基于CDIO的《工業現場總線及監控工程應用實訓》課程建設與實踐

徐金瑜+羅敏+劉凌云+李慧玲

【摘要】針對自動化專業課程主要以理論教學加實驗教學的“1+1=2”的傳統模式，結合我校自動化專業人才培養方向，提出基于CDIO的“項目導向、任務驅動”實訓教學方法，并應用于理論實踐一體化課程《工業現場總線及監控工程應用實訓》中，在學生與其他課程評價及實踐證明，該教學方法取得了較好的效果。

【關鍵詞】CDIO 課程建設 現場總線 監控工程

【基金項目】湖北省自然科學基金（2014CFB348）

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】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，注重培養學生的實踐能力和創新精神，我校電氣與信息工程學院自動化系于2016年對自動化專業人才培養方案進行了完善和優化升級，專業培養以東風汽車公司各專業廠、自動化工程實訓中心及專業實驗室等實訓基地為支撐，結合課外科技實踐活動，實行一年級基礎訓練、二年級能力訓練、三年級專業訓練、四年級工程訓練，將應用能力的培養貫穿學習的全過程。其中《工業現場總線及監控工程應用實訓》（以下簡稱“《工控實訓》”）課程建設與改革是為形成傳感器技術、PLC技術、現場總線技術、上位機技術為主線的制造業信息化方向系列課程環節之一。

自動化專業課程教學方法，大多采用以“教”為主，教師占用了大量的課堂時間，把具體的知識點傳授給學生，忽視學生主觀能動性的發揮，導致學生缺乏獨立自學能力，實踐能力匱乏[1-2]。

CDIO指導思想是：以工程設計任務為導向，以培養個體能力（包括終身學習能力和實踐能力）、團隊能力和系統的適應與調控能力為主要目標，強調掌握深厚的工程基礎知識，強調培養個人職業技能與人際溝通的技能，強調培養綜合創新能力[3]。結合CDIO指導思想以及我校自動化專業在制造業信息化課程方面所做的改革與實踐，本文就《工控實訓》課程內容的創建、實踐教學平臺的建設以及實訓項目的設計進行探索。

二、《工控實訓》課程建設

《工控實訓》課程是自動化專業的本科生的一門專業課，具有很強實踐性的課程。它包含兩部分內容，上篇是西門子PLC基礎知識、自由口通信、Modbus通信、MPI通信、Profibus通信、工業以太網通信等網絡通信技術，下篇是西門子WinCC監控系統設計。學生不僅要掌握通信技術原理、HMI監控系統架構等理論知識，同時還要具備相應解決軟硬件配置及組態的實際問題能力。

1.教學內容以及實訓項目的設計

《實訓》課程為2.0學分，48學時，其中包含理論學時24H，實驗學時24H。每周上一次課，一次安排4學時，一共進行12周。其中理論教學內容劃分為11個實訓單元模塊，包含“西門子PLC及其編程環境認識”、“西門子HMI及其編程環境認識”、“上位機西門子監控軟件認識”、“Profibus通信認識”、“Profinet通信認識”、“Ethernet通信認識”、“WinCC與仿真平臺軟件環境搭建及WinCC的系統組態”、“變量創建與監控畫面組態”、“過程值歸檔”、“消息報警”、“數據庫與用戶管理”。因“變量創建與監控畫面組態”實訓單元模塊理論教學內容較多，拆分為2個子項目，其他實訓單元模塊各對應一個實驗子項目，實驗教學共計12個子項目，其中6個為驗證性實驗，6個為設計性實驗。

2.基于CDIO教學法的引入

2.1“項目導向、任務驅動”實訓教學法

采用實訓項目的問題驅動啟發式教學方法，在知識點的講解過程中采用“引出問題，分析問題，解決問題”的問題驅動啟發式教學模式。從生動的項目實例中引入《工控實訓》課程中相應的知識點，分析每一個實訓課題中涉及到的通信或組態問題，運用啟發、對比、舉例和實例動態演示等方法深入淺出地講解該知識點所涉及的原理及操作方法。然后再給出需要學生去獨立完成的實訓任務，僅4學時是無法全部完成的，所以會要求學生在下周上實訓課程之前的一周內完成本次實訓任務并驗收。實驗室開放，學生可以在平時下課之后或者周末在實驗室進行實訓任務。

2.2 編制并完善《實訓問題手冊》

每個實驗前老師都先在實驗室實際操作一遍，并站在學生視角，總結實驗過程中其可能經常會遇到的問題，組織編制了《實訓問題手冊》V1.0版本；在《實訓》課程教學過程中，激發學生積極發現問題，并鼓勵其主動解決問題，同時讓學生也參與到《實訓問題手冊》的編制行動來，逐步充實和完善《問題手冊》的內容（截止目前已形成V2.0版本，后續教學過程仍會繼續完善）。該《問題手冊》是本《工控實訓》課程寶貴的資料與經驗積累，更重要的是為后續新學生的學習起到了資源共享的積極示范作用。

3.課程評價體系建設

《工控實訓》課程的評價體系建設包括兩個模塊：卷面考試、實驗總評。卷面成績滿分100分，占課程總評成績40%；實驗總評成績滿分10分，占課程總評成績60%。

卷面考試內容進行了初步探索，題型涉及填空題、選擇題、簡答題、程序編寫等，試題內容不僅涵蓋理論教學考察，同時更注重實驗操作內容的考察。因為在實驗環節中，按照兩人一組合作進行，存在少部分學生學習態度不端正，依賴同組成員的現象，為此，通過卷面考試環節進一步檢驗每一位學生的實際操作掌握效果。

實驗總評成績包含兩個子模塊：平時成績、實訓報告成績，權重各占50%。12個實訓子項目分別設計評分標準，最終實驗總評成績取12項實驗成績的平均值。其中：

（1）平時成績從三個維度進行評價定分，“平時考勤”維度、“驗收時效”維度、“驗收效果”維度。每個維度按照10分制打分，最后按照權重比1：2：3核算。

（2）實訓報告成績從兩個維度進行評價定分，“提交時效”維度、“報告內容”維度。每個維度按照10分制打分，最后按照權重之比1：2核算。

三、結論

本文對我校自動化專業制造業信息化課程《工業現場總線及監控工程應用實訓》建設及實踐進行了探討，將CDIO模式應用于理論實踐一體化課程中，培養了學生對專業知識的主動性、實踐性、探索性，為培養“工程應用”型人才提出了切實可行的新思路。

參考文獻：

[1]余久久.項目教學法在高職院校開展的幾點探討[J].皖西學院學報，2010，26（1）：42.

[2]張璇.結合CDIO教育理念與案例教學進行教學探索與實踐[J].教育與教學研究，2008，24：152-157.

[3]顧春琴等.面向CDIO的《數據結構》教學改革與實踐[J].現代計算機，2010（13）：30-31，42.-44.