基于CDIO的《工業(yè)現(xiàn)場總線及監(jiān)控工程應(yīng)用實(shí)訓(xùn)》課程建設(shè)與實(shí)踐

徐金瑜+羅敏+劉凌云+李慧玲

【摘要】針對自動化專業(yè)課程主要以理論教學(xué)加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“1+1=2”的傳統(tǒng)模式，結(jié)合我校自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方向，提出基于CDIO的“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動”實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法，并應(yīng)用于理論實(shí)踐一體化課程《工業(yè)現(xiàn)場總線及監(jiān)控工程應(yīng)用實(shí)訓(xùn)》中，在學(xué)生與其他課程評價(jià)及實(shí)踐證明，該教學(xué)方法取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】CDIO 課程建設(shè) 現(xiàn)場總線 監(jiān)控工程

【基金項(xiàng)目】湖北省自然科學(xué)基金（2014CFB348）

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）01-0098-01

一、引言

作為全國唯一以汽車命名的省屬高校，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，我校電氣與信息工程學(xué)院自動化系于2016年對自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了完善和優(yōu)化升級，專業(yè)培養(yǎng)以東風(fēng)汽車公司各專業(yè)廠、自動化工程實(shí)訓(xùn)中心及專業(yè)實(shí)驗(yàn)室等實(shí)訓(xùn)基地為支撐，結(jié)合課外科技實(shí)踐活動，實(shí)行一年級基礎(chǔ)訓(xùn)練、二年級能力訓(xùn)練、三年級專業(yè)訓(xùn)練、四年級工程訓(xùn)練，將應(yīng)用能力的培養(yǎng)貫穿學(xué)習(xí)的全過程。其中《工業(yè)現(xiàn)場總線及監(jiān)控工程應(yīng)用實(shí)訓(xùn)》（以下簡稱“《工控實(shí)訓(xùn)》”）課程建設(shè)與改革是為形成傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、上位機(jī)技術(shù)為主線的制造業(yè)信息化方向系列課程環(huán)節(jié)之一。

自動化專業(yè)課程教學(xué)方法，大多采用以“教”為主，教師占用了大量的課堂時(shí)間，把具體的知識點(diǎn)傳授給學(xué)生，忽視學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮，導(dǎo)致學(xué)生缺乏獨(dú)立自學(xué)能力，實(shí)踐能力匱乏[1-2]。

CDIO指導(dǎo)思想是：以工程設(shè)計(jì)任務(wù)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)個(gè)體能力（包括終身學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力）、團(tuán)隊(duì)能力和系統(tǒng)的適應(yīng)與調(diào)控能力為主要目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)掌握深厚的工程基礎(chǔ)知識，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)個(gè)人職業(yè)技能與人際溝通的技能，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)綜合創(chuàng)新能力[3]。結(jié)合CDIO指導(dǎo)思想以及我校自動化專業(yè)在制造業(yè)信息化課程方面所做的改革與實(shí)踐，本文就《工控實(shí)訓(xùn)》課程內(nèi)容的創(chuàng)建、實(shí)踐教學(xué)平臺的建設(shè)以及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)進(jìn)行探索。

二、《工控實(shí)訓(xùn)》課程建設(shè)

《工控實(shí)訓(xùn)》課程是自動化專業(yè)的本科生的一門專業(yè)課，具有很強(qiáng)實(shí)踐性的課程。它包含兩部分內(nèi)容，上篇是西門子PLC基礎(chǔ)知識、自由口通信、Modbus通信、MPI通信、Profibus通信、工業(yè)以太網(wǎng)通信等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，下篇是西門子WinCC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。學(xué)生不僅要掌握通信技術(shù)原理、HMI監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)等理論知識，同時(shí)還要具備相應(yīng)解決軟硬件配置及組態(tài)的實(shí)際問題能力。

1.教學(xué)內(nèi)容以及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

《實(shí)訓(xùn)》課程為2.0學(xué)分，48學(xué)時(shí)，其中包含理論學(xué)時(shí)24H，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)24H。每周上一次課，一次安排4學(xué)時(shí)，一共進(jìn)行12周。其中理論教學(xué)內(nèi)容劃分為11個(gè)實(shí)訓(xùn)單元模塊，包含“西門子PLC及其編程環(huán)境認(rèn)識”、“西門子HMI及其編程環(huán)境認(rèn)識”、“上位機(jī)西門子監(jiān)控軟件認(rèn)識”、“Profibus通信認(rèn)識”、“Profinet通信認(rèn)識”、“Ethernet通信認(rèn)識”、“WinCC與仿真平臺軟件環(huán)境搭建及WinCC的系統(tǒng)組態(tài)”、“變量創(chuàng)建與監(jiān)控畫面組態(tài)”、“過程值歸檔”、“消息報(bào)警”、“數(shù)據(jù)庫與用戶管理”。因“變量創(chuàng)建與監(jiān)控畫面組態(tài)”實(shí)訓(xùn)單元模塊理論教學(xué)內(nèi)容較多，拆分為2個(gè)子項(xiàng)目，其他實(shí)訓(xùn)單元模塊各對應(yīng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)教學(xué)共計(jì)12個(gè)子項(xiàng)目，其中6個(gè)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，6個(gè)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2.基于CDIO教學(xué)法的引入

2.1“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動”實(shí)訓(xùn)教學(xué)法

采用實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的問題驅(qū)動啟發(fā)式教學(xué)方法，在知識點(diǎn)的講解過程中采用“引出問題，分析問題，解決問題”的問題驅(qū)動啟發(fā)式教學(xué)模式。從生動的項(xiàng)目實(shí)例中引入《工控實(shí)訓(xùn)》課程中相應(yīng)的知識點(diǎn)，分析每一個(gè)實(shí)訓(xùn)課題中涉及到的通信或組態(tài)問題，運(yùn)用啟發(fā)、對比、舉例和實(shí)例動態(tài)演示等方法深入淺出地講解該知識點(diǎn)所涉及的原理及操作方法。然后再給出需要學(xué)生去獨(dú)立完成的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，僅4學(xué)時(shí)是無法全部完成的，所以會要求學(xué)生在下周上實(shí)訓(xùn)課程之前的一周內(nèi)完成本次實(shí)訓(xùn)任務(wù)并驗(yàn)收。實(shí)驗(yàn)室開放，學(xué)生可以在平時(shí)下課之后或者周末在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

2.2 編制并完善《實(shí)訓(xùn)問題手冊》

每個(gè)實(shí)驗(yàn)前老師都先在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作一遍，并站在學(xué)生視角，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中其可能經(jīng)常會遇到的問題，組織編制了《實(shí)訓(xùn)問題手冊》V1.0版本；在《實(shí)訓(xùn)》課程教學(xué)過程中，激發(fā)學(xué)生積極發(fā)現(xiàn)問題，并鼓勵(lì)其主動解決問題，同時(shí)讓學(xué)生也參與到《實(shí)訓(xùn)問題手冊》的編制行動來，逐步充實(shí)和完善《問題手冊》的內(nèi)容（截止目前已形成V2.0版本，后續(xù)教學(xué)過程仍會繼續(xù)完善）。該《問題手冊》是本《工控實(shí)訓(xùn)》課程寶貴的資料與經(jīng)驗(yàn)積累，更重要的是為后續(xù)新學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了資源共享的積極示范作用。

3.課程評價(jià)體系建設(shè)

《工控實(shí)訓(xùn)》課程的評價(jià)體系建設(shè)包括兩個(gè)模塊：卷面考試、實(shí)驗(yàn)總評。卷面成績滿分100分，占課程總評成績40%；實(shí)驗(yàn)總評成績滿分10分，占課程總評成績60%。

卷面考試內(nèi)容進(jìn)行了初步探索，題型涉及填空題、選擇題、簡答題、程序編寫等，試題內(nèi)容不僅涵蓋理論教學(xué)考察，同時(shí)更注重實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容的考察。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，按照兩人一組合作進(jìn)行，存在少部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，依賴同組成員的現(xiàn)象，為此，通過卷面考試環(huán)節(jié)進(jìn)一步檢驗(yàn)每一位學(xué)生的實(shí)際操作掌握效果。

實(shí)驗(yàn)總評成績包含兩個(gè)子模塊：平時(shí)成績、實(shí)訓(xùn)報(bào)告成績，權(quán)重各占50%。12個(gè)實(shí)訓(xùn)子項(xiàng)目分別設(shè)計(jì)評分標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)驗(yàn)總評成績?nèi)?2項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成績的平均值。其中：

（1）平時(shí)成績從三個(gè)維度進(jìn)行評價(jià)定分，“平時(shí)考勤”維度、“驗(yàn)收時(shí)效”維度、“驗(yàn)收效果”維度。每個(gè)維度按照10分制打分，最后按照權(quán)重比1：2：3核算。

（2）實(shí)訓(xùn)報(bào)告成績從兩個(gè)維度進(jìn)行評價(jià)定分，“提交時(shí)效”維度、“報(bào)告內(nèi)容”維度。每個(gè)維度按照10分制打分，最后按照權(quán)重之比1：2核算。

三、結(jié)論

本文對我校自動化專業(yè)制造業(yè)信息化課程《工業(yè)現(xiàn)場總線及監(jiān)控工程應(yīng)用實(shí)訓(xùn)》建設(shè)及實(shí)踐進(jìn)行了探討，將CDIO模式應(yīng)用于理論實(shí)踐一體化課程中，培養(yǎng)了學(xué)生對專業(yè)知識的主動性、實(shí)踐性、探索性，為培養(yǎng)“工程應(yīng)用”型人才提出了切實(shí)可行的新思路。

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