《工業控制組態軟件》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）

《工業控制組態軟件》課程是與工業生產過程自動化密切相關的自動化專業工程應用性課程，通過該課程的學習，使學生掌握監控軟件工程建立、I/O 設備管理、變量的定義和管理、生產現場畫面制作、用戶腳本程序、報警畫面制作、建立數據詞典、建立動畫連接、報表制作、各類曲線制作、動態數據庫的建立、控件的使用、數據源建立方法、數據庫的鏈接、DDE 通信和OPC 通信等基本設計方法。而國內大多數相關教材是將上述內容分解成各章節編寫，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計方法的理論知識，關鍵是使學生面向實際工程項目真正學會“怎么做”，同時還要能夠融會貫通，形成和建立工程設計整體概念。為此本文通過借鑒和探索國內外先進的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 項目教學法應用于《工業控制組態軟件》課程教學中，使學生在項目驅動下，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、提高操作水平和設計技能，培養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 項目教學法的構建

1.1 軟件平臺及教材選用

目前國外組態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 等著名組態軟件近百種，特點是正版軟件尤其是網絡版價格較昂貴，軟件設計平臺為英文操作界面，可用于大型企業的生產過程自動化監控系統。國內的組態軟件目前實際工業過程中運行可靠的有北京昆侖通態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，北京亞控科技發展有限公司的組態王以及臺灣研華的GENIE 等。特點是軟件價格較便宜，軟件設計平臺為中文操作界面，可用于中、小型企業的生產過程自動化監控系統。

目前國內同類課程中還沒有依托國外監控軟件為平臺的相關教材，而且大多數教材是以MCGS組態監控軟件為平臺授課，其教材編寫主要是介紹該組態監控軟件的各種功能的使用方法和設計步驟。傳統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新意識的培養。

經分析比較，課程選用國內流行的北京亞控科技發展有限公司開發的“組態王”監控系統軟件作為本課程軟件平臺，教材選用翟慶一主編的《典型工業過程的組態控制》。其目的一是使學生奠定工程組態設計基礎、以便融會貫通，能達到提高學生工程軟件應用能力和自動化技術工程應用能力的教學目的，二是由翟慶一主編、天津大學出版社出版的《典型工業過程的組態控制》，是以“組態王”監控系統軟件為平臺、實際工程項目為主線編寫，適合于本課程CDIO 項目教學法應用。

1.2 工程實踐環境構建

1.硬件環境：聯想計算機+17 寸液晶顯示器（保證每人1 臺）；

2.網絡環境：依托學校校園網網絡平臺；

3.軟件環境：安裝“組態王”kingview 開發運行環境、設備驅動程序；

4.教學環境：多媒體教學課件、《典型工業過程的組態控制》教材、其他參考教材；

5.學習環境：共享“組態王”kingview 開發步驟的“操作指南”、“典型例程”、“多媒體演示”等技術支持；

6.經驗環境：共享“組態王”kingview 開發成功案例的“解決方案”、“行業例程”、“行業應用”等技術支持。

2 課程CDIO 項目教學法的應用

2.1 課程項目載體設計

CDIO 項目教學法就是以項目作為專業知識和技能的載體，讓學生經歷“構思—設計—實現—運作”的完整實訓過程，從而培養學生系統工程技術能力，以及較強的自學能力，實現課程在知識、技能和態度方面的培養目標。基于此要求，課程項目載體選擇以《典型工業過程的組態控制》教材為基礎，該教材從工程應用的角度出發，通過水位控制、機械手控制、儲液罐溫度控制、升降機控制、污水廠組態控制、全自動配料控制、工業鍋爐控制、遠程監測診斷等8 個典型的工業過程的組態控制介紹了組態王Kingview 的應用。其特點是將對組態王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要求、控制要求、解決方案和實現步驟等部分，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要求根據專業特點進行了適當的增減，并對知識、技能和態度方面表現較好的學生，引導進行局部創新訓練，以強化個性和專長培養。[1-3]

2.2 CDIO 模式下“教”、“學”、“考”方法的創新

CDIO 項目教學法應用于《工業控制組態軟件》課程教學，采用上機實踐教學方式，即在實際工程項目驅動下的“理論授課、主動學習、項目設計”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“以教師為中心”向“以學生為中心”轉移。

2.2.1 CDIO 模式下“教”法的創新

專任教師必須有扎實的理論知識和豐富的實踐經驗，具有實現學生的知識、技能和態度同步提升的能力。《工業控制組態軟件》課程的“教”是在“興趣是學習的動力”、“做中學”和“以學生為中心”理念的指導下進行，主要包括“演示”、“引導”、“幫助”3 部分。

1.“演示”。通過成功案例“演示”，展現工業生產過程實時動畫監控的真實感、現實感，以激發學生本課程學習興趣。

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

3.“幫助”。教師“幫助”學生解決設計過程中遇到的實際問題，以減少學生的挫折感，充分體現“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”法的創新

《工業控制組態軟件》課程的“學”是在項目驅動下的“做中學”、“主動學”，課程項目的設計難度由淺入深，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、追求規范；設計由淺入難、融會貫通。

1.“摹”。就是在每一個工程項目按設計步驟進行組態設計時，遇到未知的知識點可按照本課程提供的“教學環境”、“學習環境”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計方法，對于已“摹”過的知識點應逐步減小“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計步驟進行組態設計時，對于已知的知識點根據自己臨摹操作和設計的記憶，能夠準確無誤地獨立完成操作和設計步驟。通過“背”的過程，加深各知識點的操作和設計方法的理解，達到操作熟練、規范和專業化，并通過開展局部創新設計實現職業素質和技能水平的提升。

3.“升”。也就是首先根據任務要求進行構思（Conceive），依托本課程提供的“經驗環境”的技術支持，能夠融會貫通，形成工程項目設計整體思想，開展項目設計（Design），明確系統連接設備及監控畫面功能。再就是實現通過組態王Kingview 開發環境進行監控組態設計。最后是運作（Operate），組態王Kingview 運行環境下檢驗項目運行結果。[5]

2.2.3 CDIO 模式下“考”法的創新

《工業控制組態軟件》課程的“考”是將課程評價方法與工程職業訓練考評融合在一起，即課程結束時，參考職業技能鑒定（操作試題）考核形式，給出一個綜合性工程項目，根據項目任務要求，按設計和實現的步驟以百分制形式制定評分標準，經“組態王”運行環境檢驗項目運行結果，給出學生課終考核成績，體現“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直接評價方式檢驗對預期目標的達到程度，以便分析和改進教學的不足之處。[6]

3 結 語

《工業控制組態軟件》課程進行了軟件平臺及教材的合理選用，構建課程工程實踐環境，優化了課程項目載體的設計，開展了“教”、“學”、“考”方法的創新。通過CDIO 項目教學法在《工業控制組態軟件》課程教學過程中的應用，學生學習興趣明顯改善，學生發現問題、解決問題的能力明顯提高，就業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].教育與現代化,2010，(1):30-34.

[3]雷環,湯威頤,EDWARDFCRAWLEY.培養創新型、多層次、專業化的工程科技人才[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].職業技術教育,2009，(35):91-93.

[5]霍俊儀,萬東梅,靳會超，等.基于CDIO 模式的PLC 課程教學設計[J].職業教育研究,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.