基于CDIO的自动线安装与调试课程的教学改革与实践

李小霞 花 勇 刘奎武

江苏食品药品职业技术学院 江苏淮安 223003

自动线安装与调试是高等职业院校机电一体化技术专业的核心课程，主要培养学生安装、调试及维护自动化生产设备的基本职业技能，同时强化学生诚实、守信、爱岗敬业的职业道德以及组织协调、团队合作的职业素质。自动线安装与调试课程系统地整合了机械传动、传感检测、气压传动、电机拖动、PLC(可编程控制器)等专业基础课程及专业核心课程，模拟实际生产应用。在教学过程中，理论教学须紧密结合实践教学，重点突出实践教学，保证学生能够将在校所学专业知识灵活运用在生产实践中。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),CDIO工程教育理念倡导以项目任务为载体，以团队协作“学中做、做中学”的方式引导学生掌握相关专业知识与能力。基于CDIO的自动线安装与调试课程教学改革强调专业综合技术的实际应用，注重工程实践能力提高，重点突出对学生职业技能的培养。

1 传统教学模式存在的问题

1.1 对自动线安装与调试课程的学习缺少信心

自动化生产线综合应用了机械、气动、传感检测、电机驱动、PLC、网络通信以及人机界面等多种技术。部分学生对之前相关基础课程掌握较差，而其中有些学生对自己的学习能力缺乏信心，对课程难度有所高估，这些学生以之前没学好为由对课程的学习消极懈怠。

1.2 对自动线安装与调试课程的学习缺乏兴趣

自动线安装与调试课程从生产实际中自动线的应用认知开始，列举伊利工厂牛奶自动生产线、雷柏鼠键自动生产线、汽车焊装自动生产线等应用实例，学生对专业技术在高新企业的实际应用抱有浓厚兴趣，对自动生产线从事先进的生产制造工作表示赞叹和向往。当授课内容慢慢转移到教学用典型自动线设备的具体安装与调试后，机械部件的安装与调试、气动控制系统分析等理论知识较枯燥。课程的核心知识点自动线中各单元的PLC控制程序由教师讲解后，学生能够读懂，但是即使给出简单的工作流程要求，学生也很难自己独立完成程序的编写调试。在课程学习中的被动性以及理论的学习缺乏实践的验证慢慢消磨了学生的兴趣。学习变得无趣后，课堂失去活力，教学效果较差。

1.3 自动线安装与调试专业技能的掌握不理想

自动线安装与调试课程采用理实一体化教学方式，理论课时和实践课时比例1:1，理论课授课地点在多媒体教室，实践课授课地点在实训室。自动线各单元的机械、气动以及电气系统的安装与调试实践耗时多，反复的拆卸、安装使设备零部件磨损、毁坏严重。大部分学生只是在教师的指导下做零部件的拆装，对气动系统、电气系统不甚了解。只有极少部分学生能完成PLC控制程序的编写及组态软件的应用，大部分实践教学只能是演示实验，学生无法做到对知识消化吸收、对技能灵活运用。

2 CDIO理念下的课程内容体系

自动化生产线综合应用了机械、气动、传感检测、电机驱动、PLC、网络通信以及人机界面等多种技术，自动化生产线中传感检测、信号传输与处理、驱动与执行等部件在PLC的控制下协调有序地工作，并通过一定的辅助设备构成一个完整的机电一体化系统。自动线安装与调试课程以典型的自动化生产线(MPS教学用模块化自动化生产线)为载体，内容从基础的机械、气动、电气、传感检测技术到复杂的步进、变频、伺服、工业网络以及组态控制等知识技能均有涉及。内容安排由浅及深，从简单到复杂，既包括必要的理论知识，又体现极强的实用性和先进性。典型的自动化生产线由8个不同的模块单元组成，按工作顺序排列分别是：供料单元、检测单元、加工单元、搬运单元、分拣输送单元、提取安装单元、操作手单元和立体仓储单元，而模块单元的教学则是按照由易到难的顺序先后排列的，自动线安装与调试课程内容体系见表1。

表1 自动线安装与调试课程内容体系

表1 (续)

3 CDIO理念下的课程教学改革

3.1 “做中学”一体化教学

将学生分成4人一小组，8人一大组，团队内互助学习，团队间创先争优完成任务。将课堂移到实训室，避免理论知识讲解过程中抽象的“空对空”，提高学生的感性认识。知识点边讲解边实践，尽量缩短由教师主导的纯理论授课，多辅导学生自学自研，用“做”的方式锻炼专业技能，提高自学能力，追求对重要知识、技能的精通，而不是对书本所及略知一二。引导学生将注意力放在模块、元器件及软件的应用上，而不是纠结其工作原理。如，注重电感式接近开关、光电编码器、电机及其驱动器在自动线中的电气接线及其控制方式使其能按照要求正常工作，而不是死磕光电编码器的工作原理或电机驱动器的产品说明书。对通用变频器而言，只练习它在自动线中的应用，产品说明书的无关内容不需翻阅。让学生在完成项目任务的过程中，享受成就感，增强自信心，激发学生的求知欲，使其循序渐进地掌握更高深的技能。

3.2 “教师＋小助教”教学

在新生入学之初，即选择感兴趣的学生加入小助教团队。教师以及前辈小助教提前对小助教开展自动化生产线安装与调试实训内容的培训。然后让小助教在正常教学中维持实验室秩序，为学生答疑解惑，辅助教师指导学生自学自研。这一模式可以适当缓解有限教学资源与较大学生规模之间的矛盾。此外，也能让教师拥有更多的精力钻研教学，自我充电提高和更新知识，不断改进教学方法，提升教学质量和效果。同时可将小助教作为省级、国家级自动线安装与调试技能大赛及大学生科研训练计划等活动的种子选手培养。保证学生在井然有序的教学环境中培养专业技能，为好学上进的优秀学生提供展示自己的机会。

3.3 教学时间地点集约化

课程中一个完整的项目任务不宜分散在多个时间片段完成。为了提高学习效率、保证教学效果，将授课时间集中，原来一次2节课增为一次4节课。另外，考虑到授课班级较多，自动线实训室设备有限，可将学生分流到PLC实训室学习由气动控制系统驱动的单元PLC控制程序调试、电气控制实训室学习人机界面的组态及由电机驱动的单元PLC控制程序调试，充分利用教学资源。

4 CDIO理念下的课程考核方式改革

教学方案注重实验实训专业技能，课程考核的重点也需调整为督查学生的专业技能和职业素质。项目任务的完成是团队协作和综合能力的体现，成绩评定主要由任务结果和项目报告组成。为了体现学生个人在团队中的贡献度，项目报告重点阐述个人在团队任务中所负责的那部分工作。鼓励学生在不同的项目任务中负责不同的技术工作，使其锻炼自动线所涉及的各种技术技能。课程中的基本概念、理论、简单的气动控制原理及PLC程序等仍以期末闭卷考试的方式进行。

5 结束语

自动线安装与调试课程教学以培养学生的职业技能为目标，以学生的学习兴趣为推进动力，以项目任务作为教学内容的载体，尽力使学生在轻松奋进的环境中掌握严谨有序的专业技能。经过一个学期的教学改革实践，学生的自动线安装与调试实践能力明显提高。教学方式的改革也对教师的能力、实训室条件提出了更高要求。作为与食品行业关系密切的国家示范性(骨干)高职院校建设单位，自动线安装与调试课程的实验实训设备计划采用自主研发的食品灌装自动线，有关的教科研工作正在进行中。

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