基于CDIO的《工业现场总线及监控工程应用实训》课程建设与实践

徐金瑜+罗敏+刘凌云+李慧玲

【摘要】针对自动化专业课程主要以理论教学加实验教学的“1+1=2”的传统模式，结合我校自动化专业人才培养方向，提出基于CDIO的“项目导向、任务驱动”实训教学方法，并应用于理论实践一体化课程《工业现场总线及监控工程应用实训》中，在学生与其他课程评价及实践证明，该教学方法取得了较好的效果。

【关键词】CDIO 课程建设 现场总线 监控工程

【基金项目】湖北省自然科学基金（2014CFB348）

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）01-0098-01

一、引言

作为全国唯一以汽车命名的省属高校，注重培养学生的实践能力和创新精神，我校电气与信息工程学院自动化系于2016年对自动化专业人才培养方案进行了完善和优化升级，专业培养以东风汽车公司各专业厂、自动化工程实训中心及专业实验室等实训基地为支撑，结合课外科技实践活动，实行一年级基础训练、二年级能力训练、三年级专业训练、四年级工程训练，将应用能力的培养贯穿学习的全过程。其中《工业现场总线及监控工程应用实训》（以下简称“《工控实训》”）课程建设与改革是为形成传感器技术、PLC技术、现场总线技术、上位机技术为主线的制造业信息化方向系列课程环节之一。

自动化专业课程教学方法，大多采用以“教”为主，教师占用了大量的课堂时间，把具体的知识点传授给学生，忽视学生主观能动性的发挥，导致学生缺乏独立自学能力，实践能力匮乏[1-2]。

CDIO指导思想是：以工程设计任务为导向，以培养个体能力（包括终身学习能力和实践能力）、团队能力和系统的适应与调控能力为主要目标，强调掌握深厚的工程基础知识，强调培养个人职业技能与人际沟通的技能，强调培养综合创新能力[3]。结合CDIO指导思想以及我校自动化专业在制造业信息化课程方面所做的改革与实践，本文就《工控实训》课程内容的创建、实践教学平台的建设以及实训项目的设计进行探索。

二、《工控实训》课程建设

《工控实训》课程是自动化专业的本科生的一门专业课，具有很强实践性的课程。它包含两部分内容，上篇是西门子PLC基础知识、自由口通信、Modbus通信、MPI通信、Profibus通信、工业以太网通信等网络通信技术，下篇是西门子WinCC监控系统设计。学生不仅要掌握通信技术原理、HMI监控系统架构等理论知识，同时还要具备相应解决软硬件配置及组态的实际问题能力。

1.教学内容以及实训项目的设计

《实训》课程为2.0学分，48学时，其中包含理论学时24H，实验学时24H。每周上一次课，一次安排4学时，一共进行12周。其中理论教学内容划分为11个实训单元模块，包含“西门子PLC及其编程环境认识”、“西门子HMI及其编程环境认识”、“上位机西门子监控软件认识”、“Profibus通信认识”、“Profinet通信认识”、“Ethernet通信认识”、“WinCC与仿真平台软件环境搭建及WinCC的系统组态”、“变量创建与监控画面组态”、“过程值归档”、“消息报警”、“数据库与用户管理”。因“变量创建与监控画面组态”实训单元模块理论教学内容较多，拆分为2个子项目，其他实训单元模块各对应一个实验子项目，实验教学共计12个子项目，其中6个为验证性实验，6个为设计性实验。

2.基于CDIO教学法的引入

2.1“项目导向、任务驱动”实训教学法

采用实训项目的问题驱动启发式教学方法，在知识点的讲解过程中采用“引出问题，分析问题，解决问题”的问题驱动启发式教学模式。从生动的项目实例中引入《工控实训》课程中相应的知识点，分析每一个实训课题中涉及到的通信或组态问题，运用启发、对比、举例和实例动态演示等方法深入浅出地讲解该知识点所涉及的原理及操作方法。然后再给出需要学生去独立完成的实训任务，仅4学时是无法全部完成的，所以会要求学生在下周上实训课程之前的一周内完成本次实训任务并验收。实验室开放，学生可以在平时下课之后或者周末在实验室进行实训任务。

2.2 编制并完善《实训问题手册》

每个实验前老师都先在实验室实际操作一遍，并站在学生视角，总结实验过程中其可能经常会遇到的问题，组织编制了《实训问题手册》V1.0版本；在《实训》课程教学过程中，激发学生积极发现问题，并鼓励其主动解决问题，同时让学生也参与到《实训问题手册》的编制行动来，逐步充实和完善《问题手册》的内容（截止目前已形成V2.0版本，后续教学过程仍会继续完善）。该《问题手册》是本《工控实训》课程宝贵的资料与经验积累，更重要的是为后续新学生的学习起到了资源共享的积极示范作用。

3.课程评价体系建设

《工控实训》课程的评价体系建设包括两个模块：卷面考试、实验总评。卷面成绩满分100分，占课程总评成绩40%；实验总评成绩满分10分，占课程总评成绩60%。

卷面考试内容进行了初步探索，题型涉及填空题、选择题、简答题、程序编写等，试题内容不仅涵盖理论教学考察，同时更注重实验操作内容的考察。因为在实验环节中，按照两人一组合作进行，存在少部分学生学习态度不端正，依赖同组成员的现象，为此，通过卷面考试环节进一步检验每一位学生的实际操作掌握效果。

实验总评成绩包含两个子模块：平时成绩、实训报告成绩，权重各占50%。12个实训子项目分别设计评分标准，最终实验总评成绩取12项实验成绩的平均值。其中：

（1）平时成绩从三个维度进行评价定分，“平时考勤”维度、“验收时效”维度、“验收效果”维度。每个维度按照10分制打分，最后按照权重比1：2：3核算。

（2）实训报告成绩从两个维度进行评价定分，“提交时效”维度、“报告内容”维度。每个维度按照10分制打分，最后按照权重之比1：2核算。

三、结论

本文对我校自动化专业制造业信息化课程《工业现场总线及监控工程应用实训》建设及实践进行了探讨，将CDIO模式应用于理论实践一体化课程中，培养了学生对专业知识的主动性、实践性、探索性，为培养“工程应用”型人才提出了切实可行的新思路。

参考文献：

[1]余久久.项目教学法在高职院校开展的几点探讨[J].皖西学院学报，2010，26（1）：42.

[2]张璇.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践[J].教育与教学研究，2008，24：152-157.

[3]顧春琴等.面向CDIO的《数据结构》教学改革与实践[J].现代计算机，2010（13）：30-31，42.-44.