CDIO導(dǎo)向的自動化生產(chǎn)線課程實踐教學(xué)體系

龍慧

摘要：為更好地培養(yǎng)符合企業(yè)要求的機電類工程人員，解決高職機電一體化畢業(yè)生工程能力與創(chuàng)新能力較低等問題，分析高職機電專業(yè)自動化生產(chǎn)線的課程體系結(jié)構(gòu)，提出構(gòu)建5層金字塔CDIO的實踐教學(xué)模型。通過闡述教學(xué)理念、實踐場所、實踐主體、實踐培養(yǎng)評價機制以及課程，深層次拓展5個方面的實踐教學(xué)改革，研究實踐教學(xué)主體CDIO能力培養(yǎng)、工程化教學(xué)課程體系以及評價機制。

關(guān)鍵詞：金字塔模型；實踐教學(xué)；CDIO；教學(xué)改革

文章編號：1672-5913（2013）07-0050-04

中圖分類號：G642

自動化生產(chǎn)線課程是高職機電、電氣工程等專業(yè)的專業(yè)應(yīng)用課程，課程內(nèi)容涵蓋了大學(xué)多個年級的專業(yè)課程，是一門大幅提高學(xué)生動手能力和綜合實踐能力的課程。在高職、高專的教學(xué)中，實踐教學(xué)是學(xué)生獲得實踐能力和綜合職業(yè)能力的主要途徑和手段，能夠增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)面對困難的勇氣，鍛煉解決實際問題的能力，加強學(xué)生與工廠工程能力對接。通過對自動化生產(chǎn)線課程的實踐教學(xué)體系進(jìn)行改造，建立工程項目管理運行模式和工程化考核機制，形成一個集基礎(chǔ)技能、實踐教學(xué)、工程項目為一體的培養(yǎng)機制，全方位提升學(xué)生和教師的基礎(chǔ)知識、專業(yè)技能、創(chuàng)新能力、工程能力和職業(yè)素質(zhì)。我們以CDIO為基礎(chǔ)，將工程理念引入到教學(xué)實踐中，提出新的自動化生產(chǎn)線課程實踐教學(xué)體系，對其進(jìn)行有益的研究和探索。

1 CDIO工程教育理念

CDIO即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operation），是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。工程能力是工程師具備的解決工程實踐問題的能力，涵蓋了基礎(chǔ)知識、科學(xué)素養(yǎng)、專業(yè)知識、職業(yè)道德、經(jīng)濟、團隊工作能力、技術(shù)交流能力等多方面的能力，如工程中常見的工程報價、工程招投標(biāo)問題，工程實施過程的售后問題等；既有技術(shù)問題又有人員溝通問題。

在工程遇到問題的不確定性決定了高職3年的學(xué)習(xí)中不可能掌握所有知識和技能。俗話說“授之魚，不如授之漁”，高職教育應(yīng)加強學(xué)生工程能力培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生建立自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的理念。通過建立工程項目驅(qū)動模式，加強培養(yǎng)學(xué)生獨立思考，找出解決工程問題的方法和途徑。CDIO的理念即充分利用大學(xué)學(xué)科齊全、學(xué)習(xí)資源豐富條件，以盡可能接近工程實際的涉及技術(shù)、經(jīng)濟、企業(yè)和社會的團隊綜合設(shè)計大項目為主要載體，結(jié)合專業(yè)核心課程的教學(xué)，使學(xué)生在CDIO的全過程中不斷地在理論知識、個人素質(zhì)和發(fā)展能力、協(xié)作能力和集社會、歷史、科技為一體的大系統(tǒng)適應(yīng)與調(diào)控能力方面得到全面的訓(xùn)練和提高。

2 基于金字塔模型CDIO自動化生產(chǎn)線實踐教學(xué)體系

2.1實踐教學(xué)體系與CDIO之間的關(guān)系

實踐教學(xué)體系包含總體思想、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和效果評價機制?？傮w思想是指整個課程實踐教學(xué)體系構(gòu)建與實施的指導(dǎo)思想；教學(xué)內(nèi)容則包含課程的知識架構(gòu)設(shè)置的內(nèi)容層次、實踐環(huán)節(jié)的設(shè)定；教學(xué)方法是說明實踐過程的執(zhí)行方式；評價機制是對實踐教學(xué)體系實施效果的評判。

2.2自動化生產(chǎn)線課程與CDIO思想的關(guān)系

自動化生產(chǎn)線課程是機電一體化專業(yè)的專業(yè)核心綜合課程。該課程實踐教學(xué)平臺由6站微縮版自動化生產(chǎn)線平臺構(gòu)成，負(fù)責(zé)圓柱體的黑白工件經(jīng)由供料、搬運、加工、識別、裝配，最后根據(jù)大小工件裝配顏色的異同進(jìn)入不同的分揀倉庫，具體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

從圖1可以看出該課程自身就是一個工程項目，需要運用工程技術(shù)手段使該柔性生產(chǎn)線在自動、手動等不同模式下完成工件的運送。該課程用到了工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中變頻技術(shù)、步進(jìn)電機控制技術(shù)、觸摸屏控制技術(shù)以及通信技術(shù)等新技術(shù)，要完成這一工程項目需要其他課程的技術(shù)支持，需要針對指定型號的變頻器、觸摸屏學(xué)習(xí)新的控制方式和組態(tài)控制軟件。實際的工程技術(shù)人員需要根據(jù)實際情況不斷地自主學(xué)習(xí)，以最快的速度從大量技術(shù)資料中找出最相關(guān)的知識點解決實際問題。

2.3金字塔模型CDIO實踐教學(xué)體系

根據(jù)實踐教學(xué)體系的關(guān)鍵要素，為使機電一體化專業(yè)學(xué)生工程能力和素養(yǎng)得到全面提升，我們提出了構(gòu)建CDIO 5層金字塔的實踐教學(xué)金字塔模型，如圖2所示，其中每層分別對應(yīng)說明了課程實踐教學(xué)的理念、主體、過程、內(nèi)容層次和評價機制。

頂層：1個教學(xué)理念，即樹立CDIO工程化能力培養(yǎng)貫穿了整個課程教學(xué)，把CDIO工程化教學(xué)作為人才培養(yǎng)的核心任務(wù)之一。引導(dǎo)學(xué)生在工程化思路引導(dǎo)下學(xué)習(xí)，同時調(diào)整課程計劃，充實實踐教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，強化項目驅(qū)動，工程模塊引導(dǎo)模式在課程中的引導(dǎo)作用，讓學(xué)生能夠自主均衡發(fā)展，適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)工程實踐的需要。

2層：2個實踐場所，即學(xué)校實驗室與學(xué)生實驗平臺。學(xué)生要獲取工程化的專業(yè)技能和工程化的實踐思想，需要通過實踐不斷地鍛煉和提升。增加開設(shè)實驗課程和動手機會，讓學(xué)生在“做中學(xué)”、“學(xué)中做”、“邊學(xué)邊做”，力求知行合一。學(xué)生實驗平臺可以為學(xué)生提供實訓(xùn)室之外的實驗平臺，在編寫、修改、調(diào)試程序以及實驗設(shè)計方面都能起到巨大的作用。

3層：3個主體，即學(xué)生、學(xué)生團隊和老師。學(xué)生要獲取工程化的知識，適應(yīng)現(xiàn)實工程需求，需要學(xué)生有強烈的求知欲，構(gòu)建類似工程團隊的學(xué)生團隊，合理分工，配備具有工程能力的指導(dǎo)教師。如何構(gòu)建學(xué)生團隊，提高學(xué)生求知欲、提高教師素質(zhì)，是該部分的重要研究內(nèi)容。

4層：4個評價機制，良好的培養(yǎng)模式必須具備完善的評價機制?？刂评碚撝械姆答佀枷胧钦{(diào)高系統(tǒng)精度的最有效途徑，在課程教學(xué)中可以體現(xiàn)為評價機制對教學(xué)的再促進(jìn)，從而提高整個系統(tǒng)的能力和效率。

底層：5個擴展技能。自動化生產(chǎn)線課程設(shè)計的知識點多、范圍廣。將課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)部分、核心部分和擴展部分，鼓勵學(xué)生在掌握基礎(chǔ)部分和核心部分知識后，自主探索擴展部分內(nèi)容，形成攻關(guān)團隊，相互引導(dǎo)和溝通交流，全方位提高學(xué)生的工程能力。

3 金字塔模型CDIO的實踐教學(xué)體系構(gòu)建

為形成完善的“金字塔模型”CDIO實踐教學(xué)體系，構(gòu)建切實可行的自動化生產(chǎn)線課程結(jié)構(gòu)，我們從課程實踐理念、課程實踐平臺、課程實踐主體、課程評價機制、課程教學(xué)內(nèi)容層次劃分幾個方面進(jìn)行了深入研究，并在一體化專業(yè)的課程教學(xué)中試點，取得較好的教學(xué)效果。

3.1頂層CDIO理念對實踐主體的滲透

理念是指導(dǎo)教學(xué)過程的主體如何行動的指導(dǎo)方針。實踐教學(xué)中的2個主體分別是學(xué)生和教師。針對自動化生產(chǎn)線課程的工程項目化的特點，可以構(gòu)建學(xué)生團隊主體，共同完成選定的工程項目。根據(jù)CDIO教學(xué)理念，讓學(xué)生具備工程化能力，教師有工程化知識及背景。在自動化生產(chǎn)線課程中教師要具有足夠的工程化能力，才能讓整條生產(chǎn)線運作起來。供料單元、機械手單元，能各自獨立工作又能合成整體，這種動靜相宜的畫面會讓學(xué)生感受到自動化的優(yōu)勢，產(chǎn)生向往情緒。與教材枯燥的講解相比，生產(chǎn)線機械機構(gòu)實際動作更加一目了然。

學(xué)生團隊的構(gòu)建不僅可以讓學(xué)生體會現(xiàn)實工程項目操作中的團隊觀念以及如何通過團隊合作解決問題，還可以讓學(xué)生提高戰(zhàn)斗力，提高用集體的力量解決實際問題的能力。

3.22個實驗平臺

實踐出真知，尤其是對于工科課程。自動化生產(chǎn)線課程如果能夠堅持將每個站的程序完整實現(xiàn)，掌握的是多門課程多項技術(shù)的綜合應(yīng)用。傳統(tǒng)教學(xué)中往往1門課程開設(shè)5～6個實驗，對于高職學(xué)生而言這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們結(jié)合學(xué)校的實際情況提出2個實驗平臺，即自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)室和在學(xué)生電腦上構(gòu)建PLC仿真平臺。一方面，建立理實一體化實驗室便于教學(xué)實驗一體化，試點延長自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)室開放時間，給學(xué)生提供實戰(zhàn)演練的平臺和機會，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，指導(dǎo)學(xué)生用自己的電腦建立自動化生產(chǎn)線所學(xué)軟件的仿真平臺，讓學(xué)生在課外時間完成程序的編寫、修改和排錯，提供自主學(xué)習(xí)的平臺、機會和動力源。通過以上2項措施，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感。

3.3培養(yǎng)評價機制的研究

適當(dāng)?shù)脑u價機制能體現(xiàn)學(xué)生、學(xué)生團體及教師的教學(xué)狀況。教師根據(jù)評價結(jié)果及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和方法以適應(yīng)不同學(xué)生的狀況，做到因材施教。4個評價機制即學(xué)生批評與自我批評、教師批評與自我批評、師生互評和第三方評價的評價機制。學(xué)生團隊項目組長每周填寫一份項目成員分工及完成情況表，由教師簽字認(rèn)可。學(xué)生定期提出項目工作計劃和反饋表，定期檢查完成情況。生產(chǎn)線獨立站點調(diào)試結(jié)束由教師分團隊考核，檢查當(dāng)期完成情況。期末結(jié)束時，由第三方即校企合作企業(yè)或?qū)W校其他教師采用項目開卷考核方式，在規(guī)定時間內(nèi)由學(xué)生完成生產(chǎn)線某個站點的功能程序編制和調(diào)試。通過以上措施，能夠最大化找出學(xué)生工程化過程中的弱項，使師生能夠及時掌握信息，進(jìn)一步工程化實踐教學(xué)。

3.4知識體系結(jié)構(gòu)與擴展技能的相互促進(jìn)

自動化生產(chǎn)線知識結(jié)構(gòu)可分為基礎(chǔ)知識、核心知識和擴展知識?；A(chǔ)知識包含了生產(chǎn)線采用的西門子PLC基本指令、液壓與氣動技術(shù)和傳感器技術(shù)。核心技術(shù)體現(xiàn)為靈活采用不同的編程方法將以上3類技術(shù)有機結(jié)合在一起，完成自動化生產(chǎn)線的供料站、搬運站、加工站和裝配站的編程與調(diào)試。有經(jīng)驗的工程人員知道完成程序編制只是完成整個工程的一小步，而整個工程的調(diào)試更需要工程人員的耐心和細(xì)心。擴展技能包含變頻技術(shù)、步進(jìn)控制、觸摸屏和通信技術(shù)，對于該部分的內(nèi)容，教師采用適當(dāng)引導(dǎo)，由學(xué)生團隊選擇1個項目，給定1個月時間進(jìn)行自主攻關(guān)，自行查找資料，自行設(shè)置實驗方案，教師對于學(xué)生遇到的問題及時解答，并給予反饋與指導(dǎo)。任務(wù)完成后，每個團隊負(fù)責(zé)講解該部分的知識點及實驗方法，讓學(xué)生有機會表達(dá)，提高技術(shù)交流能力和職業(yè)素養(yǎng)。

4 結(jié)語

金字塔CDIO實踐教學(xué)體系的研究應(yīng)用于湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院一體化專業(yè)的自動化生產(chǎn)線課程教學(xué)，構(gòu)建了完善的實踐教學(xué)體系，建立了多個學(xué)生課程團隊。學(xué)生在各個模塊的學(xué)習(xí)和自主探索中學(xué)習(xí)熱情較大提高，學(xué)習(xí)信心受到鼓舞。實踐結(jié)果表明，經(jīng)過該實踐教學(xué)體系培養(yǎng)的學(xué)生具有較強的工程實踐能力，自覺性和自主性都得到明顯提高。但本項目的評價機制尚需進(jìn)一步研究，各實踐環(huán)節(jié)還可進(jìn)一步細(xì)化完善。

（編輯：趙廓）