建筑电气与智能化专业现场总线技术课程教学改革探索

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摘要：依据专业规范，分析了建筑电气与智能化专业现场总线技术课程的特殊教学要求，进行了教学改革探索。教学改革依托省级实验实训中心，结合专业技能竞赛，开发了软件实验仿真平台，强化了实践教学环节，培养了学生工程设计能力，提高了教学质量。

关键词：建筑电气与智能化；现场总线；教学改革；工程设计

中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)10-2286-03

Exploration of Teaching Reforms in Fieldbus Technology of Building Electrical and Intelligent Engineering

YANG Ya-long

(School of Electronic & Information Engineering, Anhui University of Architecture, Hefei 230022, China)

Abstract: According to the personnel training plan, analyzing the special requirements for the course of fieldbus technology in Building Electrical and Intelligent Engineering and exploring the teaching reforms. Based on experiment and training center and skill competition, an experiment simulation platform is developed and the practical teaching is strengthened. The ability of students in engineering design and the teaching quality have been improved through the reforms.

Key words: Building Electrical and Intelligent Engineering; fieldbus; teaching reforms; engineering design

随着信息化技术的发展，建筑业与信息技术紧密结合是大势所趋，从业人员需要掌握更高要求的建筑智能化专业知识。为满足社会对专业人才的需求，2006年教育部和原建设部共同审核并批准了智能建筑新专业“建筑电气与智能化”，该专业一经批准设置便得到国内高校的广泛关注[1]。安徽建筑工业学院是首批开办此新兴专业的高校之一，旨在为我国建筑电气与智能化行业培养专业人才。现场总线技术是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线技术，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，广泛用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连[2]。因此，“现场总线技术”课程是机电、自动化、测控、建筑电气与智能化等专业的一门非常重要的专业课程，它具有理论密切联系实际、工程实践性强、知识内容庞大、知识不断更新等特点。2011年，按照教育部全国高等学校建筑电气与智能化学科专业指导小组新制定的专业规范我校重新修订了建筑电气与智能化专业培养计划，现场总线技术课程的教学大纲与实验大纲也做了大幅度调整，使其更加符合建筑电气与智能化专业教学的特色。

1改革教学内容，适应专业发展

教学内容改革是课程教学改革的首要任务。现场总线技术发展迅猛，常用的形成标准且具有一定影响力的现场总线有几十种，而且每年还在不断地递增[3]，因此，现场总线技术课程是一门知识更新很快的课程，包含内容十分广泛，课堂上除了介绍现场总线技术的基本原理，也只能选择几种最有代表性的现场总线加以学习。值得注意的是现场总线技术具有非常明显的行业特点，不同行业常用的现场总线标准不同，例如CAN总线主要应用在汽车领域，Lonworks总线主要应用在楼宇控制领域等。现场总线技术是自动化专业传统的专业课程，目前教材大多针对自动化专业学生培养而编写，因此对于代表性现场总线的选择并不从行业特色出发，大都讲解应用最广泛的总线技术，如CAN总线、Profibus总线、Lonworks总线、FF总线、HART总线等。然而，建筑电气与智能化专业具有非常明显的行业特色，它培养智能建筑相关人才，目前应用于楼宇控制的主要现场总线是Lonworks总线、BACnet总线和KNX总线，CAN总线与工业以太网也有部分应用。由于现有教材内容与专业需求不相符，如果只按照教材教学，会出现有用的知识学生接触不到，而学到的东西有部分对本专业没用的情况，不利于学生的培养。针对这些问题，首先，在教学过程中迅速将国内外总线技术的发展动态、国际、国内和行业新规范、新标准整理归纳到教学内容中去；其次，注重教学目的性和适用性，根据建筑电气与智能化专业特点调整教学内容，减少不相关总线技术的讲解，增加并重点讲解BACnet、KNX等与行业密切相关的总线知识；再次，根据专业规范，剖析专业培养的能力结构，形成合理的教学内容构架，使学生通过学习能够获掌握现场总线基本概念、基本原理和基本设计方法，培养学生工程设计的能力，为以后的学习、创新、工程设计和科学研究工作打下扎实的理论与实践基础。

2改革教学方法，提高教学质量

教学方法是为达到教学目标而开展的教学活动总和。“教必有法，教无定法”。在教学过程中，我们针对本课程涉及知识面宽、 内容复杂且理论知识多等特点，讲授时不断注意变化教学方法，在课前充分准备、精心组织设计。

2.1联系实际，合理采用多媒体教学

《现场总线技术》是一门应用性很强的课程，在传统的板书授课模式下，老师只靠一块黑板、一张嘴的教学方法，完全是纸上谈兵，不仅费时费力，学生也很难懂，教学效率低下。如果结合建筑施工现场实际进行教学，虽然能提高学生学习兴趣，但在目前课程内容多、课时少的情况下，难以完成教学内容。为使学生能在有限时间内学到更多的知识，合理采用多媒体教学，在课件中增加图片与多媒体资料。一方面可以在限定的学时内增加教学内容，提高课堂教学的信息量与质量；另一方面，通过观看建筑施工现场的操作录像.让学生身临其境感受现场氛围，远程捕捉现场总线在智能楼宇中的施工方法。

2.2结合课程内容，选择教学方法

每门课程有自己的特点，所以它们的教学方法是不一样的，要根据课程特点来选择教学方法[4]。现场总线技术课程所采用的教学方法很多，比如项目教学法、案例教学法、启发式教学法、“教、学、做”一体教学法、行为教学法、现场教学法、任务驱动教学法、易位教学法等。教学方法都有各自的优点，应根据教学内容的差异采用不同的教学方法，利用不同教学方法的特点，培养学生的动手能力、实际操作能力，提高学生独立分析和解决问题的能力。在教学过程中，根据学生的实际情况和信息反馈，现场总线技术课程不同的教学章节采用不同的教学方法。比如在讲解现场总线理论知识的时候，注重启发式教学法的运用；在讲解现场总线控制系统时，采用案例教学法；在讲解常用现场总线在智能建筑中的应用时，采用项目教学法等。另外注重学生信息的反馈，采用多种方式与学生讨论、交流，获取学生的学习情况，提高教学效果。

3强化实践环节，培养工程能力

3.1结合技能大赛，提高工程能力

建筑电气与智能化专业学生学习现场总线课程旨在让其学会合理选用不同类型的现场总线连接各种智能化设备，实现楼宇智能化。因此，在工程实践中主要是结合楼宇的某种智能化要求，进行项目设计，画出设计图，选取适合控制要求的现场总线类型，然后进行安装、网络连接与调试。楼宇智能化监控的上层计算机一般选用组态软件与总线网络进行连接，通过组态界面、接口程序的编写，实现远程计算机监控，满足智能化要求。因此，开展工程实践，需要学生有较好的现场总线控制网络设计能力、电气设备控制设计能力和组态软件编程能力等，是对学生所学软硬件知识的综合考验。

图1楼宇工程实践模拟平台

为提高学生工程实践能力，我校结合建筑电气与智能化专业目前全国最高规格的大学生技能竞赛“亚龙杯”全国大学生智能建筑工程实践技能竞赛开展实验实训教学。竞赛在如图1所示的楼宇工程实践模拟平台上进行，要求学生以模拟平台作为智能楼宇对象，给出楼宇智能化子系统，如智能照明子系统、视频监控及周边安防子系统等的设计方案，按照设计方案合理选择器件在平台上安装，同时利用组态在计算机上编程实现远程监控，设计中会用到Lonworks总线等现场总线的软硬件知识。目前我校现场总线技术课程的教学与竞赛紧密结合，学生学完相关知识后，在课堂上进行分组，每组4-5人，组成一个设计团队，每组学生自主选择感兴趣的课题，按照课题内容设计楼宇智能化子系统中的现场总线系统，然后在课堂集中讨论各组设计的优缺点，并进行指导和评比。学生修改设计方案符合要求后，让其按照设计内容在规定时间内实际在模拟平台上操作，按大赛的评分标准打分并计入实验成绩，设计与操作成绩优秀的同学优先推荐加入竞赛的选拔。这样的教学方式下，竞争与协作并存，极大程度上调动了学生学习的积极性，提高了学生的工程能力，取得了良好的教学效果。我校建筑电气与智能化专业的学生已连续两届夺得了“亚龙杯”全国大学生智能建筑工程实践技能竞赛特等奖，更证明了教学方式的可行性与先进性。

3.2注重实验教学，增强课程实训

实验教学是高等教育体系的重要组成部分，通过科学实验训练，可以使学生强化所学理论知识、熟练掌握仪器设备基本操作方法，提高学生动手和创新能力。现场总线技术课程的实验教学环节在整个教学过程中占据非常重要的位置。现场总线课程依托我校省级“楼宇控制与节能优化实验实训中心”现场总线技术实验室开展实验教学，目前课程开设的项目有：现场总线认识实验、串行通信接口实验，CAN总线智能节点设计实验、Lonworks智能控制网络设计实验、BACnet总线控制系统设计实验等。此外，实验教学 还开设了楼宇控制相关的综合性实验项目，在实验中培养学生动手能力。目前，现场总线技术实验教学在全国大部分高校都存在硬件设备不齐全、较落后且实验台套数不够的问题，这是由于现场总线设备价格较高，开设现场总线技术的专业多，因而学生人数较多的原因。我校同样也面临这样的问题，为此笔者利用组态软件开发了一套面向建筑电气与智能化专业的现场总线实验仿真平台，如图2所示。利用该平台，学生可以先进行现场总线系统的仿真搭建，熟悉现场总线如何应用于楼宇控制环境，后再在硬件系统上实际动手操作，这样软硬结合的实验教学方式，既缓解了实验室硬件设备难以与学生人数匹配的问题，又锻炼了学生软件编程的能力，可谓一举两得。

图2现场总线技术实验仿真平台

通过教学实践证明，在教学中充分激发学生学习的积极性，运用现代化教学手段，精心安排教学内容，结合实际加强学生设计与工程能力的培养，就能获得良好的教学效果。作为现场总线技术课程的教师，我深切感受到对于多专业适用的课程，只有切实分析各专业学生的学习需求，有区分度的进行教学，注重实验实训，才能有的放矢，真正为国家培养出合格的人才。

参考文献：

[1]全国高等学校建筑电气与智能化学科专业指导小组.建筑电气与智能化专业规范[Z].2011.

[2]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].2版.北京:清华大学出版社,2008.

[3]陈勇,张昌华,刘群英.“现场总线技术"课程研究型教学方案的探讨[J].中国电力教育,2009(7):85-87.

[4]苏丽,兰海.试论研究型教学模式――基于培养高级应用型人才的视角[J].黑龙江高教研究,2008(12):175-176.