《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程CDIO項目教學法的研究與實踐

施云貴

（黃山學院 機電與信息工程學院，安徽 黃山245041）

《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程是與工業(yè)生產(chǎn)過程自動化密切相關(guān)的自動化專業(yè)工程應(yīng)用性課程，通過該課程的學習，使學生掌握監(jiān)控軟件工程建立、I/O 設(shè)備管理、變量的定義和管理、生產(chǎn)現(xiàn)場畫面制作、用戶腳本程序、報警畫面制作、建立數(shù)據(jù)詞典、建立動畫連接、報表制作、各類曲線制作、動態(tài)數(shù)據(jù)庫的建立、控件的使用、數(shù)據(jù)源建立方法、數(shù)據(jù)庫的鏈接、DDE 通信和OPC 通信等基本設(shè)計方法。而國內(nèi)大多數(shù)相關(guān)教材是將上述內(nèi)容分解成各章節(jié)編寫，其教學方式大多采用多媒體理論教學為主，盡管授課過程中可能采用一些實例教學方式，但是其教學效果并不理想。實際上本課程的教學目的不僅是要求學生掌握該軟件基本設(shè)計方法的理論知識，關(guān)鍵是使學生面向?qū)嶋H工程項目真正學會“怎么做”，同時還要能夠融會貫通，形成和建立工程設(shè)計整體概念。為此本文通過借鑒和探索國內(nèi)外先進的CDIO 工程教育理念和方法，通過教材選定、教學大綱制定、實踐場所構(gòu)建、教學方法改革、考核方法改革等一系列措施，將CDIO 項目教學法應(yīng)用于《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程教學中，使學生在項目驅(qū)動下，采用“做中學”教育方法，循序漸進地加深理解課程要求的知識點、提高操作水平和設(shè)計技能，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思想和方法，鍛煉團隊合作意識，培養(yǎng)學生的終身學習能力和實際處理問題的能力。

1 課程CDIO 項目教學法的構(gòu)建

1.1 軟件平臺及教材選用

目前國外組態(tài)軟件有包括德國西門子公司的WinCC，美國Wonderware 公司的Intouch，Intellution公司的FIX 等著名組態(tài)軟件近百種，特點是正版軟件尤其是網(wǎng)絡(luò)版價格較昂貴，軟件設(shè)計平臺為英文操作界面，可用于大型企業(yè)的生產(chǎn)過程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。國內(nèi)的組態(tài)軟件目前實際工業(yè)過程中運行可靠的有北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司的MCGS，北京三維力控科技有限公司的力控，北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王以及臺灣研華的GENIE 等。特點是軟件價格較便宜，軟件設(shè)計平臺為中文操作界面，可用于中、小型企業(yè)的生產(chǎn)過程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

目前國內(nèi)同類課程中還沒有依托國外監(jiān)控軟件為平臺的相關(guān)教材，而且大多數(shù)教材是以MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件為平臺授課，其教材編寫主要是介紹該組態(tài)監(jiān)控軟件的各種功能的使用方法和設(shè)計步驟。傳統(tǒng)的授課方式主要是理論課為主，缺乏學生實際動手能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

經(jīng)分析比較，課程選用國內(nèi)流行的北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的“組態(tài)王”監(jiān)控系統(tǒng)軟件作為本課程軟件平臺，教材選用翟慶一主編的《典型工業(yè)過程的組態(tài)控制》。其目的一是使學生奠定工程組態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)、以便融會貫通，能達到提高學生工程軟件應(yīng)用能力和自動化技術(shù)工程應(yīng)用能力的教學目的，二是由翟慶一主編、天津大學出版社出版的《典型工業(yè)過程的組態(tài)控制》，是以“組態(tài)王”監(jiān)控系統(tǒng)軟件為平臺、實際工程項目為主線編寫，適合于本課程CDIO 項目教學法應(yīng)用。

1.2 工程實踐環(huán)境構(gòu)建

1.硬件環(huán)境：聯(lián)想計算機+17 寸液晶顯示器（保證每人1 臺）；

2.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：依托學校校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺；

3.軟件環(huán)境：安裝“組態(tài)王”kingview 開發(fā)運行環(huán)境、設(shè)備驅(qū)動程序；

4.教學環(huán)境：多媒體教學課件、《典型工業(yè)過程的組態(tài)控制》教材、其他參考教材；

5.學習環(huán)境：共享“組態(tài)王”kingview 開發(fā)步驟的“操作指南”、“典型例程”、“多媒體演示”等技術(shù)支持；

6.經(jīng)驗環(huán)境：共享“組態(tài)王”kingview 開發(fā)成功案例的“解決方案”、“行業(yè)例程”、“行業(yè)應(yīng)用”等技術(shù)支持。

2 課程CDIO 項目教學法的應(yīng)用

2.1 課程項目載體設(shè)計

CDIO 項目教學法就是以項目作為專業(yè)知識和技能的載體，讓學生經(jīng)歷“構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運作”的完整實訓(xùn)過程，從而培養(yǎng)學生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，以及較強的自學能力，實現(xiàn)課程在知識、技能和態(tài)度方面的培養(yǎng)目標?；诖艘?，課程項目載體選擇以《典型工業(yè)過程的組態(tài)控制》教材為基礎(chǔ)，該教材從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，通過水位控制、機械手控制、儲液罐溫度控制、升降機控制、污水廠組態(tài)控制、全自動配料控制、工業(yè)鍋爐控制、遠程監(jiān)測診斷等8 個典型的工業(yè)過程的組態(tài)控制介紹了組態(tài)王Kingview 的應(yīng)用。其特點是將對組態(tài)王Kingview 的知識點學習融入到一個個實際工程項目中，每個工程項目均包括任務(wù)要求、控制要求、解決方案和實現(xiàn)步驟等部分，項目難度由淺入深，課程知識點覆蓋面逐步擴寬。課程在教學過程中對部分項目的任務(wù)要求根據(jù)專業(yè)特點進行了適當?shù)脑鰷p，并對知識、技能和態(tài)度方面表現(xiàn)較好的學生，引導(dǎo)進行局部創(chuàng)新訓(xùn)練，以強化個性和專長培養(yǎng)。[1-3]

2.2 CDIO 模式下“教”、“學”、“考”方法的創(chuàng)新

CDIO 項目教學法應(yīng)用于《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程教學，采用上機實踐教學方式，即在實際工程項目驅(qū)動下的“理論授課、主動學習、項目設(shè)計”一體化教學方式，并以“做中學”的教學模式進行組織實施。把握的原則是“學生能學到多少知識和技能，而不是教師教授了多少知識和技能”。教師的參與程度由多到少，而學生的參與程度則是由少到多，實現(xiàn)“以教師為中心”向“以學生為中心”轉(zhuǎn)移。

2.2.1 CDIO 模式下“教”法的創(chuàng)新

專任教師必須有扎實的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗，具有實現(xiàn)學生的知識、技能和態(tài)度同步提升的能力?！豆I(yè)控制組態(tài)軟件》課程的“教”是在“興趣是學習的動力”、“做中學”和“以學生為中心”理念的指導(dǎo)下進行，主要包括“演示”、“引導(dǎo)”、“幫助”3 部分。

1.“演示”。通過成功案例“演示”，展現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程實時動畫監(jiān)控的真實感、現(xiàn)實感，以激發(fā)學生本課程學習興趣。

2.“引導(dǎo)”。教師需針對每一個工程實際項目“引導(dǎo)”學生明確設(shè)計任務(wù)要求，“引導(dǎo)”學生主動利用教學環(huán)境、學習環(huán)境和經(jīng)驗環(huán)境“做中學”，“引導(dǎo)”學生設(shè)計步驟按規(guī)范化操作，“引導(dǎo)”學生面向項目開展局部創(chuàng)新設(shè)計，“引導(dǎo)”學生形成工程項目設(shè)計整體思想、“引導(dǎo)”學生融會貫通，形成創(chuàng)造性設(shè)計技能。

3.“幫助”。教師“幫助”學生解決設(shè)計過程中遇到的實際問題，以減少學生的挫折感，充分體現(xiàn)“以學生為中心”，使學生在整個學習過程中始終有一種“主體感”和“勝任感”。[4]

2.2.2 CDIO 模式下“學”法的創(chuàng)新

《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程的“學”是在項目驅(qū)動下的“做中學”、“主動學”，課程項目的設(shè)計難度由淺入深，課程知識點覆蓋面螺旋式逐步擴寬。學生在整個課程教學過程中采用“摹”、“背”、“升”3 種“做中學”方法，學習循序漸進、有的放矢；操作溫故知新、追求規(guī)范；設(shè)計由淺入難、融會貫通。

1.“摹”。就是在每一個工程項目按設(shè)計步驟進行組態(tài)設(shè)計時，遇到未知的知識點可按照本課程提供的“教學環(huán)境”、“學習環(huán)境”等資源進行臨摹操作。通過“摹”的過程學習新知識點的操作和設(shè)計方法，對于已“摹”過的知識點應(yīng)逐步減小“摹”的比例，形成熟練操作的技能。

2.“背”。就是在每一個工程項目按設(shè)計步驟進行組態(tài)設(shè)計時，對于已知的知識點根據(jù)自己臨摹操作和設(shè)計的記憶，能夠準確無誤地獨立完成操作和設(shè)計步驟。通過“背”的過程，加深各知識點的操作和設(shè)計方法的理解，達到操作熟練、規(guī)范和專業(yè)化，并通過開展局部創(chuàng)新設(shè)計實現(xiàn)職業(yè)素質(zhì)和技能水平的提升。

3.“升”。也就是首先根據(jù)任務(wù)要求進行構(gòu)思（Conceive），依托本課程提供的“經(jīng)驗環(huán)境”的技術(shù)支持，能夠融會貫通，形成工程項目設(shè)計整體思想，開展項目設(shè)計（Design），明確系統(tǒng)連接設(shè)備及監(jiān)控畫面功能。再就是實現(xiàn)通過組態(tài)王Kingview 開發(fā)環(huán)境進行監(jiān)控組態(tài)設(shè)計。最后是運作（Operate），組態(tài)王Kingview 運行環(huán)境下檢驗項目運行結(jié)果。[5]

2.2.3 CDIO 模式下“考”法的創(chuàng)新

《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程的“考”是將課程評價方法與工程職業(yè)訓(xùn)練考評融合在一起，即課程結(jié)束時，參考職業(yè)技能鑒定（操作試題）考核形式，給出一個綜合性工程項目，根據(jù)項目任務(wù)要求，按設(shè)計和實現(xiàn)的步驟以百分制形式制定評分標準，經(jīng)“組態(tài)王”運行環(huán)境檢驗項目運行結(jié)果，給出學生課終考核成績，體現(xiàn)“學以致用”而非“學以致考”。課程總評成績通過項目和平時表現(xiàn)直接評價方式檢驗對預(yù)期目標的達到程度，以便分析和改進教學的不足之處。[6]

3 結(jié) 語

《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程進行了軟件平臺及教材的合理選用，構(gòu)建課程工程實踐環(huán)境，優(yōu)化了課程項目載體的設(shè)計，開展了“教”、“學”、“考”方法的創(chuàng)新。通過CDIO 項目教學法在《工業(yè)控制組態(tài)軟件》課程教學過程中的應(yīng)用，學生學習興趣明顯改善，學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力明顯提高，就業(yè)競爭能力得到了增強。

[1]顧佩華,等.從CDIO 到EIP-CDIO—汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探討[J].高等工程教育研究,2008,12(1):12-19.

[2]陳春林,朱張青.基于CDIO 教育理念的工程學科教育改革與實踐[J].教育與現(xiàn)代化,2010，(1):30-34.

[3]雷環(huán),湯威頤,EDWARDFCRAWLEY.培養(yǎng)創(chuàng)新型、多層次、專業(yè)化的工程科技人才[J].高等工程教育研究,2009，(5):29-35.

[4]陳文杰,任立軍,張林，等.基于CDIO 模式的項目教學改革[J].職業(yè)技術(shù)教育,2009，(35):91-93.

[5]霍俊儀,萬東梅,靳會超，等.基于CDIO 模式的PLC 課程教學設(shè)計[J].職業(yè)教育研究,2011，(7):83-84.

[6]陳啟元,任勝兵,胡志剛，等.工科大學生CDIO 能力成熟度評估與改進體系研究[J].中國高等教育,2009，(8):31-33.