课程。学生通过该课程的学习，能掌握自动控制方面的基本理论、基本知识和基本技能，以此为基础培养学生的分析和解决问题能力。培养学生从控制论的角度认识和理解系统问题，巩固基本概念和原理、分析和设计控制系统的技术和方法，锻炼基本的实验能力，促进学生养成理论联系实际的学风和实事求是的科学态度。

近年来，《自动控制原理》课程改革与实践工作也在逐步完善中。通过教材改革、授课教师讲课比赛、创建精品课程、多媒体课件大赛和开展双语教学等多种实践工作，不断丰富教学手段，积累教学研究成果。本文立足于综合创新型人才培养的思考和教学改革的必要性，深入解析了《自动控制原理》课程特性及教学过程中存在的若干关键问题，并结合笔者多年课程教学实践与体会，提出了几点课程教学改革举措及展望。

二、课程特性及关键问题分析

1.课程特性分析。《自动控制原理》课程的首要特性是其涉及的理论知识较多，覆盖的学科广及信息量大。在课程学习过程中，学生必须具备宽厚的数学基础，熟练掌握如微积分变换、拉普拉斯变换、Z变换及矩阵运算等数学工具。此外，面向电气工程及其自动化专业，尤其在建模阶段，课程既涉及物理与化学的基础知识，又涉及电气、机械工程等专业学科知识。因此，要求学生有扎实的数学功底和灵活运用知识解决实际问题的能力。《自动控制原理》也是一门综合性的课程，要求学生具有一定的自主设计控制系统的能力。其次，自动控制原理偏向于图形分析法的应用。课程大量使用图形与计算相结合的方法，要求学生具有一定的绘图能力，比如系统的动态连接框图、根轨迹、奈奎斯特图和伯德图等。虽然图形教学法具有直观性与形象化的优势，但传统板书教学耗时量较大，应结合计算机和多媒体技术提升教学效率。最后，《自动控制原理》是一门实践性很强的课程，其工程应用背景浓烈，在教学过程中，必须坚持理论与实践并重，将工程实例与理论教学紧密融合，拓展学生的工程实践思维，培养学生的工程实践能力，这才是《自动控制原理》课程教学改革的侧重点与落脚点。

2.课程教学存在的关键问题。鉴于上述课程特性分析，《自动控制原理》在教学方面存在一些亟需解决的问题。（1）《自动控制原理》课程理论性强，涉及面广，尤其在数学应用方面，抽象性强且计算复杂，教学困难。此外，随着自动化技术的发展，新方法与新问题层出不穷，迫使理论的教与学必须紧跟时代的需求，不断更新内容。如何从大量的数学论证逐渐侧重到工程应用中，为后续专业课程的学习及毕业设计和科研工作是至关重要的。（2）《自动控制原理》课程理论教学与工程实践很难完全同步。由于学生在课堂集中接触的是理论知识，对事物的认知与分析能力有限，很难主动挖掘和联系工程实际中存在的理论与应用问题。此外，随着控制理论自身的不断完善，控制对象的范畴也不断延伸，需要授课教师本身具有很高的专业素养。因此，理论知识与工程实践的严重脱节会造成学生的积极性与主动性不强，严重情况下还会引起课程重要知识点吃不透、想不深的问题。因此，面对“时间紧、内容多、理论难”的问题，传统的教学方法与方式已经完全不能满足《自动控制原理》的教学要求。为了更好地解决教与学、理论学习与实验实践等问题，《自动控制原理》的教学改革与实践措施必须不断完善。

三、教学改革措施初探

笔者根据多年的教学经验和课程总结，基于上述的课程特性分析及教学存在的关键问题，在如何优化课程教学主线、凝练教学内容、加强实践环节等方面进行了改革初探。

1.注重概念，由浅入深，优化教学主线。《自动控制原理》的授课内容应突出控制系统建模、分析与设计方法的讲授，着重于分析与设计理论的重要概念和方法论。在教学过程中，重视知识点的推导思路，淡化数学推导过程，由浅入深地贯穿所有知识点。在满足教学内容系统性的前提下，优化教学主线，注重知识点彼此间的关系。

2.精练课程内容，模块化知识结构，突显教学内容的系统性。考虑学生自身的专业水平、培养目标及实践平台等因素，优化教学内容。根据“自动控制理论”的知识结构特性，课程主要划分为三大模块：数学建模、控制系统分析法和设计原理，其中数学建模是理论基础，系统分析是课程核心，系统设计是控制的最终目标。在教学中必须突出知识的系统性，培养学生“模块化”与“系统化”思维。

3.理论与实践递进式教学。为了培养学生良好的学习素养，必须加强理论知识和工程实际紧密结合，教学既要注重理论知识的传授，又要结合一定的工程应用实例，强调控制系统的物理内涵与应用背景，深化学生对控制理论的认知和理解，培养良好的系统化与工程化的思维方式。

4.积极开展开放性实验，加强实践环节，提高工程应用能力。自“卓越工程师教育培养计划”启动以来，推动了教学改革的新。在教学过程中，充分利用工程分析的思维模式与手段，加强控制思想和工程背景的阐述。建立基于MATLAB/SIMULINK仿真环境的虚拟实验模式，增加综合性和设计性的实验项目。此外，以科研和竞赛为契机，提高实践动手能力，利用大学生创新实验室和开放式实验教学平台，积极鼓励大学生参加课外科技竞赛活动。通过与学生之间的沟通与探讨，从理论与实践、学习方法与科研态度、学习兴趣与价值观等方面全面提升学生的专业能力和科研素养。

四、结语

随着社会的进步和科技的发展，专业知识的更新和能力提升必须与时俱进。因此，课程教学改革和实践是势在必行的。本文探讨了面向应用型本科的《自动控制原理》课程的教学改革问题。通过改革，使课程的教学内容更符合专业的课程体系，教学方法和教学手段更突显专业的系统性和创新性，从而提升教学质量与效率，激发创新意识，提高解决工程实际问题的能力。

参考文献：

[1]郭爱文，周洪.“自动控制原理”课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2014，36（1）：11-12.

[2]张春慧，葛丽娟，宗哲英.面向机电类专业的《自动控制原理》课程教学改革探讨[J].教育教学论坛，2015，（34）：80-82.

[3]李红星，张大平.浅析自动控制原理课程的教学方法[J].钦州学院学报，2013，28（2）：87-89.

[4]谢林柏，徐颖秦.面向卓越计划的“自动控制原理”课程教学探索[J].中国电力教育，2013，（31）：91-92.

[5]刘金颂，张庆阳，苏晓峰，杨蕾.Matlab软件在自动控制原理实验中的应用[J].实验技术与管理，2014，31（6）：138-141.

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

ZHAO Mi，LU Min，CEN Hong-lei

篇（9）

中图分类号： U664 文献标识码： A

引言

伴随着科技的迅猛发展和人们生活环境的改善，人们对于洁净水源也提出了更高的要求。水是人们日常生活中不可或缺的重要资源，水处理自动化系统是否可靠稳定已经成了当前城市水资源管理部分重点关注的问题。信息技术和自动化控制技术的发展，提高了水处理控制的智能化程度，因为PLC和3C技术相结合具有较强的抗干扰性、稳定性、灵活性而成了水处理自动化系统中的主要控制部件，并有效提高了水处理自动化系统的智能化程度，减少了人力资源的投入。

一、污水处理厂自动控制系统设计原则污水处理厂自动控制系统为了实现被控对象的工艺要求，以提升生产效率和出水水质，在对控制系统进行设计时应遵循以下几项原则：(1)可靠性原则：污水处理与一个城市居民的身体健康和居住投资环境息息相关，所以设计的可靠性原则为所有原则之首。(2)技术成熟性原则：在设计的适合，不但要考虑满足设计的需要，还要重视使用较为成熟、先进、方便后期维护的设备和技术。(3)技术经济性原则：重视当前以及未来技术发展的需求，选择实用性强、兼容性好、性价比高的方案和设备配置。

二、污水处理控制系统设计与实现

（一）污水处理控制系统结构

依据污水处理工艺过程要求，为了使自动控制实现可靠性，系统采用分层控制结构。控制系统分三层结构和二级网络。三层结构有：设备层、数据采集层和监控层(中心控制室) 。其中，设备层主要由设置在各污水处理单元内的COD 监测仪、氨氮监测仪、PH 计、电流传感器等等设备组成；数据采集层由设置在现场的PLC 数据采集单元(下位机) 组成；监控层由设置在中心控制室内的操作站计算机(上位机) 及组态软件组成。现场每一种数据通过现场数据采集模块采集，并通过Profibus DP 现场通讯总线传送至中央控制室操作站进行集中监视和管理。二级网络主要有： PROFIBUS－DP 现场通讯总线和以太网。PROFIBUS－DP 现场通讯总线负责设备层和数据采集层之间的通讯和数据传输；以太网负责数据采集层和监控层之间的通讯和数据传输。系统的总体结构图如图1所示。

（图1 系统总体结构图 ）

（二）PLC的选择

污水处理自动控制系统要求PLC 的性能较高，首先，PLC是污水处理自动控制系统的核心，需具备稳定可靠的特点，可以预处理数据并进行集中传输，故障保护能力高；其次，控制分站中的控制器要具备可以独立控制分区各项任务的功能，如果监控站或者监控中心意外停止运行，相邻区域控制器也能进行数据信息交换；再次，如果某控制站中的控制量出现变化，就要根据预定方案采取措施，相应的调整相关区域设备。因此，必须要具备实现集中或独立工作方式，尤其是能在独立控制时实现与相邻控制器进行数据交换数据采集存储处理、容错等功能。综合考虑整个监控系统性能及运营周期等因素之后再选择适宜的设备，尤其在气候环境条件恶劣的情况下及规模相对较大的污水处理厂，必须选用性能更高的双机热备冗余PLC。

一般环境下或规模较小的污水处理厂，通常多使用SIMATIC S7系列标准机型作为现场控制器，对工业以太网与多种现场总线的支持性、系统开放性及兼容性都很好，采取远程智能分布式结构控制方式，可以符合污水处理自动控制系统对信号处理的不同需求。

（三）系统软件设计

1、PLC 程序设计

Step7 v5.4 是西门子S7－300 系列PLC的编程软件，支持梯形图编程、STL 语句表编程、I /O 模块布局配置、数据库编辑，且能进行程序的线上更改、监控及调试。PLC 具体程序控制流程图如图2所示。

（图2 PLC 程序控制流程图 ）

（三）组态软件设计

上位工控机软件运用北京亚控公司的组态王V6．55版本。组态王是专门为过程控制和现场监控而开发的监控系统组态软件，具有很好的数据处理能力和友好的用户界面，并提供了大量的数据库功能和在线帮助功能，因为它简单易学，具有丰富的工具箱、图库和操作向导，界面为全中文，所以深受国内广大用户的青睐，在电力、制冷、化工、机械制造、交通管理等领域已经被广泛应用。在任何应用场合，都能使用组态王快速构造出美观的监控和数据采集系统。现场生化曝气池运行工艺画面和日报表画面分别如图3、图4所示。

（图3现场生化曝气池运行工艺画面）

（图4 日报表画面）

三、污水处理厂的自动化系统中的问题

1、不能够精确地对程序进行控制，且运行人员的工作量没有减少。污水处理工艺较为复杂，一般是由多个子系统完成不同的过程,然而现行的计算机监控系统的控制只是针对某一个工艺过程,缺乏完善的联动程序实现多个工艺过程的控制，且没有实现其自动控制过程。

2、没有研制出具有人性化的计算机监控程序，所以缺乏操作性，使得自动化系统的效率未能提高。

网络设计滞后，缺乏可靠性，使得生产无法正常进行。现行的网络基本都属于星型网络，如果一个节点割断，就会影响到其他子系统的运行。

四、解决措施

1、在计算机的监控系统中需要研发出可以把多个工艺过程相连接的联动程序。比如自动控制格栅间及进水泵房；格栅间实现螺旋输送机先于格栅机打开,滞后于格栅机停，并能在监控软件中设定启停的间隔时间。

2、开发出具有人性化的计算机监控系统，便于操作人员的工作，能够促进多个指定画面的研发。

3、对污水处理厂的计算机监控系统中的网络结构进行改善,可采用光纤环网，这样则可以避免星形网络结构引发的问题，增强其可靠性。

五、污水处理过程的单元控制

（一）提升泵房运行以及控制

由于排水管网的实时调度难度比较大，所以要提高泵房就应运用合理的编组策略，要主动适应管网的涞水流量进行变化。泵选型的提升直接影响着编组策略，需要综合的考虑控制流量与能源效率的关系。在确定提升泵以后，其提升水量还要与提升出口液位、集水井液位以及格栅前液位具有一定的函数关系。提升泵的编组数学含义就是需要采用不同的编组的数字含义，就是要运用不同的编组形成的流量分段函数接近于连续变化的管网来水流量。

在工程施工过程中，一般情况下要依据集水井液位进行模糊的控制和分段控制，控制的效果会受到提升泵选型以及排水管网特性等一些因素的影响。 （二）初沉池的运行以及控制

初沉池的运营会极易受水量波动的影响，从而使泥层的厚度以及初沉出水的水质发生改变。初沉池的控制参数也主要是排泥量及其停留时间，降低排泥量、延长停留的时间有对于难降解有机质在初沉池的泥层中进行水解以及发酵反应有帮助，可以提升初沉池的出水有机质的浓度以及易降解组分的比例，大部分都是被应用在进水碳源含量相对较低的情况。

（三）生化处理单元的运行以及控制

生化处理单元的过程参数主要有内回流以及曝气量等，过程的主要特征是滞后性明显、惯性较大，很难精细的对其进行控制。目前，较成熟的对策就是以曝气量以及管道压力作为中间变量的串级反馈的控制算法。串级反馈结构主要是分离了相对较快的曝气过程以及相对缓慢的氧传质以及消耗的过程，而且还能够较好的实现溶解氧浓度的稳定控制情况。此外，还有很多关于模糊控制、专家系统以及神经网络等溶解氧的控制算法的研究成果，还可以在工程的实践过程中进行尝试以及完善。

内回流的控制与水负荷情况息息相关，依据进水的水质和水量情况特点，对内回流泵进行动态的调节，可以在一定的条件下对其总氮的去除效果进行改善。

（四）二沉池的运行以及控制

二沉池的控制过程主要包含外回流、泥位以及排泥量。控制二沉池的泥位进行可以获取较为稳定的泥水分离的效果，可以对二沉池出水的水质量进行改善。对外回流的控制可以对系统内的活性污泥浓度进行改变和控制，从而获取稳定的污泥负荷或者是生物量。对排泥量的控制可以考虑改变系统的污泥龄。

同时二沉池的控制还需要综合、统一的和生化单元的控制进行考虑，可以依据进水流量的整体变化，时的预警和判断泥位，对于排泥泵和回流泵进行及时和有效的控制。

（五）化学除磷过程的运行以及控制

由于生物的除磷过程有一定的局限性，污水的处理厂还常常需要增加化学的除磷单元对出水的总磷进行控制实现达标。目前，一般所采用恒量的投加化学除磷药剂的方式和方法，极易导致药剂的浪费或者是影响污泥的活性等。化学除磷的控制技术通常都包含磷符合前馈控制技术以及出水磷浓度的反馈控制技术等等。在进行控制的策略方面，可以依据有关工艺的特点选择合适的加药点，分析化学药剂的性能，从而再依据磷的浓度或者是符合的变化对药剂的投加量进行动态的控制。

（六）深度处理单元的运行以及控制

深度的处理单元主要包含过滤、消毒以及高级氧化等其他工艺，一般都是成套化的设备，具备独立的控制系统。目前，深度处理单元的水力学控制技术相对较为成熟，然而在水质学的控制方面还有很多不足之处，还不对污染物的去除量进行准确的估计此外，要是还需要在整个工艺过程中只能对污染物的去除比例进行合理的分配，这就需要统筹的对整个流程进行考虑。

六、污水处理工艺的整个流程控制策略

为了可以实现对整个流程的控制，需要有效的对以下问题进行解决。

（一）进一步发展和完善单元的控制技术

单元的控制技术是整个流程控制的基础。目前，提升泵房控制以及溶解氧等控制单元的过程控制技术，紫外线消毒以及深度处理滤池等设备控制技术也已经在大型的污水处理厂有了较为广泛的应用。其他的单元控制技术还是需要进一步结合工程的实际情况加以完善，从而提高技术的使用性。

（二）提高在线仪表的可靠性

要开发新型的过程类仪表。在线的水质测量仪表的价格比较昂贵，维护起来也有些困难，而且其可靠性不足，这些都对我国城市污水处理厂实现实时控制技术形成了制约。因此，这就需要可以提高在线水质仪表的质量以及国产化的水平，从而改变运行人员对在线所测定的水质数据的信心不足问题。此外，由于水质参数主要是状态变量，还不可以快捷和直观的对过程特征进行反映，因此还需要推广在线沉降速率仪、在线呼吸速度仪等价格低廉的新型过程类的仪表，进而适应过程控制的需要。

（三）对不同系统便捷的工艺优化运行策略进行研究

污水处理系统的控制对策主要可以分为生化单元控制、厂网联合优化运行以及污水处理工艺优化运行三个层次。不同的系统边界所产生的优化结果往往不同，因此，就需要详细的对工艺进行分析，从而得到主要矛盾选取合适的边界进行研究以及示范。

结束语

伴随信息技术的发展，我国污水处理厂的程序开始大量引进自动化技术。通过运用自动化系统，可以实现污水处理的无人无人值守全自动控制。因此自动化系统也就成了现在污水处理的关键，需要注重研制出有效的、科学的、合理的计算机监控系统，使污水处理可以更加有效。

参考文献：

[1]常帅. 自动控制系统在污水处理厂中的应用[J]. 科技资讯,2009,06:122.

[2]姜西羚,庞晶晶. 基于PLC的污水处理厂自动控制系统[J]. 建筑电气,2009,06:48-50.