《工业控制组态软件》课程CDIO项目教学法的研究与实践

2013-08-15施云贵

黄山学院学报 2013年3期

施云贵

（黄山学院机电与信息工程学院，安徽黄山245041）

《工业控制组态软件》课程是与工业生产过程自动化密切相关的自动化专业工程应用性课程，通过该课程的学习，使学生掌握监控软件工程建立、I/O 设备管理、变量的定义和管理、生产现场画面制作、用户脚本程序、报警画面制作、建立数据词典、建立动画连接、报表制作、各类曲线制作、动态数据库的建立、控件的使用、数据源建立方法、数据库的链接、DDE 通信和OPC 通信等基本设计方法。而国内大多数相关教材是将上述内容分解成各章节编写，其教学方式大多采用多媒体理论教学为主，尽管授课过程中可能采用一些实例教学方式，但是其教学效果并不理想。实际上本课程的教学目的不仅是要求学生掌握该软件基本设计方法的理论知识，关键是使学生面向实际工程项目真正学会“怎么做”，同时还要能够融会贯通，形成和建立工程设计整体概念。为此本文通过借鉴和探索国内外先进的CDIO 工程教育理念和方法，通过教材选定、教学大纲制定、实践场所构建、教学方法改革、考核方法改革等一系列措施，将CDIO 项目教学法应用于《工业控制组态软件》课程教学中，使学生在项目驱动下，采用“做中学”教育方法，循序渐进地加深理解课程要求的知识点、提高操作水平和设计技能，培养分析问题和解决问题的思想和方法，锻炼团队合作意识，培养学生的终身学习能力和实际处理问题的能力。

1 课程CDIO 项目教学法的构建

1.1 软件平台及教材选用

目前国外组态软件有包括德国西门子公司的WinCC，美国Wonderware 公司的Intouch，Intellution公司的FIX 等著名组态软件近百种，特点是正版软件尤其是网络版价格较昂贵，软件设计平台为英文操作界面，可用于大型企业的生产过程自动化监控系统。国内的组态软件目前实际工业过程中运行可靠的有北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS，北京三维力控科技有限公司的力控，北京亚控科技发展有限公司的组态王以及台湾研华的GENIE 等。特点是软件价格较便宜，软件设计平台为中文操作界面，可用于中、小型企业的生产过程自动化监控系统。

目前国内同类课程中还没有依托国外监控软件为平台的相关教材，而且大多数教材是以MCGS组态监控软件为平台授课，其教材编写主要是介绍该组态监控软件的各种功能的使用方法和设计步骤。传统的授课方式主要是理论课为主，缺乏学生实际动手能力和创新意识的培养。

经分析比较，课程选用国内流行的北京亚控科技发展有限公司开发的“组态王”监控系统软件作为本课程软件平台，教材选用翟庆一主编的《典型工业过程的组态控制》。其目的一是使学生奠定工程组态设计基础、以便融会贯通，能达到提高学生工程软件应用能力和自动化技术工程应用能力的教学目的，二是由翟庆一主编、天津大学出版社出版的《典型工业过程的组态控制》，是以“组态王”监控系统软件为平台、实际工程项目为主线编写，适合于本课程CDIO 项目教学法应用。

1.2 工程实践环境构建

1.硬件环境：联想计算机+17 寸液晶显示器（保证每人1 台）；

2.网络环境：依托学校校园网网络平台；

3.软件环境：安装“组态王”kingview 开发运行环境、设备驱动程序；

4.教学环境：多媒体教学课件、《典型工业过程的组态控制》教材、其他参考教材；

5.学习环境：共享“组态王”kingview 开发步骤的“操作指南”、“典型例程”、“多媒体演示”等技术支持；

6.经验环境：共享“组态王”kingview 开发成功案例的“解决方案”、“行业例程”、“行业应用”等技术支持。

2 课程CDIO 项目教学法的应用

2.1 课程项目载体设计

CDIO 项目教学法就是以项目作为专业知识和技能的载体，让学生经历“构思—设计—实现—运作”的完整实训过程，从而培养学生系统工程技术能力，以及较强的自学能力，实现课程在知识、技能和态度方面的培养目标。基于此要求，课程项目载体选择以《典型工业过程的组态控制》教材为基础，该教材从工程应用的角度出发，通过水位控制、机械手控制、储液罐温度控制、升降机控制、污水厂组态控制、全自动配料控制、工业锅炉控制、远程监测诊断等8 个典型的工业过程的组态控制介绍了组态王Kingview 的应用。其特点是将对组态王Kingview 的知识点学习融入到一个个实际工程项目中，每个工程项目均包括任务要求、控制要求、解决方案和实现步骤等部分，项目难度由浅入深，课程知识点覆盖面逐步扩宽。课程在教学过程中对部分项目的任务要求根据专业特点进行了适当的增减，并对知识、技能和态度方面表现较好的学生，引导进行局部创新训练，以强化个性和专长培养。[1-3]

2.2 CDIO 模式下“教”、“学”、“考”方法的创新

CDIO 项目教学法应用于《工业控制组态软件》课程教学，采用上机实践教学方式，即在实际工程项目驱动下的“理论授课、主动学习、项目设计”一体化教学方式，并以“做中学”的教学模式进行组织实施。把握的原则是“学生能学到多少知识和技能，而不是教师教授了多少知识和技能”。教师的参与程度由多到少，而学生的参与程度则是由少到多，实现“以教师为中心”向“以学生为中心”转移。

2.2.1 CDIO 模式下“教”法的创新

专任教师必须有扎实的理论知识和丰富的实践经验，具有实现学生的知识、技能和态度同步提升的能力。《工业控制组态软件》课程的“教”是在“兴趣是学习的动力”、“做中学”和“以学生为中心”理念的指导下进行，主要包括“演示”、“引导”、“帮助”3 部分。

1.“演示”。通过成功案例“演示”，展现工业生产过程实时动画监控的真实感、现实感，以激发学生本课程学习兴趣。

2.“引导”。教师需针对每一个工程实际项目“引导”学生明确设计任务要求，“引导”学生主动利用教学环境、学习环境和经验环境“做中学”，“引导”学生设计步骤按规范化操作，“引导”学生面向项目开展局部创新设计，“引导”学生形成工程项目设计整体思想、“引导”学生融会贯通，形成创造性设计技能。

3.“帮助”。教师“帮助”学生解决设计过程中遇到的实际问题，以减少学生的挫折感，充分体现“以学生为中心”，使学生在整个学习过程中始终有一种“主体感”和“胜任感”。[4]

2.2.2 CDIO 模式下“学”法的创新

《工业控制组态软件》课程的“学”是在项目驱动下的“做中学”、“主动学”，课程项目的设计难度由浅入深，课程知识点覆盖面螺旋式逐步扩宽。学生在整个课程教学过程中采用“摹”、“背”、“升”3 种“做中学”方法，学习循序渐进、有的放矢；操作温故知新、追求规范；设计由浅入难、融会贯通。

1.“摹”。就是在每一个工程项目按设计步骤进行组态设计时，遇到未知的知识点可按照本课程提供的“教学环境”、“学习环境”等资源进行临摹操作。通过“摹”的过程学习新知识点的操作和设计方法，对于已“摹”过的知识点应逐步减小“摹”的比例，形成熟练操作的技能。

2.“背”。就是在每一个工程项目按设计步骤进行组态设计时，对于已知的知识点根据自己临摹操作和设计的记忆，能够准确无误地独立完成操作和设计步骤。通过“背”的过程，加深各知识点的操作和设计方法的理解，达到操作熟练、规范和专业化，并通过开展局部创新设计实现职业素质和技能水平的提升。

3.“升”。也就是首先根据任务要求进行构思（Conceive），依托本课程提供的“经验环境”的技术支持，能够融会贯通，形成工程项目设计整体思想，开展项目设计（Design），明确系统连接设备及监控画面功能。再就是实现通过组态王Kingview 开发环境进行监控组态设计。最后是运作（Operate），组态王Kingview 运行环境下检验项目运行结果。[5]

2.2.3 CDIO 模式下“考”法的创新

《工业控制组态软件》课程的“考”是将课程评价方法与工程职业训练考评融合在一起，即课程结束时，参考职业技能鉴定（操作试题）考核形式，给出一个综合性工程项目，根据项目任务要求，按设计和实现的步骤以百分制形式制定评分标准，经“组态王”运行环境检验项目运行结果，给出学生课终考核成绩，体现“学以致用”而非“学以致考”。课程总评成绩通过项目和平时表现直接评价方式检验对预期目标的达到程度，以便分析和改进教学的不足之处。[6]