一、基于CDIO的机电综合实践能力设计
机电专业学生的机电设计和调试职业工程能力通过综合的实践环节体现。学生在第三学期已经学过“电工学”课程，在第四学期学过“电子技术”“单片机原理与应用”课程，在第五学期学过“机电工程控制基础”“液压与气压传动”“机械工程测试技术”和“运动控制系统”课程，在第六学期学过“PLC编程及应用”“机电传动控制”“自动化生产线安装与调试技术”和“计算机控制系统”课程，第八学期学过“机电一体化系统设计”课程。学生已经做过“电子工艺实习”“电工实习”“液压与气压传动课程设计”“机电传动课程设计”和“机电一体化系统课程设计”等单项实践环节，学生已经掌握了基本的理论知识和实践技能。在第八学期，安排了毕业机电综合实训环节，时间为三周，培养训练学生的机电综合设计和实践调试能力。CDIO(C:Conceive，构思;D:Design，设计;I:Im-plement，实施;O:Operate，运行)是由美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典皇家技术学院、瑞典林克平大学四所工程技术大学合作开发的工程教育的新模式。基于项目的教学过程设计要以学生主动探索学习为主体，教师以引导者的身份参与，克服教师理论讲授而学生兴趣不大、学习效果欠佳的状态，在项目学习实践中提出具体的任务要求，教师对学生问题进行答疑，并适时引导项目进行，评判项目进展情况，提出拓展学习计划，以利于学生职业能力的提升。项目的设计要包含课程大纲的全部知识点，并能够体现能力递进强化的规则。项目实施的知识点要系统、连续、递进强化，在实践的过程中，既巩固了已经学过的理论知识和实训的现场实践知识，又可以发掘出未知的新知识。机电综合实训项目设计的内容有:(一)基于继电器接触器的交流电机控制;(二)基于继电器接触器的交流电机变频调速;(三)基于PLC的变频调速控制;(四)基于组态软件和PLC的电机转速调控;(五)基于PLC的气压传动装置控制;(六)数控机床在线检测装置控制;(七)基于组态软件和变频器的电机调速控制;(八)基于单片机的太阳能发电装置的电流测量;(九)自动化生产线的PLC控制和模拟;(十)数控机床在线加工参数测量;(十一)基于PLC的自动化气压输送装置;(十二)过程控制装置运行和调控。
二、项目的实施
(一)任务分配。项目实施在设计教室、CAD机房和机电综合实训室进行，实训室实行开放管理，实训室装有监控摄像头，实训期间由小组负责。设计前首先教师集中布置任务，讲解设计的基本内容、设计的流程、学生的成绩评定等基本要求。然后，进行学生分组，每小组有五名学生，其中设组长一名，负责组内管理和联系指导教师，在分组时学生“优、良、中、差”等级搭配，兼顾考虑学生的工作岗位情况。教师利用PPT讲授设计内容和流程，概括提出项目问题的探索知识点，列出学生应该明了的问题，使学生自主讨论问题，学生自主解决问题。
(二)探索学习。学生组内自我分工，找到解决问题的方法，学生利用设计和课外时间查找资料，绘制电气原理图和电气接线图，调试程序和硬件系统，然后组长组织集体学习，研讨问题，期间教师参与讨论和答疑，指出现阶段的错误、需要修改方案的地方、下一步的研究重点，布置研究任务。
(三)方案确定。小组内论证方案，将初步方案和展示的PPT由组长上交指导教师。教师对方案批阅和评分，对方案组织论证，论证中由学生在现场进行PPT展示并答辩，教师点评方案，而后学生修改方案，经组内人员审核、组长批准后上交正式纸质和电子版的方案。
(四)评估考核。教师考核过程侧重于考核工程能力、创新能力和团队协作精神。组内成员依据学习能力、团队能力等互相评分，并记录分数，组长给成员打分，各小组互相打分，最后收集所有考核评分表，将考核评分表及产品提请教师检查。每组制作项目完成情况通过PPT汇报。最后教师汇总学生考核分数，评定成绩。每个项目的成绩由四部分所组成，包含设计资料质量分数、出勤率分数、过程考核分数、项目实施后的成品分数，总成绩由所有项目分数求平均分，以百分制形式给出。其中出勤率占5%，项目实施后的成品分数占60%，过程考核分数占25%，设计资料质量分数占10%。项目实施后的成品分数由个人自评分、组长评分、组内互评分、组间互评分加权构成。其中，个人自评分占15%，组内互评平均分占35%，组长评分占50%;组间互评平均分作为权系数，除以100与前三项之和相乘即得项目总分数，数学表达为:项目总分数=(个人自评分+组内互评分+组长评分)×(组间互评平均分)/100。
三、应用实例
以基于继电器接触器的交流电机变频调速项目为例，某班级共有30人，分为六个小组，每个小组从上述题目中选择六个题目，每周完成两个题目，完成继电器－接触器的三项异步电机的调速控制。设计前发给学生所有的元件和仪器设备器材简表，简表中参数不全，需要查找资料，了解器材的厂家、功能和接线情况，激发学生的自我学习和探索能力。具体要求如下:(一)完成继电器－接触器的三相电机的正反停运行。要求设计电气原理图，选择合适的电气元件，设计电气接线图，实际连接电气，启动运行，实现要求的功能。(二)利用变频器和按钮开关实现三相电机的控制，要求利用变频器实现电机的正反转、启动和停止控制、多段速运行速度控制、快速制动功能。要求设计电气原理图，选择合适的电气元件，设计电气接线图，实际连接电气，启动运行，实现要求的功能。在完成设计过程中，必须完成实际通电运行，每组给三次实际运行机会，第一次成功，则项目实施的成品分数权重为100%;第二次成功，则项目实施的成品分数权重为70%;第三次成功，则项目实施的成品分数权重为50%。如果三次均不成功，则本小项目总评为0分。在正式通电运行前必须经过电表的模拟运行检查，通电运行只有在教师的指导下才能进行。在实训过程中，学生的数字化设计和分析能力得到了很好的训练，学生利用电气制图软件AUTO-CAD和PＲOTEL绘制电器原理图和接线图。在实训过程中学生感觉到动手能力明显增强，对知识的自我探究欲望明显增强，以前的课后答疑问题多是围绕考试，而现在问题明显增多，主要围绕如何解决实际问题。学生反映学习效果好，以前的理论艺术论文题目知识得到了实践验证，通过实践促进了对新的理论知识的学习。
作者：李铁钢 单位：沈阳工程学院
