协同式系列化项目教学法的探索与实践——以自动化系统集成专业综合设计与实训为例

张 瑶 刘树青 童 桂 吴京秋

南京工程学院工业中心 江苏南京 211167

自动化系统集成专业的综合设计与实训主要以PLC可编程器为核心所构成的集成系统在自动化领域各方面应用，知识面广，内容复杂。之前在教授该实训的教学过程中存在一些无法回避的问题，如实训任务的局限性、实验设备陈旧、师资工程实践能力不足、学生积极性不高等。

针对上述情况，提出协同式系列化项目教学方法，该方法包含三方面含义：一是进行系列化项目教学[1，2]；二是师资协同，建立交叉式师资团队；三是校企协同，建设校企合作平台[3，4]。系列化项目教学是指构建目的明确、环环相扣、能力进阶的项目系列，让学生接受从业的完备训练；师资协同是指构建涉及该课程的理论和实践教学团队，其中包括企业优秀工程师，实现交叉指导、分工合作；校企协同是指构建学校与企业相衔接的教学平台，着力培养既有理论知识，又能适应自动化行业需求的高级应用型人才。通过以上三方面的改革，着力提高学生学习的积极性，让学生成为学习中的主体，充分发掘学生的创造能力，培养和提高学生的动手能力、实践能力和分析能力，最终实现如图1的循环关系，培养大批高级应用型人才[5-7]。

图1 协同教育与人才培养关系

1 传统项目教学存在的问题

自动化系统集成综合设计与实训中涉及多门专业课，如现场总线、运动控制、传感器与检测技术、电机与拖动等，但由于缺少统筹安排，学生往往在实训结束时，依旧不能掌握PLC编程操作、运动控制、传感器检测等方法，分析其主要原因有以下几点。

(1)虽然目前该课程内容是以项目进行的，但项目不够丰富且没有选择性、连贯性，学生只能按教师布置的项目做，且全班同一时间只做同一个项目，使得大部分学生主动性差，起不到综合实训的作用。

(2)目前有些实验室的实验设备是多年以前的实训台，其自身开发能力较弱，仅能完成一些简单的实验，不利于培养学生综合运用相关专业知识的能力。

(3)学生只在有限的实验室做基础实验，对自动化行业的发展状况知之甚少，就业茫然，没有方向，更不知道自己所做的实验有什么用，没动力。

(4)课程考核采用报告加平时分的形式，但每个时期仅一个项目，导致很多报告几乎一样，教师难以分辨，只能给出平时的印象分，而且只要到场不管做得效果如何都会通过，造成部分学生只签到不做事的现象。往往课程结束后，不少学生连基本的程序都不会写，更不会调试。

2 协同式系列化项目教学

根据南京工程学院学生的实情，结合工业中心现有条件，研究出一套合适的协同教育理念的教学改革思路，将自动化系统集成专业综合设计与实训的教学内容按难度分成几个难易程度不同的项目，项目之间相互关联与融合。教师将每个小项目一级一级综合到一个总的项目上去，这个总的项目应当将之前所学的子项目综合在一起，使其有机关联，并适当扩充一些课本上没有出现的内容、知识。学生在接到总项目后，仔细分析，从中发现各个子项目之间的关联，从而思考如何根据之前所学的项目知识来设计后面一个项目。学生在连续的项目学习过程中，始终带着问题学习，有目的地查找资料和解决问题，注意力更加集中。

2.1 系列化项目教学

系列化项目教学是以多级工程项目的形式进行知识的讲授和实训的操作(如图2所示)。每级设置多个题目供学生选择，同时学生也可以自己出感兴趣的题目，通过教师审核，可以作为综合实训项目，让学生做自己喜欢做的，激发学生的主动性。在项目的设计和选择时，要考虑到以下几点。

(1)项目怎样调用学生已有的知识，如自动化的基础课、专业课等；(2)项目是否贴近生活，能否激励学生收集有关资料的热情；(3)如何让学生了解自己并相互学习，激发学习自觉性。项目设计从简单到复杂，单一性到综合性，阶梯形地逐步递进，做到既符合学生掌握知识的认知规律，又提高学生学习兴趣。

根据专业教学需求，按照图2的逻辑关系，对系统集成综合设计与实训做出改革与研究。该综合实训分4个阶段，每个阶段做一个项目，后一个项目是在前一个项目基础上增加的内容，最后综合成一个大项目，例如一级项目为三相异步电机的正反转，二级项目为触摸屏与组态软件对异步电机的控制，三级项目为单电机水箱的恒压控制，四级项目为自来水厂的恒压供水系统设计。

图2 项目关系

图3 项目评价标准

以D自集成142班的18位学生为例，这些学生被分到台达实验室完成综合实训。被分成6组，每组3人，2～4位指导教师，外加1位工程师。教师提前根据实验室设备设置7～8个4级题目，如自动化立体车库控制系统设计、MPS自动化生产线控制系统设计、智能小区控制系统设计等，项目设计要符合图3的要求。每组学生讨论后选择一个感兴趣的题目，或者自己查资料，出题目，经过教师审核后方可作为该组实训题目。学生选定题目后，开始讨论，查资料，开始一级项目，每级项目结束都要答辩，邀请系部或外系的专家参加，给出建议与意见。每一级项目结束后都要具备图4所包含的验收材料，作为验收的依据。而且，每组3个人要分工到位，不能出现部分学生只签到不做事的现象。通过4个项目的训练，使得学生能够拥有图5的5项能力。每个项目结束，都要有成果展示，能让设备按控制要求动起来。图6为一级项目异步电机实验台，图7为二级项目触摸屏控制画面，图8为三级项目的恒压供水实验台，图9是四级项目的MPS自动化生产线。

图4 项目验收材料

图5 学生获得的能力

图6 异步电机实验台

图7 温度箱触摸屏控制画面

图8 恒压供水实验台

图9 MPS自动化生产线

2.2 师资协同 建立交叉式师资团队

系列化项目教学法对教师专业素质要求比较高，因此需要成立交叉式教师指导团队。根据各位教师的专业方向和教学经历安排教师在项目中做不同阶段和环节的指导工作，同时，邀请企业优秀工程师参与指导。项目具体交由学生负责，学生不懂时，求教对应的指导教师即可。做到学生管理和考核与专业指导分开，不能让专业指导教师负责学生的一切事务。项目指导教师团队需要安排分管学生工作的教师一同参与。

2.3 校企协同 建设校企合作平台

传统实训无法让学生认识到所学知识的用途，即“我为什么要做，做了后能干什么”，建立校企合作平台后，学生可以到公司学习和参观，感受所学知识的用途，让学生对自动化前沿的产品与动态有充分认识，激发学生的学习热情，让学生对就业有方向感。校企深度合作是一种“双赢”的教学方法，能够使学校与企业信息资源共享，学校利用企业提供的设备、技术等定位人才培养目标；教师可以与企业人士合作设计学习项目，编写教材，同时，教师利用闲暇时间到企业调研，与专业人员共同研讨教学过程，对工作岗位进行深度分析，根据工作内容变化及时调整和修改教材。企业也可以利用学校的培训场地、师资力量等培训企业员工。校企合作，资源共享，节约了教育成本，是一种双赢的合作模式。目前，南京工程学院工业中心已与西门子、台达、三菱等多个公司签订校企合作协议，根据教学安排，每学期可以派部分学生去企业参观，教师去企业学习，同时，企业派工程师到学校指导、交流、宣传。

3 实训考核

为培养学生的综合能力，对学生的考核也要采取过程化的考核，针对综合实训课的特点，考核学生利用网络、图书馆收集资料的能力，利用画图、编程、组态等软件的操作能力，设备调试能力以及项目的分析、方案设计等逻辑思维能力等。每级项目结束都要进行答辩，邀请系部或外系的专家参加答辩。在答辩时，每位学生讲述自己在项目中承担的任务，并就答辩提出的问题予以回答，专家或系部教师给出建议与意见，根据答辩情况，当堂给出答辩分数，答辩成绩和报告成绩分别占子项目成绩的60%和40%。本课程具体分数采用以下几部分进行计算：(1)平时表现考核占总成绩的20%，由平时出勤、课堂表现、查资料等组成；(2)分阶段、分项目考核占总成绩的80%，一级到四级项目各占10%，15%，25%，30%。

4 结语

协同式系列化项目教学法将项目作为纽带，建立交叉式教学团队，建设校企合作平台，让学生与企业零距离接触，使其对就业不再茫然，具有方向感，从而引导学生主动学习，主动思考，提高学生的工程应用能力。协同式系列化项目教学法不仅提高了学生的学习能力，同时也促进了“双师型”教师队伍的发展，使教师的工程实践能力得到进一步的提高。