基于CDIO的自動線安裝與調試課程的教學改革與實踐

李小霞 花 勇 劉奎武

江蘇食品藥品職業(yè)技術學院 江蘇淮安 223003

自動線安裝與調試是高等職業(yè)院校機電一體化技術專業(yè)的核心課程，主要培養(yǎng)學生安裝、調試及維護自動化生產設備的基本職業(yè)技能，同時強化學生誠實、守信、愛崗敬業(yè)的職業(yè)道德以及組織協(xié)調、團隊合作的職業(yè)素質。自動線安裝與調試課程系統(tǒng)地整合了機械傳動、傳感檢測、氣壓傳動、電機拖動、PLC(可編程控制器)等專業(yè)基礎課程及專業(yè)核心課程，模擬實際生產應用。在教學過程中，理論教學須緊密結合實踐教學，重點突出實踐教學，保證學生能夠將在校所學專業(yè)知識靈活運用在生產實踐中。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate),CDIO工程教育理念倡導以項目任務為載體，以團隊協(xié)作“學中做、做中學”的方式引導學生掌握相關專業(yè)知識與能力?；贑DIO的自動線安裝與調試課程教學改革強調專業(yè)綜合技術的實際應用，注重工程實踐能力提高，重點突出對學生職業(yè)技能的培養(yǎng)。

1 傳統(tǒng)教學模式存在的問題

1.1 對自動線安裝與調試課程的學習缺少信心

自動化生產線綜合應用了機械、氣動、傳感檢測、電機驅動、PLC、網絡通信以及人機界面等多種技術。部分學生對之前相關基礎課程掌握較差，而其中有些學生對自己的學習能力缺乏信心，對課程難度有所高估，這些學生以之前沒學好為由對課程的學習消極懈怠。

1.2 對自動線安裝與調試課程的學習缺乏興趣

自動線安裝與調試課程從生產實際中自動線的應用認知開始，列舉伊利工廠牛奶自動生產線、雷柏鼠鍵自動生產線、汽車焊裝自動生產線等應用實例，學生對專業(yè)技術在高新企業(yè)的實際應用抱有濃厚興趣，對自動生產線從事先進的生產制造工作表示贊嘆和向往。當授課內容慢慢轉移到教學用典型自動線設備的具體安裝與調試后，機械部件的安裝與調試、氣動控制系統(tǒng)分析等理論知識較枯燥。課程的核心知識點自動線中各單元的PLC控制程序由教師講解后，學生能夠讀懂，但是即使給出簡單的工作流程要求，學生也很難自己獨立完成程序的編寫調試。在課程學習中的被動性以及理論的學習缺乏實踐的驗證慢慢消磨了學生的興趣。學習變得無趣后，課堂失去活力，教學效果較差。

1.3 自動線安裝與調試專業(yè)技能的掌握不理想

自動線安裝與調試課程采用理實一體化教學方式，理論課時和實踐課時比例1:1，理論課授課地點在多媒體教室，實踐課授課地點在實訓室。自動線各單元的機械、氣動以及電氣系統(tǒng)的安裝與調試實踐耗時多，反復的拆卸、安裝使設備零部件磨損、毀壞嚴重。大部分學生只是在教師的指導下做零部件的拆裝，對氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)不甚了解。只有極少部分學生能完成PLC控制程序的編寫及組態(tài)軟件的應用，大部分實踐教學只能是演示實驗，學生無法做到對知識消化吸收、對技能靈活運用。

2 CDIO理念下的課程內容體系

自動化生產線綜合應用了機械、氣動、傳感檢測、電機驅動、PLC、網絡通信以及人機界面等多種技術，自動化生產線中傳感檢測、信號傳輸與處理、驅動與執(zhí)行等部件在PLC的控制下協(xié)調有序地工作，并通過一定的輔助設備構成一個完整的機電一體化系統(tǒng)。自動線安裝與調試課程以典型的自動化生產線(MPS教學用模塊化自動化生產線)為載體，內容從基礎的機械、氣動、電氣、傳感檢測技術到復雜的步進、變頻、伺服、工業(yè)網絡以及組態(tài)控制等知識技能均有涉及。內容安排由淺及深，從簡單到復雜，既包括必要的理論知識，又體現(xiàn)極強的實用性和先進性。典型的自動化生產線由8個不同的模塊單元組成，按工作順序排列分別是：供料單元、檢測單元、加工單元、搬運單元、分揀輸送單元、提取安裝單元、操作手單元和立體倉儲單元，而模塊單元的教學則是按照由易到難的順序先后排列的，自動線安裝與調試課程內容體系見表1。

表1 自動線安裝與調試課程內容體系

表1 (續(xù))

3 CDIO理念下的課程教學改革

3.1 “做中學”一體化教學

將學生分成4人一小組，8人一大組，團隊內互助學習，團隊間創(chuàng)先爭優(yōu)完成任務。將課堂移到實訓室，避免理論知識講解過程中抽象的“空對空”，提高學生的感性認識。知識點邊講解邊實踐，盡量縮短由教師主導的純理論授課，多輔導學生自學自研，用“做”的方式鍛煉專業(yè)技能，提高自學能力，追求對重要知識、技能的精通，而不是對書本所及略知一二。引導學生將注意力放在模塊、元器件及軟件的應用上，而不是糾結其工作原理。如，注重電感式接近開關、光電編碼器、電機及其驅動器在自動線中的電氣接線及其控制方式使其能按照要求正常工作，而不是死磕光電編碼器的工作原理或電機驅動器的產品說明書。對通用變頻器而言，只練習它在自動線中的應用，產品說明書的無關內容不需翻閱。讓學生在完成項目任務的過程中，享受成就感，增強自信心，激發(fā)學生的求知欲，使其循序漸進地掌握更高深的技能。

3.2 “教師＋小助教”教學

在新生入學之初，即選擇感興趣的學生加入小助教團隊。教師以及前輩小助教提前對小助教開展自動化生產線安裝與調試實訓內容的培訓。然后讓小助教在正常教學中維持實驗室秩序，為學生答疑解惑，輔助教師指導學生自學自研。這一模式可以適當緩解有限教學資源與較大學生規(guī)模之間的矛盾。此外，也能讓教師擁有更多的精力鉆研教學，自我充電提高和更新知識，不斷改進教學方法，提升教學質量和效果。同時可將小助教作為省級、國家級自動線安裝與調試技能大賽及大學生科研訓練計劃等活動的種子選手培養(yǎng)。保證學生在井然有序的教學環(huán)境中培養(yǎng)專業(yè)技能，為好學上進的優(yōu)秀學生提供展示自己的機會。

3.3 教學時間地點集約化

課程中一個完整的項目任務不宜分散在多個時間片段完成。為了提高學習效率、保證教學效果，將授課時間集中，原來一次2節(jié)課增為一次4節(jié)課。另外，考慮到授課班級較多，自動線實訓室設備有限，可將學生分流到PLC實訓室學習由氣動控制系統(tǒng)驅動的單元PLC控制程序調試、電氣控制實訓室學習人機界面的組態(tài)及由電機驅動的單元PLC控制程序調試，充分利用教學資源。

4 CDIO理念下的課程考核方式改革

教學方案注重實驗實訓專業(yè)技能，課程考核的重點也需調整為督查學生的專業(yè)技能和職業(yè)素質。項目任務的完成是團隊協(xié)作和綜合能力的體現(xiàn)，成績評定主要由任務結果和項目報告組成。為了體現(xiàn)學生個人在團隊中的貢獻度，項目報告重點闡述個人在團隊任務中所負責的那部分工作。鼓勵學生在不同的項目任務中負責不同的技術工作，使其鍛煉自動線所涉及的各種技術技能。課程中的基本概念、理論、簡單的氣動控制原理及PLC程序等仍以期末閉卷考試的方式進行。

5 結束語

自動線安裝與調試課程教學以培養(yǎng)學生的職業(yè)技能為目標，以學生的學習興趣為推進動力，以項目任務作為教學內容的載體，盡力使學生在輕松奮進的環(huán)境中掌握嚴謹有序的專業(yè)技能。經過一個學期的教學改革實踐，學生的自動線安裝與調試實踐能力明顯提高。教學方式的改革也對教師的能力、實訓室條件提出了更高要求。作為與食品行業(yè)關系密切的國家示范性(骨干)高職院校建設單位，自動線安裝與調試課程的實驗實訓設備計劃采用自主研發(fā)的食品灌裝自動線，有關的教科研工作正在進行中。

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