CDIO导向的自动化生产线课程实践教学体系

龙慧

摘要：为更好地培养符合企业要求的機电类工程人员，解决高职機电一体化毕业生工程能力与创新能力较低等问题，分析高职機电专业自动化生产线的课程体系结构，提出构建5层金字塔CDIO的实践教学模型。通过阐述教学理念、实践场所、实践主体、实践培养评价機制以及课程，深层次拓展5个方面的实践教学改革，研究实践教学主体CDIO能力培养、工程化教学课程体系以及评价機制。

关键词：金字塔模型；实践教学；CDIO；教学改革

文章编号：1672-5913（2013）07-0050-04

中图分类号：G642

自动化生产线课程是高职機电、电气工程等专业的专业应用课程，课程内容涵盖了大学多个年级的专业课程，是一门大幅提高学生动手能力和综合实践能力的课程。在高职、高专的教学中，实践教学是学生获得实践能力和综合职业能力的主要途径和手段，能够增加学生自主学习的热情，培养面对困难的勇气，锻炼解决实际问题的能力，加强学生与工厂工程能力对接。通过对自动化生产线课程的实践教学体系进行改造，建立工程项目管理运行模式和工程化考核機制，形成一个集基础技能、实践教学、工程项目为一体的培养機制，全方位提升学生和教师的基础知识、专业技能、创新能力、工程能力和职业素质。我们以CDIO为基础，将工程理念引入到教学实践中，提出新的自动化生产线课程实践教学体系，对其进行有益的研究和探索。

1 CDIO工程教育理念

CDIO即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operation），是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、课程之间有機联系的方式学习工程，以培养学生的工程能力。工程能力是工程师具备的解决工程实践问题的能力，涵盖了基础知识、科学素养、专业知识、职业道德、经济、团队工作能力、技术交流能力等多方面的能力，如工程中常见的工程报价、工程招投标问题，工程实施过程的售后问题等；既有技术问题又有人员沟通问题。

在工程遇到问题的不确定性决定了高职3年的学习中不可能掌握所有知识和技能。俗话说“授之鱼，不如授之渔”，高职教育应加强学生工程能力培养，引导学生建立自主学习、终身学习的理念。通过建立工程项目驱动模式，加强培养学生独立思考，找出解决工程问题的方法和途径。CDIO的理念即充分利用大学学科齐全、学习资源丰富条件，以尽可能接近工程实际的涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计大项目为主要载体，结合专业核心课程的教学，使学生在CDIO的全过程中不断地在理论知识、个人素质和发展能力、协作能力和集社会、历史、科技为一体的大系统适应与调控能力方面得到全面的训练和提高。

2 基于金字塔模型CDIO自动化生产线实践教学体系

2.1实践教学体系与CDIO之间的关系

实践教学体系包含总体思想、教学内容、教学方法和效果评价機制。总体思想是指整个课程实践教学体系构建与实施的指导思想；教学内容则包含课程的知识架构设置的内容层次、实践环节的设定；教学方法是说明实践过程的执行方式；评价機制是对实践教学体系实施效果的评判。

2.2自动化生产线课程与CDIO思想的关系

自动化生产线课程是機电一体化专业的专业核心综合课程。该课程实践教学平台由6站微缩版自动化生产线平台构成，负责圆柱体的黑白工件经由供料、搬运、加工、识别、装配，最后根据大小工件装配颜色的异同进入不同的分拣仓库，具体系统框图如图1所示。

从图1可以看出该课程自身就是一个工程项目，需要运用工程技术手段使该柔性生产线在自动、手动等不同模式下完成工件的运送。该课程用到了工业企业生产中变频技术、步进电機控制技术、触摸屏控制技术以及通信技术等新技术，要完成这一工程项目需要其他课程的技术支持，需要针对指定型号的变频器、触摸屏学习新的控制方式和组态控制软件。实际的工程技术人员需要根据实际情况不断地自主学习，以最快的速度从大量技术资料中找出最相关的知识点解决实际问题。

2.3金字塔模型CDIO实践教学体系

根据实践教学体系的关键要素，为使機电一体化专业学生工程能力和素养得到全面提升，我们提出了构建CDIO 5层金字塔的实践教学金字塔模型，如图2所示，其中每层分别对应说明了课程实践教学的理念、主体、过程、内容层次和评价機制。

顶层：1个教学理念，即树立CDIO工程化能力培养贯穿了整个课程教学，把CDIO工程化教学作为人才培养的核心任务之一。引导学生在工程化思路引导下学习，同时调整课程计划，充实实践教学内容，改进教学方法，强化项目驱动，工程模块引导模式在课程中的引导作用，让学生能够自主均衡发展，适应现代工业企业工程实践的需要。

2层：2个实践场所，即学校实验室与学生实验平台。学生要获取工程化的专业技能和工程化的实践思想，需要通过实践不断地锻炼和提升。增加开设实验课程和动手機会，让学生在“做中学”、“学中做”、“边学边做”，力求知行合一。学生实验平台可以为学生提供实训室之外的实验平台，在编写、修改、调试程序以及实验设计方面都能起到巨大的作用。

3层：3个主体，即学生、学生团队和老师。学生要获取工程化的知识，适应现实工程需求，需要学生有强烈的求知欲，构建类似工程团队的学生团队，合理分工，配备具有工程能力的指导教师。如何构建学生团队，提高学生求知欲、提高教师素质，是该部分的重要研究内容。

4层：4个评价機制，良好的培养模式必须具备完善的评价機制。控制理论中的反馈思想是调高系统精度的最有效途径，在课程教学中可以体现为评价機制对教学的再促进，从而提高整个系统的能力和效率。

底层：5个扩展技能。自动化生产线课程设计的知识点多、范围广。将课程内容分为基础部分、核心部分和扩展部分，鼓励学生在掌握基础部分和核心部分知识后，自主探索扩展部分内容，形成攻关团队，相互引导和沟通交流，全方位提高学生的工程能力。

3 金字塔模型CDIO的实践教学体系构建

为形成完善的“金字塔模型”CDIO实践教学体系，构建切实可行的自动化生产线课程结构，我们从课程实践理念、课程实践平台、课程实践主体、课程评价機制、课程教学内容层次划分几个方面进行了深入研究，并在一体化专业的课程教学中试点，取得较好的教学效果。

3.1顶层CDIO理念对实践主体的渗透

理念是指导教学过程的主体如何行动的指导方针。实践教学中的2个主体分别是学生和教师。针对自动化生产线课程的工程项目化的特点，可以构建学生团队主体，共同完成选定的工程项目。根据CDIO教学理念，让学生具备工程化能力，教师有工程化知识及背景。在自动化生产线课程中教师要具有足够的工程化能力，才能让整条生产线运作起来。供料单元、機械手单元，能各自独立工作又能合成整体，这种动静相宜的画面会让学生感受到自动化的优势，产生向往情绪。与教材枯燥的讲解相比，生产线機械機构实际动作更加一目了然。

学生团队的构建不仅可以让学生体会现实工程项目操作中的团队观念以及如何通过团队合作解决问题，还可以让学生提高战斗力，提高用集体的力量解决实际问题的能力。

3.22个实验平台

实践出真知，尤其是对于工科课程。自动化生产线课程如果能够坚持将每个站的程序完整实现，掌握的是多门课程多项技术的综合应用。传统教学中往往1门课程开设5～6个实验，对于高职学生而言这是远远不够的。我们结合学校的实际情况提出2个实验平台，即自动化生产线实训室和在学生电脑上构建PLC仿真平台。一方面，建立理实一体化实验室便于教学实验一体化，试点延长自动化生产线实训室开放时间，给学生提供实战演练的平台和機会，有助于提高学生的学习兴趣；另一方面，指导学生用自己的电脑建立自动化生产线所学软件的仿真平台，让学生在课外时间完成程序的编写、修改和排错，提供自主学习的平台、機会和动力源。通过以上2项措施，明显提高了学生的学习兴趣和成就感。

3.3培养评价機制的研究

适当的评价機制能体现学生、学生团体及教师的教学状况。教师根据评价结果及时调整教学进度和方法以适应不同学生的状况，做到因材施教。4个评价機制即学生批评与自我批评、教师批评与自我批评、师生互评和第三方评价的评价機制。学生团队项目组长每周填写一份项目成员分工及完成情况表，由教师签字认可。学生定期提出项目工作计划和反馈表，定期检查完成情况。生产线独立站点调试结束由教师分团队考核，检查当期完成情况。期末结束时，由第三方即校企合作企业或学校其他教师采用项目开卷考核方式，在规定时间内由学生完成生产线某个站点的功能程序编制和调试。通过以上措施，能够最大化找出学生工程化过程中的弱项，使师生能够及时掌握信息，进一步工程化实践教学。

3.4知识体系结构与扩展技能的相互促进

自动化生产线知识结构可分为基础知识、核心知识和扩展知识。基础知识包含了生产线采用的西门子PLC基本指令、液压与气动技术和传感器技术。核心技术体现为灵活采用不同的编程方法将以上3类技术有機结合在一起，完成自动化生产线的供料站、搬运站、加工站和装配站的编程与调试。有经验的工程人员知道完成程序编制只是完成整个工程的一小步，而整个工程的调试更需要工程人员的耐心和细心。扩展技能包含变频技术、步进控制、触摸屏和通信技术，对于该部分的内容，教师采用适当引导，由学生团队选择1个项目，给定1个月时间进行自主攻关，自行查找资料，自行设置实验方案，教师对于学生遇到的问题及时解答，并给予反馈与指导。任务完成后，每个团队负责讲解该部分的知识点及实验方法，让学生有機会表达，提高技术交流能力和职业素养。

4 结语

金字塔CDIO实践教学体系的研究应用于湖南生物機电职业技术学院一体化专业的自动化生产线课程教学，构建了完善的实践教学体系，建立了多个学生课程团队。学生在各个模块的学习和自主探索中学习热情较大提高，学习信心受到鼓舞。实践结果表明，经过该实践教学体系培养的学生具有较强的工程实践能力，自觉性和自主性都得到明显提高。但本项目的评价機制尚需进一步研究，各实践环节还可进一步细化完善。

（编辑：赵廓）